你我都知道，目前世界熱效率最高的發動機是搭載在新凱美瑞上的那太，排量為 2.5L，基於 TNGA 平臺的第一款發動機。該發動機的效率為 41%。
那麼，這臺發動機運用瞭哪些技術，讓效率達到瞭 41% 呢？主要的技術有 : 進氣 VVT, 排氣 VVT, 阿特金森循環，無極可變機油泵，高壓縮比，EGR, 多孔燃油噴射，低摩擦鏈條，樹脂塗層軸承，氣缸蓋集成排氣歧管等等。基本上目前能上的技術都已經上瞭，可以說已經做到瞭極致。
到瞭極限，發動機的效率再要往上提升一個點，都難上加難，好比飛人博爾特 100 米賽跑，你要他從 9.58 秒提高到 9.4 秒，對他來說基本無法完成，因為 9.58 秒已經是他爆發出自己的全身能量跑出的成績。
目前常規的燃油發動機效率的提升，已經遇到瞭瓶頸，特別是現在的油耗，排放法規越來越苛刻，找到瓶頸突破口迫在眉睫。是不是真的就沒有辦法繼續提高熱效率瞭呢？其實也未必。
陶瓷發動機是一個方向
19 世紀後期，德國發明汽油機和柴油機以來，汽車發動機都是由金屬制造，這是不可避免的選擇，因為那個時候金屬是唯一的選擇。金屬強度高，耐熱，可靠性好等特性成為發動機零部件的不二之選。
但是隨著發動機技術的不斷發展，直至遇到瞭瓶頸。金屬的屬性制約瞭發動機效率的往上提升。
為什麼這麼說？發動機的原理大傢都比較清楚，是靠燃燒燃油釋放熱能轉變為膨脹氣體來推動活塞做功。在這過程中，燃料的熱能隻有 1/3 左右推動活塞做功，另外有絕大部分是從缸套把熱能傳遞給瞭冷卻液，再傳遞到空氣中。
為什麼要冷卻呢？是因為金屬的特性，發動機的核心部件是活塞連桿機構，缸體，曲軸。其中活塞是由鋁合金制作，頂部加耐熱塗層，曲軸，連桿基本是鑄鐵，合金鋼等。
鋁合金的極限耐溫點為 350 ℃左右，鑄鐵為 450 ℃左右，超級耐溫合金為 1000 ℃左右，所以必須時刻保證這些金屬核心零件的溫度必須保證在極限溫度點之下，不然就會熱變形，導致零件損壞，發動機報廢。
而陶瓷發動機就解決瞭如上的所有問題，陶瓷材料的特點如下 :
1. 陶瓷材料的熱特性，熔點非常高，一般金屬的熔點為 1400 ℃左右，而常規的陶瓷熔點在 2000 ℃以上，在高溫下具有極好的化學穩定性，同時陶瓷的熱膨脹系數比金屬低，當溫度發生變化時，陶瓷具有良好的尺寸穩定性。
2. 陶瓷的硬度為 1500HV 以上，而一般的合成金屬為 400HV 左右，再者陶瓷的隔熱性非常好。根據陶瓷的這點特性，用陶瓷材料制作活塞，連桿，缸套，缸蓋等關重零件，會讓發動機的熱效率得到極大的提升，至少提高 35% 以上。發動機效率將達到 70% 左右，甩開凱美瑞發動機 41% 效率一條街。
效率提升的原理就是，由於陶瓷材料的耐熱溫度，隔熱性，活塞的工作溫度大大提高，從 1000 ℃左右可以提高到 1300 ℃左右，熱效率提升 30% 左右。
由於陶瓷在 1400 ℃左右的溫度下保持良好的穩定性，物理，化學性能保持的非常好，不變形，不腐蝕。這樣就不需要對活塞，缸套，缸蓋進行冷卻。就不需要龐大的發動機冷卻系統，不需要冷卻風扇，冷凝器，散熱器，中冷器，相關連接管路，冷卻液。這些零件去掉可以減輕整車重量 100KG 左右。
活塞工作溫度提高 300 ℃以上，大大促進燃料、空氣混合物的燃燒，燃燒的更徹底，對油耗，排放是有巨大好處的。
4. 陶瓷的密度小，重量輕。相比傳統的鋁合金活塞，鋼制連桿，陶瓷，活塞連桿可以減輕重量約一倍。這可不得瞭，連桿活塞重量減輕瞭，活塞，連桿的慣性力將降低一倍。活塞的運行速度就可以得到極大提高，功率至少提升 1/3。這對追求極速的 F1 來說，是非常好的前景技術。
5. 陶瓷有耐腐蝕性的特點，高溫下不易氧化，並對酸，堿，鹽具有良好的抗腐蝕性。從這一點看，燃油的選擇范圍將大大提高，可以選擇較差燃油品質的燃油。
從陶瓷材料的取材來看，陶瓷的主要成分為矽酸鹽，主要組成元素為，矽、鋁、氧這三種元素，占地殼元素總量的 90%，資源非常豐富。而鐵元素隻占地殼元素用量的 4.75%。
量產有可能嗎？
既然陶瓷發動機相比傳統的金屬發動機有更大優勢，那為什麼沒有得到普及和量產呢？
1990 年，我國第一臺無水冷陶瓷發動機在上海誕生，該發動機充分利用瞭陶瓷耐高溫，抗磨損等特點，用瞭 11 種陶瓷隔熱件和陶瓷耐磨件。經過 400 小時的臺架試驗，後又進行實車長距離試驗，由上海順利抵達北京。
經過共 724 小時的試驗考核過程中，最低燃油消耗率為 213.56g/km.h, 這是相當驚人的結果。目前熱效率較高的 1.5L 增壓直噴發動機最低燃油消耗率為 380g/km.h。且這是 90 年代的產品。
目前的發動機活塞頂部的也有陶瓷塗層，連桿也有加入陶瓷成分的鋁制連桿，硬度，抗疲勞度比原來增加 4-5 倍。這些技術都在豐田汽車上得以應用。
從這些實際的例子可以看出，陶瓷技術的發展會促進發動機技術的革新。但沒有普及的的根本原因是：脆性。是陶瓷難以克服的缺點，那些試驗用的陶瓷發動機所用的陶瓷材料，都是采用高純度人工合成，利用精密控制工藝燒制而成，工藝復雜，成本也較高，脆性也沒有得到根本的解決。
但目前有一種新興技術，通過納米化，易碎的陶瓷可以具備和塑料一樣的韌性，陶瓷基納米復合材料中納米粒子主要彌散與基體晶粒內或晶粒間，其作用不僅可以提高力學性能，納米復合陶瓷能使其基體材料的強度和韌性提高 2-5 倍，而且可以改善硬度，強度，及其抗疲勞破壞性能。
AL 頻道小結
不過，目前納米陶瓷還有許多關鍵技術問題需要解決，但是納米陶瓷的制備已經較為成熟。新的工藝不斷湧現，相信隨著研究的不斷深入，納米陶瓷會更加完善，完全可以取代金屬的那天指日可待。相信不久的將來，納米陶瓷技術在汽車中的運用會掀起一場汽車革命。
