发动机行业发展动态
一、行业发展综述
（一）行业基本情况
2016年是“十三五”开局之年，在改革创新深入推进和宏观政策效应不断释放的共同作用下，国民经济保持了总体平稳、稳中有进、稳中向好的发展态势。受此影响，汽车行业加大供给侧改革力度，产品结构调整和更新步伐持续加快，产销量呈逐月增加态势，尤其是6月后同比更是呈现快速增长；全年汽车产销双双突破2800万辆，再创历史新高，连续八年蝉联世界第一，其中中国品牌汽车销量占比50%左右，市场认可度大幅提高。行业经济效益指标呈明显增长趋势，在国民经济中的地位和作用持续增强，对推动经济增长、促进社会就业、改善民生福祉做出了突出贡献，对确保宏观经济平稳运行起到了重要作用。
2016年汽车消费市场的走高促使配套车用发动机供求也呈现持续上扬趋势，在快速发展中取得了较好的成绩。全行业紧紧围绕汽车产业正在发生的“低碳化、信息化、智能化”等革命性变化，以及对发动机产业产生的影响及挑战，通过全行业的积极努力，企业品牌竞争力、自主创新能力得到显著提升，绿色制造、节能减排成效显著，质量水平稳步提高，国际化发展能力逐步提升。中汽协《中国汽车工业产销快讯》的统计显示，2016年纳入统计的67家车用发动机企业，产销累计完成2515.98万台和2506.26万台，产销量同比分别增长15.15%和14.32%，增幅较2015年呈现扩大态势，增长率超过同期汽车产量的增长率。
（二）生产经营情况
2016年中国汽车发动机累计产销量分别是2515.98万台和2506.26万台（见图1）。其中，汽油机生产2216.8万台，同比增长15.1%，销售2215.6万台，同比增长14.7%；柴油机生产296.9万台，同比增长16.1%，销售288.4万台，同比增长12.1%。
图1 2011～2016年中国车用发动机销售情况
燃料分类方面，燃料结构相对稳定，汽油机所占比例有所提高，柴油机市场份额出现一定程度的收窄（见图2）。
图2 2011～2016年中国车用发动机燃料结构
汽油机方面：受购置税优惠政策、国内居民收入增长、消费需求升级等因素影响，乘用车产销再创历史新高，促进了汽车市场的持续稳步上升；其中，2016年国内汽油车产销分别完成2474.6万辆和2468.32万辆，再创新高，较上年同期分别增长14.19%和13.39%。依托上游整车厂的需求带动，汽油机得到稳定而广阔的发展空间，2016年汽油机产销分别完成2216.82万台和2215.64万台，较上年同期分别增长15.09%和14.68%（见图3）。
图3 2015～2016年中国车用汽油机销量
柴油机方面：2016年，受益于重卡等商用车市场快速增长，柴油机市场出现明显增长；货车发动机3月起产销持续上升，拉动作用明显，增长贡献度分别达到116%和126%。尤其是下半年以来，行业回升势头强劲，12月份销量达到全年最高；上年的低基数和2017年的升温形势成就2016年的优异成绩（见图4）。
图4 2015～2016年中国车用柴油机销量
（三）进出口情况
2016年国内累计进口发动机72.7万台，比上年同期增长6.66%，进口金额20.2亿美元，比上年同期累计增长8.52%；累计出口338.5万台，比上年同期下降0.06%，出口金额18.22亿美元，同比微增2.22%。
分燃料类型看，汽油机累计进口71.2万台，同比增长5.7%，进口金额19亿美元，同比增长8.44%；累计出口325.15万台，同比下降1.21%，实现出口金额13.3亿美元，同比增长1.41%。柴油机进口14765台，同比增长90.57%，进口金额为1.19亿美元，同比增长9.81%；累计出口13.3万台，同比增长39.43%，实现出口金额4.88亿美元，同比增长4.5%（见表1、表2）。
（四）行业发展存在的问题及建议
1.政策法规标准方面
提高法规创新能力。各类强制性技术法规特别是油耗法规以及排放法规对发动机的技术路线、成本、生命周期、投产节奏等有着决定性的影响，因此法规所鼓励采用的技术路线、不同法规相互之间的匹配、法规发布和实施的时间差等必须是合理的。创新的法规应实现排放法规、油耗法规、燃油标准同步。
表1 2016年车用发动机行业进出口情况汇总
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燃料类型
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汽油机
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柴油机
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合计
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进口
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数量（台）
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711959
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14765
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726724
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增长率（%）
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5.70
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90.57
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6.66
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金额（万美元）
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190125.2
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11907.7
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202032.9
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增长率（%）
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8.44
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9.81
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8.52
|
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出口
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数量（台）
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3251456
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133384
|
3384840
|
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增长率（%）
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-1.21
|
39.43
|
-0.06
|
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金额（万美元）
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133383.2
|
48847.8
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182231.0
|
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增长率（%）
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1.41
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4.50
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2.22
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表2 发动机主要出口国家
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国家
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出口量（台）
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占比（%）
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出口额（亿美元）
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占比（%）
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巴基斯坦
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1357413
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40.1
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1.0
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5.6
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伊朗
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467300
