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在3月下旬召開的上海國際發(fā)動機及汽車零部件展覽會期間，著名汽車專家、同濟大學汽車學院樓狄明教授受主辦單位熱情相邀，做了一場題為“最新汽車發(fā)動機的技術市場與產品市場”的專題講演，博得與會者尤其是發(fā)動機企業(yè)代表的陣陣掌聲。
面對日趨苛刻的環(huán)保要求和日益嚴峻的能源形勢，為象征現代化交通工具的汽車提供動力的發(fā)動機行業(yè)該如何應對？未來發(fā)動機的技術市場和產品市場呈什么樣的發(fā)展趨勢？讓我們來聽聽專家的看法。
汽車發(fā)動機工業(yè)面臨的形勢
20世紀80年代以來，許多國際大城市由于受汽車發(fā)動機排放的影響大氣質量日趨惡化，已引起全球的關注。與此同時各種新型動力汽車如混合動力汽車、燃料電池汽車和電動汽車的研究迅速崛起。在大眾傳媒推動下，不少人開始懷疑車用內燃機還有沒有研究發(fā)展的價值？
另一方面更為嚴峻的現實是，20世紀70年代發(fā)生的兩次能源危機，曾一度引起發(fā)達國家的恐慌。面對石油產地集中在少數國家，具有很大的地區(qū)壟斷性，使各個國家不得不審視自己國家能源安全問題，同時爆發(fā)了國際性的有恃無恐的能源爭奪。由此，迫使人們去考慮內燃機工業(yè)持續(xù)了近一個世紀的輝煌，是否會像蒸汽機一樣壽終正寢，會被其它動力取而代之？受排放法規(guī)及能源等因素的制約，作為現代化交通象征的汽車工業(yè)，其內燃機動力將何去何從？為應對石油資源日益枯竭的這一現實，代用燃料將處在什么位置？
總之，一系列問題擺在了從事汽車研究、設計、制造經營者面前。
能源的現狀
能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是汽車發(fā)動機面臨的根本問題。現代的運輸業(yè)對石油的依賴性非常高，全世界70％的石油用于交通運輸。根據目前世界能源資源信息，世界石油可采資源量3113億噸，分布很不均勻，中東石油資源最為豐富，石油資源相對于天然氣、煤炭等能源而言，是一種短缺資源。我國石油可采資源量為141億噸左右，僅占世界4.5％左右。我國1993年開始成為凈石油進口國，2000年石油進口超過7000萬噸，作為石油工業(yè)消耗大戶的汽車工業(yè)消耗我國石油工業(yè)產品的50％左右。
亞洲是能源相對比較缺乏的地區(qū)，我國是缺油、少氣、多煤炭國家。我國煤炭可開采資源為2.1萬億噸名列世界前茅，其它所有能源如折算到噸標煤僅占6.6％，因此用好煤炭資源是我國能源可持續(xù)發(fā)展長期決策。但煤炭在我國往往作為一次性能源消耗，每噸煤產生的經濟效益很低，如何提高煤的利用率，發(fā)揮其經濟效率是重要研究課題。
我國內燃機工業(yè)發(fā)展除了面臨環(huán)保法規(guī)的巨大壓力，同時又面臨著石油資源日趨枯竭的現實。1993年起，我國已是石油凈進口國，目前進口數量已超過我國石油產量30％以上，且有增無減。石油資源不足直接影響到內燃機工業(yè)持續(xù)發(fā)展，也危及到國家能源安全。在世界上已知的石油儲量中，可供投入國際市場的產油國，又主要集中在中東地區(qū)，因而油價的政治和壟斷因素很大。國際上用油的不穩(wěn)定性，使各工業(yè)國對增加消費用量持謹慎態(tài)度，各項降低內燃機油耗措施，甚至法規(guī)都在促使發(fā)動機經濟性不斷提高。所以，合理和節(jié)約用油及尋找代用燃料是對今后內燃機工業(yè)發(fā)展的重要支持。
另一方面，我國有豐富煤炭資源和相當數量的天然氣、煤層氣可開發(fā)利用，這些能源可以轉化為煤制汽油、煤制柴油、二甲醚、醇類燃料及CNG、LNG、LPG等可供內燃機使用。隨著西部大開發(fā)進展和農業(yè)生產力的提高，生物燃料及生物柴油還有待我們去開發(fā)。
