二甲醚燃烧性改性研究论文

为使内燃机在降低有害物排放的同时减少温室气体排放，由BMW公司成立的联合组织针对未来用于柴油机的代用燃料进行了试验，并研究该类燃料的燃烧和排放特性。

1 动机

为了限制全球变暖，减少和避免温室气体（THG）已成为全球工业应用的最重要的技术推动方式之一，其中交通领域为最大的温室气体排放源，轿车和商用车产生的CO2排放已成为政治和社会讨论的重点，因此需进一步开展相关工作，以降低大气中的CO2浓度，从而缓解全球变暖趋势。除了如纯电动车等全新车型方案之外，使传统内燃机燃用由再生能源制取的合成燃料也有着较好的应用前景。

2 对能持久应用的合成燃料的要求

因为近几年可再生合成燃料已成为车载动力系统发展过程中的重要课题，为未来汽车选择代用燃料时需设定相关标准，以便集中研究和开发资源，相关标准如下所示：

（1）降低CO2排放：对于现代采用的合成燃料而言，在当前情况下，车辆应在行驶过程中降低CO2排放，应用合成燃料的CO2排放至少不应高于传统化石燃料；

（2）降低有害物排放：新型燃料应不仅能降低CO2排放，而且还应充分避免产生其他有害物排放；

（3）适用性和成本：降低CO2排放是针对现代交通运输而提出的任务，开发新型燃料标准并将其应用到车型认证过程中需花费较高的成本和较长的时间，因此使燃料实现标准化应更具优势，其能以适当的价格尽推广至全球。

（4）从这些要求出发，二甲醚（DME）和氧亚甲基醚（OME）被认为是适合于柴油机的代用燃料，并由此开展了相关试验研究。

3 二甲醚作为柴油机的代用燃料

在该项目的框架下，基础喷射试验的燃料开展了单独试验、整机试验以及实车试验，由此评价其用于替代柴油的潜力。下文根据DME来讨论甲基醚的物理和化学特性。

4 物理和化学特性

通过DME燃烧形成的排放物已确认，由于其含氧量较高（）并且无C-C碳链，由此可实现几乎无碳烟的燃烧过程，而无碳烟排放就能应用较高的废气再循环（EGR），并同时降低氮氧化物（NOx）排放。表1列出了DME物理特性及其与柴油（EN 590）的对比。为了使用DME运行，表中在热值、密度、润滑性和粘度方面进行了显示出来的差异要求对燃油箱和喷射系统进行技术调整。

DME是性质与液化石油气（LPG）相似的蒸汽压曲线的液化气，因而可应用与LPG相似的燃油箱和低压燃料供应部件，系统部件已用DME进行过检验，并按需进行了调整。DME根据环境温度在饱和状态下以～ MPa的压力贮存于燃油箱中。液化DME从燃油箱输送给压力位2～3 MPa的燃料调节回路，此处燃料温度被调节到＜40 ℃，以避免发生相态变化，并在接头处供给喷油系统。

5 二甲醚共轨喷射系统

为了进行试验研究工作，将一种柴油机共轨喷射系统按照DME特有的燃料特性进行调整。由于在高压燃油泵中存在泄漏情况，以往由于DME的体积压缩模量较低等缘故，通常将最大喷射压力限制在60 MPa。减小死容积就能将共轨压力最高提高到100 MPa。同时采用干式电磁伺服阀，以避免浸润和溶解树脂，密封圈用可耐受DME的全氟醚橡胶（FFKM）制成。

与柴油燃料相比，DME热值和密度值较低，不能在相同的时间内将所必需的内能带入燃烧室以实现燃烧，而必须通过加大喷油嘴的流通横截面予以补偿，为此喷油嘴的液压流量要相对于基准柴油喷油嘴（PC-D）提高倍（），同样在100 MPa最大共轨压力下也要求调整加大倍标定的喷油嘴（）的流量特性。为了在高压喷雾罐中进行试验，设计了具有3个喷孔的专用喷油嘴，以便改进单个喷束的光学通道，而为单缸机试验则提供了一个基于计算流体力学（CFD）优化结果的附加喷油嘴（）。

