本期项目：高效低排放二甲醚发动机研发；
所获奖项：2012年度上海技术发明奖一等奖；
第一完成人：上海交通大学黄震教授。
黄震，现任上海交通大学副校长，教授，能源与动力工程专家，国际二甲醚学会副主席，亚洲液体雾化与喷雾系统学会主席，“能源与动力工程前沿”国际学刊副主编
对这一项目的说明要从石油说起。如很多人所知，中国是一个缺油的国度。目前我们所使用的石油中，有55%靠进口而得。而且随着经济持续发展和人民生活水平日益提高，一个庞大的汽车社会正在形成。由此而来的结果，是中国的汽车保有量在2020年将达到2亿辆――而且这一时间节点很可能提前。也就是说，石油紧缺问题只会越来越严峻。
人们从石油中获得的两大主要燃料，一是汽油、二是柴油。前者是点燃式发动机的燃料，后者则是压燃式发动机的燃料。在点燃式发动机方面，人们利用天然气、液化石油气、酒精和甲醇取代汽油，已经取得了一定的成功。但替代柴油的工作仍然任重道远。欧洲在利用二甲醚取代柴油方面的研究起步较早，如丹麦科技大学、VOLVO汽车公司，在上个世纪90年代就开始研发二甲醚发动机和汽车。据说在2006年，VOLVO公司已经完成了第三轮二甲醚商用车的研发，其研制的二甲醚汽车已经达到了批量生产的水平。
1996年，上海交通大学的黄震教授开启了对二甲醚开发利用的基础理论研究。从时间上来说，在二甲醚作为车用燃料的开发应用上，中国没有所谓追赶，一开始就走在了国际前沿。在国内，黄震在二甲醚方面的研究可以说是最早的。
黄震领衔和参与的二甲醚燃料研究和二甲醚汽车产业化预研工作，至今已持续16年之久。2012年度上海市技术发明奖一等奖，是对这一研究的又一次认可。然而这16年来的持续创新，既获得了配得上“国际先进水平”的专利技术，却也面临了始终无法打开商业化市场的瓶颈。这一技术创新的故事可能不会随着这一奖励而告结束，但是这16年的研发过程已经足以让我们驻足思考。
基础研究：二甲醚如何燃烧
最初的基础研究，是关于二甲醚如何燃烧的理论探讨。1997年，黄震领衔的上海交通大学燃烧与环境技术研究中心，承担了我国首项有关二甲醚燃料的国家自然科学基金项目：“新型低排污二甲醚燃料喷雾特性和燃烧机理的研究”。
柴油机的工作原理，是通过曲柄连杆机构将空气压缩从而得到高压、高温的压缩空气，然后在适当的时刻将一定数量的、雾化的高压柴油以适当的供油规律喷射到压缩空气中，油气混合导致着火、爆发，产生的能量推动柴油机运转。二甲醚之所以可以取代柴油，是因为两者都容易压燃。
当然，由于二甲醚的成分和物化性质与柴油不尽相同，二甲醚在压燃式发动机中的燃料供给与喷射系统，以及燃烧过程的组织也就与柴油有较大的区别。黄震团队最初的研究工作，就是设计并优化二甲醚燃料的燃料供给与喷射系统以及二甲醚发动机的燃烧系统。
2000年，黄震又获得国家杰出青年科学基金项目支持，继续针对二甲醚的燃烧污染和排放问题进行研究。在国家杰出青年科学基金结题验收中，他的研究成果获得高度评价，被评为优秀。
样车试制：首台二甲醚大型客车
在对二甲醚的燃烧性能有了很好理解的基础上，2003年，在科技部“十五”国家科技攻关计划“清洁汽车行动计划”项目的支持下，上海交通大学和上海汽车工业（集团）总公司、上海柴油机股份有限公司（以下简称上柴）等单位承担了“二甲醚汽车的研究开发”项目。其目标是研制一台二甲醚城市客车，以验证车辆在以二甲醚为燃料时的各项性能，为该技术的产业化打下基础。有关燃烧系统等方面的核心技术由交大提供，样车的试制和试验工作则由上汽旗下的上海申沃客车有限公司承担。
2006年在深圳高交会国家发改委展厅展示的SWB6116DME二甲醚城市客车
最终，申沃客车公司以已经定型并批量生产的成熟车型为基本型，更换了用D6114柴油发动机改装的二甲醚发动机和二甲醚储存、输送系统，在各方的支持下，完成了样车的试制和测试。
在排放指标上，二甲醚汽车显现出了比柴油车明显好的特点。与柴油机起步、加速时会排放黑烟不同，二甲醚由于本身含氧，燃料能够充分燃烧，所以能完全消除柴油机特有的黑烟排放。另外，在动力、噪声方面，二甲醚发动机也都优于原型柴油机。
这是一款具有完全自主知识产权的二甲醚发动机和我国第一台二甲醚大型城市客车。项目在2005年4月通过了科技部的成果验收，并获上海国际工业博览会创新奖。样车研制的成功，表明将二甲醚作为车用压燃式发动机的燃料是可行的。
