內燃機及污染防治技術，該向何處去？

最近很多汽車行業的人或者創業者都感到焦慮。在國六標準推廣實施的關鍵時刻，疫情突然襲擊了汽車行業。無論是傳統燃油車還是新能源車，銷量都大幅下滑，來自終端的壓力勢必傳導到上游零部件企業，機動車尾氣處理和后處理企業也未能幸免。

9月10日，第十一屆大城市機動車污染防治技術研討會在上海安亭召開。本次會議的主題是“誠信創新，精準減排”。300多位業內專家學者和商界人士出席。中國工程院院士、上海交通大學副校長黃鎮發表了重要講話。大會開幕式由中國環保產業協會機動車防治委員會秘書長方茂東主持。在為期兩天的會議中，與會嘉賓就內燃機及污染防治技術進行了交流，專家們的發言揭示了內燃機及污染防治技術的發展趨勢。

■內燃機面臨的問題和挑戰

中國工程院院士、上海交通大學副校長黃鎮。

針對行業焦慮，黃鎮院士深入分析了內燃機面臨的問題和挑戰。

最近，一些歐洲國家頒布了嚴格限制內燃機駕駛的法律法規。黃鎮認為，在歐洲，人們對內燃機對氣候變化的影響的關注似乎已經成為一種訴求，而不是一場科學討論。在這種形勢的影響下，《經濟學人》曾經報道過，內燃機曾經輝煌過，但這臺改變世界的機器的末日即將到來。然而，其他專家并不這么認為。他們認為，到2050年，60%的輕型汽車仍將“擁有”內燃機。

專家的說法各有道理。在這個過程中，北歐的禁令和專家的論證可能會被媒體過度放大。內燃機本身是無害的，危害來自內燃機的有害排放和溫室氣體排放。

“在去年9月的一份國際知名期刊上，共有來自美國、日本、歐洲等國家和地區的37位學者聯合發表了一篇文章。我也是作者之一，具體說一下中國和世界內燃機的環保、能耗和未來的二氧化碳排放。這篇文章在國際上引起了很大反響。”黃鎮院士說。

在過去的四十年中，由于發動機或內燃機的燃燒和后處理技術的迅速發展，有害物質的排放可以降低到原來的千分之一左右。目前排氣管的碳氫化合物排放低于發動機進氣口周圍空氣的碳氫化合物濃度，即尾氣后處理和燃燒技術可以使發動機排放更清潔，成為負排放汽車。

大家對霧霾印象很深。顆粒物是造成霧霾的罪魁禍首之一。現在先進的發動機尾氣排放顆粒物已經達到了每公里5毫克的標準。但是每輛車的輪胎和剎車的磨損也會產生非常小的顆粒物，每公里50毫克左右。兩相比較，尾氣排放遠低于輪胎或剎車磨損產生的顆粒物。

從全球溫室氣體排放量來看，交通領域的排放量約占總量的10%。如果所有車輛都換成電動車，只能抹掉10%。但是，實現這個目標有一個重要的前提。電力全部來自非化石能源，目前很難實現。

歐洲環保標準不僅對碳氫化合物和一氧化碳(CO)提出了嚴格的要求。到2030年，歐盟新車碳排放標準將降至59克。這是什么概念？一個人每公里會排放24 ~ 30毫克二氧化碳。可見，未來汽車排放的二氧化碳會更低。

《巴黎協定》有著深遠的影響……ct在歐洲的技術發展和商業模式上，中國在巴黎協定上也有承諾。為了實現這一承諾，它提出了降低汽車油耗的要求，這也給內燃機帶來了挑戰。中短期內要不斷提高內燃機熱效率，低碳化是內燃機存在的必要條件。從中長期來看，碳中和、零碳化是未來內燃機的必由之路。