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13.8
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0.9
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4.9
|
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俄罗斯
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274018
|
8.1
|
4.3
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23.6
|
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日本
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206000
|
6.1
|
4.7
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25.5
|
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越南
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196995
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5.8
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0.6
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3.4
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设立发动机节能减排财政扶持专项基金。组织实施“工业强基示范应用工程”，通过奖励和风险补偿机制，支持核心基础零部件（元器件）、先进基础工艺、关键基础材料的首批次或跨领域应用。到“十三五”末期，40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障，受制于人的局面逐步缓解，产业急需的核心基础零部件（元器件）和关键基础材料的先进制造工艺得到推广应用。
强化知识产权运用。加强发动机关键核心技术知识产权储备，构建发动机产业化导向的专利组合和战略布局。鼓励全行业运用知识产权参与市场竞争，培育一批具备知识产权综合实力的优势企业，鼓励和支持发动机骨干企业与专业机构在重点领域合作开展专利评估、收购、运营、风险预警与应对。
建立激励机制和出台激励政策。以节能减排为目的，设立“领跑者”激励机制，制定并出台发动机产品燃油消耗率公告制度，对提前达到油耗标准给出的阶段目标值和满足排放法规要求的发动机产品的制造企业，通过减免税政策，鼓励其生产制造高效发动机，鼓励用户采用高效发动机。对高耗能、高排放产品采用政策性手段强制淘汰，加快提高高效低排发动机产品社会保有量结构比例。
健全车用发动机标准体系、技术规范、检测方法和认证机制。瞄准国际先进水平，立足自主技术，制定发动机产品燃油消耗限值及测量方法标准，明确燃油消耗率限定值、推荐值和目标值，达不到限值标准的发动机产品不得生产、销售、使用。制定节能环保型发动机产品技术标准，明确燃油消耗率及污染物排放技术指标，规范节能型产品分类。开展行业能效对标活动，提高发动机制造业能源利用效率。充分发挥企业在标准制定中的重要作用，协同推进产品研发与标准制定。鼓励和支持企业、科研院所、行业组织等参与国际标准制定，做好标准的宣传贯彻，大力推动标准实施。
2.行业管理层面
面对新的形势和行业发展需求，行业管理和平台的作用更加突出，应着重加强。
促进行业技术进步。技术创新是提高产业核心竞争力、提升产品技术平台的动力，努力争取在发动机产品高新技术领域取得新的突破，并以此形成产业优势，优化整体产业结构。充分发挥产学研的资源优势，建立国家协同创新中心，建立行业专家库，积极组织开展国际交流，共同探讨行业发展的问题，为政府建言献策，为企业做好服务。
加强产业整合。提高行业集中度，提升企业的规模经济效益，将市场调控与政府引导相结合，支持汽车发动机骨干企业通过兼并重组扩大规模。
引导企业实施“走出去”战略。推进自主品牌“走出去”，鼓励自主品牌汽车和自主品牌发动机企业联合对外投资，建厂设点，建立营销网络；积极参与“一带一路”建设，充分利用多边合作机制，推动汽车发动机企业开展国际合作与交流。
协调促进零整关系。目前国内大多品牌柴油机企业缺乏和整车同步开发的条件与机会，协同开发才起步。合资企业的整车产品都是在国外完成开发后，转移到中国来生产的，而中国品牌企业的整车开发尚处于初级阶段，产品研发实力比较薄弱，对零部件研发能力的锻炼和技术的提升还不明显。行业组织要搭建交流平台，促进互联网时代下整零、零零企业之间形成新的产业生态，使零部件研发、制造、服务、营销等更好地协同开展相关研究，以建立本土整车企业与发动机企业之间的长效对话机制，稳定零整关系。
制定行业技术标准，加强行业自律。制定各细分市场领域的行业标准，督促企业落实国家相关法规，避免企业间无序竞争，促进产业健康发展。
3.企业层面
企业调整产品结构、转型升级、提质增效刻不容缓。在“十三五”发展期间，我国经济发展进入新常态，制造业面临新挑战，资源和环境约束不断强化，规模扩张的粗放发展模式难以为继。到2020年，发动机产品需节油15%以上，排放达到欧ⅵ标准，带动学科水平、人才培养质量的提升；到2025年，节油40%以上，排放水平完全与国际接轨，使科学研究水平达到国际先进行列，人才培养质量得到国内外普遍认同。实现以上目标，我们还存在很多需要解决的问题。
注重知识产权保护和成果转化。中国品牌发动机企业基础差、积累少，缺乏关键核心技术。发动机产品技术的研发，是综合性系统工程，所需要的基础研究、数据积累、流程管控、人才培养等，都是难以完全依靠引进、并购获得的，需要企业自身的不断探索、累积经验，通过长时间的积淀才能真正提升自身的综合技术水平和创新能力。目前我国发动机企业的专利技术主要集中在实用和新型外观上，发明专利比例相对偏低，核心技术掌握和积累严重不足。关键零部件产品技术研发基础薄弱，基础性和前沿性研究落后。国内一些企业、高校和科研院所自主研发的成果不能很快地转化为产品，大大制约了关键技术的发展。即使进行成果转化，其转化成本也较高，企业难以承受实验所支付的高额成本。
柴油机企业生产管理有待优化，产品质量管控水平亟须提升。国内大部分柴油机企业生产场地、机器设备、工艺装备等硬件实力得到很大提高和增强，专业化水平也越来越高，但是和一流的国际企业相比，在生产计划组织、管理运行方式、人员配备要求方面还有待提高，员工的行业意识、产品意识、岗位意识等还有缺失和不足。对产品质量管理的重要性认识不足，缺乏对现代管理理念的理解和推广，未能有效建立研发、工艺、质量、采购的同步工程管理系统，严重影响零部件产品质量的管控与持续改进。
完善配套采购体系，由分散化向集中化逐步转变。随着生产规模的逐步扩大，各发动机主机厂对整机品质的要求更为严格，对供应链体系的打造更加重视，更倾向于集中化、系统化、模块化的配套采购以减少供应商分散带来的管理难度及质量控制风险，如部分主机厂已明确提出培养战略供应商的计划，减少供应商总体数量，把有限的时间及精力用在培养战略供应商的系统管理能力、过程控制能力，实现系统的it化、流程化、标准化，给围绕核心产品展开多品种系列化生产的供应商带来了多产品合作机会。
4.自主创新、核心技术掌握等方面
我国是内燃机生产和使用大国，但由于关键核心技术欠缺、节能减排标准不健全等因素，内燃机产品与国际先进水平存在一定差距。目前，高压共轨、多气门、废气再循环、可变几何截面增压等技术都得到广泛应用，以潍柴、玉柴、一汽锡柴等为代表的发动机生产企业，已推出具备国际先进水平的欧ⅵ发动机。但作为柴油机的核心技术，电控共轨喷射装置及以后排放法规的实施所需要的尾气后处理技术等仍然被外资企业把控，而国内企业在开发新产品时，也主要依靠avl、fev、里卡多等国外技术公司，亟须创新研发突破。
“十三五”期间，车用发动机行业发展的驱动力是节能环保政策，而实现节能环保必须加强基础研究和关键核心技术研发、强化企业技术创新主体地位，努力提升发动机产业的核心竞争力。围绕产业链部署创新链，围绕创新链配置资源链，加强基础和关键核心技术攻关，加速科技成果产业化，完善内燃机制造业创新体系建设。
提高体系创新能力。面对越来越严格的油耗及排放法规，技术储备不足问题越来越凸显。目前我国发动机产业整体与世界先进水平仍存在较大的技术差距，必须通过进行创新体系建设解决我们没有先进节能环保技术的问题，而成立产业或技术创新联盟或创新联合体是进行体系创新、发挥行业整体合力、统筹引进外部资源的最佳途径。产业创新联盟就是要集中优势资源，形成合力进行共性问题攻关，以缩小我们在产业技术上的差距。包括节能技术、排放控制技术、电子控制技术、核心零部件技术等，国家应在政策上及资金上给予鼓励，变补贴产品销售为补贴技术开发，设立专项资金，加快相关技术的研发、消化吸收和推广应用，从根本上改变我国发动机行业先进节能环保零部件技术和产品长期依赖国外供应商的局面，解决发动机行业发展的关键核心问题，提高整个行业的核心竞争力。
提高零部件创新能力。目前外资汽车零部件企业在中国市场的规模仍然高速增长，对我国市场的未来充满信心，继续保持技术上的领先地位；而自主产品依然处于劣势。整车企业对自主零部件企业的信任度下降，培养强大的零部件产业，需要整车企业的觉悟。另外，零部件企业缺少政策的支持。近年出台的政策基本上都是针对整车的，最典型的是作为国家战略性新兴产业的新能源汽车，大额补贴全部划给整车企业，核心零部件企业却很难获得扶持。
发挥行业协会的创新引导作用。一是提高创新设计能力。以车用发动机为重点，开展创新设计示范，全面推广应用以绿色、智能、协同为特征的先进设计技术；建设一批国家级企业专业化、开放型设计研究机构，激发全行业创新设计的积极性和主动性。二是实现科技成果产业化。建立行业创新链，优化集成科研力量，完善科技成果转化运行机制、评估和市场定价机制、激励机制和协同推进机制，引导政产学研用按照市场规律和创新规律加强合作，实现技术成果共享，实现技术成果产品转化和市场应用。
二、汽油机子行业发展
（一）新技术、新产品发展综述
1.增压小型化和直喷技术组合
