马重芳：节能汽车助力汽车工业节能突围(2)
美国能源部对内燃机节能潜力的评估结果认为，发动机余热能回收的节能潜力达60%以上。美国Argonne国家实验室在分析了各类内燃机的节能技术后认为，余热能回收利用具有最大的节能潜力。作为全球最大的独立发动机制造商，美国康明斯（Cummins）公司认为，通过余热能的回收利用，到2015年可使内燃机的转化效率达到60%左右。
与此同时，2010年初，美国能源部长朱棣文宣布启动3.75亿美元（政府拨款1.87亿美元）提高重型卡车和乘用车效率的研究计划，其中发动机余热能回收利用是该项目支持的主要关键技术。该项目投资中60%的资金用于重型卡车的节能，其余40%的资金投入来支持轻型客车的节能。到2030年该技术在汽车中广泛采用后，每天能够节约1亿升汽油和柴油，降低汽车20%的碳排放。美国此项计划反映了新能源汽车的最新动向，此举能给我们以启示和借鉴。
总的来说，从目前的进展来看，通过对内燃机余热能的梯级利用，取得10%～20％的能量利用效率的提高完全是可能的。我国2009年石油消耗量约为3.74亿吨，其中内燃机耗油为2.24亿吨，因此通过对内燃机余热余压利用的研究，可节约石油3360万吨左右，减少CO2排放1.05亿吨左右。
《科学时报》：目前，国内外对节能汽车的研究现状如何？
马重芳：国际上非常重视内燃机废气余热的利用。美国能源部同时资助6个团队进行汽车余热利用研究，这6个团队几乎涵盖了相关领域各大公司及国家实验室，美国能源部的目标是通过余热利用技术的应用使柴油机热效率在10~15年后提升至60％。
在欧洲，英国帝国理工学院在展望内燃机的发展趋势时，将内燃机废热能的利用作为到2050年的关键技术挑战。法国在2007年启动了heat2power计划；瑞典3所一流大学Lund，Charlmes，KTH开展内燃机余热回收的联合研究。日本文部省在2005年发布的第八次技术预见调查报告中，将内燃机余热能的利用列为未来30年技术发展的100个重要课题之一。
在各国政府的产业布局中，各国企业也在争相投入引领技术潮流。
德国宝马公司已经在1.8升四缸发动机上分别采用水和酒精的朗肯循环回收废气和冷却水的高温和低温余热推动膨胀机做功，试验结果表明，可增加15%的引擎输出效率以外，油耗表现更与1.5升的车款相当。
日本本田公司通过高温废气换热产生高压蒸汽，驱动膨胀机发电回收余热，膨胀机最大可输出32kW电，热效率最大可提高13％。
康明斯在美国能源部的支持下进行了利用8级车用内燃机余热驱动有机朗肯循环发电的研究，目标是提高10％的燃油经济性。目前已经完成了第一代样机的设计制造和测试。
此外，美国卡特皮勒公司开发了固定式天然气发动机的有机朗肯循环废气余热发电系统，该系统样机使发动机系统的燃气利用效率达到了47%。
对于空气动力汽车而言，早在内燃机发明之前，压缩空气动力汽车的概念就被提出并被广泛应用于瑞士等欧洲各国城市的轨道交通。目前法国MDI汽车公司是此项技术的代表。到2008年底，他们已经设计制造出5种型号的压缩空气动力汽车，其发动机的功率从4马力到75马力。其中一款车型可达200km～300km的续航里程，最高时速110 km/h，接电自充气时间在4个小时左右，而在加气站充气时间只需3分钟。
此外美国、韩国、英国、澳大利亚等国均进行过压缩空气动力汽车的研究。
《科学时报》：您对我国发展节能汽车有何建议？
马重芳：与国外同行相比，我国节能汽车的研究较少。我国科技部先后在“十五”和“十一五”期间分别设置了两个内燃机“973”项目，这两个项目都是由天津大学牵头，主要进行内燃机高效燃烧技术的研究。2010年科技部批准了天津大学内燃机国家重点实验室舒歌群教授牵头申请的“973”项目“高效、节能、低碳内燃机余热能梯级利用基础研究”，北京工业大学吴玉庭研究员做为其中课题二“内燃机余热能转化热力单元和材料性能强化设计和集成优化的研究”的课题负责人。在“十一五”“863”中也设置了一个内燃机废气余热回收的预探索性专题课题，在该课题的支持下北京工业大学对内燃机废气余热回收开展了预探索研究，目前正在搭建实验台进行实验验证。气动汽车方面，国家自然科学基金委和国家科技部设置了相应课题，浙江大学、北京工业大学、合肥工业大学开展了一些研究工作，取得了一定进展。总的来说，国内对节能汽车的研究还刚刚起步，跟国外差距很大，因此非常有必要设置项目进行系统研究，以促进我国节能科学理论的发展。
内燃机废气余能的回收涉及废气余热的收集传热、热功转换、热电直接转换以及压力能转换等方面。热力学、传热学、材料、机械和控制等多个学科以及这些学科的交叉是内燃机余热利用的理论基础。只有掌握了这些关键科学技术，才能使系统总能利用效率显著提高，回收成本进一步降低，进而才有可能推动其大规模商业化发展，实现内燃机余热余压的有效利用。
柴油机余热热功转换是一项近年来才兴起和受到重视的新能源汽车技术，其研究主要集中在欧洲与美国。大汽车和柴油机厂商都在全力开发柴油机余热热功转换，也有越来越多的发动机厂商正在或即将跻身到该技术的研究应用中。但尽管如此，目前该项技术依旧处于示范试验、系统性能优化改进阶段，许多关键技术还没有被完全攻克。
我国是最大的重型卡车生产国，柴油机余热热功转换系统的研发和应用对我国汽车工业的发展具有重要的战略意义，而目前国内企业尚未开展该技术的研发。该项技术目前还并不成熟，谁先掌握先进可行的技术，谁将把握最大的商机，成为该技术的领跑者，带领整个发动机余热热功转换新动力系统的发展。
记者 刘丹
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