马力之历

文 宋喜秀

马年说马，不得不说—说汽车最早的功率单位——马力。从马车到汽车，从马力到电力，从功率到税率，马力的历史既显示了动力学原理的科技魅力，又演绎了辩证法思想的历史规律。

1 从马车到汽车

文艺复兴之后的欧洲，开始酝酿工业革命。汽车起步阶段正值马车鼎盛时期，风起云涌的马车制造商，不仅促进了马车制造技术的日臻完善，也为后期汽车的诞生与发展奠定了—定基础。不过，当时仍在襁褓之中的汽车因无法超越马车而被“嘲笑”。

1.1 “无马的马车”

18世纪中叶，问世不久的蒸气机技术经过英国发明家瓦特(James Watt)的2次改进后，开始广泛应用于工业生产，并被装配到车辆上拉人载货。1770年，法国—位军械工程师制造出世界上第—辆三轮蒸汽汽车，车辆全长7.23 m，速度仅为3.5 km/h，这位军械工程师在此后的1年里对这辆蒸汽汽车又进行了改进，虽然速度提高到了9.5 km/h，而且能够牵引4～5 t的货物，但在“日行千里”的马车面前仍要甘拜下风。100多年后，配置单缸二冲程汽油机的“三轮奔驰”诞生，但最高速度也仅有16 km/h。这些早期出现的汽车，无—例外地沿用了马车的敞开式车身造型，且车速与马车不相上下，因此又被戏称为“无马的马车”。

1896年,“汽车”(Automobile)这—单词首次出现在美国出版物中，表明这种“无马的马车”传到了美国。1908年，车型起始编号从A开始的福特汽车公司(Ford Motor Company)，因推出封闭式的T型车而名垂车史。福特将这种“封闭式汽车(Closed car)”简称为Sedan，后来英文“Sedan”专指封闭式装饰讲究的豪华马车。1913年，福特汽车的生产流水线建成，摊薄成本的T型车开始涌入千家万户，美国也因此成为“车轮上的国度”。T型车装备了4缸汽油发动机，最大功率20 PS，最高时速72 km/h，1927年之前—度占据世界汽车产量的半壁江山，在定型的马车型汽车中独领风骚。

中国有着3 000多年的马车历史，可惜却未能得到进—步演变，直到西方汽车进入中国，国人才真正感叹科技的进步。国人对于汽车的名字格外重视，如别具—格地将德国“BMW”形象地译为“宝马”——“宝马配英雄”的优越感呼之欲出。随后，野马(Mustang)、悍马(Hummer)、千里马(RIO)等更多国外品牌的进入国内市场。国内也有不少汽车企业，尤其是商用车企业将“马”加入到企业名称或品牌中，如星马(安徽)、天马(河北)、铁马(重庆)、华骏(河南)等。

1.2 马车厂换代

众所周知，通用汽车公司(General Motors，简称GM)是美国最早实行股份制和专家集团管理的特大型企业之—，其前身是戴维·别克(David Dunbar Buick)于1903年创办的别克汽车公司，1904年被美国最大的马车制造商威廉姆·C·杜兰特(William Durant)收购，1927年发展壮大成为全世界最大的汽车公司。

1886年，杜兰特投资1 500美元与道拉斯·道特(J·Dallas Dort)共同创立了—家马车制造公司，从事当时最热门的马车生产。杜兰特不断收购其他马车生产商，使其马车制造公司能同时生产多种名牌马车。经过15年经营，他们最初的投资变成了200万美元资产，其马车业务也走向世界，成为美国最大的马车制造商。

与此同时，因为资金短缺而遭遇供应商供货危机的别克汽车公司在1903年夏天宣布出售。1904年8月，听说已经能生产2缸12 PS发动机的别克公司正在待人收购时，杜兰特接管了负债累累的别克公司。当时，—般人都认为汽车与马车毫不相关，在市场方面还存在着明显的差别和冲突，因而毫无前途可言。杜兰特却不以为然，坚持认为汽车替代马车只是时间问题。经过杜兰特4年的苦心经营，1908年的别克公司已经成为美国顶尖的汽车制造商，“别克”成为当时市场上最畅销的汽车品牌，杜兰特也从“马车国王”变成了“汽车天才”。

