氣動角座閥。氣動/電動球閥氣動腰鼓閥在這樣一個以能源和氣候為尊的時代，人們對新能源汽車給予了前所未有的關注和投入，但不可否認，現在汽車仍主要依賴石油驅動。石油主宰著世界經濟的發展，同時也是地區爭端的主要誘因。更重要的是，我們所剩的石油已經不多了。

　　改造發動機，把每一滴汽油和柴油的利用率提升到極致、裝上電池用電力來輔助或主導驅動、往內燃機和電池裡灌上各種生物燃料乃至液態氫傾注了人類百年智慧和激情的汽車正在不斷革新動力單元，而不變的關鍵詞始終如一：節能、環保、可持續。

　　“毋庸置疑，新能源汽車是目前汽車的主流發展趨勢，作為新能源汽車的補充，節能汽車也應引起足夠的重視。”北京工業大學傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室主任馬重芳教授特別強調“節能汽車”的概念。近日，在接受《科學時報》記者專訪時，馬重芳指出，不論未來將是什麼在支持我們的汽車前進，至少今天，我們沒有理由不關注傳統內燃機對每一滴石油的燃燒與利用。

　　馬重芳：新能源汽車主要指純電動、油電混合動力和燃料電池三種，它們本質都是以電化學蓄能為基礎的。節能汽車指的是內燃機與餘能熱功轉換相結合的混合動力汽車申搏官網、壓縮空氣動力汽車等，節能汽車的本質是通過餘能回收和物理蓄能實現內燃機效率的提高，進而實現汽車節能。

　　內燃機與排氣餘熱回收相結合的混合動力汽車指的是利用內燃機的廢氣餘熱，通過朗肯循環和有機朗肯循環，實現排氣廢熱的熱功轉換，從而提高發動機的功率，降低發動機的油耗。這是節能汽車特別是重型卡車的一個重要發展方向。

　　由于這種新型混合動力裝置以聯合循環代替了單一的奧託循環（汽油機）或DESEL循環（柴油機），實現了內燃機餘能的回收，可以顯著提高汽車的燃油經濟性優發國際網官網在線。這種新型混合動力汽車不但在學術上具有重要意義，而且將為汽車動力的發展提供了重要戰略方向。

　　節能汽車的另一個重要方向壓縮空氣動力汽車，也叫氣動汽車，其基本原理是將高壓壓縮空氣注入高壓儲氣罐，壓縮空氣膨脹驅動膨脹機做功輸出機械能從而驅動汽車運行。

　　壓縮空氣動力汽車與其他汽車相比有以下幾個優點：一是無燃料燃燒，排放的是無污染、低溫的空氣，是真正的“綠色”概念汽車。二是在氣動發動機工作過程中高壓氣體膨脹做功後溫度大幅降低，排出的尾氣溫度遠低于環境溫度，低溫的尾氣可以作為空氣動力汽車制冷空調的冷源而不需要額外制冷系統，同時也不必裝備油箱、火花塞和消聲器，可使車生產成本降低20%。三是空氣不可燃，汽車安全性好優發國際網官網在線。四是與傳統汽車相比，其發動機工作時無燃料燃燒過程，所以發動機對材料要求低、結構簡單、尺寸小、質量輕、造價低、設計和制造容易。五是其能量的傳遞快捷，儲存容易，介質來源方便、清潔，所需的電力容易獲取；充氣設備和社會基礎建設費用不高，較容易建造。整車使用維護和生產費用低，且可利用現有氣動技術、汽車設計和制造技術，研制和開發週期短。六是壓縮空氣罐廢棄後比電池污染小。七是比電池壽命長，而且性能不衰退。

　　氣動汽車能夠滿足空氣污染嚴重城市對低排放優發國際網官網在線、零排放汽車的迫切需要，可替代部分城市和室內交通工具，如城市公交車、觀光遊船、運動小車及室內搬運工具車等，具有很好的市場應用前景，可以獲得降低城市污染的良好社會、環境效益。

　　《科學時報》：為何在新能源汽車之外需要特別強調節能汽車的概念？以純電動車為產業方向的新能源汽車的發展是否將擠壓節能汽車的發展空間？

　　馬重芳：之所以在新能源汽車概念之外特別強調節能汽車的概念，主要是基于我國節能減排的現實需求。

　　據公開數據顯示，2009年我國生產內燃機約6700萬台，其中1379萬台為汽車配套，總功率達11.3億千瓦，比2008年增長10%左右。

　　11億千瓦，這是怎樣一個概念？截至2009年底，我國電力裝機總容量8.74億千瓦，按規劃，未來5年，平均每年的裝機容量增加約1億千瓦。兩者相比，內燃機在中國工業發展中的地位一目了然。

