大变革时代，中国发动机的发展在挑战中蕴藏着机遇。与此同时，诸多问题依旧亟需解答：燃料领域逐步进入多元化时代，传统内燃机如何应对？可再生能源电力快速发展的前提下，内燃机的生存空间是否会越来越小？“双碳”目标下，内燃机发挥什么样的作用，对其技术发展带来什么样的影响？ 10月21日，中国发动机“碳中和”之路院士专家访谈在车城湖北十堰举行。针对上述问题，院士专家们在访谈中传递出共识。 “期待内燃机没有或消亡是不现实的”、“未来是多元动力的时代，没有哪一种动力可以包打天下，用内燃动力包打天下也不太可能”、“未来在汽车行业，内燃机的地位仍不可替代”...... 从曾经的辉煌走向变革的未来，内燃机重焕旺盛的生命力，是时代发展与技术革新之间的双向奔赴。
01 在车用、船用、军用等领域不可替代 是交通领域实现“双碳”目标的核心 我国是全球规模最大、产业链最完整的内燃机制造大国。从数据来看，内燃机产销量一直处于高位，年产总功率超过了27亿千瓦。在“双碳”目标和汽车产业变革的背景下，外界普遍产生了一个疑问：内燃机的生存空间是否会越来越小？ “在业内人士看来，这不是一个问题。”中国工程院院士、国际内燃机学会前主席、中国内燃机学会理事长、天津大学校长金东寒强调，“未来不是内燃机没了，是燃油车没有了。” 对普通老百姓而言，汽车是所接触到离内燃机应用最近的场景，其他都比较远。从内燃机的发展历史来看，原来它主要解决“行”的问题，后来应用场景越来越广泛，比如船用、发电用、通用等。在这些应用场景中，内燃机依旧不可替代。 “事实上，内燃机不光可以烧燃油，还可以烧氢、氨、甲醇等燃料。内燃机是一个能量装换装备，用零碳燃料燃烧，那么内燃机就是零碳的。”金东寒说。 据悉，目前90%以上的货物靠远洋轮船，且每年都有2%—3%的增长。未来，船用主动力仍然是内燃机，电动、混动动力形式会在内河航运、传统作业等特殊船运中作为一种补充；在数据中心、天然气能源、厨余发电等场景中也需要用到备用发动机、燃气发动机、气体发动机等；而在军工领域如战斗舰艇等，基本100%是内燃机。 在电动化的挑战下，上述应用场景中，内燃机会在相当长时间存在，且技术在不断发展。正如中国内燃机学会常务理事、清华大学航空发动机研究院副院长帅石金所说，面对动力电动化所带来的挑战，内燃机在小功率、短距离的地方没有优势，因此要发挥出在大功率、长距离（如长途货车、船、飞机等）领域的优势。 此外，内燃机实现降碳、减碳，是交通领域实现“双碳”目标的核心。 “从全球碳排放来看，以内燃机为主要动力的交通运输领域占总碳排放的25%左右，且交通运输能源消耗的比例在进一步提高。”中国内燃机学会常务理事、燃烧节能净化分会主任，青海民族大学副校长，天津大学讲席教授尧命发认为，汽车电动化迅速发展，从近几年的发展来看，车用动力系统多元化已成为行业共识。xHEV的快速发展表明，未来大部分汽车仍需要内燃机作为动力，尤其是占汽车石油消耗比例很高的载货汽车。因此，内燃机的节能、降碳以及碳中和是交通运输领域实现“双碳”目标的核心。 目前，多元化能源结构和技术路线是动力领域“双碳”目标实现的最佳途径，已经成为共识。 金东寒认为，内燃机、电池电机、燃料电池以及混合动力，这些不同的动力系统根据不同的应用场景将发挥各自的重要作用。这其中，内燃机仍然会是最重要的动力形式之一，内燃机的节能提效依然是最直接有效的降碳途径。
