汽车发动机低碳化材料技术创新实践探索

付昌星

（怀化职业技术学院，湖南 怀化 418000）

汽车是工业文明时代最伟大的发明之一，在以低碳环保为先的现代社会，新材料在汽车发动机上的创新使用是面对能源危机的重大举措，也是节能减排的必然趋势，必须积极引进新材料技术，提高汽车发动机的低碳化建设力度，以满足“十三五”规划中提出的关于“创新、协调、绿色、开放、共享”等发展理念的要求，为人类营造一个舒适、健康、绿色的生存环境，进而促进人类社会的可持续发展。

1 汽车发动机低碳化材料技术创新的基本综述

国民经济的发展提高了人民的生活水平，汽车已经成为人们出行的必备工具，在汽车行业高度繁荣的背后，环境问题也越来越突出。想要达到汽车低碳排放的要求，一是要提高汽车发动机的热效率，二是要提高发动机的实际使用效率。从当前行业的发展趋势来看，预计到2025年，汽车发动机的热效率要提高到40%以上，而伴随着热效率提高而产生的是发动机结构的调整问题，为了以最快的速度实现高热效率，发动机的结构会越来越繁杂，相应的发动机的制作和运行成本也会越来越高，因此，必须想尽办法节约成本，降低摩擦损失，同时对废气、润滑油、冷却液等进行能量回收，最大限度促进热效率的提升。在这个过程中，低碳化材料技术的创新使用是最关键的，必须积极采用先进的纳米冷却液添加剂材料和抗爆低摩擦润滑油添加剂，实现汽油的高效率燃烧，同时加快引进低摩擦、隔热效果好的材料，促进汽车发动机的更新升级，进而实现汽车发动机运作的低碳化排放[1]。

2 低碳化材料技术在汽车发动机中的具体应用

2.1 加强热电材料应用，促进废气能量回收

一般情况下，内燃机的燃油热量可以转化为机械能的部分占总热量的35%到50%，其中，发动机排气需要用到的能量占比大约为30%，这极大增加了燃油的压力。因此，必须运用先进的技术对废气进行能量回收，以提高内燃机的燃油效率和使用效率。当前技术条件下，针对废气进行能量回收主要可以通过有机朗肯循环和排气发电两种方式，前者多用于柴油机，后者则用于汽油机中。排气发电的原理是在内燃机排气的高温基础上，利用热电材料的固有特性来达到发电的目的，在热端和冷端的设置上，则通过排气流动和冷却液或环境空气来实现。在热电材料的使用进行发电，可以将整个汽车的电路进行连接，将能量储备起来或用于汽车的电气设备，达到环保节能的功效[2]。要积极用热电材料来对汽车进行设置，提高汽车的换热水平，促进发电设备的轻量化和结构的小型化，为汽车节约空间。纳米热电材料是当前使用最为广泛的低碳化材料之一，它具有更大的界面和物理特性，能够突破现有的技术瓶颈，提高热电优值。因此在汽车发动机材料技术创新的过程中，也应该积极使用纳米热电，寻求技术突破，促进汽车排放的低碳化。

2.2 采用低摩擦涂层材料，降低摩擦损失

降低汽车摩擦损失，关键在于低摩擦技术的创新引进，要通过科学合理的动力总成系统设计，实现对低摩擦涂层材料的高效使用。在经济新常态的背景之下，我国向环境治理提出了更高的低碳节能要求，为此，汽车行业必须开发先进的低摩擦技术，从而提高发动机的燃油效率。总体来说，在汽车发动机低碳化材料技术创新的过程中，高性能、低摩擦涂层材料技术的运用范围是非常广泛的，包括合金强化层，金刚石碳层、聚合物涂层、锌铬涂层、石墨涂层等都可以算在材料技术创新的实践范畴之内。在这些涂层基础的使用中，注意要加强摩擦副微质点之间的咬合粘接，提高润滑度，增强耐磨度以实现低摩擦的技术目标。

2.3 积极使用绝热材料，提高涂层隔热效果

物理隔热涂层是在氧化锆或氧化钛的主体作用下，通过一定的技术改造而应用于发动机活塞顶端的绝热材料，在发动机低碳化材料技术的创新上具有非常重要的意义。从物理特征的角度看，绝热材料以以氧化锆或氧化钛为主体，部分混合入钇或镁来达到增强涂层的效果，隔热性能非常显著。从装备的技术上来讲，它是在活塞顶部运用物理和化学两种方式进行了技术的整合，再通过等离子喷涂工艺来完成物理涂层的制备的，其中，最关键的就是涂层的厚度和结合力。从使用效果上看，通过绝热材料的使用，可以有效降低活塞内部的热量和热量传递的速度，进而减少润滑油的热冲击和热剪切效应，提高换油频率，促进汽车燃油的环保性质。从绝热材料的应用趋势上来说，活塞顶部绝热涂层技术最早用于军工行业中，随着社会的发展，该技术现在已经逐渐被应用于汽车工业中，促进了汽车产业的创新发展。

2.4 应用纳米冷却液添加剂材料，满足热平衡需求

汽车发动机在冷却液的使用上，不仅要达到防腐防锈和防冻的功能，还要能够提高发动机的热平衡需求。在现代技术的推动下，汽车发动机对废气自动再循环技术的使用已经趋向常态化，却也在一定程度上增加了冷却系统的热负荷。因此，为了将这部分热量消除，除了增大水泵流量和散热器尺寸外，还应该在提高冷却液的散热效率和质量上进行综合考虑，降低废气的热排放。当前，在汽车发动机内使用高导热率的纳米冷却液添加剂材料最大的难度在于纳米颗粒的团聚问题，因为这些颗粒具有极高的表面能，很容易在外力的作用下发生团聚现象，进而对水泵油封等设备产生不利影响，因而必须对其进行技术上的创新突破，杜绝团聚现象的发生，为发动机的低碳化排放提供助力。

2.5 增加抗爆、低黏度材料的使用，改善低速早燃问题

在当前的新形势下，人们对燃油的经济性和环保型都有了较高的要求，传统的方法已经不适用汽车发动机的现代化需求，必须从添加剂和润滑油的角度上入手，采用科学的机油添加剂，减少汽车机油在使用过程中的氧化现象，并降低活塞底部的沉积物，以此来实现活塞内部的润滑度，达到改善低俗早燃的目的。另外，在汽车低碳化技术创新的要求下，直喷增压发动机得到了更加广泛的应用，必须最大限度发挥它在燃油效率上的独特优势，降低开发成本和使用成本，促进汽车发动机的科学运行。

3 结语

随着全球变暖趋势的不断扩大，为了营造更良好的生存环境，促进人类社会的可持续发展，汽车发动机低碳化材料技术创新已经成为全球汽车产业的共同追求。从具体的操作上看，必须积极引进先进的热电材料、低摩擦材料、涂层材料、冷却液添加剂、润滑油添加剂等，在节约生产成本的基础上最大限度地提高汽车发动机的低碳化设计，加快材料技术的创新步伐，进而实现汽车产业的低消耗、高环保目标，实现汽车排放的绿色发展。