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使用陶瓷制造发动机并刷热效率!

作者/整理:admin 来源:互联网 2019-04-09

陶瓷,除了食用,插花和厕所,也广泛用于工业应用。但是使用陶瓷来制造发动机,除了无与伦比的工程师之外,没有人敢这么想。

为了提高发动机的热效率,工程师们在发动机上增加了一堆技术,以实现41%的最高热效率。是的,这是丰田!但马自达的Skyactiv-X并不相信,但也准备达到更高的48%。尽管如此,他们还远远没有出现在陶瓷发动机前面!

技术超越天空

最常用的发动机材料,主要是铁或铝,最适合大规模生产。然而,金属制造的发动机具有许多缺点,例如在高温下强度不足,以及金属疲劳,并且耐磨性和耐腐蚀性相对普遍。因此,虽然今天的材料技术可以使这些金属更强大,但它们总是受到瓶颈的限制。

我们在生活中接触到的陶瓷也可以看到许多优点,因此它们在工业上也是有利的。首先,陶瓷特别耐高温。它们是可变的,并且在超过1000摄氏度的环境中不会变形。强度可以达到1500HV(通常仅约400HV)。它还可以保持比金属更低的膨胀系数,并且可以简化散热系统。发动机需要长期摩擦和燃烧。燃料中的碳沉积物也会对发动机部件造成腐蚀。陶瓷材料耐腐蚀,耐磨,耐疲劳,优于普通金属材料。要求更低,更耐用。不仅如此,虽然陶瓷的密度不如铝的密度(铝密度:2.702g/cm3,陶瓷从3-4g/cm3变化),但它远低于钢(钢密度:7.85g/cm3) )。较低的密度意味着发动机可以减轻重量,结合冷却系统以简化重量减轻,陶瓷发动机可以制造得比金属发动机更轻。

来到这里时,很多人可能都不了解它与热效率的关系。事实上,发动机工作产生的大部分能量都是通过散热,摩擦等损失的。陶瓷发动机的温度上限可以减少散热造成的能量损失,热效率大大提高35 %。空气和燃料的混合比可以更薄,燃烧更充分,减少污染物排放。

事实上,科学家们一直在研究这种材料在海外和国内发动机上的应用。 1990 上海开发了无水冷陶瓷发动机,已完成400多个小时的台架试验和上海到北京的远程试验,基本验证了其可靠性和实用价值。

一个缺陷破坏了所有

然而,具有优异材料特性的陶瓷并不完美。陶瓷本身有许多细纹,肉眼看不见。一旦遇到冲击,很容易扩散这些细纹,导致陶瓷质地的脆性材料质地。要解决这个问题,没有办法。只需添加一些纳米复合材料,使陶瓷更具弹性,基本上解决了脆性问题。但是,该技术不适合大规模工业化,烧成工艺复杂,技术精度也很高,成本难以降低。汽车公司在生产上花费如此大的投资是不划算的。这个缺点只是为了在短期内实现大规模生产。