科技部攻关项目成功结题之后，经过多方努力和反复论证，该项成果产业化的工作得到了上海市经委的支持。2006年，上海市经委立项启动了“二甲醚发动机关键技术产业化”的产学研合作项目。
当时除了上海交大，另外十家企业也加入到二甲醚发动机产业化研究开发团队，主要有上海汽车工业（集团）总公司、上海柴油机股份有限公司、上海华谊集团公司、新奥九环车用能源有限公司以及中石化润滑油研发中心等。在这一以产业化为目的的多方合作项目中，上柴因为承担核心的二甲醚商用发动机的开发，因此也是实际的项目牵头方。在上海地区，上柴是最具历史传统和实力的汽车发动机企业，和上海交通大学一直具有良好的合作关系。
2007年，国家将新能源汽车列为战略新兴产业之一而予以大力支持。上海市成立了新能源汽车推进领导小组和推进办公室。二甲醚汽车产业化的工作也列入了上海市的新能源汽车发展计划，二甲醚汽车产业化的工作也就此进入了新阶段。
企业研发：可产业化的二甲醚发动机
作为发动机生产厂家，上柴对我国的石油紧缺、对二甲醚取代柴油后的经济性、排放效果有充足的认识。另外，欧洲、日本、美国的同行也都有了先行的尝试，因此在当时，他们对二甲醚发动机的市场前景非常看好。上柴为这一项目专门成立了研发团队。在财务上，也为这一项目单独列支。
上柴这一项目的技术负责人是纪丽伟高级工程师。纪丽伟1987年硕士毕业后，就一直在上柴的技术部门工作，而且主管新产品研发。在接手二甲醚发动机研制之前，他曾研发过甲醇发动机。追溯更远的话，在读书时，他曾做过代用燃料发动机的课题。可以说在代用燃料发动机研制方面有着丰富的经验。除他之外，公司还为这一团队配了几位博士。当时团队主力总计有6个人。经过一年多的攻关，他们最终研制出了12台发动机。
二甲醚发动机产业化需要解决的关键难题之一是密封性。由于橡胶泡在二甲醚中会发生溶胀，在燃料容器、燃料系统部件和发动机上使用的传统橡胶密封件接触到二甲醚后，会迅速失效进而造成燃料泄漏。所以必须开发一种与二甲醚相容的密封材料。课题组为此招标了数家密封材料供应商和科研机构参与密封材料的研究工作。
另一个难点是润滑。因为二甲醚在液态下几乎没什么粘度。在二甲醚中工作的金属摩擦副（如燃料系统中的油泵柱塞副、喷油器偶件等）在负荷的作用下，由于二甲醚的低粘度而不能形成一层“油膜”，相互之间将产生摩擦并最终磨损、失效。所以，为了保证在二甲醚中工作的金属件的可靠性和耐久性，需要寻找一种添加物，提高二甲醚的粘度从而使这一问题最终得以解决。
在发动机开发的同时，包括增压泵、燃料储罐、滤清器、各类阀门在内的燃料系统关键部件的研发工作在整车厂和发动机厂的组织协调下，也有条不紊地展开着。
最终，研发团队完成了样车的试制、定型试验和10辆二甲醚城市客车的小批生产。样车在深圳高交会、上海工博会展示后，得到了很多方面的关注。
示范运营：二甲醚汽车的国际首次
在成功研制了二甲醚发动机和小批量生产二甲醚公交车的基础上，为了评估二甲醚发动机及车辆产业化技术的实用性、经济性、可靠性和安全性，为应用、推广积累经验，需要有一定数量的二甲醚城市客车投入公交线路载客运营。此项工作再次得到科技部的支持，并于2007年列入了863计划。立项目标是：10辆二甲醚公交车示范运行不少于1年，运行里程不少于30万公里。
因为运营主要由公交车运营公司负责，所以这次的牵头单位是上汽集团。交大、上柴、新奥以及焦化厂等单位则继续保留在团队中，以实现对运营的技术支持。上汽集团曹鬯震高级工程师自始至终参与了样车研制、产业化开发和示范运营的工作，因此在具体的示范运营中担负了主要的职责。
将二甲醚发动机集成在公交车上后，上汽集团对车辆进行了全面的性能测试和30 000公里的可靠性试验。由于二甲醚常温下是气态，所以在温度较高的天气，二甲醚有可能气化，从而导致燃料系统发生气阻，使发动机熄火。所以为确保示范运营的顺利进行，课题组在全年最炎热的7、8月份，安排2辆车辆在将要实施示范运营的147路线路上进行了为期2个月的载重不载客的模拟运行试验。通过数据采集，最终验证了研发团队开发的燃料系统工作的可靠性。在这个过程中，课题组还对车辆系统进行了进一步的优化。
另外，加注站设计、制造和运行、管理也是项目需要解决的问题之一。因为二甲醚汽车是第一次出现，不仅没有专门配套的二甲醚加注站，甚至连加注站设计、安装、验收和管理的规范都是一片空白。加注站的选址则又是一个难题。最后，上柴拿出了公司门口的一片地用于建站。华谊集团和新奥公司参照液化石油气加注站技术，结合二甲醚的特点建成了一座加注站。而在这个过程中，消防、安全部门监管得非常严格，因为二甲醚毕竟是一种有一定压力的、可能泄漏的可燃气体！