为了能描述喷油嘴加大喷孔对喷束扩展特性的影响，在高压喷雾罐（HPC）中进行喷雾试验，在轿车柴油机燃烧过程用的基准喷油嘴（PC-HPC-D）的基础上对前文所描述的标定的DME喷油嘴进行试验。

采用光学测量方法在高压喷雾罐中采集喷束随时间扩展的宏观特性。在测量中除了气态贯穿深度（GPL）和液态贯穿深度（LPL）之外，还要查明火焰提升高度（LOL）。为了测定GPL使用了纹影图像，而借助于测量活跃的氢氧基残余辐射来测定LOL。柴油的LPL同样通过纹影图像进行测定，而DME因密度较小则采用米氏散射光方法来进行测量。

图1示出了柴油和DME在罐内压力pa?= 5 MPa和温度Ta?= 840 K的情况下高压罐测量的结果，这种环境条件是从基准量产发动机喷油开始时的负荷工况点推导出来的。喷油器控制脉冲持续时间为ten=1 000 μs，而共轨压力被调整到100 MPa。在与基准喷油嘴（PC-HPC-D）比较LPL时，柴油的液态喷束长度明显比DME更长，这可通过DME较低的沸点和蒸汽压来说明，其蒸汽压与高压喷雾罐中的环境压力非常接近，DME的相态从液态变化到气态几乎是同时发生的，因而得到了缩短的LPL。喷孔直径较大的喷油嘴（）对DME的LPL产生了显著影响，液态柴油喷束的贯穿深度仅有小幅度增长，而DME却因喷束蒸发较强烈的冷却作用而产生了明显的差别。

为了对发动机气缸内的燃烧过程进行试验研究，从稍后试验的整机衍生出了单缸试验发动机，并且应用合适的喷油系统部件作为试验载体。在试验中，根据量产柴油机的特性曲线场选择有代表性的负荷工况点。

下面更进一步地考察柴油和DME在中等负荷时的一个运行工况点。对于不同燃料和喷油嘴结构发动机边界条件都保持不变,而喷油器控制始点和持续期以及EGR率则根据燃料和喷油嘴参数进行调整，以保持燃烧重心位置恒定不变。在单缸发动机上进行的试验，与提供量产发动机的数据不同，仅使用一次主喷射。图2示出了柴油基础测量与采用2种不同喷油嘴喷孔直径的DME之间的比较。基础柴油采用量产结构的基准喷油嘴（PC-D）进行测量，而DME则采用补偿物理特性（）和补偿喷油压力较低（）的喷油嘴进行试验。为了适应不同的NOx比排放水平（ISNOx）而调整EGR率。

正如从图2所示，DME在2种不同配置的喷油嘴情况下，甚至在最低NOx排放时，根据滤纸烟度值（FSN值）都检测不到碳烟排放，这种特性归因于快速的混合气形成、较高的氧含量和无C-C碳链。无C-C碳链导致CO形成，并由此替代了高温热解状况中的碳烟。

所有3种情况描述的HC（ISHC）和CO（ISCO）比排放数量级是相似的，仅在低EGR率时DME的HC排放比柴油更低。

与此相反，3种配置之间的差别主要体现在最大压力升高数值上。尽管DME具有较高的十六烷值，并且通常会导致不明显的压力升高现象，但在此处却显示出较高的压力升高数值，这可通过燃烧持续期（BD5-90，译注：指燃烧5%～90%充量质量的持续期）缩短现象来解释，因此这种较小的喷油嘴（）是大有裨益的，特别是在能同时观察到可应用较高的EGR率的背景下。

在图2中可看到DME与柴油的一个较大差别是指示效率（ηi），DME因燃烧持续期（BD5-90）较短和废气温度较低而相对于柴油呈现出更高的效率。

6 二甲醚用于轿车的整机试验结果

应用福特公司一款 L柴油机作为在发动机台架和汽车上进行试验的试验载体。发动机硬件必须针对DME喷射部件而进行调整（图3）,其中集成高压燃油泵是最大的挑战，因DME润滑性能不良，通过发动机机油来确保燃油泵的润滑，同时因泵油相位发生变化，针对皮带传动机构进行的调整也是必不可少的。

