汽車發(fā)動(dòng)機(jī)低碳化材料技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐探索

付昌星

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

汽車是工業(yè)文明時(shí)代最偉大的發(fā)明之一，在以低碳環(huán)保為先的現(xiàn)代社會(huì)，新材料在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的創(chuàng)新使用是面對(duì)能源危機(jī)的重大舉措，也是節(jié)能減排的必然趨勢(shì)，必須積極引進(jìn)新材料技術(shù)，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的低碳化建設(shè)力度，以滿足“十三五”規(guī)劃中提出的關(guān)于“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”等發(fā)展理念的要求，為人類營造一個(gè)舒適、健康、綠色的生存環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)低碳化材料技術(shù)創(chuàng)新的基本綜述

國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提高了人民的生活水平，汽車已經(jīng)成為人們出行的必備工具，在汽車行業(yè)高度繁榮的背后，環(huán)境問題也越來越突出。想要達(dá)到汽車低碳排放的要求，一是要提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，二是要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用效率。從當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來看，預(yù)計(jì)到2025年，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率要提高到40%以上，而伴隨著熱效率提高而產(chǎn)生的是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的調(diào)整問題，為了以最快的速度實(shí)現(xiàn)高熱效率，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)會(huì)越來越繁雜，相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的制作和運(yùn)行成本也會(huì)越來越高，因此，必須想盡辦法節(jié)約成本，降低摩擦損失，同時(shí)對(duì)廢氣、潤(rùn)滑油、冷卻液等進(jìn)行能量回收，最大限度促進(jìn)熱效率的提升。在這個(gè)過程中，低碳化材料技術(shù)的創(chuàng)新使用是最關(guān)鍵的，必須積極采用先進(jìn)的納米冷卻液添加劑材料和抗爆低摩擦潤(rùn)滑油添加劑，實(shí)現(xiàn)汽油的高效率燃燒，同時(shí)加快引進(jìn)低摩擦、隔熱效果好的材料，促進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的更新升級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的低碳化排放[1]。

2 低碳化材料技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的具體應(yīng)用

2.1 加強(qiáng)熱電材料應(yīng)用，促進(jìn)廢氣能量回收

一般情況下，內(nèi)燃機(jī)的燃油熱量可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部分占總熱量的35%到50%，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣需要用到的能量占比大約為30%，這極大增加了燃油的壓力。因此，必須運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)廢氣進(jìn)行能量回收，以提高內(nèi)燃機(jī)的燃油效率和使用效率。當(dāng)前技術(shù)條件下，針對(duì)廢氣進(jìn)行能量回收主要可以通過有機(jī)朗肯循環(huán)和排氣發(fā)電兩種方式，前者多用于柴油機(jī)，后者則用于汽油機(jī)中。排氣發(fā)電的原理是在內(nèi)燃機(jī)排氣的高溫基礎(chǔ)上，利用熱電材料的固有特性來達(dá)到發(fā)電的目的，在熱端和冷端的設(shè)置上，則通過排氣流動(dòng)和冷卻液或環(huán)境空氣來實(shí)現(xiàn)。在熱電材料的使用進(jìn)行發(fā)電，可以將整個(gè)汽車的電路進(jìn)行連接，將能量?jī)?chǔ)備起來或用于汽車的電氣設(shè)備，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的功效[2]。要積極用熱電材料來對(duì)汽車進(jìn)行設(shè)置，提高汽車的換熱水平，促進(jìn)發(fā)電設(shè)備的輕量化和結(jié)構(gòu)的小型化，為汽車節(jié)約空間。納米熱電材料是當(dāng)前使用最為廣泛的低碳化材料之一，它具有更大的界面和物理特性，能夠突破現(xiàn)有的技術(shù)瓶頸，提高熱電優(yōu)值。因此在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)材料技術(shù)創(chuàng)新的過程中，也應(yīng)該積極使用納米熱電，尋求技術(shù)突破，促進(jìn)汽車排放的低碳化。

2.2 采用低摩擦涂層材料，降低摩擦損失

降低汽車摩擦損失，關(guān)鍵在于低摩擦技術(shù)的創(chuàng)新引進(jìn)，要通過科學(xué)合理的動(dòng)力總成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)低摩擦涂層材料的高效使用。在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的背景之下，我國向環(huán)境治理提出了更高的低碳節(jié)能要求，為此，汽車行業(yè)必須開發(fā)先進(jìn)的低摩擦技術(shù)，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率?？傮w來說，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)低碳化材料技術(shù)創(chuàng)新的過程中，高性能、低摩擦涂層材料技術(shù)的運(yùn)用范圍是非常廣泛的，包括合金強(qiáng)化層，金剛石碳層、聚合物涂層、鋅鉻涂層、石墨涂層等都可以算在材料技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)踐范疇之內(nèi)。在這些涂層基礎(chǔ)的使用中，注意要加強(qiáng)摩擦副微質(zhì)點(diǎn)之間的咬合粘接，提高潤(rùn)滑度，增強(qiáng)耐磨度以實(shí)現(xiàn)低摩擦的技術(shù)目標(biāo)。