但是更困难的问题在于，管理部门如何来认定示范运行车辆的安全、环保。因为没有现成的国内外标准可依，公安部门为车辆发放牌照也成了问题。这其实是一个“先有鸡还是先有蛋”的问题。如果没有标准，就不能运行运营，如果没有运行，就不可能有标准。这本是任何创新都要面临的问题。为此，研发团队在总结几年来研发成果的基础上，结合多年来生产燃气发动机和燃气汽车的经验，完成了4项二甲醚汽车行业标准和10余项企业标准的编制。在此基础上，项目完成的SWB6116DME型二甲醚城市客车通过了国家有关部门“新能源汽车生产准入”和《车辆生产企业及产品公告》的审查，该二甲醚城市客车于2007年列入了国家发改委第166批《车辆生产企业及产品公告》，这是我国第一个、也是唯一一个获得新能源汽车生产准入和汽车《公告》的车型。
有了标准，有了车，有了《公告》，车辆的牌照问题也终于于2009年得到解决。
最终，上汽申沃公司小批生产的十辆安装二甲醚发动机的公交车于2010年初正式投入了示范运营。上海巴士一汽公司选择了147路――上柴门口的一条公交线路，作为二甲醚公交车的示范线路。相关单位为二甲醚公交车的使用、维护、安全制定了一系列的规范，对司机、维修工和车队管理人员进行了培训。在各方面的支持和关注下，示范运营进行了一年多，累计运营里程达45万公里。运营积累的数据，使对该技术的全面评估得到了一系列定量的指标。“令人欣慰的是最终各项指标基本上正常，没有发生任何安全问题。”曹鬯震说。
这是我国首条投入实用的二甲醚公交线，也是国际上首次二甲醚汽车的示范运营。
进入市场，未完待续
二甲醚公交车示范运营的成功表明，将二甲醚作为汽车燃料，在技术上基本成熟，并不存在特殊的难题。但是，最终走向市场的临门一脚，却始终不容乐观。
就二甲醚发动机而言，虽然会有零星的五台、十台的订单，但大多是来自一些依托煤矿的煤化工企业，因为他们本身生产并储备有可观的二甲醚，但要把二甲醚像汽油、柴油那样来储存、运输和销售，在管理的标准、法规上几乎都是空白，而填补这些空白，显然不是几家企业或一两个行业的力量所能解决的。而上柴为了这些零星的订单，还要做二甲醚发动机从设计生产到售后服务的所有工作。这显然是无利可图的。由于看不到市场和利益，二甲醚发动机商业化的生产与销售在上柴这里就排不上议事日程了。
从自然科学基金委项目对基础研究的支持，到科技部863攻关项目对样车的支持，到上海市经委、科技部的示范运营支持，二甲醚作为汽车燃料这一技术创新在走向市场之前的每一步，政府部门都做了他们可以做的事，而企业和科研单位也都尽其所能做了积极的准备。但是一种新的技术、产品最终能否为消费者接受，还是需要市场来决定。
现在，上柴的二甲醚发动机研制团队已经解散，有些人甚至已经跳槽；上汽主要负责这一项目的曹鬯震高工已经退休，后继无人。当初曾经颇费周折终于建成并引起很大反响的二甲醚加注站，也已经处于待拆除的状态。
不过，“谈不上失败，我们把二甲醚发动机当做一种技术储备。在需要的时候，相对其他竞争对手，可以相对快地做出来。”纪丽伟总工说。“另外，我们做了二甲醚，那现在做其他替代燃料发动机，就会比较容易。我们的实验室还在，虽然改成做柴油机的了，但是改回去不太难，因为已经做过一遍了。”
而黄震教授，这一项目的发起者，则继续为二甲醚的进入市场而奔走呐喊。新近进入公众视野的PM2.5事件，则为二甲醚汽车的再次出发赢得了机会。毕竟，二甲醚替代柴油，即便没有了石油价高、国家缺油这一理由，也有低排放无污染这一优势。
任何一项技术创新，都将面临各种各样的考验。对于二甲醚汽车而言，上海这一次可以说是做到了引领创新。但取得最后成功，或者还需要坚持，或者需要新的机遇，或者都需要。这一创新的故事，正待续写新的一章。
二甲醚是一种无毒含氧燃料，常温常压下为气态，常温下可在五个大气压下液化，易于储存与输运。二甲醚可从煤、煤层气、天然气、生物质等多种资源制取，能实现高效清洁燃烧，在交通运输、发电、民用等领域有十分广阔的应用前景。使用二甲醚作为汽车燃料时，发动机的热效率可提高2%~3%，噪声可降低10%~15%，其动力性也可有所改善，而汽车尾气污染物排放的控制也比同类柴油机简单。因此，二甲醚被认为是汽车燃料理想的替代品。