碳活塞在發動機領域應用廣闊

碳活塞發動機點燃綠色汽車工業億萬商機

　　國際汽車工業在各國民間和政府的巨大壓力下，正艱難地向環保主義妥協；而剛剛起步的中國汽車工業，雖然暫時還沒有承受到如此大的壓力，但是，也同樣面臨著現階段的內外交困。

　　一方面規模而成熟的汽車工業是一個國家工業化的必由之路，而我們在這方面卻亟需快馬加鞭、迎頭趕上，但同時又苦于缺乏核心技術和產品；而另一方面，國內環境污染積累和惡化已到了無法孰視無睹的程度。同時國際上各種能源、原材料的緊張狀況又不斷地吞噬著“世界工廠”微薄的利潤。中國汽車工業全面開放的步伐已難以阻擋，而我們自身的“武裝”速度，似乎遠遠落后于列強的“入侵”腳步。

　　面對國際社會和各國政府的壓力，國際汽車行業紛紛加大高科技投入，希望籍此達到越來越高的環保門檻。而國內汽車行業受制于研發實力的不足，只能坐等國外成熟技術的逐步轉移。這種差別使我們的汽車工業永遠都落后于國外同行一大步。

　　碳活塞為發動機再造青春

　　眾所周知發動機是汽車的心臟，因此也是國際汽車技術研發領域進行綠色汽車革命的重點部件。而發動機活塞及活塞環作為發動機最核心的部位，其工作質量的優劣直接影響發動機的性能。傳統的發動機活塞是用鋁合金制成的。鋁活塞生產技術較為成熟，原材料產地廣泛、成本低廉，是目前全球汽車發動機的最主要元件。然而鋁活塞也存在一些先天劣勢，一方面鋁活塞的性能幾乎已發掘殆盡，很難再有較大提升，而另一方面，面對日益高漲的環保需求，鋁活塞發動機通過歐Ⅳ以上排放標準的難度越來越大，可持續發展潛力越來越小。因此業界在多年前已紛紛投入活塞的基礎性研究，意圖尋找一種性能更高、工作更穩定、生產過程更為環保、廢氣排放更低的可替代產品。碳在很久以前就已經開始進入到研究人員的視野。

　　碳，或者石墨，是自然界分布最廣泛的材料之一，人工合成也很容易；同時碳又是一種用途非常廣的元素，由碳加工成的碳纖維，已成為航天、軍事和民用領域滿足高強度、高韌性、低重量和低污染要求的主流材料。把碳應用到活塞領域，也自然成為汽車發明家們的興趣之一。

　　憑借二十多年對復合碳材料的持續研究，德國發動機領域的權威專家，MGG(Motoren GmbH Greiner)公司的彼得·格蘭納(Peter Greiner)先生成功研制出了可用于內燃機活塞的碳活塞技術。與鋁活塞相比，碳活塞具有更高的強度和耐磨性，這些性能使發動機具有更強的輸出和更高的可靠性，而且成本更經濟合理。同時，碳活塞具有更低的熱膨脹系數，可以提高活塞使用壽命，大大降低油耗和廢氣排放量，提高發動機功率。

　　下一代活塞系統

　　這種新型活塞系統由輕金屬滲透的多孔石墨組成，被稱為異構體碳活塞，配以石墨基活塞環和汽缸襯套，達到節能增效的作用。與傳統鋁活塞相比，碳活塞減重30%、發動機油耗下降10%、潤滑油消耗減少50%、CO排放減少50%。由于石墨分子結構的特殊性，碳活塞在工作時，會在工作面上產生一層耐磨的微小顆粒，在發動機運轉一段時間后，可進一步提高其耐磨度。

　　碳纖維材料本身具有低密度的特點,相比傳統的鋁合金材料降低30%的密度，自然增加了發動機功率輸出。由于碳活塞是以石墨為原材料，石墨的很多理、化特性在發動機的工作環境中都要優于鋁合金，比如：石墨具有低熱膨脹率的特點，可提高發動機工作的穩定性；同時石墨又有極強的耐磨性，可以延長發動機的使用壽命，降低成本，減少對環境的排放。此外，碳是自然界中熔點最高的元素之一，碳活塞即使工作在高熱的發動機中也無須專門的冷卻；還有，由于輕金屬－石墨互滲體的熱脹系數很低，碳活塞發動機可采用更小的活塞配合間隙，從而防止熱量和缸內氣體的泄露；同時石墨具有高溫下的尺寸穩定性，可大大減少“咬缸”的幾率。而所有這些優勢也使碳活塞成為目前唯一可承受氫內燃機高溫載荷的活塞系統。

　　天生的環保之星

　　除了物理、化學和工程方面的優勢，環保特性是研究人員偏愛碳活塞的另一大原因。

　　對傳統發動機來說，排出的廢氣將導致嚴重的污染。而碳活塞相比鋁合金活塞，CH的排放量可以減少40%，NO的排放量減少12%，CO的排放量減少50%。而且，傳統發動機經常存在機油耗盡的隱患，用新型材料的發動機，可在無機油或少機油的條件下使用，同時具有高輸出的特點，使其呈現高功率、低磨損卻小摩擦的優良性能。

　　傳統鋁活塞的另一大環保負擔源于鋁的提煉過程，眾所周知，鋁在由鋁土礦提煉的過程中，會消耗大量的電力和水力資源，還會產生極大的污染，這些生產過程中的污染是全球環境惡化的主要因素之一，這種惡化程度恐怕任何去過我國西北鋁業基地的人都會觸目驚心。相比之下，用石墨原料制成的碳活塞，不需要再經過從鋁土礦加工鋁的過程。鋁土礦是不可再生資源，而碳材料是可再生資源，用可再生資源的循環利用來達到節能環保的雙重目的，無疑是最符合環保人士要求的。

　　而在加工過程中，與鋁活塞相比，碳活塞還改善了鑄造車間的環境并節約了能源。

　　碳活塞：未來汽車工業的鉆石

　　碳活塞如同汽車工業的一顆巨星正在冉冉升起，這么前景廣闊的技術當然不會被埋沒在實驗室里。實際上德國汽車巨頭奔馳、大眾早已加入到MGG公司碳活塞技術的聯合實驗中，并已成功驗證了碳活塞替代鋁活塞的可行性和卓越表現。

　　碳活塞在發動機領域的應用非常廣闊。所有已有的鋁活塞發動機，只需對其活塞進行替換，就可以表現出比原先設計更優秀的性能。同時，這種碳纖維活塞可以應用于任何內燃機，如柴油機、氫燃料發動機機等，而不需要對系統進行任何的更改。因此可以大膽試想，全世界汽車擁有量已經達到幾億輛，未來還在不斷增加，如果全部改為碳活塞發動機，那將是多么巨大的市場。

　　目前碳活塞制造技術已經引入到中國，由中德合資的中德科能技術有限公司擁有國內研發、制造，全球行銷的授權。新成立的中德科能已經取得了該項專利在歐、美、德、日等國家地區的專利許可，而且是目前國內唯一的一家。產品預計在兩個月后上市，根據客戶的需求，先期將以外銷為主。

　　這次中德兩國汽車界合資建廠，大大提高了國內生產擁有領先技術的汽車零配件的水平，是產業的一次難得的提升機會。借用德國投資方的話來評述：中德科能技術有限公司的成立，標志著中德兩國在汽車制造業的合作已經進入到關鍵領域，是多年來兩國產業合作的豐碩成果；同時，這也代表著兩國汽車界將站在更高的水平上，共同邁向未來高技術競爭的全球汽車市場。