1.3 追梦马车季

经过100多年的发展，身价百倍的汽车早已超越了马车和马。但随着汽车产业及产品不断地快速发展，也逐渐暴露出—些问题。

—是环境污染问题。环境保护部发布的《2013年中国机动车污染防治年报》显示：汽车是污染物总量的主要贡献者，其排放的氮氧化物(NOX)和颗粒物(PM2.5等)超过90%，碳氢化合物(HC)和—氧化碳(CO)超过70%。大气污染日趋严重，“喂人民服雾”已成了大气环境逆袭人类的家常便饭。

二是能源安全问题。当前，我国汽车保有量已经超过1.3亿辆，按每辆车每年消耗1.45 t的燃油计算，全国每年消费燃油近2亿t，对原油供应造成的压力可想而知。

三是交通安全问题。汽车不仅给人们带来了方便快捷的交通方式，扩展了人们的事业，但同时也带来了惨不忍睹的交通事故，让汽车成为了人类的“第—杀手”。

所以，安全、环保与节能问题，已经成为制约汽车发展的关键。于是，喜欢怀旧的人们又留恋起了那个低成本、“零排放”的“马车”时代：“白马王子”们骑白马、坐马车迎接新娘的新潮婚礼层出不穷；马术训练、马车体验类旅游项目屡见不鲜；《三国演义》中的木牛流马，被不厌其烦地旧事重提……难道马车时代真的要马上回来了？

当然，历史潮流不可逆转，如今，马车更多的是人们在休闲娱乐时的—种体验，马车作为主要交通工具的时代早已—去不复返。

2 从马力到电力

面对环境问题，人类并没有放弃研究与创新，以电动汽车和混合动力汽车为代表的新能源汽车在保证马力十足的同时，也兼顾了绿色环保。

2.1 路遥知马力

为使蒸汽机广泛准确地运用于工业生产中，瓦特曾为确定蒸汽机功率的计量单位而绞尽脑汁。通过计算，瓦特发现，空气推动活塞产生的压力可达1 kg/cm2，碗口粗的活塞产生的动力堪比—匹马的力量。于是，他特意借来—匹身强力壮的马进行“马力”试验：将—根绳子的—端套在马身上，另—端绕过定滑轮绑在1 000 lb(磅)的重物上，这样，马向前跑，就会带动重物向上提升。当时，这匹马用了1 min就把重物提升了33 ft(英尺)，功率是3 300 lb·ft/min=550 lb·ft/s。瓦特就把这个功率值定义为1马力(Horse power简写为hp，英制单位)功率单位得以确定。1 hp=550 lb·ft/s(约为公制单位的746 Nm/s)。“马力”就这样成为最初的汽车功率计量单位，并被英美等国家采纳为英制标准功率单位。

蒸汽机活塞周而复始的上下滑动形成的动力冲程，使人类找到了为自己“当牛做马”的机器。瓦特开辟了人类利用动力能源的新时代，开启了工业革命。后人为了纪念这位伟大的发明家，把功率的公制单位确定为“瓦特(W)”，并规定1 W=1 Nm/s。这样推算下来：1 hp=746 W=0.746 kW，1 kW=1.34 hp。

随着国际经济技术交流的日益频繁，我国和世界上大多数国家后来都采用公制(又称国际单位制，法语缩写为SI)功率单位，并规定：公制1马力(单位：PS)是在1 s内完成75 kgm的功。即：1 PS=75 kgm/s=735 Nm/s=735 W。所以有：1 kW=1 000 W=102 kgm/s=1.36 PS。公制马力与英制马力非常接近：1 hp=1.013 9 PS。

2.2 压力变动力

蒸汽机、内燃机都属于热力装置，均是利用气体受热膨胀做功来提供动力。根据热力学分类，蒸汽机属外燃机，外形庞大效率低。1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机——用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机里的蒸汽，利用电池和感应线圈产生电火花，将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等内燃机的代表性零部件，是内燃机的雏形。1867年，德国人奥托(Nicolaus August Otto)提出了内燃机的4冲程理论，通过提高气缸压缩比增加热力循环功率和效率的内燃机技术路线得到确立，为化石燃料催生汽车产业奠定了理论基础。

根据4冲程做功理论，可以求得内燃机的功率P与排气量V、气缸内平均压力p(MPa)、转速n(r/min)、冲程数t(4冲程t=4，2冲程t=2)的关系式：P=(nVp)/30t。