随着环保压力的增大，尤其是在工信部发布的《乘用车燃料消耗量限值》，要求车企燃油限值2015年要降低至6.9l/100km；而到2020年要降至5.0l/100km之后，涡轮增压和小排量发动机就成了各大车企追逐的焦点。目前汽油机增压主要包括涡轮增压（turbocharging）、机械增压（supercharging）以及近期才得到快速发展的电动增压技术（e-boosting）。其中涡轮增压由于其优秀的燃油经济性、成熟的技术保障以及相对低廉的价格是目前发动机技术发展的主流趋势。采用涡轮增压技术的大众ea211系列1.4tfsi发动机，较同平台1.4l自然吸气发动机，最大功率和最大扭矩分别提升了67%与89%。
直喷是将燃油喷嘴喷油器安装于气缸内，以较高的燃油压力直接喷入气缸内与进气混合使燃油雾化效果更为细致，真正做到精准地按比例控制的喷油技术。采用缸内直喷技术可提高升功率、升扭矩和压缩比，较多点喷射发动机节油2%～5%，也可以显著降低发动机原始排放。例如通用的2.4l sidi缸内直喷发动机，最大功率为137kw、最大扭矩为240nm，比上代机型分别提升了9.6%与6.7%，搭载新君越车型综合工况能耗下降了2.2%，冷启动排放降低了25%。目前国外各大整车厂商已广泛采用此项技术，自主车企采用此项技术的比例也在不断提高。
现阶段各大主流车企基本上都采用了增压小型化和直喷技术的技术组合来应对日益增加的节能减排压力。例如“2016沃德十佳发动机”中，除了混动系统以外，其余发动机均采用了增压小型化以及直喷技术。
2.高压缩比米勒循环
米勒循环是一种不对等膨胀/压缩比发动机的热力循环，由于膨胀比大于压缩比，因此能更好地利用燃烧后废气仍然存有的高压，同时米勒循环一般搭配高压缩比技术使用，燃油效率比奥托循环更高（见图5）。米勒循环通常有进气门早关以及进气门晚关两种形式，前一种形式多用于增压发动机，而后一种形式多用于自然吸气发动机（日系称这种形式为阿特金森循环）。
图5 创驰蓝天汽油发动机的米勒循环
高压缩比米勒循环发动机在低扭输出和高转速爆发力上不及奥托循环发动机。所以米勒循环发动机多用于一些混合动力车型上，利用电机弥补这种发动机特性上的不足，从而使整个混合动力总成运转更为平顺，动力输出特性更好。近一两年有多款米勒循环发动机量产，其中丰田最新的2.5l dynamic force发动机实现了峰值热效率41%，为目前全球范围内燃效最高的量产发动机。大众新款1.5tsi evo为峰值热效率最高的增压机型，峰值热效率为38%。
混合动力专用发动机（作为高压缩比米勒循环发动机的一个发展方向）由于一般与电机辅助使用，可以适当降低发动机的升功率/升扭矩，这样就可以适当增加发动机的压缩比，提高峰值热效率。同时混动发动机可以集中在高效区工作，在标定方面也不用为了适应全工况范围的平均热效率提高而做出妥协，可以进一步提高发动机的最高热效率。
3.分层燃烧
分层燃烧技术在气缸内所形成的混合气浓度并不是均匀的，在靠近火花塞的内层空间混合气偏浓，在远离火花塞的外层空间（靠近气缸壁与活塞顶部）混合气则偏稀。这样混合气就形成了由内及外、由浓到稀的状态。
要想实现这种混合气的状态，缸内直喷技术必不可少。发动机在进气行程活塞下行时，发动机电脑（ecu）会控制喷油嘴先进行一次少量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气，此时混合气的空燃比λ＞1。而在压缩行程活塞上行时会进行第二次喷油，利用活塞顶部的特殊结构或者喷油嘴的喷射角度让火花塞附近出现混合气相对较浓的区域（λ＜1），然后利用这部分较浓的混合气来引燃汽缸内的稀薄混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能地实现稀薄燃烧，这也正是分层燃烧的精髓所在。据大众宣称，分层燃烧在城市工况下可以省下油10%。
不过分层燃烧模式并不是在发动机的任何工况下都适用的，只有在比较柔和的驾驶方式下才能实现分层燃烧，而在需要动力性能的时候，就需要转换到均质燃烧模式。该模式下，只在进气行程进行一次喷油，这样在点火前，气缸内所形成的混合气的浓度是均匀的，而且空燃比λ≈1。此外，分层燃烧技术存在着一个目前难以得到综合性解决的氮氧化物排放问题，而这也是该项技术在欧洲逐步被取消的根本原因。
4.均质充量压燃（hcci）技术
hcci燃烧方式结合了柴油机压燃和汽油机均质混合气点火燃烧的特点，基本特征是均质、压燃和低温火焰燃烧。与传统的点燃式发动机相比，它取消了节气门，泵气损失小，混合气多点同时着火，燃烧持续期短，可以得到与压燃式发动机相当的较高热效率；与传统柴油机相比，由于混合气是均质的，燃烧反应几乎同步进行，没有火焰前锋面，燃烧火焰温度低（低于2000k），nox排放很低，几乎没有pm排放。传统的柴油机采用扩散燃烧，化学反应速率远高于燃料和空气的混合与扩散速率，燃烧快慢由混合扩散速率高低决定。在这种类型的燃烧中，混合气和温度分布都极不均匀，扩散火焰外壳的高温区易产生nox，内部高温缺氧区易产生pm。而hcci通过提高压缩比、采用废气再循环及进气加热和增压等手段提高缸内混合气的温度和压力，促使混合气压缩自燃，在缸内形成多点火核，有效维持了着火燃烧的稳定性，并减少了火焰传播距离和燃烧持续期。它的燃烧速率只与本身的化学反应动力学有关。
马自达计划推出的第二代skyactiv-g发动机首次将均质充量压燃（hcci）点火应用于主流车型，能效有望比现款引擎提高30%，排量进一步降低。日媒报道，新引擎将于2018年率先应用于升级版马自达3轿车。hcci技术可使该款新车的耗油量达到30km/l，即70.5mi/gal或3.3l/100km。
5.先进热管理（advanced thermal management）
发动机热管理系统，就是让发动机在工作循环时，保持在最佳温度（90°c），从而使发动机在最佳温度下工作，最省油、最稳定、最能发挥其效能。发动机热管理系统研发的关键技术之一是热管理系统与发动机运行的匹配技术以及系统优化控制策略的选择问题。热管理系统效率很大程度上依赖于系统优化控制策略，控制对象包括水泵转速、电控节温器阀门开度以及冷却风扇转速等。可以根据汽车发动机实际工作和试验情况，依据系统优化原则来制定智能化电控热管理系统控制策略，使发动机在不同工况下均工作在最佳温度范围。
在ea211 1.4tsi发动机上，发动机热管理系统采用的是两个传统石蜡型节温器，这两个节温器的开启温度不相同，可以对缸盖和缸体的冷却液实施差异化管理。控制缸体水道的节温器开启温度更高，缸体正常工作温度会高于缸盖，这样可以降低曲柄连杆机构的内部摩擦。而工作温度更低的缸盖自然是为了降低燃烧室温度，从而对抑制爆震提升燃烧效率有所裨益。而全新的1.5tsi发动机则采用了更为先进的电控冷却模块，使用电控装置取代了ea211 1.4tsi发动机上的传统石蜡型节温器，可以更为精确地控制缸盖和缸体的冷却强度，从而提升冷却系统的工作效能并提升燃油经济性。此外，该发动机也与现在一些主流发动机一样配备了变排量机油泵，根据发动机转速来确定机油泵送量，从而避免低转速下的泵送不足和高转速下的过度泵送问题，在优化发动机内部润滑的同时，可一定程度上提升发动机燃油经济性（见图6）。
图6 大众最新ea211 1.5tsi evo热管理模块
（二）核心零部件产品发展现状
1.增压系统
（1）市场发展情况
由于全球各地区的油耗法规不断加严，近年来平均燃油消耗量（cafe）逐年递减约4%～5%。在油耗、排放法规压力下，乘用车汽油机由自然吸气转向增压化的趋势明显。在此形势下，国内乘用车汽油机增压器产销量自2007年开始快速增长（见图7）。2015～2016年，合资品牌的增压产品持续发力，自主品牌增压车型也大批量上市，增压器的产销增速进一步加快，2016年产量约为620万台，创下历史新高。考虑国内各车企要达成5l/100km的平均油耗法规要求，预计乘用车汽油机增压器产量在未来3～5年将继续高速增长，增至1100万台/年以上的规模，至少在2020年新油耗法规实施后才会渐趋平缓。
图7 中国乘用车涡轮增压器产量走势
（2）产品技术发展情况
从在售产品来看，废气旁通式涡轮增压产品以其成本较低、质量稳定的优势，占据了市场主流。例如南北大众搭载朗逸、速腾等畅销车型的tsi系列，福特搭载翼博、锐界、蒙迪欧等车型的ecoboost系列，这些合资汽车普遍以涡轮增压 缸内直喷的技术方案，形成其主流产品。而在国内自主车企推出的涡轮增压车型中，首批多以涡轮增压 气道喷射的技术方案为主，如长安汽车搭载cs75的1.8t、长城汽车搭载h6的1.5t、广汽集团搭载传祺的2.0t等。由于涡轮增压与缸内直喷在节能减排方面的优势，自主汽车阵营也逐渐出现涡轮增压搭配缸内直喷的技术方案，如长安汽车cs75升级的h1.5tgdi、吉利汽车搭载博越等新车型的1.8td等。
而2016年，国家环保局在元旦之前颁布了国六第一阶段的排放法规，结合此前提出的5升油耗要求，国内各车企都面临紧张的开发时间表。由于该法规大体上维持了欧六的框架体系，预计欧洲市场上各车企的节能减排措施会对国内各合资、自主车企产生巨大的引导作用。以此判断，预计增压器零部件有以下几个发展趋势。
①增压器结构形式多样化发展。
增压器技术随着汽油机技术的发展而发展，特别是米勒燃烧循环技术、动力总成混动化技术的发展，对增压器提出了多样化需求。大众集团2016年展出的ea211 tsi evo技术，把变几何废气涡轮增压作为高压缩比燃烧的支撑技术，以提升燃油经济性；而对于高功率版本，则维持了废气旁通增压器的技术方案，同时采用了较低的压缩比（见图8）。
图8 变几何增压（vtg）构成ea211 tsi evo动力总成的一部分
对于更高性能的方案，灵活组合的复合增压、多级增压以及增压与废气再循环、废气重整等技术会得到深化。
在各种技术组合中，增压技术必须考虑作为其依附存在的动力总成多样化发展的问题。除了传统的内燃机增压技术外，内燃机结合电动技术，所形成的混合动力技术，对增压技术提出了明显差异化的需求。目前对于增压技术如何融入混合动力，市场定位尚未清晰。混合动力本身面临弱混、中混和强混的方案之争，而增压技术在其中的功能定义尚未完成。从技术上考虑，如果发动机不考虑低速扭矩的要求，将其转交给扭矩足够大的电机，那么增压器会面临增大尺寸的趋势，甚至取消废气旁通阀结构，以更好地提升发动机功率，同时可以平衡燃油经济性的要求。在这种混合动力系统中，电动增压器可能会丧失技术优势。
电动增压有可能在弱混或者非混动系统中得到发展。当前的电动增压器所面临的电机功率、转速的限制有可能随着电池、电机的技术发展而得到改善。除法雷奥外，博格华纳并购了雷米电机，加入了该项技术的争夺。
②增压器控制电动化。
目前市场上增压器控制以气动执行器为主。这种控制技术限制了发动机的控制策略，不利于动力系统节能减排措施的实施。例如，即使不考虑气源的响应时间，单体测试显示气动执行器结构的充气响应时间也在0.5秒左右。并且控制信号输入与执行器输出行程之间具有明显的非线性特点。这些特性可引起发动机进气气路压力与流量震荡，导致燃烧过程动态的富油和贫油，在激烈驾驶的情况下表现较为突出，不利于减排与节油。正压式的气动执行器还无法执行冷机启动废气旁通阀常开的策略，不利于催化起燃。