從70年代末到80年代初，發動機的熱效率并不高，汽油機不到30%，柴油機超過30%。現在最高效率可以超過50%，未來會達到54%。熱效率的提高來自于技術進步，從進氣道噴射到缸內直噴，再到稀燃EGR技術，壓縮比從7% ~ 8%提高到16%。

中國在提高內燃機熱效率方面也取得了可喜的進展。近日，某發動機正式研發成功，熱效率達到50.2%，這也是國內首款熱效率超過50%的柴油機。

對于內燃機的未來發展，上海交通大學實驗室提出了一個新概念——智能燃油發動機。發動機可以在缸內和進氣道噴射兩種燃料，通過兩種燃料實時控制燃燒過程，從而設計燃料過程和燃燒過程。汽油機在不同轉速、不同負荷下使用不同的燃料比，使整個發動機的放熱形式和發動機負荷得到優化。從市區工況來看，最大油耗可近30%，平均油耗可達22%。這是一臺全新的發動機。

當汽車行駛時，它會排放二氧化碳。如果二氧化碳在用作燃料之前被吸收，就會形成碳中和的循環。不管車怎么開，整個大氣中的二氧化碳都不會增加。利用可再生能源、風能、太陽能產生氫氣，利用氫氣捕集二氧化碳制成燃料，從而實現碳中和。

目前光伏發電的國際價格約為每千瓦時1.35美分，約合0.1元人民幣。下一個目標是一美分。西北地區棄風棄光造成的電力資源浪費在30% ~ 40%左右，光伏發電可以制氫。美國、歐洲、德國、沙特阿拉伯、日本等。都在發展清潔燃料研究的新概念，中國也提出了液態陽光(清潔甲醇)的概念。

從未來的發展趨勢來看，內燃機仍然具有強大的生命力。全球幾大汽車公司向市場推出的混合動力汽車、PHEV和增程式電動汽車都需要使用內燃機。燃油車和電動車不是零和游戲，各有優勢和分工。兩者的融合勢在必行。

■氫內燃機是發展方向之一。

燃料中的有害物質在燃燒過程中釋放出來。如果燃料是清潔的，碳氫化合物、一氧化碳和二氧化碳等有害物質就不會釋放出來。20年前，寶馬試圖在發動機中直接燃燒氫氣。然而，這項研究后來被停止了。技術上，可以說這條路很難走。

在本次研討會上，聯合汽車電子股份有限公司高級系統開發專家蘇建業博士做了題為“氫燃料內燃機燃燒與排放特性的試驗研究”的演講，一下子引起了與會者的興趣。那一年，寶馬學習失敗，聯合電子是如何重振雄風的？

蘇建業似乎知道大家的顧慮。首先，他回顧了氫燃料內燃機技術的發展和變化。與此同時，技術進步讓氫燃料內燃機重回視野。

與20年前相比，氫燃料內燃機在現有技術方面取得了顯著進步。700bar高壓儲氫技術已在燃料電池中量產，解決了氫內燃機汽車載氣能力低的問題。二十年前，寶馬采用了……rt噴射燃燒，現在已經發展到缸內直噴，缸內直噴氫噴射系統量產可行；增壓技術的進步滿足了氫燃料內燃機的動力需求，從之前的30kw/l提升了一倍多，達到80kw/l；氫燃料內燃機的缸內凈化技術促進了近零排放目標的實現。“更重要的是，加氫基礎設施的建設越來越廣泛，為氫內燃機的使用搭建了平臺。作為一種能源，氫氣的價格預計將進一步下降，用戶可以負擔得起。”蘇建業說。

這些技術進步取得了哪些成果？據介紹，目前2.0L渦輪增壓直噴氫內燃機的功率和扭矩與2.0L渦輪增壓直噴汽油機相當。

從氫燃料的理化性質來看，氫氣的自燃溫度比汽油高200 ~ 300℃，但點火能量只有汽油的十分之一，特別適合火花點火燃燒。氫氣的可燃范圍比柴油汽油更廣，非常容易著火，這就注定了氫氣可以實現稀薄燃燒，甚至是超薄燃燒。氫氣也有缺點，就是混合物的熱值比較低，所以對增壓技術的要求比較高。

