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在3月下旬召開的上海國際發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動機企業代表的陣陣掌聲。
面對日趨苛刻的環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動機行業該如何應對？未來發動機的技術市場和產品市場呈什么樣的發展趨勢？讓我們來聽聽專家的看法。
汽車發動機工業面臨的形勢
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展的價值？
另一方面更為嚴峻的現實是，20世紀70年代發生的兩次能源危機，曾一度引起發達國家的恐慌。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持續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？受排放法規及能源等因素的制約，作為現代化交通象征的汽車工業，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
能源和環境的可持續發展是汽車發動機面臨的根本問題。現代的運輸業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，作為石油工業消耗大戶的汽車工業消耗我國石油工業產品的50％左右。
亞洲是能源相對比較缺乏的地區，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發展長期決策。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，發揮其經濟效率是重要研究課題。
我國內燃機工業發展除了面臨環保法規的巨大壓力，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持續發展，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，因而油價的政治和壟斷因素很大。國際上用油的不穩定性，使各工業國對增加消費用量持謹慎態度，各項降低內燃機油耗措施，甚至法規都在促使發動機經濟性不斷提高。所以，合理和節約用油及尋找代用燃料是對今后內燃機工業發展的重要支持。
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。隨著西部大開發進展和農業生產力的提高，生物燃料及生物柴油還有待我們去開發。
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動機可以達到低排放和超低排放目的。因此內燃機工業持續發展必須考慮燃料多元化。
環保的要求
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、美等發達國家相繼通過排放法規實施，控制內燃機有害排放推動內燃機工業發展并逐步形成世界上兩大法規體系。
我國是發展中國家，汽車工業發展比較遲緩。隨著全球對環保的日益重視，我國汽車工業經過若干年實踐，確定以歐洲汽車法規體系為藍本。我國環保、汽車、交通部門聯合發布的《汽車排放控制技術政策》中已明確規定2000年采用歐I排放法規，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，以先進的節能、低污染發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要求。
汽油機目前通過尾氣處理滿足更高的法規已成事實；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，不是簡單法規定義，而是意味著內燃機技術水平發展到一個新的層面。將會進一步加快國內企業優勝劣汰的過程，原有的內燃機企業將會經歷一場前所未有的陣痛，企業會產生分化，那些只靠價廉而不顧質量的企業會陷于絕境。對于那些資金實力雄厚，技術水平領先的企業將獲得一個巨大市場。在這個市場上每個企業都面臨不同的資金、技術、人才、服務的考驗。所以環保指標不僅僅是一個法規，更是一個商機。通過法規貫徹實施，對內燃機產品可能會發生質的飛躍。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，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，實現產業結構調整，促進企業技術進步，增強企業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生存發展難度更大，更需要有一流的技術和產品、產業的不斷升級，才能躋身于內燃機行業之林。
汽車發動機的技術市場
面對排放法規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動機可持續發展的主要動力。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展、充分發揮提高壓縮比及壓燃方式其熱效率高的優點，使汽油機熱效率大為提高。
HCCI燃燒方式的主要優點有：
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（無節流損失）的優點；
e.可以應用低噴射壓力的供油系統和節約貴金屬的消耗，從而降低成本。
缺點是：
a.要在發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/噴射優化＋有效的尾氣處理將在燃油經濟性方面比汽油機更占優勢，是3L車（百公里油耗僅3升）的首選動力。
由于排放法規的要求，內燃機的技術進步圍繞以降低排放為核心，以先進的節能、低污染發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要求。
柴油機的技術發展從歐洲、美國、日本技術進步的歷程可以看出，要滿足歐III以上法規，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、燃用相適應的規范的柴油（低硫、低芳香烴）。
優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律的峰值；提高后續燃燒放熱規律強度，同時縮短后然，盡早結束燃燒持續期。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），排氣再循環的使用（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（高壓共軌、泵噴嘴，新型泵一管一嘴系統）、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：柴油機開發目標，從降低油耗提高發動機效率對燃燒過程進行優化，從源頭上對有害排放加以控制，也就是首先在發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，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，今后的柴油機必須是先進的柴油機，今后的內燃機行業是高新技術和先進制造業的相結合的產業。現在我國的內燃機企業不應該停留在盲目追求產品數量，大規模發展低檔產品的層面，面對日益嚴格的法規，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，高原發動機將倍受企業重視。
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，其發展受到一定制約。
在動力多元化方面，開展對氣體燃料發動機、煤制清潔燃料發動機、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、發動機磨損等。
代用燃料（清潔燃料）發動機：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，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；
發動機改動小，原有產業基礎變動不大；
不危及人類健康，安全性較好。
汽車發動機的產品市場
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％。總體是汽車、工程機械逐年穩步攀升，農業機械則表現得起伏不定。
對于發動機企業來說，2002年是收獲輝煌的一年。在整車行業的強力拉動下，發動機企業無不賺得盆溢缽滿。2002年全國汽車用發動機累計產（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。對于中國發動機企業而言，這一巨大的市場可謂是極大的利好消息。當然，在中國發動機企業欣喜地看到誘人的“奶酪”的同時，國外發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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