内燃机新能源技术现状及发展趋势

内燃机新能源技术现状及发展趋势

随着人类城市化进程的加快、人口总量的不断激增和社会分工体系的细化、深化，人类社会对各种资源的需求与日俱增。需求和资源的矛盾所引发的能源危机和环境保护已经成为全球共同面对的重大挑战。实现社会的可持续发展和科技领域的绿色革命成为决定人类历史进程的重要任务。在能源危机和环境保护的双重压力下，开发节能、高效、环保的新能源汽车成为汽车产业的共同命题。

近年来，我国汽车产业蓬勃发展，产销量和保有量迅速增加，已经连续连年成为全球汽车产销量第一的大国，正逐步进入汽车社会。但是，我国汽车工业同时也面临着产业结构调整和可持续发展的压力，存在产业安全和经济安全等问题，形势依然严峻。随着我国汽车保有量的增加，对石油的需求也不断增加，２００８年我国石油对外度存已经达到５２％，接近警戒线水平，石油安全未来将成为我国汽车工业发展的第一制约因素，汽车产业面临严峻的节能、减排和减少碳排放压力。因此，发展节能和新能源汽车是我国汽车产业实现可持续发展的必然选择。

一、新能源汽车的分类和发展趋势

根据我国《汽车产业发展政策》的有关规定，２００７年，国家发展和改革委员会制定了《新能源汽车生产准入管理规则》，《规则》对新能源汽车做出了明确的定义：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料而采用新型车载动力装

置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

广义的新能源汽车包括电动汽车、气体燃料汽车、两用燃料汽车和双燃料汽车。目前发展比较快，也被大家所熟知的主要是电动汽车。

1、气体燃料汽车：主要指以液化石油气、天然气或二甲醚（DME）等气体为燃料的发动机的汽车。国内气体燃料汽车主要为液化气/天然气出租车，液化气/天然气客车、二甲醚客车和天然气卡车，其中以液化石油气汽车和天然气汽车为主。液化石油气汽车燃气供给系统相对简单，易于实现控制，在气体燃料汽车中所占的市场较大。但是液化石油气主要来源于原油炼化过程中的副产品，其价格随原油价格波动而波定在一定程度上影响了其推广应用。天然气汽车燃气供给系统相对复杂，燃气控制要求高，但是价格相对稳定，我国主要在天然气富产区域和西气东输沿线城市应用较广。二甲醚是柴油的替代燃料，其物理性质与液化石油气相近，常温常压下为气态，需要采用类似柴油机的高压共轨系统，控制系统复杂，目前还仅处于研发阶段。

近年来，我国燃气汽车领域不断取得技术进步，但是液化石油气由于低温难以气化的特点，在低温启动和排放控制方面都逐渐面临压力；二甲醚由于燃料易于气化、对非金属材料具有溶胀性等问题，应用技术还不成熟。而且要达到未来排放法规的要求，必须应用新型共轨控制技术；相对而言，天然气汽车技术发展相对较快，在动力性、经济性和排放控制等方面都可以达到下一阶段排放法规的要求。但是压缩天然气汽车压力容器储存的天然气存储质量有限，无法满足整车

正常运营里程的要求，LNG可以有效解决这方面的问题，需要进一步关注。同时，随着天然气加氢技术的不断发展，在改善天然气点火性能和排放性能方面逐渐取得进步，也值得进一步关注。

2、双燃料汽车：双燃料汽车是指具有两套燃料供给系统，一套供给天然气或液化气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料，两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在气缸混合燃烧的汽车。双燃料汽车主要是柴油-压缩天然气双燃料汽车、柴油-液化石油气双燃料汽车。

双燃料系统要兼顾两种燃料的特性，同时满足使用两种燃料时发动机动力性、排放的良好平衡，实现精确控制是比较难得。尤其在柴油双燃料系统中，燃气要求点燃式的工作模式，柴油要求压燃式的工作模式，同时使用两种燃料，在发动机的燃烧控制上有非常高的难度。因此，随着排放法规的进一步严格，双燃料发动机将面临排放控制升级的难题。但是，在一些非道路用或特定要求用的场合，双燃料发动机还是具有较好的发展空间。