此外，为了优化发动机硬件设备，必须将用于调节高压燃油系统的传感器和调节执行机构集成到发动机电控系统中，以便使发动机能在稳态和动态条件下运行。除了量产发动机电控单元中的喷油参数之外，发动机电控系统保持不变，而DME喷射系统则由另一个电控单元来进行调节，2个电控单元通过CAN接口相互通讯。

整机在10个部分负荷和3个全负荷运行工况点进行测量。图4示出了DME在一个运行工况点（n=2 000 r/min，pm= MPa）下的优化标定方式。从保持NOx排放恒定不变，在尽可能保持柴油机标定和相应的边界条件情况下改变共轨压力、燃烧重心位置和过量空气系数。与柴油机的基本情况不同，通过DME进行测量时取消预喷射，因为单缸试验机上的试验在使用小喷油嘴时采用简单的喷射策略、较高的EGR率和降低共轨压力相结合的情况下，在优化噪声特性方面显现出良好前景。

单参数变化的目标是，在CO排放较低的情况下达到尽可能更高的效率。由于相对于柴油而言DME的燃烧持续期较短和与其相关的废气温度较低，因而废气涡轮增压器是主要限制因素之一，因此在相对较高的NOx比排放（ g/（kW·h））情况下进行优化，以确保可变涡轮几何截面（VTG）位置的回旋余地。

在调整喷油始点的同时将共轨压力降低到35 MPa，就能显现出在CO和效率方面的优势。正如预计，在高压指示效率随共轨压力的降低而降低的同时，有效效率却得以相应提高，一方面可用因高压燃油泵的传动功率降低而减小了摩擦损失来进行解释，另一方面与采用72 MPa共轨压力的柴油基本测量相比，随着共轨压力的降低，燃烧持续期相应延长，从而增加了废气热焓，使废气涡轮增压器在较高的效率下运行，并降低了换气损失，而共轨压力降低到35 MPa以下就会带来一系列弊端。对于改变燃烧重心位置而言，可观察到相似的发展趋势，燃烧重心位置向早期方向调节能在CO排放几乎相同的情况下改善效率。改变过量空气系数表明，在λ=的情况下应进行稀薄燃烧，但是无法实现与汽油机相似的化学计量比燃烧，因为由此会使效率降低，并使CO排放显著增加，从而明显高于现代汽油直接喷射汽油机的数值。

附加的废气成分通过颗粒计数器和傅里叶转换红外线光谱计（FTIR）进行测量。经柴油机氧化催化转化器后的CH4排放不会受到共轨压力和燃烧重心位置变化的影响，但是其会随着过量空气系数的降低而增加，并在λ=时达到最大值，而过量空气系数进一步降至λ=时就会使CH4排放降低到接近极限的水平，此时废气温度就会大幅升高（约550 ℃），以致于超过了CH4在催化转化器中实现合理转化的阈值，但在低负荷时仍达不到较低的废气温度水平。颗粒数（PN）原始排放始终保持在图4所示的变化范围内，明显低于现代直喷式汽油机的数值，但是在其他运行工况点按趋势来看，则处于较高或相同的水平，由此在优化过程中所获得的知识基础上逐步改变EGR率（图5）。

在用最佳标定测量时的效率几乎相当于传统柴油机。因其相对于柴油具有更佳的H/C比值，从而使DME具备CO2排放方面的优势，而CO排放始终较高。

根据从优化稳态运行工况点推导出的特性曲线场范围的标定规定，还需应用降低NOx排放（DeNOx）系统和柴油机颗粒捕集器，其标定状况示于图6。

为了最终证实DME作为柴油机代用燃料的潜力，在Ford公司Mondeo轿车基础上采用得以充分优化的发动机硬件和燃油箱系统，并开发出了一种演示车辆，在试验台试验中所积累的经验都应用到了该演示车辆的开发过程中。