聯合電子的氫燃料內燃機的測試發動機是2.0L，渦輪增壓，幾何壓縮比為9.8的直噴汽油機，進排氣VVT，兩個渦輪截面可變的渦輪增壓器，ECU也進行了調整。

試驗樣機的排放結果也令人滿意。沒有二氧化碳和顆粒物排放，測試中有碳氫化合物和CO，但量很少，約4.6PPM，“這是沒有后處理的結果。”蘇建業說。畢竟發動機需要機油來潤滑，一部分機油會漏進氣缸，從而產生碳氫化合物和CO。

氫燃料內燃機最大的挑戰是NOx，因為輸入空氣中既有氧又有氮。只要溫度高，氧氣和氮氣就會結合產生化學反應，最后的結果也是10PPM以下。

氫燃料內燃機的短板是提升動力不足。缸內直噴達到80Kw/L后，提升困難，熱效率低于傳統車。雖然氫燃料內燃機還有很多缺點，但是尾氣排放是傳統汽車無法比擬的。

■治理尾氣超標，監管是關鍵。

生態環境部機動車排放監測中心副主任尹航。

液態陽光和氫燃料內燃機還很遙遠，機動車尾氣的處理不能等到這些技術量產。加強監管和治療成為必然趨勢。生態環境部機動車排放監測中心副主任尹航發表了《中國機動車排放監管政策法規解讀及未來監管趨勢》的演講。

經過一段時間的治理，全國空氣質量達標的城市比例逐年增加。2019年，337個城市中，157個城市空氣質量達標，占比46.6%。與2018年相比，PM10和SO2濃度下降，臭氧濃度上升，其他持平。總的來看，PM2.5防控形勢依然嚴峻，同時臭氧污染日益突出。

從不同污染物來看，重型卡車是移動源NOx控制的重點。重型卡車數量約占機動車總數的2.04%，但氮氧化物排放量占機動車總數的61.84%，占移動源總數的34.56%。小型客車是移動源VOCs控制的重點，小型客車數量約占機動車總數的67.08%，VOCs排放量占機動車總數的62.36%，占移動排放源總數的51.18%。

生態環境部建立了“天下人駕”一體化監管體系，未來將加強在用車監管執法。全國31個省、自治區、直轄市都開展了機動車定期檢驗，全國98.1%的車主……p已定期檢查；還將加強道路巡查，加強入戶監督抽檢，提高監督抽檢頻次。2019年，各地共檢查車輛3.7億輛，發現超標車輛1138.32萬輛。

有關部門在原有工作的基礎上，積極推進車隊結構清潔化，加快老舊車輛淘汰，使我國車隊結構發生明顯變化。滿足燃料標準是污染控制的重要環節。2019年以來，實施“三油一體化”，推出清潔油品，嚴厲打擊生產、銷售、儲存、使用不合格油品行為。2019年5月，生態環境部會同市場監督管理局、部、商務部，在京津冀及其周邊“2+26”城市，以及秦皇島、承德、張家口等31個城市、258個縣開展清潔油品強化行動。地方政府被要求取締905家，新發現黑加油站561家。

在監督執法過程中，發現了各種超標問題。以硫含量為例，平均超標25倍，其中超標100倍以上的占55%，最高超標902倍。監管執法力度的加強，使得正規渠道的汽柴油銷量大幅增長。2019年5-8月平均增速11.3%，石家莊、邢臺、張家口、邯鄲、開封、菏澤平均增速33.2%。

下一步，生態環境部將繼續嚴格執行國六標準，完善“天、地、車”一體化監控體系，對高排放車輛實施全天候、全方位實時監控，通過大數據分析追溯汽車生產企業、發動機生產企業和后處理裝置生產企業，實現聯合懲戒，建立嚴懲體系。