与气动式执行器相比，电机驱动的电动执行器驱动力大，控制精确，滞回接近为零，响应时间为0.15～0.20秒，控制信号的输入与执行器输出行程之间具有更好的线性度。同时电动执行器的控制策略比较灵活，与发动机气路系统完全解耦，成为发动机电喷控制技术的一项重要进步。电动执行器的相对缺点，一是其耐温特性弱于气动执行器，最高耐温普遍降低20～40℃；二是ecu控制部分需要增加适应性的控制模块，规避电机过热、电流冲击等问题，并且目前几乎所有的电动执行器均不具备驱动电机所需的h桥，所以客观上需要ecu供应商提供相应的功能。
目前市场上出现了足够的电动执行器供应商，可以保障未来的市场供应，如海纳集团、三菱电机、博世集团、联合电子、马勒集团、大陆电子、camtec、马瑞利。其中海纳集团与联合电子均已在国内建立了生产基地。
总而言之，未来几年里，伴随动力总成的多样化发展，增压技术也将随之衍生出越来越多的技术组合。
2.燃油喷射系统
目前国内发动机燃油喷射系统以缸内直接喷射系统（gdi系统）为主流技术。
从2002年至今，gdi发动机在全球范围内得到了广泛推广。到2015年，gdi发动机的年产量已达到1000万台，与2008年相比，增加近一倍。2006年至今，国外几大汽车厂商不断增加配备缸内直喷燃油喷射系统车型的比重。截至2010年，porsche公司的所有车已全部配备了缸内直喷系统，mercedes公司、audi公司、vw公司生产的gdi车型所占比重均已超过70%。除toyota公司之外，其余几家公司的gdi车型比重也在快速、平稳的增加（见图9）。
图9 世界主要汽车厂商gdi车型比重
到2015年，中国的gdi发动机产量已接近200万台，其中以增压发动机为主，且基本是外资品牌，相比国外的gdi发动机技术日臻完善，国内的gdi发动机研发尚处在学习阶段。尽管自主品牌如比亚迪、奇瑞、长安、长城、江淮等公司已陆续有搭载直喷发动机的车型上市，但市场前景尚不明朗。此外，一汽、北汽等公司也已研发出直喷发动机，但尚无匹配车型上市。
3.egr系统
egr是排气再循环的简称，最新应用汽油机egr技术的主要目的是实现更低的油耗以满足国家油耗法规。相关测试结果表明，仅使用egr技术的情况下，nedc循环可以实现3%～5%的油耗降低，如果再配合优化压缩比、提高点火能量，则节油效果会更佳。
egr技术首先是在柴油机车型使用，近年来，由于排放、油耗的法规越来越严格，汽油机也逐渐使用了egr技术，目前已经获得了全球的广泛认可，从亚洲（日本丰田、韩国现代），到北美（福特、克莱斯勒），以及欧洲（宝马、戴姆勒）都已经广泛采用egr技术。一些全球知名的研究机构正在研发和大力推广汽油机egr，如美国西南院、avl、fev、ricardo等都对egr技术进行了相应的研究，并且尝试了不同的egr技术路线，其中可采用簧片阀（一种单向阀）解决抗爆震区域的压差问题，从而有效抑制反向气流，即使在发动机map的扫气区域，也使高压egr率达到10%～15%。或在增加egr的基础上，提高压缩比，同时增加egr的强制驱动，可大大提高egr率，使最大egr率可以提高到30%，avl的研究就采用了此技术方案，可使节油率达到11.2%，是非常可观的数据。
在自然吸气发动机方面，以日本丰田为代表，其大部分自然吸气发动机都采用了egr技术。韩国现代也大部分采用了egr技术，并结合了降摩擦技术、先进的热管理技术、阿特金森循环及高能点火线圈的应用，取废气的位置有从三元催化之前到之后的发展趋势。egr的使用，使自然吸气发动机的热效率明显提升，丰田最高可达41%，为目前全球量产的发动机可以达到的最高热效率；韩国现代kappa1.6l发动机采用egr技术后也达到了40%的热效率（见表3）。
表3 日韩发动机egr技术应用代表
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主机厂
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发动机
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丰田
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toyota prius 2010
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toyota 1ur-fe
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toyota 2ar-fxe（camry）
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toyota 2gr-fxe（aqua）
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toyota 1nz-fxe（aqua）
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toyotacamry 2015（2.0）
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本田
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honda/2.0
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honda/地球梦1.5l15b2
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现代
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kappa1.6l
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对于增压发动机，有低压和高压egr之分，在技术路线的选择上，目前从市场的应用情况来看，高压低压的占比大约各50%。
增压发动机应用egr技术实现节油效果有两种技术路线，第一种采用发动机稀薄燃烧，用egr技术处理废气中由于稀燃而产生的大量nox气体，代表机型为奔驰m270系列发动机。第二种是直接用egr引入的废气通过降低排温、抑制爆震等实现在发动机不同运行区域进行节油，代表机型为日产mr16ddt发动机。
其中日产的mr16ddt采用的是低压egr（见图10），而马自达第一代创驰蓝天2.5t采用了高压egr，第二代创驰蓝天则在egr应用的基础上，采用了hcci均质压燃技术，达到了能和混动车媲美的节油效果。目前北美市场对油耗以及排放的要求非常严格，因此很多oem在北美市场采用最新的技术，大多选择了egr技术。
图10 日产mr16ddt、低压egr
随着发动机的增压小型化，以及egr率的不断提高，如何在很小的空间内布置egr系统，同时又保证冷却效率，这对egr厂家提出了很大挑战。汽油机相比于柴油机，销量非常大，因此对egr系统的价格非常敏感，同时相比于柴油机，汽油机有很多与柴油机不同的特性，比如排温高、废气相对柴油机干净，基于以上特点，egr系统的设计不能直接使用柴油机的现成产品，需要根据汽油机特点来设计新的零部件。
目前国内egr阀供应商都在积极开发小型化的汽油机egr阀和冷却器，和柴油机相比，新的设计体积更小，效率更高，不仅满足汽油机的布置，也可以满足汽油机的大批量低成本要求，甚至可推行egr模块集成的全讯官网的解决方案。
为达到持续优化排放和降低油耗的目标，egr技术也处于持续发展中，大致如下几个方向。
①趋势一：egr和高能点火、提高压缩比结合。
egr率的高低主要受两个因素制约：一个是压差，另一个就是cov燃烧稳定性。egr的主要成分是nox、co2、h2o等惰性气体，要想提高egr率就要采用高能点火，提高火花持续时间，来保证高egr率条件下燃烧稳定。同时采用egr的发动机抗爆震能力增强，因此可以提高压缩比，最便捷的方式就是重新设计活塞的顶部轮廓，同时增加气缸内混合气的滚流，提高燃烧速率。
②趋势二：egr和米勒循环结合。
米勒循环比奥拓循环有更高的热效率，目前主流的米勒循环实现方式都是eivc和livc，无论具体采用何种气门策略，其和egr都是互补关系，达到明显的节油效果。
③趋势三：egr和废热再回收结合。
发动机产生的能量，25%～30%都以废气的方式排到大气中浪费掉了，如果可以有效回收这部分废热，不但可以提高冷启动速度，而且可以大幅度提高驾驶舱的舒适性。可以集成设计低压egr和废热再回收（见图11、图12），使二者共用一个冷却器，降低成本，并降低了油耗。在冷启动阶段，冷却器作为废热再回收的热交换器，把废气中的热量回收到冷却液中，用于发动机热机或者空调制热。冷启动结束后，冷却器可以冷却废气。一个冷却器可以分别给废热再回收和低压egr使用，节约了成本和布置空间。
图11 废热回收功能
图12 egr功能
④趋势四：混动车上使用egr的增多。
由于全球的油耗法规以及排放法规越来越严格，而纯电动车和燃料电池车短期之内很难解决成本、电池、续航里程、基础设施建设等顽疾。因此短期之内，混动车作为一个过渡方案具有很好的市场前景。混动车发动机的工作区域一般是在中等负荷区域，此区域正好是egr发挥最大效果的区域。
（三）技术专题研究
1.汽油机增压小型化与自然吸气高压缩比技术路线分析
（1）内燃机节油潜力评估
面对日趋加严的油耗和排放法规，各大整车企业围绕降低排气损失、冷却损失、泵气损失、机械损失，不断节能挖潜，对未来先进动力总成的技术实现路径和潜力进行了有益的探索和研究。发动机热效率近中期可以提升到45%以上，而中长期有潜力提升至60%（见图13）。传统动力节油潜力巨大。
图13 内燃机节油潜力评估
2010年3月，在美国能源部要求下，uscae学术会议综合29位权威专家（来自美国国家实验室、欧美汽车和柴油机制造公司及高校）的意见，形成了《关于车用内燃机效率的总结报告》。结论如下：①活塞式内燃机最大有效热效率可达到60%（当前是40%或略高）；②内燃机燃烧过程造成损失的比例为20%～25%；③内燃机经过根本性改造，最大热效率可望超过60%，但小于85%。2011年，美国能源部启动了“整车技术项目”，目标如下：到2015年，相对于2009年汽油机水平，将轻型车汽油机燃油经济性提升至25%，而柴油机提升至40%；到2018年，相对于2009年汽油机水平，将重型车发动机提升至55%。
日本汽车内燃机研究协会（aice）在2014年5月19日召开的记者发布会上宣布：日本八家车企携手联合攻关发动机燃油效率，可使汽油发动机的最高热效率由约39%提高到50%。
