馬重芳：節能汽車助力汽車工業節能突圍

　　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、往內燃機和電池里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，不論未來將是什么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。

　　《科學時報》：什么是節能汽車？它與新能源汽車有何區別？

　　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余能熱功轉換相結合的混合動力汽車、壓縮空氣動力汽車等，節能汽車的本質是通過余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。

　　內燃機與排氣余熱回收相結合的混合動力汽車指的是利用內燃機的廢氣余熱，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托循環（汽油機）或DESEL循環（柴油機），實現了內燃機余能的回收，可以顯著提高汽車的燃油經濟性。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后溫度大幅降低，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。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，研制和開發周期短。六是壓縮空氣罐廢棄后比電池污染小。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、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、觀光游船、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6700萬臺，其中1379萬臺為汽車配套，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占全國總消耗量的2/3，是名副其實的用油大戶。排放方面，內燃機廢氣污染占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年國家出臺的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，內燃機并未受到足夠重視。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，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，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，需要一個比較長的研發與推廣周期，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并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。

　　《科學時報》：節能汽車到底有多大的節能潛力？

　　馬重芳：在世界的石油能源消耗結構中，內燃機所占的份額很大，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3.46億噸中所占比例均接近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占燃油燃燒總熱量的30％～45％（柴油機）或20％～30％（汽油機），以廢熱形式排出車外的能量占燃燒總能量的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。因此內燃機余熱回收是降低內燃機能耗的關鍵技術措施之一。