編輯:黃霞最近，很多汽車行業的人或企業家感到焦慮。在國六標準推廣實施的關鍵時刻，疫情突然襲擊了汽車行業。無論是傳統燃油車還是新能源車，銷量都大幅下滑，來自終端的壓力勢必傳導到上游零部件企業，機動車尾氣處理和后處理企業也未能幸免。

9月10日，第十一屆大城市機動車污染防治技術研討會在上海安亭召開。本次會議的主題是“誠信創新，精準減排”。300多位業內專家學者和商界人士出席。中國工程院院士、上海交通大學副校長黃鎮發表了重要講話。大會開幕式由中國環保產業協會機動車防治委員會秘書長方茂東主持。在為期兩天的會議中，與會嘉賓就內燃機及污染防治技術進行了交流，專家們的發言揭示了內燃機及污染防治技術的發展趨勢。

■內燃機面臨的問題和挑戰

中國工程院院士、上海交通大學副校長黃鎮。

針對行業焦慮，黃鎮院士深入分析了內燃機面臨的問題和挑戰。

最近，一些歐洲國家頒布了嚴格限制內燃機駕駛的法律法規。黃鎮認為，在歐洲，人們對內燃機對氣候變化的影響的關注似乎已經成為一種訴求，而不是一場科學討論。在這種形勢的影響下，《經濟學人》曾經報道過，內燃機曾經輝煌過，但這臺改變世界的機器的末日即將到來。然而，其他專家并不這么認為。他們認為，到2050年，60%的輕型汽車仍將“擁有”內燃機。

專家的說法各有道理。在這個過程中，北歐的禁令和專家的論證可能會被媒體過度放大。內燃機本身是無害的，危害來自于……內燃機的有害排放和溫室氣體排放。

“在去年9月的一份國際知名期刊上，共有來自美國、日本、歐洲等國家和地區的37位學者聯合發表了一篇文章。我也是作者之一，具體說一下中國和世界內燃機的環保、能耗和未來的二氧化碳排放。這篇文章在國際上引起了很大反響。”黃鎮院士說。

在過去的四十年中，由于發動機或內燃機的燃燒和后處理技術的迅速發展，有害物質的排放可以降低到原來的千分之一左右。目前排氣管的碳氫化合物排放低于發動機進氣口周圍空氣的碳氫化合物濃度，即尾氣后處理和燃燒技術可以使發動機排放更清潔，成為負排放汽車。

大家對霧霾印象很深。顆粒物是造成霧霾的罪魁禍首之一。現在先進的發動機尾氣排放顆粒物已經達到了每公里5毫克的標準。但是每輛車的輪胎和剎車的磨損也會產生非常小的顆粒物，每公里50毫克左右。兩相比較，尾氣排放遠低于輪胎或剎車磨損產生的顆粒物。

從全球溫室氣體排放量來看，交通領域的排放量約占總量的10%。如果所有車輛都換成電動車，只能抹掉10%。但是，實現這個目標有一個重要的前提。電力全部來自非化石能源，目前很難實現。

歐洲環保標準不僅對碳氫化合物和一氧化碳(CO)提出了嚴格的要求。到2030年，歐盟新車碳排放標準將降至59克。這是什么概念？一個人每公里會排放24 ~ 30毫克二氧化碳。可見，未來汽車排放的二氧化碳會更低。

《巴黎協定》對歐洲的技術發展和商業模式影響深遠，中國在《巴黎協定》中也有承諾。為了實現這一承諾，它提出了降低汽車油耗的要求，這也給內燃機帶來了挑戰。中短期內要不斷提高內燃機熱效率，低碳化是內燃機存在的必要條件。從中長期來看，碳中和、零碳化是未來內燃機的必由之路。

從70年代末到80年代初，發動機的熱效率并不高，汽油機不到30%，柴油機超過30%。現在最高效率可以超過50%，未來會達到54%。熱效率的提高來自于技術進步，從進氣道噴射到缸內直噴，再到稀燃EGR技術，壓縮比從7% ~ 8%提高到16%。