3、两用燃料汽车：两用燃料汽车是指具有两套相对独立的供给系统，一套使用天然气或液化石油气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料，两套燃料供给系统可分别但不可以共同向气缸供给燃料的汽车。国内两用燃料汽车主要是汽油－液化石油气两用燃料汽车和汽油－天然气两用燃料汽车。两用燃料汽车原则上可以根据发动机的工况，实现燃料的切换使用，做到燃料使用的最优化。而且两用燃料独立使用，可以根据各自的特性进行优化控制，容易实现精确控制，未

来的发展潜力比较大。

除以上提到的气体燃料、双燃料和两用燃料汽车以外，使用乙醇、煤基燃料、生物柴油、氢等燃料的汽车也需要关注。而且随着石油能源的日益枯竭，汽车能源的发展正从石油、天然气、煤基燃料向生物质燃料和石化能、核能及可再生能源制氢和发电过渡。替代能源和可再生能源的发展将成为近中期过渡发展的必然选择之一。在未来20~30年，以煤基燃料、生物燃料和天然气为主体的替代能源将得到快速发展。预计到2020年，我国替代能源的总量可能达到3000万吨，占汽车能源消耗的15%~20%。其中，煤基燃料由于资源优势，可能成为发展的重点。

4、电动汽车

电动汽车根据车载能量来源不同分为纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车。

纯电动汽车是指采用动力电池为能量载体，驱动电机为动力输出装置，替代传统发动机的汽车。纯电动汽车出现较早，但由于动力电池技术不成熟，一度退出历史舞台。近年来，由于电池技术不断进步、排放压力不断上升和智能电网技术的发展，纯电动汽车又逐渐得到世界各国的再度重视。尽管纯电动汽车在续驶里程、安全技术和充电技术方面取得明显进步，但是仍无法满足车辆常态化运行的要求。目前国内外纯电动主要应用于乘用车和特定用途的公共事业用车。对比传统车的性能和成本，要满足产业化要求，纯电动汽车除要在电池技术方面取得突破外，还要综合利用增程式和插电式等过渡技术，同时完

善充电设施等运营保障体系。

燃料电池汽车是指采用燃料电池堆产生电能，驱动电机为能量输出装置，替代传统发动机的汽车。燃料电池由于热效率高（达到50%左右），可实现零排放，被认为是未来汽车的发展方向，战略意义非常重大。但是，燃料电池在催化剂、系统成本、可靠性、耐久性方面仍与产业化要求有一定距离，需要多方面取得突破。因此，在相当长的一段时间内燃料电池汽车仅能进行示范应用。

混合动力汽车是指采用传统发动机和驱动电机、动力电池相结合系统，替代传统发动机的汽车。混合动力系统主要是实现发动机工况的优化，在改善动力性的同时降低燃油耗，减少排放。由于是从传统发动机动力系统演化而来，对发动机的依赖度仍然较高，但对动力电池的要求比纯电动汽车要低，实现产业化要求相对容易，目前混合动力汽车已经成为各大汽车公司产业化的重点。从技术发展趋势上看，混合动力系统逐渐呈现混合度不断提高，机械结构集成度提高，耦合方式向混联发展，动力系统向插电式发展，实现向纯电动的过渡的趋势。

综合以上各类新能源汽车的分析，纯电动汽车和燃料电池汽车实现产业化还需要时间。混合动力技术由于结合了发动机和电机的特点，实现了动力性、经济性和排放性能的综合优化，而且实现产业化相对容易等特点，后续发展极具潜力。

从国内外新能源汽车的发展轨迹来看，各类新能源汽车的发展，仍然象传统汽车一样，依赖材料、工艺、电子等多个基础行业的发展。