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立帜汽车制造网 随着世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染，城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气，此外，汽车排放的大量CO2加剧了温室效应，汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国，污染严重，世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大，平均油耗高出10%—30%，排放约为15—20倍，汽车工业面临的压力更大。 上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车，新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源，利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。 本文介绍新能源汽车技术的发展概况，并对其发展前景提出看法。 1 新能源汽车的种类及其特点 1 天然气汽车和液化石油气汽车 天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车，主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料，常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料，燃气成分单一、纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全，CO和微粒的排放量较低，燃烧温度低因而NOx排放较少，稀燃特性优越，低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统，即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统，汽车可由其中任意一个系统驱动，并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机，根据开发目标，该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上)，NOx排放量低于1g／km，制造成本为400450美元／kW，维护费用低于01美元／kwh，在满足这些目标的同时，发动机具有较高的可靠性。 2 醇类汽车 醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车，使用比较广泛的是乙醇，乙醇来源广泛，制取技术成熟，最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动，既不需要改造发动机，又起到良好的节能、降污效果，但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率，必须加大燃油喷射量，当掺醇率大于15%—20%时，应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低，对发动机进气系统要求不高，自燃性能差，辛烷值高，有较高的抗爆性，挥发性好，混合气分布均匀，热效率较高，汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发，到2003年底，美国有230多万辆乙醇汽车，其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。 3 氢燃料汽车 氢是清洁燃料，采用氢气作燃料，只需略加改动常规火花塞点火式发动机，其燃烧效率比汽油高，混合气可以较大程度地变稀，所需点火能量小，有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中，用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种，但体积能量密度最低，其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制，开发了多款氢发动机汽车，其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机，该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。 4 二甲醚汽车 二甲醚(DME)是一种无色无味的气体，具有优良的燃烧性能，清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少，稍加压即为液体，非常适合作为压燃式发动机的代用能源，使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备，并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验，二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境，产生的NOX比柴油少20%。 5 气动汽车 以压缩空气、液态空气、液氮等为介质，通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车，气动发动机不发生燃烧或其他化学反应，排放的是无污染物辐射的空气或氮气，真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV)，工作原理类似于传统内燃机汽车，只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁，社会基础设施建设费用不高，较容易建造。无燃料燃烧过程，对发动机材料要求低，结构简单，可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短，设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高，续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利，并加盟MDI公司，2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV，质量仅700kg，其发动机质量仅为35kg，速度可达120km／h，一次充满压缩空气可行驶200km，充气费用仅为3美元，在城市中约可行驶10h，在压缩空气站充气2min就可完成，用气泵充气3h可完成。 6 电动汽车 世界上第一辆电动车(EV)由美国人在19世纪90年代制造。