美國能源部對內燃機節能潛力的評估結果認為，發(fā)動(dòng)機余熱能回收的節能潛力達60%以上。美國Argonne國家實(shí)驗室在分析了各類(lèi)內燃機的節能技術(shù)后認為，余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(fā)動(dòng)機制造商，美國康明斯（Cummins）公司認為，通過(guò)余熱能的回收利用，到2015年可使內燃機的轉化效率達到60%左右。

　　與此同時(shí)，2010年初，美國能源部長(cháng)朱棣文宣布啟動(dòng)3.75億美元（政府撥款1.87億美元）提高重型卡車(chē)和乘用車(chē)效率的研究計劃，其中發(fā)動(dòng)機余熱能回收利用是該項目支持的主要關(guān)鍵技術(shù)。該項目投資中60%的資金用于重型卡車(chē)的節能，其余40%的資金投入來(lái)支持輕型客車(chē)的節能。到2030年該技術(shù)在汽車(chē)中廣泛采用后，每天能夠節約1億升汽油和柴油，降低汽車(chē)20%的碳排放。美國此項計劃反映了新能源汽車(chē)的最新動(dòng)向，此舉能給我們以啟示和借鑒。

　　總的來(lái)說(shuō)，從目前的進(jìn)展來(lái)看，通過(guò)對內燃機余熱能的梯級利用，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(guò)對內燃機余熱余壓利用的研究，可節約石油3360萬(wàn)噸左右，減少CO2排放1.05億噸左右。

　　《科學(xué)時(shí)報》：目前，國內外對節能汽車(chē)的研究現狀如何？

　　馬重芳：國際上非常重視內燃機廢氣余熱的利用。美國能源部同時(shí)資助6個(gè)團隊進(jìn)行汽車(chē)余熱利用研究，這6個(gè)團隊幾乎涵蓋了相關(guān)領(lǐng)域各大公司及國家實(shí)驗室，美國能源部的目標是通過(guò)余熱利用技術(shù)的應用使柴油機熱效率在10~15年后提升至60％。

　　在歐洲，英國帝國理工學(xué)院在展望內燃機的發(fā)展趨勢時(shí)，將內燃機廢熱能的利用作為到2050年的關(guān)鍵技術(shù)挑戰。法國在2007年啟動(dòng)了heat2power計劃；瑞典3所一流大學(xué)Lund，Charlmes，KTH開(kāi)展內燃機余熱回收的聯(lián)合研究。日本文部省在2005年發(fā)布的第八次技術(shù)預見(jiàn)調查報告中，將內燃機余熱能的利用列為未來(lái)30年技術(shù)發(fā)展的100個(gè)重要課題之一。

　　在各國政府的產(chǎn)業(yè)布局中，各國企業(yè)也在爭相投入引領(lǐng)技術(shù)潮流。

　　德國寶馬公司已經(jīng)在1.8升四缸發(fā)動(dòng)機上分別采用水和酒精的朗肯循環(huán)回收廢氣和冷卻水的高溫和低溫余熱推動(dòng)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(chē)款相當。

　　日本本田公司通過(guò)高溫廢氣換熱產(chǎn)生高壓蒸汽，驅動(dòng)膨脹機發(fā)電回收余熱，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(jìn)行了利用8級車(chē)用內燃機余熱驅動(dòng)有機朗肯循環(huán)發(fā)電的研究，目標是提高10％的燃油經(jīng)濟性。目前已經(jīng)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(kāi)發(fā)了固定式天然氣發(fā)動(dòng)機的有機朗肯循環(huán)廢氣余熱發(fā)電系統，該系統樣機使發(fā)動(dòng)機系統的燃氣利用效率達到了47%。

　　對于空氣動(dòng)力汽車(chē)而言，早在內燃機發(fā)明之前，壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的概念就被提出并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(chē)公司是此項技術(shù)的代表。到2008年底，他們已經(jīng)設計制造出5種型號的壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)，其發(fā)動(dòng)機的功率從4馬力到75馬力。其中一款車(chē)型可達200km～300km的續航里程，最高時(shí)速110 km/h，接電自充氣時(shí)間在4個(gè)小時(shí)左右，而在加氣站充氣時(shí)間只需3分鐘。

　　此外美國、韓國、英國、澳大利亞等國均進(jìn)行過(guò)壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的研究。

　　《科學(xué)時(shí)報》：您對我國發(fā)展節能汽車(chē)有何建議？

　　馬重芳：與國外同行相比，我國節能汽車(chē)的研究較少。我國科技部先后在“十五”和“十一五”期間分別設置了兩個(gè)內燃機“973”項目，這兩個(gè)項目都是由天津大學(xué)牽頭，主要進(jìn)行內燃機高效燃燒技術(shù)的研究。2010年科技部批準了天津大學(xué)內燃機國家重點(diǎn)實(shí)驗室舒歌群教授牽頭申請的“973”項目“高效、節能、低碳內燃機余熱能梯級利用基礎研究”，北京工業(yè)大學(xué)吳玉庭研究員做為其中課題二“內燃機余熱能轉化熱力單元和材料性能強化設計和集成優(yōu)化的研究”的課題負責人。在“十一五”“863”中也設置了一個(gè)內燃機廢氣余熱回收的預探索性專(zhuān)題課題，在該課題的支持下北京工業(yè)大學(xué)對內燃機廢氣余熱回收開(kāi)展了預探索研究，目前正在搭建實(shí)驗臺進(jìn)行實(shí)驗驗證。氣動(dòng)汽車(chē)方面，國家自然科學(xué)基金委和國家科技部設置了相應課題，浙江大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)開(kāi)展了一些研究工作，取得了一定進(jìn)展�？偟膩�(lái)說(shuō)，國內對節能汽車(chē)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(jìn)行系統研究，以促進(jìn)我國節能科學(xué)理論的發(fā)展。

　　內燃機廢氣余能的回收涉及廢氣余熱的收集傳熱、熱功轉換、熱電直接轉換以及壓力能轉換等方面。熱力學(xué)、傳熱學(xué)、材料、機械和控制等多個(gè)學(xué)科以及這些學(xué)科的交叉是內燃機余熱利用的理論基礎。只有掌握了這些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)，才能使系統總能利用效率顯著(zhù)提高，回收成本進(jìn)一步降低，進(jìn)而才有可能推動(dòng)其大規模商業(yè)化發(fā)展，實(shí)現內燃機余熱余壓的有效利用。

　　柴油機余熱熱功轉換是一項近年來(lái)才興起和受到重視的新能源汽車(chē)技術(shù)，其研究主要集中在歐洲與美國。大汽車(chē)和柴油機廠(chǎng)商都在全力開(kāi)發(fā)柴油機余熱熱功轉換，也有越來(lái)越多的發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)商正在或即將躋身到該技術(shù)的研究應用中。但盡管如此，目前該項技術(shù)依舊處于示范試驗、系統性能優(yōu)化改進(jìn)階段，許多關(guān)鍵技術(shù)還沒(méi)有被完全攻克。

　　我國是最大的重型卡車(chē)生產(chǎn)國，柴油機余熱熱功轉換系統的研發(fā)和應用對我國汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展具有重要的戰略意義，而目前國內企業(yè)尚未開(kāi)展該技術(shù)的研發(fā)。該項技術(shù)目前還并不成熟，誰(shuí)先掌握先進(jìn)可行的技術(shù)，誰(shuí)將把握最大的商機，成為該技術(shù)的領(lǐng)跑者，帶領(lǐng)整個(gè)發(fā)動(dòng)機余熱熱功轉換新動(dòng)力系統的發(fā)展。