碳活塞在发动机领域应用广阔

碳活塞发动机点燃绿色汽车工业亿万商机

　　国际汽车工业在各国民间和政府的巨大压力下，正艰难地向环保主义妥协；而刚刚起步的中国汽车工业，虽然暂时还没有承受到如此大的压力，但是，也同样面临着现阶段的内外交困。

　　一方面规模而成熟的汽车工业是一个国家工业化的必由之路，而我们在这方面却亟需快马加鞭、迎头赶上，但同时又苦于缺乏核心技术和产品；而另一方面，国内环境污染积累和恶化已到了无法孰视无睹的程度。同时国际上各种能源、原材料的紧张状况又不断地吞噬着“世界工厂”微薄的利润。中国汽车工业全面开放的步伐已难以阻挡，而我们自身的“武装”速度，似乎远远落后于列强的“入侵”脚步。

　　面对国际社会和各国政府的压力，国际汽车行业纷纷加大高科技投入，希望籍此达到越来越高的环保门槛。而国内汽车行业受制于研发实力的不足，只能坐等国外成熟技术的逐步转移。这种差别使我们的汽车工业永远都落后于国外同行一大步。

　　碳活塞为发动机再造青春

　　众所周知发动机是汽车的心脏，因此也是国际汽车技术研发领域进行绿色汽车革命的重点部件。而发动机活塞及活塞环作为发动机最核心的部位，其工作质量的优劣直接影响发动机的性能。传统的发动机活塞是用铝合金制成的。铝活塞生产技术较为成熟，原材料产地广泛、成本低廉，是目前全球汽车发动机的最主要元件。然而铝活塞也存在一些先天劣势，一方面铝活塞的性能几乎已发掘殆尽，很难再有较大提升，而另一方面，面对日益高涨的环保需求，铝活塞发动机通过欧Ⅳ以上排放标准的难度越来越大，可持续发展潜力越来越小。因此业界在多年前已纷纷投入活塞的基础性研究，意图寻找一种性能更高、工作更稳定、生产过程更为环保、废气排放更低的可替代产品。碳在很久以前就已经开始进入到研究人员的视野。

　　碳，或者石墨，是自然界分布最广泛的材料之一，人工合成也很容易；同时碳又是一种用途非常广的元素，由碳加工成的碳纤维，已成为航天、军事和民用领域满足高强度、高韧性、低重量和低污染要求的主流材料。把碳应用到活塞领域，也自然成为汽车发明家们的兴趣之一。

　　凭借二十多年对复合碳材料的持续研究，德国发动机领域的权威专家，MGG(Motoren GmbH Greiner)公司的彼得·格兰纳(Peter Greiner)先生成功研制出了可用于内燃机活塞的碳活塞技术。与铝活塞相比，碳活塞具有更高的强度和耐磨性，这些性能使发动机具有更强的输出和更高的可靠性，而且成本更经济合理。同时，碳活塞具有更低的热膨胀系数，可以提高活塞使用寿命，大大降低油耗和废气排放量，提高发动机功率。

　　下一代活塞系统

　　这种新型活塞系统由轻金属渗透的多孔石墨组成，被称为异构体碳活塞，配以石墨基活塞环和汽缸衬套，达到节能增效的作用。与传统铝活塞相比，碳活塞减重30%、发动机油耗下降10%、润滑油消耗减少50%、CO排放减少50%。由于石墨分子结构的特殊性，碳活塞在工作时，会在工作面上产生一层耐磨的微小颗粒，在发动机运转一段时间后，可进一步提高其耐磨度。

　　碳纤维材料本身具有低密度的特点,相比传统的铝合金材料降低30%的密度，自然增加了发动机功率输出。由于碳活塞是以石墨为原材料，石墨的很多理、化特性在发动机的工作环境中都要优于铝合金，比如：石墨具有低热膨胀率的特点，可提高发动机工作的稳定性；同时石墨又有极强的耐磨性，可以延长发动机的使用寿命，降低成本，减少对环境的排放。此外，碳是自然界中熔点最高的元素之一，碳活塞即使工作在高热的发动机中也无须专门的冷却；还有，由于轻金属－石墨互渗体的热胀系数很低，碳活塞发动机可采用更小的活塞配合间隙，从而防止热量和缸内气体的泄露；同时石墨具有高温下的尺寸稳定性，可大大减少“咬缸”的几率。而所有这些优势也使碳活塞成为目前唯一可承受氢内燃机高温载荷的活塞系统。

　　天生的环保之星

　　除了物理、化学和工程方面的优势，环保特性是研究人员偏爱碳活塞的另一大原因。

　　对传统发动机来说，排出的废气将导致严重的污染。而碳活塞相比铝合金活塞，CH的排放量可以减少40%，NO的排放量减少12%，CO的排放量减少50%。而且，传统发动机经常存在机油耗尽的隐患，用新型材料的发动机，可在无机油或少机油的条件下使用，同时具有高输出的特点，使其呈现高功率、低磨损却小摩擦的优良性能。

　　传统铝活塞的另一大环保负担源于铝的提炼过程，众所周知，铝在由铝土矿提炼的过程中，会消耗大量的电力和水力资源，还会产生极大的污染，这些生产过程中的污染是全球环境恶化的主要因素之一，这种恶化程度恐怕任何去过我国西北铝业基地的人都会触目惊心。相比之下，用石墨原料制成的碳活塞，不需要再经过从铝土矿加工铝的过程。铝土矿是不可再生资源，而碳材料是可再生资源，用可再生资源的循环利用来达到节能环保的双重目的，无疑是最符合环保人士要求的。

　　而在加工过程中，与铝活塞相比，碳活塞还改善了铸造车间的环境并节约了能源。

　　碳活塞：未来汽车工业的钻石

　　碳活塞如同汽车工业的一颗巨星正在冉冉升起，这么前景广阔的技术当然不会被埋没在实验室里。实际上德国汽车巨头奔驰、大众早已加入到MGG公司碳活塞技术的联合实验中，并已成功验证了碳活塞替代铝活塞的可行性和卓越表现。

　　碳活塞在发动机领域的应用非常广阔。所有已有的铝活塞发动机，只需对其活塞进行替换，就可以表现出比原先设计更优秀的性能。同时，这种碳纤维活塞可以应用于任何内燃机，如柴油机、氢燃料发动机机等，而不需要对系统进行任何的更改。因此可以大胆试想，全世界汽车拥有量已经达到几亿辆，未来还在不断增加，如果全部改为碳活塞发动机，那将是多么巨大的市场。

　　目前碳活塞制造技术已经引入到中国，由中德合资的中德科能技术有限公司拥有国内研发、制造，全球行销的授权。新成立的中德科能已经取得了该项专利在欧、美、德、日等国家地区的专利许可，而且是目前国内唯一的一家。产品预计在两个月后上市，根据客户的需求，先期将以外销为主。

　　这次中德两国汽车界合资建厂，大大提高了国内生产拥有领先技术的汽车零配件的水平，是产业的一次难得的提升机会。借用德国投资方的话来评述：中德科能技术有限公司的成立，标志着中德两国在汽车制造业的合作已经进入到关键领域，是多年来两国产业合作的丰硕成果；同时，这也代表着两国汽车界将站在更高的水平上，共同迈向未来高技术竞争的全球汽车市场。