擁有自行驅(qū)動(dòng)的交通工具曾是人類長(zhǎng)久以來(lái)的夢(mèng)想，不過(guò)，直到設(shè)計(jì)出了輕巧實(shí)用的發(fā)動(dòng)機(jī)，才得以滿足人們對(duì)能在公路上行駛的機(jī)動(dòng)車的需求。當(dāng)一系列的技術(shù)進(jìn)步使汽車的發(fā)明成為可能時(shí)，19世紀(jì)晚期，至少6位發(fā)明者獨(dú)立制造出了汽車。1875年，奧地利工程師齊格弗里德·馬庫(kù)斯制造了一輛石油驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車并開(kāi)著它在維也納兜風(fēng)，可因它噪音太大而違法。1876年，奧托在德國(guó)設(shè)計(jì)制造了一種四沖程往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)，被稱作奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。奧托本打算把這類發(fā)動(dòng)機(jī)用作固定動(dòng)力來(lái)源，而它們的質(zhì)量輕卻很適合馬路上的車輛。德、法、美三國(guó)的機(jī)械師和工程師用奧托發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始設(shè)計(jì)制造機(jī)動(dòng)車。隨后，為奧托工作的戴姆勒改良了奧托發(fā)動(dòng)機(jī)，采用電打火代替了奧托原有的點(diǎn)火裝置，并于1885年制造出了世界上第一輛摩托車。

汽車誕生奔馳

1885年，德國(guó)奔馳公司造出了一個(gè)汽車模型，1886年獲得專利，標(biāo)志著第一輛汽車誕生。1893年汽化器的出現(xiàn)，為機(jī)動(dòng)車發(fā)展掃除了主要技術(shù)障礙。奔馳汽車公司和戴姆勒汽車公司1926年開(kāi)始合并，組成戴姆勒一奔馳汽車公司，開(kāi)始生產(chǎn)梅賽德斯一奔馳車。

一些早期的汽車制造商在車型設(shè)計(jì)、工作性能和制造工藝方面都取得了飛速進(jìn)步。最明顯的進(jìn)步是在1901年，蘭塞姆·奧茲改良了通用零件，1908年卡迪拉克汽車公司的創(chuàng)始人亨利·利蘭使汽車養(yǎng)護(hù)和維修變得非常容易。自行車上使用的鄧洛普充氣輪胎也很快應(yīng)用于汽車，能在當(dāng)時(shí)粗糙的路面上行駛。亨利·福特1908年制造了T型發(fā)動(dòng)機(jī)小汽車，價(jià)格低廉，普通工人也能買得起。福特公司持續(xù)下調(diào)價(jià)格，并于1914年采用了自行車生產(chǎn)中已使用的生產(chǎn)線，引進(jìn)了一條裝配線，這樣在生產(chǎn)線上，部分裝配完畢的機(jī)車傳送到下一個(gè)裝配點(diǎn)，這一過(guò)程使得價(jià)格降得更低。福特T型車1908年最初的價(jià)格是850美元，到1925年降到了290美元。1912年，卡迪拉克引進(jìn)了查爾斯·凱特林設(shè)計(jì)的電子起動(dòng)器，更適合女性駕駛汽車。

汽車對(duì)美國(guó)社會(huì)的影響遠(yuǎn)比對(duì)歐洲社會(huì)的影響更深遠(yuǎn)。大城市修建了寬闊的馬路，市內(nèi)交通有了有軌電車和地鐵。汽車的發(fā)明更是加速了城市周邊地區(qū)的發(fā)展，高速便捷的載重汽車代替火車運(yùn)送大量的消費(fèi)品和大宗工業(yè)產(chǎn)品。到20世紀(jì)20年代，州政府采用收取汽油銷售稅為建設(shè)和修護(hù)城際高速公路提供了直接的資金來(lái)源。按人均擁有汽車的最低人數(shù)計(jì)算，使用汽車最廣泛的國(guó)家是美國(guó)，其次是加拿大、澳大利亞和德國(guó)。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和社會(huì)需要的增加，在今后15年內(nèi)，中國(guó)汽車保有量將以年均9％的速度增長(zhǎng)。

尾氣能源浪費(fèi)

我們知道，在汽車汽缸內(nèi)燃燒的，不論是甲醇、乙醇還是各類石油化工產(chǎn)品，都要在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的汽缸中爆炸燃燒后，產(chǎn)生一個(gè)巨大的推力，使汽缸內(nèi)的活塞有一個(gè)向下的運(yùn)動(dòng)，而通過(guò)活塞鏈桿就會(huì)給曲軸一個(gè)向下運(yùn)動(dòng)的力。一般人可能不知道，傳統(tǒng)汽車至多只能把燃料所蘊(yùn)含的30％的能量轉(zhuǎn)換為牽引力(日常轉(zhuǎn)換率甚至低于10％，其余90％都變?yōu)闊崮芟?。其中一小部?5％)通過(guò)輻射，一部分(40％)進(jìn)入冷卻回路，而更多(45％l則是通過(guò)尾氣排出)。換言之，以氮、水蒸氣和二氧化碳為主要成分的汽車尾氣，蘊(yùn)藏著燃料中近一半的能量!這就有文章可做了，只要對(duì)其加以充分利用，便能有效節(jié)約能源。這樣不僅節(jié)省了開(kāi)支，也將造福于地球。據(jù)統(tǒng)計(jì)，交通領(lǐng)域的二氧化碳排放占全球二氧化碳排放總量的23％，即每年約70億噸。其中，汽車排放量超過(guò)40％。因此，減少汽車能耗即成為解決全球氣候變曖問(wèn)題的重要手段。從2000年至2050年，全球車輛總數(shù)將增長(zhǎng)2倍，屆時(shí)車輛總數(shù)將達(dá)20億輛以上。因?yàn)楹哪芘c二氧化碳排放息息相關(guān)，減少1％的能源消耗等于減少1％的二氧化碳排放。