通常這些代用燃料多含氧、不含硫和芳香烴，往往被人們稱作為“清潔燃料”。目前采用代用燃料發(fā)動機可以達到低排放和超低排放目的。因此內燃機工業(yè)持續(xù)發(fā)展必須考慮燃料多元化。
環(huán)保的要求
20世紀60年代末，美國汽車排放物占到大氣總污染的60％。從此人們開始認識到內燃機排放是城市大氣污染的重要根源之一。于是早在1968年美國政府就制定了《大氣清潔法修正案》即著名的“馬斯基”法，成為歷史上第一個對大氣污染制約的法案，以后歐、美等發(fā)達國家相繼通過排放法規(guī)實施，控制內燃機有害排放推動內燃機工業(yè)發(fā)展并逐步形成世界上兩大法規(guī)體系。
我國是發(fā)展中國家，汽車工業(yè)發(fā)展比較遲緩。隨著全球對環(huán)保的日益重視，我國汽車工業(yè)經過若干年實踐，確定以歐洲汽車法規(guī)體系為藍本。我國環(huán)保、汽車、交通部門聯合發(fā)布的《汽車排放控制技術政策》中已明確規(guī)定2000年采用歐I排放法規(guī)，2004年采用歐II，2008年采用歐III，2010年爭取與國際接軌（北京、上海、廣州等城市實施期限會提前），這便意味著國外用了30年走過的歷程，我們要在10年內完成。
由于排放法規(guī)的要求，內燃機的技術進步圍繞以降低排放為核心，以先進的節(jié)能、低污染發(fā)動機的目標作為設計的主旋律。這就要求采用高新技術提升內燃機的技術含量，相應改善燃油及潤滑油品質，并實現燃料多元化、動力多元化以滿足日趨嚴格的排放法規(guī)要求。
汽油機目前通過尾氣處理滿足更高的法規(guī)已成事實；柴油機由于處于富氧條件，后處理難度較大，處理成本也較高。
隨著排放法規(guī)的貫徹和實施，內燃機國內市場競爭會更加激烈，例如從歐II到歐III、歐IV的飛躍，不是簡單法規(guī)定義，而是意味著內燃機技術水平發(fā)展到一個新的層面。將會進一步加快國內企業(yè)優(yōu)勝劣汰的過程，原有的內燃機企業(yè)將會經歷一場前所未有的陣痛，企業(yè)會產生分化，那些只靠價廉而不顧質量的企業(yè)會陷于絕境。對于那些資金實力雄厚，技術水平領先的企業(yè)將獲得一個巨大市場。在這個市場上每個企業(yè)都面臨不同的資金、技術、人才、服務的考驗。所以環(huán)保指標不僅僅是一個法規(guī)，更是一個商機。通過法規(guī)貫徹實施，對內燃機產品可能會發(fā)生質的飛躍。從現在開始給我們的時間最多只有6～8年，時不我待，必須迎頭趕上。
我國經濟逐步進入世界經濟體系大循環(huán)，在參與經濟全球化的過程中，利用和國外、國內各種合作機會，更好發(fā)揮壯大自身，更好利用國際上資金、技術和管理經驗，實現產業(yè)結構調整，促進企業(yè)技術進步，增強企業(yè)在國內及國際市場競爭力，特別是作為獨立存在的內燃機企業(yè)生存發(fā)展難度更大，更需要有一流的技術和產品、產業(yè)的不斷升級，才能躋身于內燃機行業(yè)之林。
汽車發(fā)動機的技術市場
面對排放法規(guī)日益苛刻的要求以及石油資源日益枯竭的現實，排放與能源成為未來汽車發(fā)動機可持續(xù)發(fā)展的主要動力。因而出現了內燃機能源的多元化及動力裝置的多元化趨勢。
未來的發(fā)動機概括起來有以下幾個方面：
先進的汽油機
電子控制缸內直噴（及正在發(fā)展的均質壓縮燃燒汽油機HCCI）＋精確控制空燃比＋三效催化可使汽油機排放大幅降低。
缸內直噴電控汽油機（GDECI）并由缸內直噴發(fā)展到均勻充氣壓縮著火（HCCI“Homogeneous Charge Compression Ignition"）汽油機，有望向柴油機燃燒方式發(fā)展、充分發(fā)揮提高壓縮比及壓燃方式其熱效率高的優(yōu)點，使汽油機熱效率大為提高。
