目前，我國(guó)正面臨著石油缺口量逐年增大、空氣污染仍很?chē)?yán)重、我國(guó)內(nèi)燃機(jī)大都是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)或者是中外合資的產(chǎn)品等問(wèn)題。如何結(jié)合我國(guó)國(guó)情發(fā)展中國(guó)的燃料、汽車(chē)及內(nèi)燃機(jī)工業(yè)，制定科學(xué)的、符合發(fā)展總趨勢(shì)的戰(zhàn)略，應(yīng)該是內(nèi)燃機(jī)及汽車(chē)行業(yè)部門(mén)、石化部門(mén)及政府領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)的大事。

  

    內(nèi)燃機(jī)是汽車(chē)的心臟及節(jié)能的重點(diǎn)，改善內(nèi)燃機(jī)的工作及燃燒過(guò)程仍是降低汽車(chē)排放物的重要途徑之一。汽車(chē)燃料的多元化已是世界大多數(shù)國(guó)家的既定政策及現(xiàn)實(shí)情況。目前應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)能否適應(yīng)多種燃料，使用不同燃料后排放如何，有無(wú)新的非常規(guī)排放物產(chǎn)生，能否有利于降低大氣中二氧化碳(CO2)或者燃料生命周期循環(huán)能否實(shí)現(xiàn)C02零排放等都是長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)外各大汽車(chē)公司、石油化工部門(mén)、高等院校和研究部門(mén)的研究課題.

  

    一、研究及開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能及生物燃料

    2004年，上海及武漢等＿些大城市一度出現(xiàn)柴油脫銷(xiāo)、20個(gè)省市出現(xiàn)電力及煤炭供應(yīng)不足、電力供應(yīng)部門(mén)預(yù)期今后幾年內(nèi)仍會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)不足的局面。柴油脫銷(xiāo)固然有體制的影響，但根本原因是國(guó)產(chǎn)石油資源太少，石油及代用燃料自產(chǎn)量有限。目前，我國(guó)及世界礦產(chǎn)能源資源已逐漸枯竭。

  

    2000年，我國(guó)進(jìn)口原油7000萬(wàn)t及﹁些成品油，所用資金250億美元；2002年，進(jìn)口原油的數(shù)量已占總消費(fèi)量的29.8%。從經(jīng)濟(jì)方面分析，由于石油價(jià)格上漲，費(fèi)用大幅度增加，例如2000年的進(jìn)口石油數(shù)量比1999年增加了53.8%，而費(fèi)用增加高達(dá)152.3%。由于中東地區(qū)局勢(shì)動(dòng)蕩不定，石油價(jià)格已由20世紀(jì)70年代的每桶3美元上升到目前每桶30美元以上。石油資源逐漸枯竭，大國(guó)爭(zhēng)奪石油資源，價(jià)格逐步上漲是大勢(shì)所趨。因此，我們不能不惜逐年日益增多的外匯消耗及能源安全于不顧，也不能等到石油供應(yīng)更緊張及枯竭時(shí)，才考慮替代能源及燃料。能源及燃料的供應(yīng)緊缺必然影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，甚至是社會(huì)的穩(wěn)定。

  

    目前，我國(guó)投入較多人力及物力開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，已取得一些成果。然而純電動(dòng)汽車(chē)一些關(guān)鍵技術(shù)非短期內(nèi)能完善解決的，即使解決也僅適合市區(qū)和短途運(yùn)輸，成本也高，一般收入的家庭不可能購(gòu)買(mǎi)�；旌蟿�(dòng)力汽車(chē)雖然能夠早日進(jìn)入市場(chǎng)，但還需要時(shí)間及小型緊湊高效低排放的內(nèi)燃機(jī)及清潔燃料。至于普及燃料電池及氫燃料汽車(chē)為期還很遙遠(yuǎn)，解決廉價(jià)氫的生產(chǎn)及貯存使用并非易事，雖然已有性能好的氫燃料及燃料電池汽車(chē)出現(xiàn)，但那只是高價(jià)的樣車(chē)。它不僅不適合我國(guó)國(guó)情，即使在發(fā)達(dá)的美國(guó)也有不同的看法。

  

    發(fā)展汽車(chē)燃料的戰(zhàn)略應(yīng)注重如下方面。

    第一，替代燃料的多元化。當(dāng)前替代燃料已經(jīng)逐步多元化，包括天然氣(CNG)、液化石油氣(LPG)、甲醇、乙醇、煤制柴油、二甲醚及生物柴油等。目前，CNG及LPG主要以雙燃料在使用；甲醇及乙醇產(chǎn)量少，在不改動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的前提下，以低比例方式攙燒；而煤制柴油、二甲醚及生物柴油尚處于試驗(yàn)研究及試生產(chǎn)階段。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，多種燃料將會(huì)按市場(chǎng)規(guī)律及技術(shù)進(jìn)展情況，在競(jìng)爭(zhēng)中得到發(fā)展或者受到抑制甚至被淘汰。然而，近期內(nèi)，由于燃料短缺及降低排放的需要，這些燃料將同時(shí)得到應(yīng)用。