02 效率更高、系统更集成 零碳燃料大势所趋 在“双碳”目标下，发动机正涅磐重生，零碳内燃机成为大势所趋。而在国外，欧盟“2035年禁燃令”要求放宽后，也允许使用合成燃料。 中国工程院院士、中国汽车工程学会理事长（时任）、中国内燃机学会名誉理事长、清华大学教授李骏表示，新能源动力的使命是实现“双碳”目标，新能源动力发展的三个途径是：动力电池、燃料电池和零碳内燃机。对比来看，零碳内燃机更具有竞争力。 “目前，全球进入由e-fuels替代化石燃料的零碳燃料时代。从全球来看，通过可再生能源获得的绿电、绿氢、绿氨和绿醇是4种最主要的e-fuel，当然还有由绿电制造的汽油和柴油。”李骏说。 从目前的发展来看，研发基于e-fuels的零碳内燃机是新能源动力发展的重要方向，李骏提到了未来新能源动力的三大原则：一是要实现“双碳”目标，二是要具有全生命周期的商业竞争力，三是要实用性强。 中国工程院院士、中国内燃机学会副理事长、上海交通大学讲席教授黄震提到，e-fuel作为零碳排放的“碳中和”燃料，要用绿电制取。燃料制备的成本，占价格成本70%左右，取决于将来绿电的价格。真正要做到规模化、商业化使用，还有不少难点需要攻克。 据悉，目前在船用方面，甲醇发动机技术相对较为成熟，而氨发动机还在研发当中；对乘用车来说，未来实现“双碳”有多条路，如混合动力、纯电动、燃料电池等；在重型车商用车方面，氢内燃机是一条非常好的路径，技术是成熟的，氢能的制储运问题解决，产业链建立起来，氢发动机就起来了。 “双碳”目标对内燃机技术的发展也产生了影响。尧命发认为有以下几个方面：第一，产品结构会发生变化，在一些应用领域可能会完全电动化。第二，内燃机技术趋势在变化，比如汽油机不再唯一追求小型化。第三，发动机技术和动力系统技术向节能方向演进。第四，零碳燃料是最终实现“碳中和”的根本途径。 对于内燃机未来的发展，提高效率仍然是追求的目标。长期以来，不仅民用车辆对效率的追求越发极致，军用特种车辆的动力技术也在向高效节能的方向发展。 中国科学院院士、中国内燃机学会副理事长、中国机械工程学会副理事长、中国北方车辆研究所研究员毛明提到，在国防领域，电动化是坚定不移的方向，也是技术确定的方向。在这个方向里面节能减排，追求的是要减少体积、重量，提高效率，还有降低成本。此外，从系统层面上，使用分布式、电池结构一体化、混合驱动等，通过能量管理来匹配工况，提高效率。 03 内燃机要积极拥抱电 不断创新焕发生命力 “看内燃机的发展前景，不仅是从单一效率的角度来看，要从更宏观的角度来看待。”毛明强调。 现在，内燃机面临如此大的挑战，背后是电池技术的进步。帅石金表示，其实电动化也给内燃机带来了机遇，内燃机要拥抱电，如用做混合动力，不要跟电过不去，这样才会带来新的机会。 毛明也提到，内燃机不太可能永远都是纯机械，一定会越来越混合。目前，混合动力发动机可在高效率区间工作，根据E汽车的报道，日产将推出的全新e-POWER发动机热效率甚至可达50%。 发动机实现碳中和的路径有多种，比如氢内燃机、氨氢融合内燃机、甲醇发动机、e-fuel发动机等，可以依据交通使用场景以及碳中和阶段性目标进行选择。 对于企业来讲，李骏提到，现在不可能选择单一e-fuel包打天下。这就决定了未来的燃料系统、动力系统、底盘必须是多样化，必须是平台模块化。无论是商用车还是乘用车，必须是市场化。因此，如何控制未来“碳达峰”动力系统的成本是关键。 在挑战与机遇面前，这对汽车人提出了更高要求。“搞内燃机的人，在知识更新方面要加快，不能只停留在燃料和结构，还要增加很多数字化、信息化、智能化等方面的知识，要进一步加强知识传承积累的能力，这样极有利于提高产品的性能、减排等。”毛明强调。 值得注意的是，在巨变的时代，行业组织也在积极助力发动机“碳中和”之路。2021年，内燃机学会成立了发动机“碳中和”创新联盟；2023年，中国科协又批准成立了“科创中国”发动机“碳中和”产业科技服务团，围绕发动机产业链关键环节和关键技术，针对各动力应用领域发动机的“碳中和”之路，进行科学技术服务。 正如主持人中国内燃机学会副理事长兼秘书长李树生所总结的，未来内燃机的发展有三方面的共识：第一，在许多应用场景，内燃机动力将长期存在，且依然作为主动力来支撑国民经济的高质量发展和国防建设。第二，当前来说，提高内燃机及其动力系统的效率是减碳现实的途径，碳中和燃料是实现内燃机碳中和的根本路径。第三，内燃机人面对燃料多元化实施的来临，针对不同燃料，有许多技术和瓶颈要突破、要创新。 |