EV大致分为蓄电池电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动，能够实现低排放和零排放。 蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距，而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备，使用场合受到了限制。燃料电池具有近65%的能量利用率，能够实现零排放、低噪声，国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能，发展前景很好，但成本却是制约其产业化的瓶颈。在加拿大进行的示范试验表明，使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元，而使用柴油机的公共汽车仅为5万加元。 混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点，同时克服了两者的缺点，近年来获得了飞速发展，并已经实现了产业化和商业化，PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。 7 以植物油为燃料的汽车 为了寻找可代替石油的新能源，科学家也将目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油，这是一种以植物油为原料的燃料，将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫，因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油，化学家们正在对植物油进行酯化加工，使之变成甲基酯化合物，燃烧起来更干净，发动机内残留物也较少。 2 我国新能源汽车的发展概况 我国天然气资源丰富，分布广泛，海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市，各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车，主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽—大众公司开发了捷达LPG，上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus，北京开发了CNG城市bus。 山西是产煤大省，甲醇汽车项目已进行多年，目前已达到商业运行阶段，所用甲醇汽车采用灵活燃料系统，既可用甲醇，也可用汽油，将乙醇当作有氧燃料使用，现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。 我国煤炭资源丰富，政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂，以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关，于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”，通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验，发现发动机的功率可提高10%-15%，热效率提高2—3个百分点，噪声降低10%-15%。 我国从事燃料电池研究的单位有20余家，质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展，但与国外还有不小差距，例如，国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车，而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW，离轿车使用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。 我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平，比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。 目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学，他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台，探索出不少有益的结论，正在进一步深入研究，此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。 3 代用燃料汽车的发展前景 在各种汽车代用燃料中，LPG和CNG最方便投入使用，而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景，美国近年来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省，乙醇资源丰富，乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性，也将具有很好的应用前景，特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。 蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车，且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破，也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染，但其整车性能与传统汽车相差太远，只能在较小的范围内应用于特定场合。 燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200—350Wh／kg，为锂离子电池的2—3倍；能量转换效率高达60%～80%，是汽油机或柴油机的5～2倍，能实现超低污染甚至零污染，而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒—奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV，2001年5月Necar4在美国试车，功率55kW，最高车速145km／h，装载行程450km，最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车，美国AR—CO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟，组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池，电池在发电效率非常高的1000℃的高温下工作，电解质的输出功率达到1W／cm2，相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池，已具有相当水平。 