當(dāng)研究人員要實(shí)施這一想法時(shí)，卻遇到了一個(gè)技術(shù)難題。要知道汽車尾氣中的潛在能源并不是液態(tài)的，汽車尾氣的排放速度可以高達(dá)200千米，小時(shí)，而且柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣溫度高達(dá)650℃，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣溫度則更高，800度!在此等情況下，如何讓這種潛在能源成為汽車工業(yè)可利用的能源呢?目前，研究人員終于攻克了這個(gè)長(zhǎng)久以來(lái)的技術(shù)難題。不過(guò)，此項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)專利正在接受測(cè)試，如能達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)，能耗與二氧化碳排放量將從此至少降低20％!而這正是歐盟節(jié)能減排規(guī)劃希望在2015年左右達(dá)到的目標(biāo)。尾氣的性質(zhì)指示了兩條各自獨(dú)立的研究道路：一條動(dòng)能，一條熱能。

早在上世紀(jì)40年代，人們便開(kāi)始7尾氣動(dòng)能利用研究。為了解決高空缺氧的難題，航空發(fā)動(dòng)機(jī)專家想到利用燃?xì)獾膭?dòng)能來(lái)使渦輪壓縮機(jī)的渦輪旋轉(zhuǎn)。20世紀(jì)70年代，汽車工業(yè)開(kāi)始關(guān)注這一想法，并于近年在重型載重領(lǐng)域取得突破：渦輪的動(dòng)能被直接用于推動(dòng)曲軸(將活塞的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速的部件)，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供助力。這種改造簡(jiǎn)單、輕便，成本合理《約幾百歐元)，但也有一個(gè)缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)排氣時(shí)可能產(chǎn)生反向壓力。從而影響其運(yùn)行。除此之外，其節(jié)能效益也有限，最多只有10％(高速公路)，在城市就更少了。因此，這套對(duì)于基本恒速的重型卡車具有一定價(jià)值的系統(tǒng)從未被用于裝備普通汽車。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)專家們則主要致力于開(kāi)發(fā)尾氣中的熱能。他們?cè)O(shè)想在排氣管道中安裝一個(gè)交換器，將尾氣的熱量通過(guò)某種液體傳至發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。德國(guó)寶馬汽車公司便在試驗(yàn)這一模式，其裝置較為復(fù)雜，除了連接排氣管的水蒸氣熱回路外，還有一個(gè)連接冷卻回路的乙醇蒸氣回路。水蒸氣和乙醇蒸氣產(chǎn)生的壓力推動(dòng)軸向活塞馬達(dá)，繼而帶動(dòng)曲柄。寶馬公司稱，這種設(shè)置能在實(shí)際行駛中可以減少15％的能耗。日本本田汽車公司的蒸汽轉(zhuǎn)換器就簡(jiǎn)單多了，僅利用尾氣熱能來(lái)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，為混合動(dòng)力汽車的電池充電，據(jù)稱能減少能耗13％。由此看來(lái)，尾氣熱能利用的前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于動(dòng)能。然而，這些系統(tǒng)既復(fù)雜又笨重，而且價(jià)格高達(dá)1000歐元，所以短期內(nèi)不會(huì)被大面積商業(yè)推廣。

即便是寶馬公司這樣的高價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的先鋒，也認(rèn)為這類技術(shù)的商業(yè)化還須至少等待10年，而這正是當(dāng)前研究人員的突破所在。

商業(yè)前景誘人

目前，研究人員終于取得突破，甚至可望達(dá)到20％的節(jié)能效率!研究人員研發(fā)的尾氣能量再利用系統(tǒng)，同樣選擇了熱能利用，但他們摒棄了復(fù)雜的水和乙醇高性能液體轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，改用壓縮空氣。他們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是由一臺(tái)單氣缸引擎(通過(guò)離合器連接主發(fā)動(dòng)機(jī))、兩個(gè)氣體回路(一個(gè)冷回路，另一個(gè)熱回路)，以及兩個(gè)交換器構(gòu)成。兩個(gè)交換器通過(guò)活塞相連。其中一個(gè)交換器借助尾氣的熱能加熱并壓縮氣體，另一個(gè)交換器用于冷卻并為氣體減壓。這樣，氣體的力量足以推動(dòng)活塞，帶動(dòng)曲軸，從而減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。

這真是一個(gè)很棒的主意!氣體在熱回路中通過(guò)主熱力發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣加熱膨脹，又在冷回路中通過(guò)氣體(或水)冷卻收縮，從而產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力，減輕主發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)。

目前根據(jù)模擬，安裝該系統(tǒng)的車輛在歐洲混合線路(包括城市和公路交通)上行駛可減少12％的能耗，而且還有提高的空間。利用這一系統(tǒng)提供的功率，研究人員可以縮小主發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸工作容積，從而在不降低總功率的情況下，在混合線路中減少20％的能耗，在公路和高速公路上甚至能減少35％的能耗。

更為誘人的是，該裝置僅重15千克。成本僅300歐元左右!研究人員還指出，尾氣能量再利用系統(tǒng)與普及中的輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)可以形成有效互補(bǔ)。輕型混合動(dòng)力系統(tǒng)在停車時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，或許有時(shí)再輔以剎車能量回收系統(tǒng)，只在城市交通環(huán)境中起到明顯的節(jié)能效果；而尾氣能量再利用系統(tǒng)則在公路和高速公路環(huán)境中大有可為。