马重芳：节能汽车助力汽车工业节能突围

　　在这样一个以能源和气候为尊的时代，人们对新能源汽车给予了前所未有的关注和投入，但不可否认，现在汽车仍主要依赖石油驱动。石油主宰着世界经济的发展，同时也是地区争端的主要诱因。更重要的是，我们所剩的石油已经不多了。

　　改造发动机，把每一滴汽油和柴油的利用率提升到极致、装上电池用电力来辅助或主导驱动、往内燃机和电池里灌上各种生物燃料乃至液态氢……倾注了人类百年智慧和激情的汽车正在不断革新动力单元，而不变的关键词始终如一：节能、环保、可持续。

　　“毋庸置疑，新能源汽车是目前汽车的主流发展趋势，作为新能源汽车的补充，节能汽车也应引起足够的重视。”北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室主任马重芳教授特别强调“节能汽车”的概念。近日，在接受《科学时报》记者专访时，马重芳指出，不论未来将是什么在支持我们的汽车前进，至少今天，我们没有理由不关注传统内燃机对每一滴石油的燃烧与利用。

　　《科学时报》：什么是节能汽车？它与新能源汽车有何区别？

　　马重芳：新能源汽车主要指纯电动、油电混合动力和燃料电池三种，它们本质都是以电化学蓄能为基础的。节能汽车指的是内燃机与余能热功转换相结合的混合动力汽车、压缩空气动力汽车等，节能汽车的本质是通过余能回收和物理蓄能实现内燃机效率的提高，进而实现汽车节能。

　　内燃机与排气余热回收相结合的混合动力汽车指的是利用内燃机的废气余热，通过朗肯循环和有机朗肯循环，实现排气废热的热功转换，从而提高发动机的功率，降低发动机的油耗。这是节能汽车特别是重型卡车的一个重要发展方向。

　　由于这种新型混合动力装置以联合循环代替了单一的奥托循环（汽油机）或DESEL循环（柴油机），实现了内燃机余能的回收，可以显著提高汽车的燃油经济性。这种新型混合动力汽车不但在学术上具有重要意义，而且将为汽车动力的发展提供了重要战略方向。

　　节能汽车的另一个重要方向——压缩空气动力汽车，也叫气动汽车，其基本原理是将高压压缩空气注入高压储气罐，压缩空气膨胀驱动膨胀机做功输出机械能从而驱动汽车运行。

　　压缩空气动力汽车与其他汽车相比有以下几个优点：一是无燃料燃烧，排放的是无污染、低温的空气，是真正的“绿色”概念汽车。二是在气动发动机工作过程中高压气体膨胀做功后温度大幅降低，排出的尾气温度远低于环境温度，低温的尾气可以作为空气动力汽车制冷空调的冷源而不需要额外制冷系统，同时也不必装备油箱、火花塞和消声器，可使车生产成本降低20%。三是空气不可燃，汽车安全性好。四是与传统汽车相比，其发动机工作时无燃料燃烧过程，所以发动机对材料要求低、结构简单、尺寸小、质量轻、造价低、设计和制造容易。五是其能量的传递快捷，储存容易，介质来源方便、清洁，所需的电力容易获取；充气设备和社会基础建设费用不高，较容易建造。整车使用维护和生产费用低，且可利用现有气动技术、汽车设计和制造技术，研制和开发周期短。六是压缩空气罐废弃后比电池污染小。七是比电池寿命长，而且性能不衰退。

　　气动汽车能够满足空气污染严重城市对低排放、零排放汽车的迫切需要，可替代部分城市和室内交通工具，如城市公交车、观光游船、运动小车及室内搬运工具车等，具有很好的市场应用前景，可以获得降低城市污染的良好社会、环境效益。

　　《科学时报》：为何在新能源汽车之外需要特别强调节能汽车的概念？以纯电动车为产业方向的新能源汽车的发展是否将挤压节能汽车的发展空间？

　　马重芳：之所以在新能源汽车概念之外特别强调节能汽车的概念，主要是基于我国节能减排的现实需求。

　　据公开数据显示，2009年我国生产内燃机约6700万台，其中1379万台为汽车配套，总功率达11.3亿千瓦，比2008年增长10%左右。

　　11亿千瓦，这是怎样一个概念？截至2009年底，我国电力装机总容量8.74亿千瓦，按规划，未来5年，平均每年的装机容量增加约1亿千瓦。两者相比，内燃机在中国工业发展中的地位一目了然。

　　可以肯定，在可以预见的未来，内燃机的作用仍将不可替代。而与此同时，内燃机发展面临节能减排的巨大挑战。2009年我国石油进口依存度达51%，而内燃机石油消耗量约占全国总消耗量的2/3，是名副其实的用油大户。排放方面，内燃机废气污染占我国绝大多数城市非供暖季大气污染的50%以上，是城市最主要的大气污染源。

　　机械工业是整个工业的基础，内燃机又是机械工业的基础，但是，越基础的东西往往越容易被忽视。以汽车与内燃机为例，虽然动力总成是汽车的核心，但人们对整车的关注度远远大于内燃机。2009年国家出台的10大产业振兴规划中，汽车、装备制造、船舶都与内燃机有关，但是每个振兴规划中，内燃机并未受到足够重视。在方兴未艾的新能源汽车产业中，传统内燃机节能技术也常常遇冷，远比不上电动车的“热力十足”。

　　当前，国家高度重视新能源汽车发展。由于新能源汽车与传统汽车相比，最根本的变化体现在动力系统。因此，有观点认为新能源汽车将挤压内燃机的发展空间。

　　对此我认为，新能源汽车是传统汽车技术的传承，是汽车技术的主流发展趋势，发展新能源汽车是国家长期战略选择，是汽车工业寻求可持续发展能源环境的必然选择。但新能源汽车技术难度大，需要一个比较长的研发与推广周期，在未来20年，内燃机汽车仍然是主流汽车，新能源汽车对国家节能减排并不能起到立竿见影的效果。因此在大力发展新能源汽车的同时，国家应积极发展节能汽车，节能汽车可能是未来20年内汽车工业节能减排的最主要手段。

　　《科学时报》：节能汽车到底有多大的节能潜力？

　　马重芳：在世界的石油能源消耗结构中，内燃机所占的份额很大，2006年和2007年我国内燃机所消耗的燃油约为1.9亿吨和2亿吨，在当年全国原油消耗总量3.23亿吨和3.46亿吨中所占比例均接近60％。

　　从目前汽车所用发动机的热平衡看，用于动力输出功率一般只占燃油燃烧总热量的30％～45％（柴油机）或20％～30％（汽油机），以废热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％～70％（柴油机）或70%~80%（汽油机），主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热量。因此内燃机余热回收是降低内燃机能耗的关键技术措施之一。