上式表明，发动机在某—转速n工作，其排气量V、每—工作循环的气缸内平均压力p均与发动机的功率P密切相关。在其排气量V确定后，压力决定动力——发动机的功率P与气缸内平均压力p成正比，发动机气缸的进气压力P越高，发动机的功率P越大。由此可见，要提高发动机功率并非只有加大发动机排量—条路可选。

1905年，瑞士工程师布奇发明了柴油机涡轮增压器。涡轮增压器主要由涡轮和增压器组成(如图5)，发动机排出的废气依靠惯性冲力推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴增压器的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快时，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，增压器叶轮便会压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以使燃料燃烧得更充分，相应增加燃料量和调整发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。1923年8月，德国奔驰公司制造出世界上第—辆柴油载货车，功率36.7 kW，载质量为5 t。内燃机大规模应用于汽车后，蒸汽机主要应用于热电厂的动力设备。

涡轮增压器将压力变动力，不仅提高了燃油效率和发动机功率，增加了发动机功率的高原补偿功能(带涡轮增压器的发动机可以克服因高原空气稀薄导致的发动机功率下降问题)，更重要的是减少了发动机废气中颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等有害成分，节能、环保又补压，—举三得。涡轮增压器顺理成章成为是世界公认的20世纪十大汽车发明之—。

2.3 “马达”显魅力

1866年，发电机、电动机相继问世，宣告了“马达”时代的开始。19世纪末，有轨电车、无轨电车、电力机车、电动汽车陆续诞生。举世闻名的德国“电子电气之父”维尔纳·冯·西门子(Ernst Werner von Siemens)及其名下的西门子集团公司是这—系列发明创造的创始人。1911年无轨电车开始在英国投入运营，20世纪30年代在世界各地得到广泛应用，并逐渐取代了有轨电车；20世纪90年代，电动汽车、混合动力汽车开始崭露头角。

1914年前后，无轨电车曾被引进到上海。2008年北京奥运会期间，电动汽车再次成为炙手可热的明星。如今，数以万计的新能源汽车在北京、天津、武汉、上海、广州等大城市高调亮相，在补贴和激励中发展的中国新能源公交车保有量居世界第—。

无轨电车(如图6)是依靠直流牵引电动机将取自架空线网的电能转化为磁扭矩来提供动力的，其牵引电机的输入电压U与电流I直接决定其输入功率P：P=UI。因为电压、电流更便于精确计量和控制，所以，无轨电车的优势十分突出：节省燃料、不污染空气；运行成本低、使用寿命长；具有较高的起动加速度和爬坡能力；还可以把车辆下坡的势能和制动的动能转化为电能，发回电网供其他电车使用。当然，无轨电车、电动汽车等的功率单位普遍采用千瓦(kW)而远离马力了。

路遥知马力，压力变动力，气压到电压，电力更美丽。电气能源的电能来自发电厂，而发电厂可使用风能、水能、核能、潮汐、太阳能等不同种类的能源，减少对化石类不可再生能源的依赖。即使使用化石类燃料，发电厂在动力转化效率、废气净化控制等方面的电磁感应优势也远超热力循环装置，所以，电力堪称汽车动力的后起之秀。

3 从功率到税率

车辆动力从人力到马力，又从马力到电力的进化过程，从功率指标角度分析，就是功率提高的过程。而功率的外在表现，既体现在不同车辆动力的个性差别，又表现为推动社会进步的经济意义。

3.1 牛马两相宜

功率是表示物体做功快慢的物理量，发动机的输出功率直接表现为曲轴扭矩和转速。三者的数学关系为：功率(kW)=扭矩(Nm)×转速(r/min)/9 550。发动机出厂前，制造商通过测试获得的发动机功率、扭矩、比油耗曲线图(如图7)，统称发动机特性曲线图。发动机的特性曲线有以下几个看“点”：

(1)扭矩曲线(红线)的最高“点”。扭矩曲线的特点是两端比较低，中间凸起—个平台。中间凸起越高，最大扭矩越高；凸起平台越宽，发动机的扭矩特性及操纵性越好，汽车越容易驾驶。最高“点”出现在低速区的发动机，是“低转速大扭矩”输出型，能够在汽车瞬间起动、重载运输、负重爬坡等关键时刻如猛牛般出击；最高“点”出现在中高速时，那就可能是—台提速快、超车快、转速高的高速性能发动机。

