碳活塞發(fā)動機點燃綠色汽車工業(yè)億萬商機

　　國際汽車工業(yè)在各國民間和政府的巨大壓力下，正艱難地向環(huán)保主義妥協(xié)；而剛剛起步的中國汽車工業(yè)，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(guī)模而成熟的汽車工業(yè)是一個國家工業(yè)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(huán)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(yè)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(yè)紛紛加大高科技投入，希望籍此達到越來越高的環(huán)保門檻。而國內汽車行業(yè)受制于研發(fā)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(yè)永遠都落后于國外同行一大步。

　　碳活塞為發(fā)動機再造青春

　　眾所周知發(fā)動機是汽車的心臟，因此也是國際汽車技術研發(fā)領域進行綠色汽車革命的重點部件。而發(fā)動機活塞及活塞環(huán)作為發(fā)動機最核心的部位，其工作質量的優(yōu)劣直接影響發(fā)動機的性能。傳統(tǒng)的發(fā)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(fā)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(fā)掘殆盡，很難再有較大提升，而另一方面，面對日益高漲的環(huán)保需求，鋁活塞發(fā)動機通過歐Ⅳ以上排放標準的難度越來越大，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿υ絹碓叫?。因此業(yè)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(wěn)定、生產過程更為環(huán)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(fā)明家們的興趣之一。

　　憑借二十多年對復合碳材料的持續(xù)研究，德國發(fā)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(fā)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(fā)動機功率。

　　下一代活塞系統(tǒng)

　　這種新型活塞系統(tǒng)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(huán)和汽缸襯套，達到節(jié)能增效的作用。與傳統(tǒng)鋁活塞相比，碳活塞減重30%、發(fā)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(fā)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(tǒng)的鋁合金材料降低30%的密度，自然增加了發(fā)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(fā)動機的工作環(huán)境中都要優(yōu)于鋁合金，比如：石墨具有低熱膨脹率的特點，可提高發(fā)動機工作的穩(wěn)定性；同時石墨又有極強的耐磨性，可以延長發(fā)動機的使用壽命，降低成本，減少對環(huán)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(fā)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(fā)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(wěn)定性，可大大減少“咬缸”的幾率。而所有這些優(yōu)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(tǒng)。

　　天生的環(huán)保之星

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

　　對傳統(tǒng)發(fā)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(tǒng)發(fā)動機經常存在機油耗盡的隱患，用新型材料的發(fā)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(yōu)良性能。

　　傳統(tǒng)鋁活塞的另一大環(huán)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(huán)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(yè)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(huán)利用來達到節(jié)能環(huán)保的雙重目的，無疑是最符合環(huán)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(huán)境并節(jié)約了能源。

　　碳活塞：未來汽車工業(yè)的鉆石

　　碳活塞如同汽車工業(yè)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(fā)動機領域的應用非常廣闊。所有已有的鋁活塞發(fā)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(yōu)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(fā)動機機等，而不需要對系統(tǒng)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(fā)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(fā)、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(qū)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(yè)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(yè)的合作已經進入到關鍵領域，是多年來兩國產業(yè)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。