2.3 積極使用絕熱材料，提高涂層隔熱效果

物理隔熱涂層是在氧化鋯或氧化鈦的主體作用下，通過一定的技術(shù)改造而應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頂端的絕熱材料，在發(fā)動(dòng)機(jī)低碳化材料技術(shù)的創(chuàng)新上具有非常重要的意義。從物理特征的角度看，絕熱材料以以氧化鋯或氧化鈦為主體，部分混合入釔或鎂來達(dá)到增強(qiáng)涂層的效果，隔熱性能非常顯著。從裝備的技術(shù)上來講，它是在活塞頂部運(yùn)用物理和化學(xué)兩種方式進(jìn)行了技術(shù)的整合，再通過等離子噴涂工藝來完成物理涂層的制備的，其中，最關(guān)鍵的就是涂層的厚度和結(jié)合力。從使用效果上看，通過絕熱材料的使用，可以有效降低活塞內(nèi)部的熱量和熱量傳遞的速度，進(jìn)而減少潤(rùn)滑油的熱沖擊和熱剪切效應(yīng)，提高換油頻率，促進(jìn)汽車燃油的環(huán)保性質(zhì)。從絕熱材料的應(yīng)用趨勢(shì)上來說，活塞頂部絕熱涂層技術(shù)最早用于軍工行業(yè)中，隨著社會(huì)的發(fā)展，該技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被應(yīng)用于汽車工業(yè)中，促進(jìn)了汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

2.4 應(yīng)用納米冷卻液添加劑材料，滿足熱平衡需求

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在冷卻液的使用上，不僅要達(dá)到防腐防銹和防凍的功能，還要能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡需求。在現(xiàn)代技術(shù)的推動(dòng)下，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)廢氣自動(dòng)再循環(huán)技術(shù)的使用已經(jīng)趨向常態(tài)化，卻也在一定程度上增加了冷卻系統(tǒng)的熱負(fù)荷。因此，為了將這部分熱量消除，除了增大水泵流量和散熱器尺寸外，還應(yīng)該在提高冷卻液的散熱效率和質(zhì)量上進(jìn)行綜合考慮，降低廢氣的熱排放。當(dāng)前，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)使用高導(dǎo)熱率的納米冷卻液添加劑材料最大的難度在于納米顆粒的團(tuán)聚問題，因?yàn)檫@些顆粒具有極高的表面能，很容易在外力的作用下發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)水泵油封等設(shè)備產(chǎn)生不利影響，因而必須對(duì)其進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新突破，杜絕團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，為發(fā)動(dòng)機(jī)的低碳化排放提供助力。

2.5 增加抗爆、低黏度材料的使用，改善低速早燃問題

在當(dāng)前的新形勢(shì)下，人們對(duì)燃油的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保型都有了較高的要求，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不適用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代化需求，必須從添加劑和潤(rùn)滑油的角度上入手，采用科學(xué)的機(jī)油添加劑，減少汽車機(jī)油在使用過程中的氧化現(xiàn)象，并降低活塞底部的沉積物，以此來實(shí)現(xiàn)活塞內(nèi)部的潤(rùn)滑度，達(dá)到改善低俗早燃的目的。另外，在汽車低碳化技術(shù)創(chuàng)新的要求下，直噴增壓發(fā)動(dòng)機(jī)得到了更加廣泛的應(yīng)用，必須最大限度發(fā)揮它在燃油效率上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，降低開發(fā)成本和使用成本，促進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的科學(xué)運(yùn)行。

3 結(jié)語

隨著全球變暖趨勢(shì)的不斷擴(kuò)大，為了營造更良好的生存環(huán)境，促進(jìn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)低碳化材料技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)成為全球汽車產(chǎn)業(yè)的共同追求。從具體的操作上看，必須積極引進(jìn)先進(jìn)的熱電材料、低摩擦材料、涂層材料、冷卻液添加劑、潤(rùn)滑油添加劑等，在節(jié)約生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上最大限度地提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的低碳化設(shè)計(jì)，加快材料技術(shù)的創(chuàng)新步伐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的低消耗、高環(huán)保目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)汽車排放的綠色發(fā)展。