HCCI燃燒方式的主要優(yōu)點有：
a.可獲得和直噴式柴油機相同的高熱效率；
b.NOx和PM的排放特別低；
c.可以應用多種借用燃料；
d.綜合了汽油機（均質混合氣）和柴油機（無節(jié)流損失）的優(yōu)點；
e.可以應用低噴射壓力的供油系統(tǒng)和節(jié)約貴金屬的消耗，從而降低成本。
缺點是：
a.要在發(fā)動機全工況范圍內控制點火定時和燃燒率很困難；
b.要把HCCI向高負荷擴展十分困難；
c.冷起動和瞬態(tài)響應特性不理想；
d.HC和CO排放高。
先進的柴油機
電子控制直噴式柴油機＋進氣/渦流/噴射優(yōu)化＋有效的尾氣處理將在燃油經濟性方面比汽油機更占優(yōu)勢，是3L車（百公里油耗僅3升）的首選動力。
由于排放法規(guī)的要求，內燃機的技術進步圍繞以降低排放為核心，以先進的節(jié)能、低污染發(fā)動機的目標作為設計的主旋律。這就要求采用高新技術提升柴油機的技術含量，相應改善燃油及潤滑油品質方能滿足日趨嚴格的排放法規(guī)要求。
柴油機的技術發(fā)展從歐洲、美國、日本技術進步的歷程可以看出，要滿足歐III以上法規(guī)，基本上都是采用多氣門技術、增壓及增壓中冷技術、高壓噴射技術、電子控制技術、排氣后處理技術、燃用相適應的規(guī)范的柴油（低硫、低芳香烴）。
優(yōu)化柴油機的燃燒過程。針對柴油機主要有害排放是NOX和顆粒物生成特點，從燃燒室的結構，氣流的運動及噴射過程的匹配上抑制初期燃燒放熱規(guī)律的峰值；提高后續(xù)燃燒放熱規(guī)律強度，同時縮短后然，盡早結束燃燒持續(xù)期。前者為了降低NOX排放，后者為了改善燃油耗及降低煙度和顆粒排放。
為了有效控制顆粒物排放，通常采用高壓噴射，歐III要求噴射壓力在120MPa以上，歐IV在150MPa以上甚至更高，目前燃油噴射系統(tǒng)的噴射壓力達到200MPa以上。
NOX排放有效控制方法：采用先進燃燒室（如低渦流直噴燃燒系統(tǒng)），排氣再循環(huán)的使用（冷卻的EGR），電控燃油噴射并通過預噴和推遲噴射定時都可以減少NOX排放。
為了使發(fā)動機性能全面提高，通常采用渦輪增壓（包括VNT、AVNT、e－turbo）、空一空渦輪增壓中冷、先進的燃油噴射系統(tǒng)（高壓共軌、泵噴嘴，新型泵一管一嘴系統(tǒng)）、多氣門、噴油器中置等等，這些已成為目前歐、美、日為滿足更加嚴格排放法規(guī)通常設計理念。
現代設計理念中，有一點也是大家的共識：柴油機開發(fā)目標，從降低油耗提高發(fā)動機效率對燃燒過程進行優(yōu)化，從源頭上對有害排放加以控制，也就是首先在發(fā)動機內對排放物加以控制。
目前技術而言，為了滿足歐II、歐IV以上法規(guī)，機外凈化措施被采用，通常在內燃機上使用的機外凈化措施有：氧化催化轉化器、還原型催化轉化器、三元催化轉化器及顆粒凈化器。任何有效排氣后處理使用的先決條件是無硫柴油的廣泛使用。
綜上所述，要滿足日益嚴格甚至苛刻的排放法規(guī)，今后的柴油機必須是先進的柴油機，今后的內燃機行業(yè)是高新技術和先進制造業(yè)的相結合的產業(yè)�，F在我國的內燃機企業(yè)不應該停留在盲目追求產品數量，大規(guī)模發(fā)展低檔產品的層面，面對日益嚴格的法規(guī)，惟有適者生存，沒有技術進步的產品其生命周期將是很短暫的。
在達到未來嚴格法規(guī)基礎上，我國商用車將是以柴油機為主，特別是大、中型車。目前，大、中、輕、微型載貨車柴油機比例分別為100％、75％、80％、0％。預計2005年大、中、輕、微型載貨車柴油機比例分別為100％、90％、90％、15％；大、中、輕、微型載客車柴油機比例分別為100％、75％、65％、10％。