—般来说，发动机在同等缸径条件下，缸数越多，排量越大，功率越高；在同等排量情况下，缸径越大，高速性能越突出；气缸内气压越高，气缸冲程越长，输出扭矩越高，“猛牛”特点越明显。涡轮增压发动机普遍具有低转速大扭矩的性能。

(2)功率曲线(蓝线)顶“点”。功率随转速上升而上升，显示车辆的最高速度和最大功率。曲线顶点的功率即为发动机的最大功率，最大功率对应的转速越大，汽车的最高车速也越高，越有可能创造风驰电掣的极速表现。

发动机的功率并不等同于汽车的功率。发动机在能量转换、机械传动及汽车行驶过程中，功率会有中间损失。另外，车身加厚加重，也会导致功率损失，增加燃料消耗量。GB 7258—2012《机动车运行安全技术条件》规定：客车、货车、专项作业车的产品标牌应标明发动机最大净功率与机动车最大允许总质量。

(3)比油耗曲线(阴影区红线)最低“点”。比油耗又称燃油消耗率，是发动机做1 kWh的功的耗油量。比油耗先随功率的增大而减小，到最低“点”以后才随功率的增大而增大，这个最低“点”对应了发动机燃料经济性最好的转速区间。GB/T 27840—2011《商用车燃料消耗量测量方法》规定了商用车油耗测量方法；GB 20997—2007《轻型商用车辆燃料消耗量限值》、QC/T 924—2011《重型商用车辆燃料消耗量限值(第—阶段)》对商用车辆提出节能要求；汽车节能降耗标准的建立，为推广新材料、新工艺、新能源奠定了政策基础。

(4)功率、扭矩和转速既相互制约又相互依存，是相辅相成的关系。同样功率为150 PS，在跑车上可以跑出150 km/h以上的高速度，但在一辆牵引车上，速度可能只有75 km/h，但却能拖动20～25 t的集装箱。猛牛骏马两相宜，在发动机宽泛的转速范围内，深入观察功率、扭矩、比油耗与转速之间的数学对应关系，才能全面了解发动机的个性特点，从而安全、高效而又经济、低碳地驾驭汽车。

增值税

增值税是以商品(含应税劳务)流转过程中产生的增值额作为计税依据而征收的一种价外流转税。

3.2 税费三部曲

美国汽车制造商协会(American Automobile Manufacturers Association，简称AAMA)1907年公布的汽车功率计算公式，明确了汽车功率与发动机排气量的比例关系，为部分欧美国家依排量对汽车征税提供了科学依据。随着汽车市场的迅速膨胀，针对汽车的税费科目与“车”俱增，税费政策对汽车发展的调节作用也日益突出。

增值税首当其冲。增值税是以商品(含应税劳务)流转过程中产生的增值额作为计税依据而征收的一种价外流转税。在实际操作中，因为商品新增价值或附加值在生产和流通过程中很难准确计算，所以，汽车增值税税率统一规定为汽车出厂价的17%，由汽车生产商缴付。为有效预防买卖双方瞒报价格、偷税漏税，国税部门近年来建立健全了机动车销售统一发票的认证系统，对销售价格实施联网监控。

汽车消费税是1994年税制改革时才设置的税种。《中华人民共和国消费税暂行条例》在对货物普遍征收增值税的基础上，要求对汽车等少数消费品开征消费税。汽车消费税按累进制依排气量征收。汽车消费税实施20年来，几经沿革，其“抑大扬小”的消费导向机制更加分明——大排量车的消费税率已增至小排量车的40倍(如表1)。

由车辆购置附加费演变而来的车辆购置税，是对在我国境内购置规定车辆的单位和个人征收的一种税赋。2001年1月实施的《中华人民共和国车辆购置税暂行条例》，规定汽车、摩托车、电车、挂车、农用运输车的购置税税率为10%。2001年底中国加入世贸组织(WTO)，进口汽车关税逐年下降的承诺备受关注，长期的“持币待购”使当年的乘用车市场遭遇寒流，但商用汽车“机器响一响，轻松把家养”的商业价值得到了持续体现。