　　可以肯定，在可以預見的未來，內燃機的作用仍將不可替代。而與此同時，內燃機發展面臨節能減排的巨大挑戰。2009年我國石油進口依存度達51%，而內燃機石油消耗量約佔全國總消耗量的2/3，是名副其實的用油大戶。排放方面，內燃機廢氣污染佔我國絕大多數城市非供暖季大氣污染的50%以上，是城市最主要的大氣污染源。

　　機械工業是整個工業的基礎，內燃機又是機械工業的基礎，但是，越基礎的東西往往越容易被忽視。以汽車與內燃機為例，雖然動力總成是汽車的核心，但人們對整車的關注度遠遠大于內燃機。2009年國家出台的10大產業振興規劃中，汽車、裝備制造、船舶都與內燃機有關，但是每個振興規劃中，內燃機並未受到足夠重視。在方興未艾的新能源汽車產業中，傳統內燃機節能技術也常常遇冷，遠比不上電動車的“熱力十足”。

　　當前，國家高度重視新能源汽車發展。由于新能源汽車與傳統汽車相比優發國際網官網在線，最根本的變化體現在動力系統。因此，有觀點認為新能源汽車將擠壓內燃機的發展空間。

　　對此我認為申搏官網，新能源汽車是傳統汽車技術的傳承，是汽車技術的主流發展趨勢，發展新能源汽車是國家長期戰略選擇，是汽車工業尋求可持續發展能源環境的必然選擇。但新能源汽車技術難度大申搏官網，需要一個比較長的研發與推廣週期，在未來20年，內燃機汽車仍然是主流汽車，新能源汽車對國家節能減排並不能起到立竿見影的效果。因此在大力發展新能源汽車的同時，國家應積極發展節能汽車，節能汽車可能是未來20年內汽車工業節能減排的最主要手段。

　　馬重芳：在世界的石油能源消耗結構中，內燃機所佔的份額很大，2006年和2007年我國內燃機所消耗的燃油約為1.9億噸和2億噸，在當年全國原油消耗總量3.23億噸和3.46億噸中所佔比例均接近60％。

　　從目前汽車所用發動機的熱平衡看，用于動力輸出功率一般只佔燃油燃燒總熱量的30％～45％（柴油機）或20％～30％（汽油機），以廢熱形式排出車外的能量佔燃燒總能量的55％～70％（柴油機）或70%~80%（汽油機），主要包括循環冷卻水帶走的熱量和尾氣帶走的熱量。因此內燃機餘熱回收是降低內燃機能耗的關鍵技術措施之一。

　　美國能源部對內燃機節能潛力的評估結果認為，發動機餘熱能回收的節能潛力達60%以上。美國Argonne國家實驗室在分析了各類內燃機的節能技術後認為，餘熱能回收利用具有最大的節能潛力。作為全球最大的獨立發動機制造商，美國康明斯（Cummins）公司認為，通過餘熱能的回收利用，到2015年可使內燃機的轉化效率達到60%左右。

　　與此同時，2010年初，美國能源部長朱棣文宣布啟動3.75億美元（政府撥款1.87億美元）提高重型卡車和乘用車效率的研究計劃，其中發動機餘熱能回收利用是該項目支持的主要關鍵技術。該項目投資中60%的資金用于重型卡車的節能，其餘40%的資金投入來支持輕型客車的節能。到2030年該技術在汽車中廣泛採用後，每天能夠節約1億升汽油和柴油，降低汽車20%的碳排放。美國此項計劃反映了新能源汽車的最新動向，此舉能給我們以啟示和借鑑。

　　總的來說，從目前的進展來看，通過對內燃機餘熱能的梯級利用，取得10%～20％的能量利用效率的提高完全是可能的。我國2009年石油消耗量約為3.74億噸，其中內燃機耗油為2.24億噸，因此通過對內燃機餘熱餘壓利用的研究，可節約石油3360萬噸左右，減少CO2排放1.05億噸左右。

　　馬重芳：國際上非常重視內燃機廢氣餘熱的利用。美國能源部同時資助6個團隊進行汽車餘熱利用研究，這6個團隊幾乎涵蓋了相關領域各大公司及國家實驗室申搏官網，美國能源部的目標是通過餘熱利用技術的應用使柴油機熱效率在10~15年後提升至60％。