  

    天然氣及液化石油氣雖然目前可直接用作內(nèi)燃機(jī)的燃料，但是重要缺點(diǎn)是比體積熱值太低，要保持較長(zhǎng)的行駛里程就要損害車(chē)輛效率及可用的空間。

  

    天然氣通過(guò)引入的蒸氣重整轉(zhuǎn)化成氫氣和一氧化碳的混合物(合成氣)。采用Fischer Tropsch合成工藝將合成氣轉(zhuǎn)變成傳統(tǒng)燃油。煤制柴油的工藝原理也基本如此，先將煤轉(zhuǎn)變成合成氣，然后用F-T合成工藝變成柴油。這也叫氣一液轉(zhuǎn)化技術(shù)生產(chǎn)出的柴油具有較高的十六烷值，而且不含硫或芳烴，可以改善柴油機(jī)的燃燒及降低排放，可用成本較低的天然氣或煤炭生產(chǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，因此具有較大的吸引力。

  

    我國(guó)神華集團(tuán)經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，于2002年開(kāi)始在鄂爾多斯市建設(shè)煤液化工廠(chǎng)，一期工程完成后將年產(chǎn)汽油19.54萬(wàn)t、柴油177.56萬(wàn)t及液化氣等化學(xué)產(chǎn)品，預(yù)測(cè)生產(chǎn)成本為15―16美元／桶。

  

    2003年5月，德國(guó)總理施羅德及大眾集團(tuán)董事長(zhǎng)畢睿德博士出席了使用殼牌GTL／12藝生產(chǎn)的柴油的試驗(yàn)車(chē)隊(duì)項(xiàng)目的啟動(dòng)儀式，該車(chē)隊(duì)由25輛1.9L、74kW柴油高爾夫轎車(chē)組成，目的是檢驗(yàn)合成柴油在日常使用中的可行性和經(jīng)濟(jì)性。德國(guó)臺(tái)架試驗(yàn)表明，使用合成柴油可以明顯地降低NOx及PM，一輛達(dá)到歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)不需特別處理即可達(dá)到歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，85kW泵噴嘴高爾夫柴油機(jī)使用合成油，采用歐洲新循環(huán)，PM為0.008g／km。

  

    第二，可再生的生物燃料。在近期投入生產(chǎn)合成油的原料仍然是有限的礦產(chǎn)資源一一天然氣及煤，在生產(chǎn)過(guò)程中仍然有較多的二氧化碳排放。為了經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展以及能源與燃料得到可持續(xù)保障供應(yīng)，較多國(guó)家從20世紀(jì)80年代就開(kāi)始生物質(zhì)能及燃料的研究與開(kāi)發(fā)。生物資源極其豐富，靠太陽(yáng)的光合作用生長(zhǎng)，是用之不盡的可再生能源資源。另外，與集中在少數(shù)地區(qū)的石油不同，它分布在全世界，每個(gè)國(guó)家都可以開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能。

  

    生物質(zhì)能不僅可以用于制造液體及氣體燃料，而且很多國(guó)家都用于發(fā)電、供熱及煉鋼等工業(yè)。我國(guó)發(fā)電、小區(qū)供熱都可以考慮利用生物質(zhì)能。車(chē)用替代燃料甲醇、乙醇、二甲醚及生物柴油等都可以利用生物質(zhì)先熱裂解氣化生成合成氣，然后再合成生物燃料。

  

    生物質(zhì)由纖維素、半纖維素及木質(zhì)素構(gòu)成，難以分解液化。盡管從20世紀(jì)80年代國(guó)外就開(kāi)始研究生物質(zhì)能，不斷取得一些成果，仍未達(dá)到可以商業(yè)化的水平，但據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，2010年左右可達(dá)到廉價(jià)工業(yè)化要求。我國(guó)有關(guān)大學(xué)及科研單位也在進(jìn)行研究。開(kāi)發(fā)和應(yīng)用生物質(zhì)能及燃料是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，這是我國(guó)中長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略。

  

    氫氣是理想的清潔燃料，用氫作燃料電池的燃料，開(kāi)發(fā)氫燃料電池汽車(chē)及發(fā)電廠(chǎng)，是科技人員追求的目標(biāo)。目前無(wú)論用水或生物質(zhì)制氫，都效率低、成本高，包括儲(chǔ)存的一些技術(shù)仍遠(yuǎn)未解決。納米材料及納米技術(shù)有助于解決這一問(wèn)題，但這畢竟是較長(zhǎng)期的發(fā)展目標(biāo)。

  

    二、研究開(kāi)發(fā)小尺寸的渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)及汽車(chē)

我國(guó)人口眾多、資源有限，節(jié)省資源應(yīng)是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中的永恒主題。目前，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，汽車(chē)保有量還不算多，但一些大城市交通擁堵現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，停車(chē)場(chǎng)地十分有限。隨著人們生活水平的不斷提高，私人購(gòu)車(chē)已是無(wú)法控制的趨勢(shì)。