aice将投资约10亿日元（包括日本经济产业省提供的5亿日元补贴），开发单靠一家企业难以对付的提高发动机燃效和削减尾气的基础技术。通过产学官合作，研究柴油发动机的后期高级处理技术、包括汽油发动机在内的高级燃烧技术等，以符合全球尾气排放法规和油耗法规的要求。
汽油发动机高级燃烧技术方面，将开发可使汽油发动机的最高热效率由约39%提高到50%的技术。目前确定的研究题目是明确“热损失机理”、“点火机理”、“火焰传播不良机理”及“爆震现象”等。
nrc、epa、nhtsa三方机构以一款汽油机（na2.0l，si，pfi，直列4缸，4气门，无vvt/vvl）搭载4at为基准，通过应用减摩技术、配气技术、喷油技术、增压技术、稀燃技术、附件传动技术六大领域总共16项技术，研究评估后认为传统汽油机最多能够实现降低油耗30%。
（2）技术路线的选择
传统内燃机虽然节油潜力巨大，但目前很多先进的发动机技术还处于研究阶段，离工程化目标的实现还较远。为了达成近期的油耗法规要求，各主机厂可采用多样的技术途径来实现。目前日系丰田和欧系大众分别从自然吸气和涡轮增压量产机型上实现了较高的热效率（见图14）。
图14 日本和欧美技术路线的选择
高效率自然吸气机型目前所普遍采取的路线为：gdi 高压缩比 atkinson循环 冷却egr 高滚流燃烧系统 热管理优化 低摩擦技术等，例如丰田新款2.5l发动机是目前全球范围内燃效最高的量产发动机，最高热效率为41%；同为日系的马自达也计划推出第二代创驰蓝天hcci汽油发动机，目前对外宣称新机型最高热效率将有望达到50%，油耗表现将比其上一代机型提升30%。
高热效率的增压机型目前普遍所采取的路线为gdi 先进增压系统 高压缩比 atkinson循环 lp-egr 高滚流燃烧系统 热管理优化 低摩擦技术。例如目前大众1.5tsi evo以及本田1.5tgdi为最高热效率的增压机型，峰值热效率为38%。这里特别需要指出的是，先进增压系统目前有两个发展方向：可变截面涡轮增压技术和48v电动增压系统。大众1.5tsi evo是乘用车量产机型中首款搭载可变截面涡轮增压技术的机型，奔驰型号为m256的发动机计划近期推出配备48v电动增压器的系统。
无论是自然吸气机型还是增压机型，其本质都是降低发动机全map区间的燃油消耗量，且两者相互趋同趋势明显。不过需要注意的是由于两者均采用了提升发动机峰值热效率的米勒循环/阿特金森循环，升功率都将有所下降，需要适当增大排量以满足整车匹配的要求。另外涡轮增压机型需要适当降低压缩比防止爆震的发生，相比于自然吸气机型其最高热效率将有所下降。
2.汽油机应对油耗、排放法规的技术路线分析
近年来，我国乘用车节能技术获得了长足发展，但与此同时面临的问题和挑战仍然十分严峻，同国外的技术水平相比差距依然不小，应对日趋严格的油耗、排放法规难度极大。因此，开展我国节能汽车技术发展路径研究，设计出一条可以指导未来我国乘用车节能技术持续健康发展的路径显得尤为重要。
对于传统发动机，为完成2020年及2025年我国传统动力乘用车既定节能目标，建议在2020年以前，以动力总成节能技术升级为主，其他节能技术辅助；在2020年以后，通过大力发展其他节能技术以弥补动力总成节能技术升级存在的瓶颈和缺陷。
2020年以前，汽油发动机建议重点采用增压、直喷、改善进排气、改善缸内燃烧等技术路线。具体而言，应推动增压直喷发动机实现大规模市场应用，结合低压egr技术进一步降低油耗，同时推动各项进排气机构可变技术不断升级，通过高压缩比结合米勒循环的工程化应用，将发动机压缩比提高到12～13，结合冷却系统优化等技术将热效率提升至40%。
2020～2025年，汽油发动机建议重点采用先进增压、更高压力直喷、改善缸内燃烧等技术路线。具体而言，应推动双增压等先进增压技术实现大规模市场应用，直喷压力应提高到300bar左右，pfi gdi等喷油技术得到规模化应用的同时实现标定技术精细化，以实现燃烧改善。
对于混合动力专用发动机，为完成2020年及2025年我国混合动力乘用车既定节能目标，建议我国在2020年以前，应重点提升混合动力车型动力系统节能水平；2020～2025年，应在进一步改善动力系统的基础上，大力发展电子电器等节能技术进一步降低混合动力车型能耗水平。
2020年以前，应使阿特金森循环/米勒循环的混合动力专用发动机的压缩比超过12且实现市场化应用，推动增压小型发动机市场占比超过50%，通过中等比例冷却egr技术、高能点火等综合措施实现混合动力专用发动机热效率达到40%左右。2020～2025年，应推动阿特金森循环/米勒循环的发动机压缩比超过13，发动机热效率超过42%。
（四）国内外技术发展方向
传统发动机在持续提升效率的同时，需要通过谱系拓展统筹兼顾混动专用发动机。同时，无论是传统动力发动机还是混合动力发动机，提高发动机效能的基础技术共性在于持续向燃烧精细化、先进增压多样化、可变气门灵活化方向发展，并通过广泛应用轻量化、低摩擦和能量管理技术进行深入节能减排挖掘。
1.燃烧精细化
①gdi为达成欧6c，油压由150bar向200bar、350bar发展，喷射次数由单次喷射向3～4次喷射过渡。
②中冷egr降爆震及减少泵气损失技术开始应用，电磁egr逐渐被淘汰，电机式egr阀将成为主流，lp-egr应用有可能成为tc新的方向。
③新型火花塞及高能点火系统的应用和持续发展。
2.先进增压多样化
①单涡轮双涡管技术已出现较多应用，并将持续进行优化。
②可变截面tc技术有望成为新的增压技术在汽油机上普及。
③电子增压作为二级增压，特别是48v电动增压技术有可能伴随电气系统的升级被主机厂广泛采用。
④其他如混合式叶片tc、集成水冷铝合金tc技术等也会持续改进。
3.可变气门灵活化
①提高vvt响应速度或可调节范围的先进vvt逐步被应用，中置vvt、中间锁止vvt、电动vvt持续发展。
②cvvl可实现全map更灵活的配气策略，电动cvvl实现无凸轮作为气门系统的最终目标有可能成为零部件厂商主要研发的部件之一。
4.低摩擦、能量管理、轻量化广泛应用
①曲轴偏置、低张力活塞环、低摩擦链条、活塞＆活塞环涂层、低黏度润滑油等低摩擦技术将在汽油机系统上广泛使用。
②电子水泵、电子调温器、可变排量机油泵、电动压缩机、电子真空泵等先进热管理零部件也将在更低级别汽油机上使用。
③铝合金缸体和缸盖、组合凸轮轴等轻量化技术已逐渐普及应用；塑料缸盖罩、塑料油底壳、塑料进气歧管集成中冷、轻量化排气歧管隔热罩等轻量化技术持续改进；零部件自身结构拓扑优化减重设计继续发展。
（五）市场发展
1.市场规模
受益于国内汽车市场的稳步发展，汽油车市场产销量同步上升。2016年车用汽油机依托上游整车市场的稳步增长，产销分别完成2216.82万台和2215.64万台，较上年同期分别增长15.09%和14.68%，产销量分别占发动机产销总量的88.11%和88.4%。总体而言，车用汽油机产销均衡，产销率为100.05%，产销增幅基本符合车用发动机整体增长趋势（见图15）。
图15 2008～2016年国内车用汽油机年度产销情况
2.市场竞争格局
（1）汽油机整机企业及产销情况综述
2016年，有汽油机产销量的企业总计49家，年产销量累计达10万台的企业有39家，年产销量累计达50万台的有17家，年产销量累计达100万台的有4家，分别占汽油机企业总数量的79.59%、34.69%、8.16%。
2016年，行业销量前10位企业市场份额达到51.65%，市场集中度较上年度略有降低。前10位企业中有9家销量较上年同期增长，1家企业销量较上年同期下降。在销量同比增长的企业中，增幅最大的是吉利控股集团，为66.07%，从上年的销量第15位跃居第9位；增幅最小的是上汽通用五菱，为8.81%，从上年的销量第1位下降到第2位；其他7家企业增幅均为两位数。2016年销量同比有所下降的企业是重庆长安，降幅为14.22%，从上年的销量第5位下降到第7位（见表4）。
表4 2016年国内车用汽油机销量排名前10位企业销量及市场份额情况
单位：台，%
|
序号
|
企业名称
|
销量（台）
|
累计增长（%）
|
市场份额（%）
|
|
1
|
一汽-大众汽车有限公司
|
1860645
|
13.61
|
8.40
|
|
2
|
上汽通用五菱汽车股份有限公司
|
1849746
|
8.81
|
8.35
|
|
3
|
上海大众动力总成有限公司
|
1595475
|
22.86
|
7.20
|
|
4
|
东风日产乘用车公司
|
1148920
|
12.20
|
5.19
|
|
5
|
长城汽车股份有限公司
|
972831
|
32.56
|
4.39
|
|
6
|
北京现代汽车有限公司
|
916242
|
25.09
|
4.14
|
|
7
|
重庆长安汽车股份有限公司
|
800428
|
-14.22
|
3.61
|
|
8
|
长安福特汽车有限公司
|
778380
|
10.76
|
3.51
|
|
9
|
浙江吉利控股集团有限公司
|
772074
|
66.07
|
3.48
|
|
10
|
沈阳航天三菱汽车发动机制造有限公司
|
748353
|
23.06
|
3.38
|
|
合计
|
16670077
|
—
|
51.65
|
资料来源：中汽协产销快讯。
（2）中国品牌汽油机企业竞争格局
2016年，有汽油机产销量的中国品牌汽油机企业共有23家，年产销量累计达10万台的企业有15家，年产销量累计达50万台的有4家（见图16）。中国品牌汽油机企业产销量总体呈上升趋势，全年产销总量分别为658.03万台和658.42万台，分别占总产销量的29.68%和29.72%。
图16 2016年中国品牌汽油机企业产销量情况
其中，产销量排名前十的企业分别为长城汽车、重庆长安、浙江吉利控股、奇瑞汽车、柳州五菱柳机、比亚迪汽车、江淮汽车、东安动力、南京汽车、新晨动力。上述十家企业共生产汽油机515.68万台，占中国品牌汽油机累计产量的78.37%；共销售汽油机517.47万台，占中国品牌汽油机累计销售总量的78.59%（见图17、图18）。
图17 2016年中国品牌汽油机十大企业产销情况
图18 2016年中国品牌汽油机企业产销量占比情况
其中，排名前十的企业中有8家销量较上年同期增长，两家企业较上年同期下降。在销量同比增长的企业中，增幅最大的是东安动力，为101.09%；增幅最小的是柳州五菱柳机，为0.25%；其他六家企业除江淮为个位数增幅以外，其他均为两位数增幅。2016年销量同比处于下降的企业是重庆长安和比亚迪，降幅分别为14.22%和3.8%。
3.市场预测
（1）未来汽油机市场预测