总之对代用燃料的综合评价应考虑以下因素：燃料成本；车辆成本；对进口石油的依赖程度；有效能源利用率；温室效应；排放污染；生产、储运、分销、加注设施；装载行驶里程和加注时间；安全性。基于这些因素，目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。电、甲醇和乙醇的综合评价指数都低于汽油。可以预计LPG和CNG以及乙醇的市场份额将会不断增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市场份额会快速稳定增长。混合动力汽车会进一步发展，迅速增加市场份额。而燃料电池汽车会在20年之后开始实现产业化逐渐增加市场份额。传统汽油机汽车的市场份额会在20年之后开始出现明显的下降，但柴油车会在重型车辆领域继续保持很高的市场份额。 4 结束语 在未来的20年内，汽油和柴油仍是汽车主要的能量来源，但汽油和柴油的质量要求越来越高，发动机技术将快速发展以提高能量利用率。代用燃料会得到迅速运用，天然气汽车和乙醇汽车会率先大规模投入使用，二甲醚和合成燃料会逐步扩大应用。 混合动力系统会得到快速发展和应用，混合动力汽车将至少在30年内都是汽车工业最切实可行的解决能源问题和污染问题的途径。因此应当整合资源加速混合动力汽车的开发，抢占汽车技术发展的新高地。 燃料电池是最有前途的车用能量，也是未来汽车的主要能量源，国内石油工业应该与汽车工业联手开发先进的燃料电池技术，抢占未来先进汽车技术的前沿阵地! 
( 二 ) 主动 O 入世界汽卑大市场从国际汽车强国的发展历程来看，他们都在资本逐利性的驱使下积极寻求新市场，主动融人世界汽车大市场而潜在需求大经济发展迅速的发展中国家，近年来正成为他们新的目标市场，汽车强国向发展中国家的销量在不断增加同时，在融人世界汽车大市场的过程中，汽车发达国家也十分注重新技术手段的采用，如近年来在网络技术的应用上，各大汽车生产厂商都有自己的电子商务，不断丰富服务内容拓宽服务范围我国加入 wm 以后，汽车市场将面向世界，且由于其庞大的消费群体和稳步发展的经济已成为汽车强国拓展国际市场的首选目前全球几乎所有的汽车强国都在大陆有投资就是一个很好的例子但是我们应该看到，以目前国内汽车产业的技术实力和生产水平尚无力进行国际市场的扩张，目前国内汽车产业的任务就是加快发展速度，积极进取，以多个渠道多种形式增强在国内市场的竞争力，尽力满足国内市场需求( 三 ) 在开放中课发展，坚持自主开发型的发展模式一国汽车的发展模式按照技术和资金的自有程度可以划分为共同经营型发展模式自主开发型发展模式和外资主导型发展模式三种从汽车强国的发展来看，他们最终都采取了自主开发型的发展模式以美国汽车工业为例，虽然在其发展早期，由于国际间交流合作的欠发达并不存在开放的因素，但是随着经济和其汽车工业的逐渐发展，美国汽车开始向外扩张，在加拿大及欧洲等地区输出资金和技术尔后，随着国际汽车工业的发展，美国开始从德国日本等国引进资金和技术，最终走上了自主开发型的发展道路日本德国英国法国以及意大利韩国等国家的汽车工业，也都是在坚持自主开发的模式下发展起来的尤其是在当前全球经济一体化加速的情况下，各汽车强国在不断加大开放力度，探索合作模式当前跨国公司的兼并重组除了是企业间资金与物质的优化利用之外，也是技术的相互借鉴与融合，是新形势下自主开发型发展模式的新形式( 四 ) 政府引导下摄大的社会支螺体康首先，全球强大的汽车生产国都有自己完善的汽车产业法律法规体系，如美国早在 20 世纪70 年代就建立了自己的大气清洁法噪声控制法联邦公路安全法联邦机动车的燃油经济性法等法律法规欧洲也在 1958 年成立了联合国欧洲经济委员会 (ECE) 汽车法规欧洲经济共同体 (EEC) 汽车法规日本也有自己相应的汽车法律法规体系其次，全球强大的汽车生产国还在政府的引导下，建立并不断完善自己的人才培训体系汽车金融协调体系咨询服务体系和技术支撑体系这些社会支撑体系的建立与完善为汽车产业的发展壮大奠定了基础，保证了汽车产业的健康发展三中国汽车产业的发展现状( 一 ) 产品生产初县撮模，市场露求扩雍迅速截止到 20C 12 年底，我国汽车产业拥有注册汽车生产厂家 100 多家，其中位于生产量前 15 家的企业生产量达到了国内汽车总产量的 91 ％ 20 四年全行业累计完成不变价工业总产值 7 坝． 6 亿元，累计完成现价工业总产值吩酗． 18 亿元，累计完成工业销售产值 6M 9 ． 44 亿元删 2 年全行业累计完成工业增加值 1544 ． 54 亿元，同比增长28 ． 82 ％，增长额为 345 ． 53 亿元，增幅高于全国工业增加值平均增长速度 (12 ． 6 ％ )16 ． 22 个百分点同时， 20C 12 年我国汽车总销售量已经达到了 324 ．以万辆，居世界第五位，其中轿车已经达到了 110 万辆阂专家预测，别 03 年我国汽车市场持续扩大，预计汽车产量有望达到 380 万辆，跃居世界第四位这其中虽然有部分因素是因为国内汽车竞争日渐激烈及降价等促销措施所带来的销售量增加，但是汽车作为高档消费品，随着国民经济的持续发展及居民生活水平的逐渐提高，它进入普通老百姓的消费视野，进而推动我国汽车市场的急剧扩张却是勿庸置疑的( 二 ) 技术水平有所提高，但依然姨免自主研度能力当前我国的汽车工业与建国初期相比，综合技术水平有了很大提高，已不同程度地具备了适合国情的载货汽车大客车微型汽车及实用型中小排量摩托车的开发能力；汽车生产中采用的高新技术电子技术越来越多 3 在 ABS 安全气囊自动变速器牵引力控制系统防侧滑系统等安全技术研究方面，已取得了创新性成果 N 同时，汽车产品质量监督方面的检测能力的增强及检测水平的提高，促进了我国汽车产业的技术进步，提高了汽车产品质量及使用的安全性同时我们还应清醒地认识到，虽然我国汽车产业技术水平有了很大提高，但是自主研发能力低下依然是一个需要迫切解决的问题我国汽车产业的技术多集中在通用零部件生产和成车组装等制造环节，产品的核心零部件以及整体研发技术基本上还是空白自主研发能力是汽车产业从产业链的价值低端向高端过渡的必要条件，是汽车产业发展的瓶颈，如果没有一定的自主研发能力，汽车产业就只能在附加值比较低的制造阶段徘徊我国汽车产业应加快自身研发能力的培养，争取早日生产自主研发的品牌产品，从汽车产业价值链的高端谋取利润 ( 三 ) 零部件生产技术落后，阻碍汽丰产量整体水平的提蔫 零部件生产处于汽车工业金字塔结构的基层，一个运作良好的汽车产业体系必须有一个强大的零部件生产体系而我国汽车零部件从研发到制造与发达国家相比存在很大差距我国汽车零部件生产的技术落后，在研发能力上表现为：电子化和集成化研发能力不强，产品更新换代速度慢；在零部件制造水平上表现为：产品精度不高，产品成本过高，这都使得我国汽车零部件难以跟上世界汽车工业模块化集成化生产的发展趋势同时，我国汽车零部件企业规模小，无法获得规模效益，使得汽车零部件企业无力进行技术改造，在阻碍自身发展的同时也阻碍了整个汽车工业的发展