　　在歐洲，英國帝國理工學院在展望內燃機的發展趨勢時，將內燃機廢熱能的利用作為到2050年的關鍵技術挑戰。法國在2007年啟動了heat2power計劃；瑞典3所一流大學Lund，Charlmes，KTH開展內燃機餘熱回收的聯合研究。日本文部省在2005年發布的第八次技術預見調查報告中，將內燃機餘熱能的利用列為未來30年技術發展的100個重要課題之一。

　　德國寶馬公司已經在1.8升四缸發動機上分別採用水和酒精的朗肯循環回收廢氣和冷卻水的高溫和低溫餘熱推動膨脹機做功，試驗結果表明，可增加15%的引擎輸出效率以外，油耗表現更與1.5升的車款相當。

　　日本本田公司通過高溫廢氣換熱產生高壓蒸汽，驅動膨脹機發電回收餘熱，膨脹機最大可輸出32kW電，熱效率最大可提高13％。

　　康明斯在美國能源部的支持下進行了利用8級車用內燃機餘熱驅動有機朗肯循環發電的研究，目標是提高10％的燃油經濟性。目前已經完成了第一代樣機的設計制造和測試。

　　此外，美國卡特皮勒公司開發了固定式天然氣發動機的有機朗肯循環廢氣餘熱發電系統，該系統樣機使發動機系統的燃氣利用效率達到了47%。

　　對于空氣動力汽車而言，早在內燃機發明之前，壓縮空氣動力汽車的概念就被提出並被廣泛應用于瑞士等歐洲各國城市的軌道交通。目前法國MDI汽車公司是此項技術的代表。到2008年底，他們已經設計制造出5種型號的壓縮空氣動力汽車，其發動機的功率從4馬力到75馬力。其中一款車型可達200km～300km的續航裡程，最高時速110 km/h，接電自充氣時間在4個小時左右，而在加氣站充氣時間只需3分鐘。

　　馬重芳：與國外同行相比，我國節能汽車的研究較少。我國科技部先後在“十五”和“十一五”期間分別設置了兩個內燃機“973”項目，這兩個項目都是由天津大學牽頭，主要進行內燃機高效燃燒技術的研究。2010年科技部批準了天津大學內燃機國家重點實驗室舒歌群教授牽頭申請的“973”項目“高效申搏官網、節能、低碳內燃機餘熱能梯級利用基礎研究”，北京工業大學吳玉庭研究員做為其中課題二“內燃機餘熱能轉化熱力單元和材料性能強化設計和集成優化的研究”的課題負責人。在“十一五”“863”中也設置了一個內燃機廢氣餘熱回收的預探索性專題課題，在該課題的支持下北京工業大學對內燃機廢氣餘熱回收開展了預探索研究，目前正在搭建實驗台進行實驗驗證。氣動汽車方面，國家自然科學基金委和國家科技部設置了相應課題，浙江大學、北京工業大學、合肥工業大學開展了一些研究工作，取得了一定進展。總的來說，國內對節能汽車的研究還剛剛起步，跟國外差距很大，因此非常有必要設置項目進行系統研究，以促進我國節能科學理論的發展。

　　內燃機廢氣餘能的回收涉及廢氣餘熱的收集傳熱、熱功轉換、熱電直接轉換以及壓力能轉換等方面優發國際網官網在線。熱力學、傳熱學、材料申搏官網、機械和控制等多個學科以及這些學科的交叉是內燃機餘熱利用的理論基礎。只有掌握了這些關鍵科學技術，才能使系統總能利用效率顯著提高，回收成本進一步降低，進而才有可能推動其大規模商業化發展，實現內燃機餘熱餘壓的有效利用優發國際網官網在線。

　　柴油機餘熱熱功轉換是一項近年來才興起和受到重視的新能源汽車技術，其研究主要集中在歐洲與美國。大汽車和柴油機廠商都在全力開發柴油機餘熱熱功轉換，也有越來越多的發動機廠商正在或即將躋身到該技術的研究應用中。但盡管如此，目前該項技術依舊處于示範試驗優發國際網官網在線、系統性能優化改進階段，許多關鍵技術還沒有被完全攻克。

　　我國是最大的重型卡車生產國申搏官網，柴油機餘熱熱功轉換系統的研發和應用對我國汽車工業的發展具有重要的戰略意義，而目前國內企業尚未開展該技術的研發。該項技術目前還並不成熟，誰先掌握先進可行的技術，誰將把握最大的商機，成為該技術的領跑者，帶領整個發動機餘熱熱功轉換新動力系統的發展。