2016年，国内汽车供求市场稳步发展，促使配套车用发动机市场供求走势平稳上升。数据显示，配套给乘用车的汽油机占据了汽油机总量的96.5%，因此汽油机的增速基本与乘用车的增速保持一致。据中汽协预测，2017年中国乘用车市场增速将在2%～6%，远低于2016年14.93%的增长速度：如果1.6l及以下乘用车汽车购置税减半政策延续，2017年中国乘用车市场或将同比增长6%，全年销售2610万辆；如果该政策退出，或将同比增长2%，全年销售2498万辆。根据最新购置税政策，2017年将对购置1.6l及以下排量的乘用车按7.5%的税率征收购置税，可推测2017年中国乘用车市场增速在2%～6%。按照汽油机增速与乘用车增速基本保持一致来预测，2017年车用汽油机的增长速度和年销量或将不超过乘用车的预期。
（2）新能源环境下汽油机面临的挑战及趋势
2016年，新能源汽车产销量分别完成51.7万辆和50.7万辆，比上年同期分别增长51.7%和53%。其中，新能源乘用车产销量分别为34.4万辆和33.6万辆，比上年同期分别增长60.52%和62.08%。随着环保需求的不断升级，发展新能源的政策不断推出，以及新能源相关基础设施建设的全面展开，新能源汽车在未来将会进一步增多。尽管如此，多家研究机构依然认为在汽车电气化趋势下，未来涉及汽油机应用的车型仍将占据绝大多数市场，汽油机需求仍将是未来的主流：罗兰贝格《汽车业展望2025》预测，到2025年，纯电动汽车占比7%～12%，其他需要发动机的汽车占比将达到88%～93%；fev公司预测，到2025年纯电动汽车占比7%左右，其他需要发动机的各类型汽车占比将达到93%。但是汽车电气化趋势不可阻挡，此环境促使汽油机企业认真思考传统汽油机的未来发展方向，从而应对新能源汽车对发动机的需求。
（3）节能减排政策下汽油机面临的挑战及趋势
一直以来，节能减排都是汽车行业的奋斗方向。日益趋严的法规政策下，传统发动机通常采取小型化、高效化的应对策略，丰田、通用等企业推出专用混合动力汽油机，主要是为了提高发动机热效率，改善发动机全map油耗，降低排放。长安汽车、东风、吉利等国内多家企业投资1.6l及以下排量的自然吸气和涡轮增压发动机，主要是通过小型化、增压化以及其他先进技术的应用实现节能减排（见表5）。
表5 部分车企1.6l及以下排量产品布局
三、车用柴油机子行业发展
（一）车用柴油机技术进展
1.柴油机整机技术发展现状
（1）国内外主要重型柴油机
国内外重型柴油机产品较多，其中国外先进主流的机型有volvo d13k、benz om471、scania dc13和iveco cursor13（见图19）；国内机型主要有潍柴的wp12、wp13，玉柴的6k13以及锡柴的6dm3等。重型柴油机的额定功率范围在300～410kw（400～550hp），最大扭矩范围在2000～2650nm，最大爆发压力在200bar以上并有增长趋势，benz om471已达到240bar。国外重型柴油机的换油周期大多在15万公里左右，国内出于油品等原因主要在6万～10万公里。
欧美各国于2013年开始实施epa2013/euroⅵ排放标准后，volvo、man、benz、cummins等国际主流发动机厂家纷纷推出满足排放标准的各个排量段机型，benz、volvo、man等主流发动机厂家的从4l至16l均有涉及欧ⅵ产品，能够较好地满足欧美市场需求（见图20）。国内外重型车用柴油机型谱，排量范围在9.5～10.5l的机型较少，11l左右机型排量主要集中于10.5～11l，13l左右机型排量主要集中于12.5～13l。因此，主流重型柴油机排量分布集中在9l、11l和13l附近。中国预计在2020年实施国六排放标准，目前国内主流发动厂家正在积极进行排放升级研发工作，已有满足欧ⅵ排放水平的产品，如潍柴wp9h、wp10h等（见图21）。
图19 欧洲主要商用车公司重型柴油机
图20 国外主流厂家中重型柴油机产品排量分布
对比欧ⅵ中型柴油机的升质量，大部分产品升质量在80～110kg/l，而部分中型柴油机轻量化十分明显，分别为76.44kg/l、77.91kg/l，发动机轻量化主要通过三个方面来降低发动机重量：①采用新型轻质材料，如采用塑料油底壳、摇臂罩、铸铝飞轮壳、齿轮室等；②采用新结构，如采用中空凸轮轴和摇臂轴设计等。③模块集成化，如采用水泵与机体集成的水泵壳、机油泵泵腔集成到机体上等。
（2）国内外主要轻型柴油机
柴油机领域中，轻型发动机在排放升级上还将面临更大困难，重型车在排放升级过程中的主流路线是选择性催化还原（scr），而轻型车出于对成本和可靠性的考虑，在国五之前基本使用的是废气再循环（egr）路线。然而，在升级国五乃至国六的进程中，scr将逐渐成为主流路线。这对于轻型发动机而言，升级难度成倍增加。
①康明斯isf 2.8l柴油机。
康明斯的isf 2.8l柴油机输出最大功率120kw，最大扭矩360nm，整机重量为214kg。该款柴油机使用了bosch高压共轨燃油系统、废气再循环（egr）和选择性催化还原（scr）系统。同时还能满足欧ⅳ、欧ⅴ、欧ⅵ这三种排放标准。isf系列发动机的平均大修里程超过50万公里，最高无大修里程已经超过80万公里（见图22）。
图21 国内主要商用车公司重型柴油机
图22 康明斯isf 2.8l柴油发动机
②云内dev（德威）系列柴油机。
云内动力德威系列ynf40拥有4.0l排量，中置喷油器和凸轮轴，双切向进气道，齿轮室后置。功率覆盖95～125kw，扭矩储备大，最高转速2800r/min，最大扭矩600nm。涡轮增压中冷增压器响应速度快，提供充足进气量，燃烧更加充分。采用新一代油雾混合技术、高压共轨燃油系统。采用模块化设计，结构紧凑，重量轻，保养经济，维护简单。低速扭矩大，拥有很强的爬坡能力（见图23）。
图23 云内动力德威系列ynf40发动机
2.柴油机核心零部件技术发展现状
（1）燃油供给系统新技术及新产品
从技术发展的总趋势来看，国外共轨喷射系统的发展趋向是：喷射压力不断提高、喷油过程更加柔性可调、系统的响应速度不断提高，可使系统在一个工作循环中能进行更多次数的喷射，最终实现在一个工作循环中压力和喷油速率的可调，真正实现与柴油机其他系统的柔性配合。
目前燃油系统主要的先进技术有高压喷射技术、多次喷射技术、非对称喷射技术以及气缸钝化技术等。为满足未来排放及油耗法规要求，对于所有的柴油机燃油系统应用，不管是单体泵、泵喷嘴还是共轨系统，燃油系统的压力一直是升高的趋势，斯堪尼亚欧ⅵ发动机和康明斯tier 4f发动机应用xpi高压喷射系统，系统压力达到240mpa；奔驰om471欧ⅵ发动机，第一代燃油系统压力230mpa，第二代达到270mpa；另外，菲亚特欧ⅵ发动机也采用220mpa高压喷射系统，排放和经济性优势明显。燃油系统喷油策略应用也更加灵活，多次喷射和可变喷油规律技术优化燃烧，非对称喷射技术和气缸钝化技术优化油—气匹配，满足发动机不同工况需求，提高热效率，降低油耗和排放，发动机更趋环境友好。燃油系统压力升高和喷射策略更加灵活是未来燃油系统发展的必然趋势。因此，燃油系统新技术与新产品开发主要集中在压力升高和喷射灵活性上（见图24）。
图24 燃油系统喷射压力发展趋势
（2）增压系统新技术及新产品
国外增压系统发展迅猛，一般应用已经从普通放气阀增压器升级为电控放气阀增压器；可变截面涡轮增压技术已经普遍应用；机械增压已经在动力需求高的应用中量产，并且进一步与离合器联合使用，拓宽了应用范围和应用领域；开发能力强的公司已经开发并产品化新型增压系统，奔驰公司在om471系列柴油机中率先使用非对称流道增压系统。
国内增压系统应用落后于国外公司，涡轮增压器的整机匹配技术、空气动力学设计技术、关键零件的工艺技术、产品一致性等关键技术被国外企业垄断，目前以普通放气阀增压系统为主，其他新型增压系统还处于研究阶段，攻克涡轮增压器与发动机的整机匹配、空气动力学设计、耐高温喷嘴环机构的设计、高速转子动压浮动轴承设计等技术难题迫在眉睫。
co2和污染物排放法规的加严，推动增压器效率和压比需求的提高，未来增压系统应有高增压效率、单级高压比。并且增压系统需要与其他系统协同设计，例如增压系统与egr系统融合，既能有效降低原排也能降低发动机油耗，以及高压比系统与后处理热管理之间协同设计等。采用新材料提高增压器的性能也是技术发展的重点，如钛合金叶轮、陶瓷叶轮、陶瓷轴承等（见图25、图26）。
图25 旋转叶片式可变喷嘴涡轮增压器
图26 两级串联涡轮增压器
先进增压技术有放气阀增压技术（wgt）、可变涡轮截面增压技术（vgt）、可变喷嘴涡轮增压技术（vnt）、两级并联和串联涡轮增压技术、三级涡轮增压技术、复合涡轮增压技术等。
（3）后处理系统新技术及新产品
随着nox排放法规和co2排放要求的加严，后处理系统的发展将向高nox转化效率、低体积、轻量化、低背压等方向发展，另外发动机及后处理系统的排放一致性、obd要求、wnte等在用车一致性监测中将是后处理系统面临的巨大挑战。
①氮氧化物nox净化技术。
氮氧化物nox净化技术主要有选择性催化还原技术（scr）、固态氨技术、lnt技术和scrf技术。
选择性催化还原技术（scr）是指利用氨气、氨水、尿素或烃类为还原剂，高选择性地把nox还原为n2。催化的作用是降低分解反应的活化能，使其反应温度降低至合适的温度区间。
固态氨技术是以无机盐粉为储氨材料，储氨材料吸附氨气作为氨源，通过加热将氨气从储氨材料中释放出来，通过控制计量喷射模块喷射氨气，使nh3和nox气体在催化剂作用下生成无害的氨气和水。与传统scr技术相比有如下优势：a.固态氨scr能够拓宽scr系统工作的温度区间，与传统urea-scr相比在排温较低时有更高的还原效率。b.固态氨scr系统通过向排气管中直接喷射氨气，省去了尿素热解水解过程，能够提高系统的瞬态响应性，更好地控制氨泄漏。c.固态铵盐（氨基甲酸铵）或储氨材料（氯化镁）有更高的氨承载能力，其氨承载能力约为尿素溶液的三倍。
柴油机稀燃nox捕集技术（lean nox trap，lnt）是利用发动机混合气浓度变化而进行周期性的吸附-催化还原的一种后处理技术。主要用于欧ⅳ以上排放水平的轻型柴油车，以及尿素供应不便地区的重型柴油车。lnt主要缺点：由于使用贵金属，因而成本高于scr催化剂，而且要求柴油含硫量小于10ppm。需要多喷燃料进行还原反应，导致发动机油耗增加（见图27）。
图27 lnt原理
scrf技术是将scr催化剂涂敷在dpf上，从而使颗粒捕集器和scr催化转化器合并为一个部件。scr涂敷在dpf上的优势是使dpf不再成为一个热容器，从而在冷启动时能够较早发生nox的转化。与传统的dpf和scr相比，scrf通过壁流式装置过滤pm，scr催化剂被涂覆在dpf管道内壁上。scrf中scr的结构与传统scr系统相似，但scrf中的涂层需要经过优化设计来减少压降和提高转化效率。scrf系统被认为是未来柴油机后处理系统最有希望的技术之一，其表现出如下的潜力：a.允许scrf安装在靠近发动机的位置，使dpf具有较高的再生效率，减少了总热量的损失，降nox功能能更快地运行。b.去掉了传统的scr，减少了包装体积和重量，同样减少了系统成本。c.它允许添加额外的scr催化剂而不显著增加包装空间（见图28）。