中國在提高內燃機熱效率方面也取得了可喜的進展。近日，某發動機正式研發成功，熱效率達到50.2%，這也是國內首款熱效率超過50%的柴油機。

對于內燃機的未來發展，上海交通大學實驗室提出了一個新概念——智能燃油發動機。發動機可以在缸內和進氣道噴射兩種燃料，通過兩種燃料實時控制燃燒過程，從而設計燃料過程和燃燒過程。汽油機在不同轉速、不同負荷下使用不同的燃料比，使整個發動機的放熱形式和發動機負荷得到優化。從市區工況來看，最大油耗可近30%，平均油耗可達22%。這是一臺全新的發動機。

當汽車行駛時，它會排放二氧化碳。如果二氧化碳在用作燃料之前被吸收，就會形成碳中和的循環。不管車怎么開，整個大氣中的二氧化碳都不會增加。利用可再生能源、風能、太陽能產生氫氣，利用氫氣捕集二氧化碳制成燃料，從而實現碳中和。

目前，國際光伏發電價格……大約是每度電1.35美分，也就是0.1元人民幣。下一個目標是一美分。西北地區棄風棄光造成的電力資源浪費在30% ~ 40%左右，光伏發電可以制氫。美國、歐洲、德國、沙特阿拉伯、日本等。都在發展清潔燃料研究的新概念，中國也提出了液態陽光(清潔甲醇)的概念。

從未來的發展趨勢來看，內燃機仍然具有強大的生命力。全球幾大汽車公司向市場推出的混合動力汽車、PHEV和增程式電動汽車都需要使用內燃機。燃油車和電動車不是零和游戲，各有優勢和分工。兩者的融合勢在必行。

■氫內燃機是發展方向之一。

燃料中的有害物質在燃燒過程中釋放出來。如果燃料是清潔的，碳氫化合物、一氧化碳和二氧化碳等有害物質就不會釋放出來。20年前，寶馬試圖在發動機中直接燃燒氫氣。然而，這項研究后來被停止了。技術上，可以說這條路很難走。

在本次研討會上，聯合汽車電子股份有限公司高級系統開發專家蘇建業博士做了題為“氫燃料內燃機燃燒與排放特性的試驗研究”的演講，一下子引起了與會者的興趣。那一年，寶馬學習失敗，聯合電子是如何重振雄風的？

蘇建業似乎知道大家的顧慮。首先，他回顧了氫燃料內燃機技術的發展和變化。同時，技術進步讓氫燃料內燃機重回視野。

與20年前相比，氫燃料內燃機在現有技術方面取得了顯著進步。700bar高壓儲氫技術已在燃料電池中量產，解決了氫內燃機汽車載氣能力低的問題。20年前寶馬采用的是進氣道噴射燃燒的方式，現在已經發展到缸內直噴，缸內直噴氫噴射系統量產可行；增壓技術的進步滿足了氫燃料內燃機的動力需求，從之前的30kw/l提升了一倍多，達到80kw/l；氫燃料內燃機的缸內凈化技術促進了近零排放目標的實現。“更重要的是，加氫基礎設施的建設越來越廣泛，為氫內燃機的使用搭建了平臺。作為一種能源，氫氣的價格預計將進一步下降，用戶可以負擔得起。”蘇建業說。

這些技術進步取得了哪些成果？據介紹，目前2.0L渦輪增壓直噴氫內燃機的功率和扭矩與2.0L渦輪增壓直噴汽油機相當。

從氫燃料的理化性質來看，氫氣的自燃溫度比汽油高200 ~ 300℃，但點火能量只有汽油的十分之一，特別適合火花點火燃燒。氫氣的可燃范圍比柴油汽油更廣，非常容易著火，這就注定了氫氣可以實現稀薄燃燒，甚至是超薄燃燒。氫氣也有缺點，就是混合物的熱值比較低，所以對增壓技術的要求比較高。