DME在全球统一的轻型车试验程序（WLTC）中的排放潜力与柴油的比较示于图7，并针对颗粒、NOx和CO2原始排放进行评估。对于DME的燃烧就不再存在传统柴油机燃烧所特有的炭烟与NOx排放的目标冲突了，其颗粒质量处于零排放水平，其NOx排放相对于柴油同样也能显著降低（-33%），而CO2排放几乎保持不变。如果DME通过可再生能源进行制取（E-DME）并与油井-车轮（TtW）平衡相结合的话，那么就能几乎保持CO2排放不变并实现无有害物排放的运行状态。

7 结论

在由德国联邦政府经济和能源部推进的“新型车辆和系统技术”专业计划进程中，在“XME-Diesel”项目中研究甲基醚燃料（DME/OME）是否适于用作轿车和商用车柴油机的代用的燃料，并是否能实现可持续发展。在考虑到对未来用作柴油机代用燃料的多种要求（TtW-CO2和废气排放，可用标准，全球的适用性和低成本）情况下，证实了DME堪称一种充满前景的新型代用燃料。在该项目计划中，基于高压喷雾试验、单缸试验和整机试验以及实车试验，对DME的工作能力进行了充分分析和演示。

作者：[德]等

整理：范明强

编辑：伍赛特

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

（1）①H2（g）+12O2（g）=H2O（l）△H=②CO（g）+12O2（g）=CO2（g）△H=-283kJ/mol③CH3OCH3（g）+3O2=2CO2（g）+3H2O（l）△H=用水煤气成分按1：1合成二甲醚，将方程式3①+3②-③得：3H2（g）+3CO（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=3（）+3（-283kJ/mol）-（）=，故答案为：3H2（g）+3CO（g）=CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=；（2）①燃料电池中，正极上氧化剂氧气得电子和二氧化碳发生还原反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-；熔融碳酸盐性质要稳定，高温时不能分解生成其它物质，A．MgCO3高温下分解生成氧化镁和二氧化碳而得不到碳酸根离子，故错误；    B．Na2CO3性质较稳定，熔融状态下只发生电离而不发生分解反应，故正确；   C．NaHCO3性质不稳定，易分解而得不到碳酸根离子，故错误；D．（NH4）CO3性质不稳定，易分解而得不到碳酸根离子，故错误；故选B；故答案为：O2+4e-+2CO2=2CO32-；B；②阳极上Fe失电子生成亚铁离子，阴极上生成氢氧根离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，被氧气氧化生成氢氧化铁，离子反应方程式为：4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3↓+8H+，故答案为：4Fe2++O2+10H2O=4Fe（OH）3↓+8H+；③c（Fe3+）=Kspc3(OH?)=×10?38(10?1410?5)3mol/L=×10-11 mol/L，故答案为：×10-11mol/L；④乙装置中阴极上甲醚失电子生成二氧化碳，根据CH3OCH3---2CO2---12e-计算n（CO2）=×2=，n（Na2S）=×，根据电离平衡常数知发生反应CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，则溶液中的溶质是等物质的量浓度的NaHCO3、NaHS，A．根据以上分析知，发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，故错误；B．根据以上分析知，发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O═HCO3-+HS-，故正确；C．根据物料守恒得c（Na+）=2[c（H2S）+c（HS-）+c（S2-）]，故正确；D．根据电荷守恒得c（Na+）+c（H+）=2c（CO32-）+2c（S2-）+c（OH-）+c（HS-）+c（HCO3-），故错误；E．碳酸氢根离子和硫氢根离子都水解和电离，但程度都较小，钠离子不水解，根据电离平衡常数知，HCO3-水解程度小于HS-，所以离子浓度大小顺序是c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（HS-）＞c（OH-），故正确；故选BCE．

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 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／km，制造成本为400450美元／kW，维护费用低于美元／kwh，在满足这些目标的同时，发动机具有较高的可靠性。 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。 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。 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%。 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。 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。 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～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!