  

    作者認(rèn)為，我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展如德國(guó)甲殼蟲(chóng)一類(lèi)的小型汽車(chē)，相應(yīng)地開(kāi)發(fā)小型廢氣渦輪增壓汽油機(jī)及柴油機(jī)，這也是混合動(dòng)力小汽車(chē)及廣大高原地區(qū)所需要的。進(jìn)一步分析，由于納米材料及技術(shù)的深入研究和擴(kuò)大應(yīng)用，各種機(jī)械都將逐步小型化，這是必然的趨勢(shì)。現(xiàn)在就著眼于重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的小型汽車(chē)及增壓內(nèi)燃機(jī)，這是一項(xiàng)重大的戰(zhàn)略措施。它也將有助于內(nèi)燃機(jī)及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速進(jìn)入發(fā)展中國(guó)家及全世界的市場(chǎng)。

  

    三、研究開(kāi)發(fā)綜合燃燒系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)

    內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷程具有如下特點(diǎn)：①當(dāng)初魯?shù)婪�、狄塞爾發(fā)明柴油機(jī)時(shí)就曾在內(nèi)燃機(jī)上試用過(guò)氣體燃料、酒精及植物油；②在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，奧托循環(huán)及狄塞爾循環(huán)技術(shù)在不斷發(fā)展變化，奧托循環(huán)側(cè)重于均質(zhì)預(yù)混及外源點(diǎn)火，而狄塞爾循環(huán)則噴霧擴(kuò)散及壓燃，分別用汽油及柴油作為燃料；③為了降低油耗，奧托循環(huán)汽油機(jī)由化油器發(fā)展為像柴油機(jī)一樣用噴油嘴單點(diǎn)噴射一多點(diǎn)噴射直噴以及均勻混合向分層稀薄燃燒發(fā)展；④在開(kāi)發(fā)、采用替代燃料(氣體燃料、甲醇、乙醇等)汽油機(jī)及柴油機(jī)又各自采用對(duì)方的優(yōu)點(diǎn)，汽油機(jī)為了適應(yīng)醇燃料的特性及提高熱效率，將壓縮比提高到12%―14%。柴油機(jī)為了能使用難以壓燃的醇燃料，采用電熱塞或汽油機(jī)一樣的點(diǎn)火系統(tǒng)或者助燃劑，也有用化油器或其原理在柴油機(jī)上攙燒醇燃料；⑤汽油機(jī)降低排放的重點(diǎn)是CO及HC，而柴油機(jī)則是NOx及PM，要全面大幅度降低排放，需要將二者工作及燃燒過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)綜合起來(lái)；⑥無(wú)論是開(kāi)發(fā)雙燃料或多種燃料內(nèi)燃機(jī)，也都體現(xiàn)著汽油機(jī)和柴油機(jī)二者優(yōu)點(diǎn)互相滲透、綜合起來(lái)的必要性和可能性，從回顧內(nèi)燃機(jī)發(fā)展歷程及當(dāng)前需要出發(fā)，可以強(qiáng)調(diào)如下觀點(diǎn)：①樹(shù)立燃料、內(nèi)燃機(jī)及排放三位一體概念，才能互相促進(jìn)及發(fā)展；②內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷程已經(jīng)表明，汽油機(jī)及柴油機(jī)在互相滲透，揚(yáng)長(zhǎng)避短；③為了適應(yīng)燃料多元化及降低排放的嚴(yán)格要求，必須將汽油機(jī)及柴油機(jī)工作過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)綜合在一起，研究開(kāi)發(fā)新的綜合燃燒系統(tǒng)(New Comprehensive Combustion System―NCCS)。

  

    目前要全面科學(xué)地描述NCCS是困難的，這需要通過(guò)試驗(yàn)研究創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。然而，可以提出如下基本思考點(diǎn)：①?gòu)墓?jié)能、降低排放及適應(yīng)多種燃料的目標(biāo)出發(fā)，綜合奧托循環(huán)及狄塞爾循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)；②增加柴油機(jī)的均質(zhì)預(yù)混合部分，取消汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)；③壓縮比考慮的范圍為12%―16%或?qū)⑸舷拊贁U(kuò)展一些；④采用廢氣渦輪增壓及低釋熱結(jié)構(gòu)；⑤運(yùn)用成熟的納米材料及納米技術(shù)。

  

    綜上所述，發(fā)展汽車(chē)燃料及內(nèi)燃機(jī)是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要環(huán)節(jié)。其具體戰(zhàn)略如下。

  

    第一，我國(guó)礦產(chǎn)能源資源有限，目前石油、電力及煤炭供應(yīng)緊張，為內(nèi)燃機(jī)尋求一切可替代的燃料及實(shí)現(xiàn)多元化是可持續(xù)發(fā)展的需要。

  

    第二，改