图28 scrf结构
②颗粒物pm尾气净化技术。
颗粒物pm尾气净化技术主要有颗粒物过滤器（dpf）、颗粒物催化技术（doc）、颗粒物再生技术等。
颗粒物过滤器（dpf）装置是在排气管中装设一个颗粒物过滤器，过滤的材料和方法有多种，其中壁流式效果最佳，应用最为广泛。其主要原理是通过扩散、沉积和撞击机理来过滤捕集柴油机排气中的微粒。排气流经捕集器时，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中（见图29）。
图29 dpf的堇青石载体和sic载体
颗粒物催化技术（doc）是在蜂窝陶瓷载体上涂覆贵金属催化剂（如pt、pb等），其目的是降低柴油机尾气中的hc、co和sof的化学反应活化能，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应并最终转化为co2和h2o。
颗粒物再生技术根据再生原理和再生能量来源的不同，可分为主动再生和被动再生。主动再生指利用外加能量使气流温度达到微粒的起燃温度而进行的再生，此方法对发动机的工况要求低，适用范围广，对燃油中的硫含量并不是十分敏感，但过滤体容易热损坏，系统复杂，运行成本高，再生具有周期性。被动再生是利用柴油机排气中的no2在一定温度下与颗粒物进行化学反应，从而达到去除颗粒物的目的。此方法简单，不需控制系统，减少dpf的维护周期，但其再生效率低，并易产生二次污染。目前颗粒物再生技术基本上都是结合被动再生和主动再生，实现dpf内部颗粒物的清除（见图30）。
图30 颗粒物再生过程
③后处理监测及故障诊断技术。
按照国家obd排放监测车载诊断系统技术要求，当与排放相关的电控系统故障发生时，控制系统应能够诊断出来，并进行存储、报警，提示司机进行相应的维修。一般来说，后处理故障诊断分为电器系统故障诊断和排放控制监控诊断。电器系统故障诊断即监测系统部件的电气连接故障，信号可信度和部件测量值漂移等故障。排放控制监控诊断即诊断与nox排放控制、pm排放控制、dpf主动再生过程等有关的后处理系统是否正常运转，是否导致柴油机的排放超标的故障诊断。
④后处理封装技术。
国内柴油车后处理封装开发还处于国四、国五阶段，针对国六阶段的产品开发尚无具体经验，还处于探索阶段。针对后处理封装技术，目前亟须解决的问题包括：结构设计如何保证dpf流场的均匀性、dpf尾管再生的油气混合均匀性、dpf极限载荷下的再生温度场的控制、dpf载体的烧熔和热碎裂的控制、dpf极限碳加载下的背压控制、scr尿素结晶和scr混合器对尿素的破碎效果、国六封装的保温控制、传感器布置的合理性等。
⑤后处理控制方法。
中国排放法规落后于欧美等发达国家，相应的后处理控制方法的研究也落后于发达国家。目前，要满足欧ⅵ或美国epa2010排放限值，后处理系统必须采用开环控制加闭环控制的方式。为了满足排放法规对柴油机排放物的严格控制，国外相关企业和咨询公司已经开发了完善的高精度尿素喷射控制模型，采用相关传感器与模型计算并行的方式，实现尿素喷射的自适应闭环控制。目前，中国在后处理控制策略方面的研究处于追赶阶段，已有相关高校和企业开始着手进行满足国六排放法规的后处理控制策略。很多单位开展了研究工作并建立了相应的尿素喷射控制模型，并逐步推向产业化。
3.国内外技术发展方向
（1）柴油机整机技术
大马力：牵引车大马力化趋势明显，400～460马力将是近几年的主流功率段。
轻量化：gb1589-2016严格实施，将大力推动车辆向轻量化方向发展，通过降低车辆自重多装货物和降低油耗，提升用户收益。
高端化：国内主机厂纷纷推出高端车型，在车辆品质上向进口车靠近。同时，保修期和保养周期大幅提升。
专业化：未来的物流会逐渐专业化，针对不同的细分市场需求匹配不同的车型，需求更细化、更场景化。以快递为例，货物轻、干线运输，要求时效快、出勤率高，要求车辆装载容积大、高速度、高效率。
（2）高效燃烧技术
①燃烧系统优化。
a.燃烧室型线优化，利用avl fire软件进行燃烧系统改进，在控制排放的基础上提高缸内油气混合均匀度，加速缸内燃烧速度，提高热效率、降低燃油消耗。例如ricardos twin vortex combustion system（tvcs），该技术的核心是燃料喷射分为上下部燃烧，以更好地管理空燃比，减少烟尘。这会带来较低的发动机排放和更高的燃料效率。
b.喷油器匹配优化，综合利用avl fire软件和台架性能试验手段，进行燃烧室和喷油器匹配（喷油锥角/油嘴流量），寻找最优的油室匹配结果。
c.电控标定数据优化，选取柴油机重要的运行工况，在燃烧系统硬件确定基础上，进行详细的轨压/正时矩阵试验，分析出轨压/正时敏感性，优化电控标定数据，为后续排放的升级进行准备。
②200～220bar高爆压技术。
优化设计高强化轻量化机体；cae分析技术；优化设计轻量化高强化曲轴连杆；承受200～220bar爆发压力的铝活塞；高强度蠕铁材料应用，薄壁设计。
③闭环燃烧控制。
闭环燃烧控制的概念是实时监控整个燃烧的过程。这要求从燃料注入时就开始控制，包括燃料注入的策略、缸内压力的调整等。有数据表明：闭环控制可以比传统意义上的开环控制提高2%～4%的燃烧效率。
（3）增压器技术
①增压比不断提高，向高增压的方向发展。发动机小型化，带来发动机强化系数提升，增压比进一步提高。
②发动机性能提升与复杂后处理带来的排气背压提升，要求增压器空气动力学效率及转子轴承机械效率不断提升。因此，需采用先进的空气动力学、转子动力学计算分析方法，来提升流体流通元器件的效率，降低转子轴承的摩擦损失，使整机效率不断提升。
③采用可变几何涡轮增压器，不断增强流通能力，满足发动机宽广的流量范围要求，扩大功率匹配范围。
④两级涡轮增压得到更多应用。二级增压系统明显改善了发动机的低速性能，包括动力性、经济性和排放性能，具有极佳瞬态响应性、扭矩、动力性，在一些高强化要求的发动机上得到应用。
⑤电控化程度不断提高，充分利用电子控制的精确性和快速响应性，对增压器进行调控，包括wgt增压器放气阀门的调控、可变截面机构的调整、两级涡轮增压系统切换阀的控制。
⑥增压器小型化、轻量化发展（见图31）。
图31 增压技术发展方向
（4）后处理技术
①后处理封装技术发展。
轻型柴油车后处理封装的主要研究方向是在满足排放法规的前提下降低后处理系统的安装尺寸和成本，并保证安装后处理装置后燃油经济性不会明显恶化，从而在与汽油车和混合动力汽车的竞争中保持自己的优势。
重型柴油车后处理封装的研究重点是防尿素结晶和提高保温性能，研究方向包括高性能混合器开发、保温结构开发、加工工艺开发及传感器布置优化等方面。
目前，国外为满足欧ⅵ或epa2010排放法规在封装结构设计上主要以双层加隔热棉方式为主，个别产品使用保温性较好的保温套包裹的方法实现封装结构的保温。在产品的前期设计阶段，各主机厂更加重视cfd分析的应用，利用cae/cfd工具实现封装设计优化，缩短封装设计开发周期。
②后处理控制技术发展。
scr尿素喷射控制方式有开环控制和闭环控制两种。开环控制只能够根据预标定的数据进行尿素喷射，实际应用存在较大的喷射误差，只能满足国四、国五阶段排放。国六阶段需要加入闭环控制方式。目前厂商更多采用氮氧传感器进行scr下游nox值的闭环控制，但由于nox传感器对nh3的交叉敏感性等问题，导致尿素喷射量在闭环控制时偏差较大。
为了解决这一问题，国外学者和研究机构提出了一种基于化学反应物理模型的scr控制策略。该策略是建立scr催化剂的动力学模型，将温度动态变化和化学反应的参数集成为几个最相关的参数，利用这种方式可以预估scr下游的nh3和nox，辅助传感器进行闭环控制来实现精准的尿素喷射量控制。
③后处理集成技术发展。
后处理集成技术方案可分为scr在上游和dpf在上游两类。scr在dpf上游时，其突出优点是催化剂升温快，并且能充分利用doc转化的no2发生快速反应，scr起燃特性好。dpf在scr上游时，主动再生起燃特性好，再生时间间隔长，油耗低，并具有很好的被动再生效果。
doc scr dpf集成方式被应用在轻型车上来满足美国epa tier 2 bin 5排放标准。在这特殊的车辆类别中，排放认证是通过ftp-75底盘循环来进行的，相对于轻型车的低负荷循环，这种构型能利用快速启动的上游scr催化剂，以满足非常严格的冷启动nox排放要求。
随着欧ⅵ排放法规的实施，为了满足不同用途车辆的要求，后处理集成技术得到越来越多的关注，并涌现出多种新的技术方案，如前文提到的scrf技术，其展现出良好的发展潜力，该技术有助于减小后处理系统的尺寸和减少压力损失，但目前主要在小排量发动机上得到应用。
④后处理性能评估技术。
随着排放法规逐步升级，后处理器转换效率要求越来越高，通过催化剂性能仿真将极大地缩短开发与验证时间及减少工作量；通过前期产品开发项目，对载体、催化剂性能仿真及测试，可大大降低后期全平台开发工作量，并形成一套完整的测试与评估标准流程。
⑤dpf再生标定技术。
对于被动再生，通过排气热管理技术提高排气温度，使dpf在低负荷时也能被动再生。对于主动再生，通过hci提高排气温度，能有效燃烧dpf中的碳，在再生时不能过热而烧坏doc、dpf，不能因排气氧含量不足产生额外过多的碳，不能喷射过多的燃油超过了doc的氧化能力。
（二）柴油机市场发展
1.柴油机市场规模
（1）柴油机整机市场规模
2012～2016年，柴油发动机销量呈现萎缩态势，至2015年下降至最低点，2016年销量有所反弹，但依然处于低位（见图32）。柴油机行业受到柴油机质量寿命提升、运输效率提高、新能源产品发展、经济增速放缓趋势等影响，其整体快速增长阶段已结束，整体销量将在目前的基础上上下波动。
图32 2012～2016年柴油机销量统计
（2）增压器市场规模
由于涡轮增压能降低排放，并将燃油经济性提高20%至40%，既不牺牲发动机的性能又满足排放标准，美国等成熟汽车市场以及中国和印度等高增长地区正在越来越多地应用涡轮增压器（见表6）。
我国经济正处于转方式调结构的关键时期，虽然当前汽车产业发展势头良好，但整体经济下行压力仍较大。总体而言，2017年发动机及涡轮增压器市场应是稳中有增，竞争依旧激烈，市场对先进增压技术的需求也会越来越高。
表6 近三年增压器企业销售情况
单位：万台
|
序号
|
名称
|
2014年销量
|
2015年销量
|
2016年销量
|
|
1
|
菱重
|
—
|
160f
|
280f
|
|
2
|
博格华纳
|
—
|
180f
|
240f
|
|
3
|
霍尼韦尔
|
—
|
82f
|
160f
|
|
4
|
石川岛
|
—
|
110f
|
150f
|
|
5
|
霍尔赛特
|
—
|
81f
|
100f
|
|
6
|
天雁
|
58
|
50
|
61
|
|
7
|
威孚天力
|
28
|
32
|
40
|
|
8
|
寿光
|
35