聯合電子的氫燃料內燃機的測試發動機是2.0L，渦輪增壓，幾何壓縮比為9.8的直噴汽油機，進排氣VVT，兩個渦輪截面可變的渦輪增壓器，ECU也進行了調整。

試驗樣機的排放結果也令人滿意。沒有二氧化碳和顆粒物排放，測試中有碳氫化合物和CO，但量很少，約4.6PPM，“這是沒有后處理的結果。”蘇建業說。畢竟發動機需要機油來潤滑，一部分機油會漏進氣缸，從而產生碳氫化合物和CO。

氫燃料內燃機最大的挑戰是NOx，因為輸入空氣中既有氧又有氮。只要溫度高，氧氣和氮氣就會結合產生化學反應，最后的結果也是10PPM以下。

氫燃料內燃機的短板是提升動力不足。缸內直噴達到80Kw/L后，提升困難，熱效率低于傳統車。雖然氫燃料內燃機還有很多缺點，但是尾氣排放是傳統汽車無法比擬的。

■治理尾氣超標，監管是關鍵。

生態環境部機動車排放監測中心副主任尹航。

液態陽光和氫燃料內燃機還很遙遠，機動車尾氣的處理不能等到這些技術量產。加強監管和治療成為必然趨勢。生態環境部機動車排放監測中心副主任尹航發表了《中國機動車排放監管政策法規解讀及未來監管趨勢》的演講。

經過一段時間的治理，全國空氣質量達標的城市比例逐年增加。2019年，337個城市中，157個城市空氣質量達標，占比46.6%。與2018年相比，PM10和SO2濃度下降，臭氧濃度上升，其他持平。總的來看，PM2.5防控形勢依然嚴峻，同時臭氧污染日益突出。

從不同污染物來看，重型卡車是移動源NOx控制的重點。重型卡車數量約占機動車總數的2.04%，但氮氧化物排放量占機動車總數的61.84%，占移動源總數的34.56%。小型客車是移動源VOCs控制的重點，小型客車數量約占機動車總數的67.08%，VOCs排放量占機動車總數的62.36%，占移動排放源總數的51.18%。

生態環境部建立了“天下人駕”一體化監管體系，未來將加強在用車監管執法。全國31個省、自治區、直轄市都開展了機動車定期檢驗，全國98.1%的車主……p已定期檢查；還將加強道路巡查，加強入戶監督抽檢，提高監督抽檢頻次。2019年，各地共檢查車輛3.7億輛，發現超標車輛1138.32萬輛。

有關部門在原有工作的基礎上，積極推進車隊結構清潔化，加快老舊車輛淘汰，使我國車隊結構發生明顯變化。滿足燃料標準是污染控制的重要環節。2019年以來，實施“三油一體化”，推出清潔油品，嚴厲打擊生產、銷售、儲存、使用不合格油品行為。2019年5月，生態環境部會同市場監督管理局、部、商務部，在京津冀及其周邊“2+26”城市，以及秦皇島、承德、張家口等31個城市、258個縣開展清潔油品強化行動。地方政府被要求取締905家，新發現黑加油站561家。

在監督執法過程中，發現了各種超標問題。以硫含量為例，平均超標25倍，其中超標100倍以上的占55%，最高超標902倍。監管執法力度的加強，使得正規渠道的汽柴油銷量大幅增長。2019年5-8月平均增速11.3%，石家莊、邢臺、張家口、邯鄲、開封、菏澤平均增速33.2%。

下一步，生態環境部將繼續嚴格執行國六標準，完善“天、地、車”一體化監控體系，對高排放車輛實施全天候、全方位實時監控，通過大數據分析追溯汽車生產企業、發動機生產企業和后處理裝置生產企業，實現聯合懲戒，建立嚴懲體系。

編輯:黃霞

標簽：發現寶馬世紀

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