轎車柴油機在“十五”期間會有發(fā)展；農用動力柴油機仍唱主角，但要提升技術含量；大型工程機械基本上為柴油機所占有，高原發(fā)動機將倍受企業(yè)重視。
動力的多樣化
面對能源與排放的壓力，目前人們又將注意力集中到清潔燃料發(fā)動機、復合動力、燃料電池汽車、電動汽車研究，它可以解決內燃機使用過程中有害氣體與顆粒排放。但是也由于自身特點，其發(fā)展受到一定制約。
在動力多元化方面，開展對氣體燃料發(fā)動機、煤制清潔燃料發(fā)動機、內燃機復合動力研究。
這些方面研究應包括燃料燃燒特性研究、缸內過程研究、燃料的混合氣配制及燃料噴射、發(fā)動機磨損等。
代用燃料（清潔燃料）發(fā)動機：指以煤制油、醇類燃料、氣體燃料、生物柴油等為燃料，仍以汽、柴油機方式工作的內燃機。由于大多數燃料含氧不含硫等有害物，有利于燃燒及降低排放。氣體燃料還由于能達到均勻混合燃燒目的，可以做到無碳煙排放。
汽油機、柴油機混合動力，由內燃機、電機、電容、蓄電池組成的混合聯動。這種動力裝置可使內燃機始終運行于最佳工況，能量充分利用，以取得最佳排放效果與經濟性。
汽油、甲醇、氫燃料電池混合動力，實現燃料電池與電池、電機聯動，以獲得零排放（仍有少量NOX）。
在研發(fā)以燃料電池為代表的新動力平臺方面，各大汽車公司已經投入了百億美元的研發(fā)經費，取得了可喜的技術進步，國家“十五”863也將電動汽車列為投入力度最大的重大專項，同濟大學、上汽集團參與燃料電池轎車的開發(fā)，為趕超世界先進水平奠定了基礎。
先進的蓄電池驅動。
上述幾種動力都有能力在汽車上達到超低排放甚至零排放的能力，但是要正確評價其排放、經濟性和成本，還要從生產、制造、使用整個生命周期給予評價（例如燃料電池動力雖然可以達到零排放，但生產這些燃料的過程，運輸分配過程同樣會產生有害排放）。
任何一種燃料必須具備以下屬性，這是今后研究代用燃料取代的原則。
具有較高熱值、特別是混合氣熱值；
燃油蒸發(fā)性、有利于形成混合氣；
能量密度高，儲存運輸方便，最好能利用原有燃料運輸、存儲、分配系統(tǒng)；
發(fā)動機改動小，原有產業(yè)基礎變動不大；
不危及人類健康，安全性較好。
汽車發(fā)動機的產品市場
我國內燃機主機廠約300家，2001年內燃機產量達到2200萬臺，2.8億kW。其中柴油機820多萬臺，比2000年增加了5％，柴油機中，單缸機700萬臺、多缸機120多萬臺。車用汽油機和摩托車發(fā)動機、小型通用汽油機約1300萬臺。柴汽比約為3∶5。用這些動力主要配套為汽車的產量233萬輛，比2000年增長12.8％；農用運輸車280萬輛（其中三輪244萬輛、四輪為36萬輛），比2000年增加5.5％；摩托車產量1236.7萬臺，比2000年增加7.2％�？傮w是汽車、工程機械逐年穩(wěn)步攀升，農業(yè)機械則表現得起伏不定。
對于發(fā)動機企業(yè)來說，2002年是收獲輝煌的一年。在整車行業(yè)的強力拉動下，發(fā)動機企業(yè)無不賺得盆溢缽滿。2002年全國汽車用發(fā)動機累計產（43家）銷（41家）量分別為2507867臺和2484362臺，同比累計增長分別為34.14％和33.61％。2002年我國生產汽車325.12萬輛，同比增長38.49％；銷售324.81萬輛，同比增長36.65％，達到十年來的最高峰。同時，全行業(yè)盈利水平大幅提高。預計今年市場需求將達360萬輛。對于中國發(fā)動機企業(yè)而言，這一巨大的市場可謂是極大的利好消息。當然，在中國發(fā)動機企業(yè)欣喜地看到誘人的“奶酪”的同時，國外發(fā)動機巨頭無不奢望能夠從中分得一杯羹。（同濟大學汽車學院 樓狄明教授）
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