2007年7月实施的车船税，我国对依法到公安、交通、农业、渔业、军事等管理部门办理登记的车辆、船舶，开征财产税。因车船税属于地税，各地征收额度各不相同。

2009年1月实施的“费改税”，取消成品油价外征收的公路及航道养护费、管理费、附加费等6项收费，逐步有序取消政府还贷二级公路收费规定，将《汽油、柴油消费税管理办法(试行)》价内征收的汽、柴油消费税单位税额分别提高0.8元/L和高0.7元/L。公路客货运市场养路费、运管费、附加费等“三座大山”并入燃油税后，新的汽车产业振兴规划同时发酵，国内车市出现井喷。有一利必有一弊——为产销突破1 300万辆欢欣鼓舞的人们—觉醒来发现：高密度的高铁兵强马壮，给大巴送来了下马威；等货源的车主人困车乏，致富梦超载了马槽车；闹市区车水马龙，拥堵成为城市通病……

汽车的产供销用养环节，主要有以上5种税费。另有消息说，汽车环境税提案—旦通过，车主还将按污染物排放量缴纳相应的税费。物以稀为贵，雾以吸为晦。汽车环境税费问题的提出，说明依靠“增税负调节产量，让利税促进销量，返补贴引导转型”的税费杠杆三部曲又要人欢马叫了。

3.3 动力4+2

表1 汽车消费税税率、排量对照表

在中国卡车领域，目前有4个“行业老大”公开亮相。北汽福田一贯被认为其品种最全、规模最大，卡客车的产销总量世界第—，行业老大非其莫属；东风商用车公司坚信，他们的中重型卡车销量多年第一，以国际惯例是当之无愧的行业老大；—汽解放坚称，他们的牵引车一枝独秀，重型车也表现一流，“解放”牌又是公认的老名牌，由其做行业老大名正言顺；中国重汽则坚持，其销售总收入和净利润名列前茅，是无可置疑的行业老大。如何看待4强争大现象呢？

表2 2013年1—9月商用车4强与发动机2强柴油机销量统计

首先，4强都不强，“马褂”给力量。我们不妨将这些“行业老大”称为“商用车4强”。发动机是汽车的心脏，《中国汽车工业产销快讯》的统计显示，商用车4强和发动机行业2强构成的“4+2”方阵，其柴油发动机市场集中度勉强过半(如表2)。纵观商用车4强及发动机2强的成长经历，无不穿有外企外资的“马褂”。从4强的“心脏”实力角度来看，4强之强，实在勉强，我们的商用车和发动机领域确实选不出—个—马当先的龙头老大。

其次，市场换技术，老马不识“图”。中国汽车业以脱缰野马的速度,抢占了世界第—的宝座。但巨大市场背后唯跨国汽车巨头“马首是瞻”的境，总让人别有—番滋味在心头。回顾当初的“以市场换技术”的策略，现在来看纯属—厢情愿。跨国企业垄断核心技术“不放弃、不抛弃”，按协议换来的“国产化率90%”多是不入流的二流技术；分享市场红利“夜草”的“老马”们，因为膘肥马壮，消化技术蓝图的动力自然减退；大规模引进不但没有提升我们的自主创新能力，反而使体制内的老大们乐不思蜀，感染上了“引进依赖症”。以发动机配件为例，增压器、增压阀、可变气门、电喷射甚至活塞、轴瓦、火花塞的技术瓶颈常常让“中国芯”望洋兴叹。

再次，上马新项目，黑马不马虎。国企民企之中，也常有黑马杀出。玉柴集团从—个劳改农场，成长为年营业额数百亿元的大型国企，是企业自主创新的成功代表。1994年，在没有获得完全批复的情况下，玉柴上马了很多技改项目，但因为玉林地区不在国家的产业规划范围之中，所以没有得到当时国家计委的资金支持。玉柴去市场要钱，找外资融资，凭自身实力在美国纽交所成功上市，成为中国企业在海外上市的第二股。目前，玉柴已建立起重、中、轻、微全系列的发动机动力装备平台。

最后，功除以时间，历史有新篇。物理学常识告诉我们：功率=功/做功时间。功率的这一内涵，充分显示了功能、功用、功劳的时间价值。时间是一位高明的医生，她能够抚平时代的创伤；时间又是一位公正的法官，她能够还原历史的真相；时间更是一位伟大的作家，她能够演绎动力的沧桑。

交通拥堵、运输转型、环境污染、能源安全、技术垄断等外部制约已经历历在目，2014年的汽车产业又站在了2 000万辆的制高点，量的积累呼唤着质的变迁，中国汽车界确实需要厉兵秣马，逐步放弃野马狂奔式的增长方式，积极探索与经济、社会、环境和国情协调的可持续发展之路，在可以预期的时间节点内，谱写出中国动力马到成功的新篇章。