|
31
|
37
|
|
9
|
丰沃
|
1
|
6
|
27
|
|
10
|
富源
|
28f
|
27f
|
25f
|
（3）燃油系统市场规模
高压共轨是目前柴油机燃油喷射系统中的主流技术，车用国四、国五、国六排放标准都可以采用高压共轨系统。2015年，受柴油机行业大环境的影响，无锡博世汽柴公司生产商用车共轨系统90万套，同比2014年140万套减少了35.7%，在车用高压共轨市场，博世占到90%以上的份额，博世拥有绝对的技术、产品、全讯官网的解决方案及成本优势；外资企业如大陆、电装、德尔福也有高压共轨技术和产品，但是国内共轨市场未成长起来，康明斯的高压产品多用于自配。
2.柴油机市场竞争格局
（1）柴油机整机竞争格局
2016年，随着柴油机行业的平稳发展，行业内各企业销量排名出现显著变化，云内动力、潍柴集团增速均超过35%，行业排名迅速上升，分别由2016年行业第七、第六上升到第一与第二位。行业集中度出现小幅调整，cr3市场份额（市场前三的厂商所占市场份额总和）达到33.0%，较2015年降低0.6个百分点；cr5市场份额（市场前五的厂商所占市场份额总和）达到52.4%，较2015年降低0.3个百分点；cr10市场份额（市场前十的厂商所占市场份额总和）达到84.0%，较2015年上升0.6个百分点（见表7）。
表7 2016年国内车用柴油机销量排名前20位企业
单位：台，%
|
排名
|
企业名称
|
销量
|
同比增长
|
市场份额
|
|
1
|
昆明云内动力股份有限公司
|
317160
|
45.5
|
11
|
|
2
|
潍柴控股集团有限公司
|
315871
|
37.7
|
11
|
|
3
|
安徽全柴集团有限公司
|
315953
|
2.8
|
11
|
|
4
|
广西玉柴机器集团有限公司
|
286016
|
6.4
|
9.9
|
|
5
|
中国第一汽车集团公司
|
274785
|
-3.5
|
9.5
|
|
6
|
江铃控股有限公司
|
279530
|
10.4
|
9.7
|
|
7
|
北汽福田汽车股份有限公司
|
266797
|
11
|
9.3
|
|
8
|
东风汽车股份有限公司
|
165171
|
7.5
|
5.7
|
|
9
|
中国重型汽车集团有限公司
|
107605
|
22.1
|
3.7
|
|
10
|
山东华源莱动内燃机有限公司
|
93084
|
-8.1
|
3.2
|
|
11
|
安徽江淮汽车股份有限公司
|
85202
|
24.7
|
3
|
|
12
|
长城汽车股份有限公司
|
81415
|
9
|
2.8
|
|
13
|
庆铃汽车（集团）有限公司
|
60696
|
-14.3
|
2.1
|
|
14
|
江西五十铃发动机有限公司
|
58040
|
38.4
|
2
|
|
15
|
东风商用车有限公司
|
46096
|
27.3
|
1.6
|
|
16
|
东风朝阳朝柴动力公司
|
37466
|
-7.7
|
1.3
|
|
17
|
南京依维柯汽车有限公司
|
37326
|
-9
|
1.3
|
|
18
|
上海柴油机股份有限公司
|
34155
|
24.8
|
1.2
|
|
19
|
绵阳新晨动力机械有限公司
|
13541
|
-3.9
|
0.5
|
|
20
|
上海日野发动机有限公司
|
3009
|
-43.6
|
0.1
|
|
合计
|
2878918
|
—
|
99.83
|
（2）增压器竞争格局
国内增压器企业分三大阵营，第一阵营是外资企业：美国的霍尼韦尔、英国的霍尔塞特（康明斯）、美国的博格华纳、日本的石川岛和菱重等。第二阵营是国内的大型国有或民营企业：宁波威孚天力、湖南天雁、潍坊富源、寿光康跃等。第三阵营是一些小规模民营企业，主要集中在江浙地区和西南地区。
第一阵营通过在中国建立独资或合资企业，参与中国市场的竞争，不仅在主机配套（oem）市场竞争，同时也参与全讯官网的售后服务（配件）市场竞争，在我国的主机配套市场份额高达65%左右。
第二阵营通过仿制研发和消化吸收再创新，用自主品牌参与市场竞争，同第一阵营一样，不仅在主机配套（oem）市场竞争，同时也参与配件市场竞争，主机配套市场份额在30%左右。
第三阵营的这些企业是近年发展起来的，企业数目（50～60家）多但规模较小，进出市场随意，一般不具备产品研发能力，通过购买两轮一体，组装、克隆第一阵营和第二阵营企业的产品，直接参与配件市场竞争（见表8）。
表8 增压器企业竞争能力
（3）燃油系统竞争格局
国内柴油机电控高压燃油系统有一定制造基础和设计能力。目前国内电控单体泵技术成熟且有一定市场占有率的企业有3家：南岳电控、成都威特、龙口龙泵。电控高压共轨生产企业这两年在设计、制造技术上有了飞跃，挤占了国内非道路市场，目前产品相对成熟且已有批量生产的有5家：辽宁新风、北京天纬、龙口龙泵、重庆重油、山东鑫亚。无锡威孚在国三产品上受到bosch公司的限制，已没有自主的共轨系统。无锡油泵油嘴研究所共轨系统已研发20余年，技术成熟，作为军车共轨系统的唯一供应商独占军方市场。在竞争激烈的民用汽车柴油机市场，德国博世公司占据90%的市场份额，其次是日本电装和美国德尔福。随着国产共轨系统的企业逐渐成熟，如南岳电控、成都威特、常州博瑞等，市场竞争将更加白热化。
近年来自主品牌高压共轨企业逐渐成长起来，新风科技引进的高压共轨技术主要针对轻、中型发动机，亚新科天纬主要依靠自主开发，在一些关键技术上有待进步，其他如龙泵、南岳、重庆油泵等企业与之类似。国内如新风科技、亚新科天纬等自主企业正在紧追猛赶国际先进水平，自主高压共轨企业与云内动力、全柴、潍柴等主流柴油机企业在非道路市场均有合作，借非道路市场使自己的产品更加成熟。
3.柴油机市场预测
受经济转型、物流及政策环境变化影响，未来五年重型柴油机需求延续，近五年继续低位调整，2021年预计销量达到90万台（见图33）。
图33 未来5年重型柴油机销量预测
（三）柴油机行业问题和建议
1.柴油机行业主要问题
（1）技术性能问题
①在用柴油机仍然有很多技术含量低、油耗高、排放严重的，已影响到城市周边甚至城区的大气质量，如冒黑烟、噪声大等。我国现有车辆的维修及保养水平落后，加剧了在用柴油车的排放。
②柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。
（2）认知问题
国内大多数消费者对现代柴油机的认知度还非常低，大部分人对柴油车还停留在20世纪70年代冒黑烟、震动大、噪声高的“墨斗鱼”的认识上，产生这种印象的原因在于过去燃油品质不过关，柴油发动机技术落后导致柴油车给人以不好的形象。目前，柴油机新技术日新月异，多气门、直喷、涡轮增压中冷、废气再循环、高压喷射、废气后处理等技术的应用，使柴油车达到国四甚至国五排放标准。
（3）政策限制
过去由于柴油车技术落后，排放达不到国际标准，我国一直对柴油车的使用采取歧视政策，禁止柴油轿车进入大中城市销售。国家明确规定“随着柴油机技术的发展，对技术先进、污染和排放低的发动机的使用不得采取歧视政策”。
2016年底，环境保护部、国家质检总局联合发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》，公布了第六阶段轻型汽车的排放要求和实施时间。2020年1月1日起，不满足柴油机国六标准要求的新车不得生产、销售、注册登记，不满足柴油机国六标准要求的新发动机不得生产、销售和投入使用。“轻型车国六标准”燃料采用中立原则，汽油、柴油、气体发动机限值相同，对柴油车的nox不再设立较松限值。
2.柴油机行业主要建议
（1）产业建议
①扶持自主产业发展，打破国外品牌垄断。
柴油机电控燃油喷射系统、增压系统、排气后处理系统等主要核心零部件均被国外品牌垄断，国内自主品牌核心零部件供应商的市场空间将越来越小，影响整个柴油机行业的发展。同时，柴油机厂家、整车厂家与国外品牌供应商的谈判空间也会越来越小，无形中增加了合作成本。
②发展产业联盟，加强行业内部管理。
当前国内核心零部件企业的产品同质化严重，价格战剧烈，再加上柴油机厂家甚至整车厂家产品同质化严重，靠价格争夺市场，不断压低零部件的价格，造成市场混乱，压缩了国内核心零部件行业的效益。因此为规范行业的发展，避免恶性竞争，促使其良性发展，需要行业内部加强管理，提高国内企业的市场竞争力，发展产业联盟。
（2）政策建议
①设立柴油机节能减排财政扶植专项基金。
组织实施“工业强基示范应用工程”，通过奖励和风险补偿机制，支持柴油机核心基础零部件（元器件）、先进基础工艺、关键基础材料的首批次或跨领域应用。到“十三五”末期，40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障，受制于人的局面逐步缓解，产业急需的核心基础零部件（元器件）和关键基础材料的先进制造工艺得到推广应用。建成较为完善的产业技术基础服务体系，逐步形成整机牵引和基础支撑、协调互动的产业创新发展格局。通过财政扶持，对柴油机产品提前达到节能减排标准规定的制造企业，在企业技术改造、企业技术中心能力建设和科研开发等方面给予鼓励和支持。
②加大国家科技重点研发计划项目支持力度。
建议国家科技、工业和财政主管部门，在研究和安排国家科技计划（专项、基金等）和相关工程时，对清洁柴油机节能减排科技攻关和创新研发项目给予优先安排和支持，特别建议设立“清洁柴油机关键技术研发”国家重点研发计划项目，举全国之力，突破国六排放柴油机整机技术、尾气后处理技术、高压共轨技术、增压技术等柴油机核心技术，建立我国清洁柴油机及其关键零部件的自主研发和批量生产能力，形成关键零部件配套体系，为我国柴油车产业的持续发展和大气环境的改善提供有力支撑。
（3）措施建议
①全面组织实施《中国内燃机工业产业规范条件》。
严把节能、环保、质量、安全关，推动提升内燃机工业技术水平，抑制落后产能扩张。优化上下游产业链建设，鼓励内燃机制造企业与产业链上游（材料、零部件供应商）和下游（配套机械）以及加工制造装备生产企业建立紧密的合作关系，形成协调协同和同步可持续发展机制，实现合作多赢、集中优势、同步发展的目标。满足终端产品配套要求和总量需求，实现内燃机产业结构调整和技术升级。
②出台并组织实施《内燃机产品燃油消耗率公告管理办法》。
以提升内燃机产品热效率和降低co2排放为目标，制定内燃机燃油消耗率和co2排放阶段目标值标准，对制造企业达到阶段目标值的内燃机产品实施公告发布。建立长效的降低内燃机燃油消耗率和co2排放标杆产品领跑机制，激励和引导制造企业加快内燃机节能减排新技术和新产品的推广应用。持续提高柴油机产品能效水平，降低以柴油机产品为配套动力的汽车、工程机械、农业机械、船舶等各类装备的燃油消耗，为保障国家能源安全和积极应对气候变化提供有力支撑。
③加快技术创新体系建设。
通过国家科技计划（专项、基金等）和相关工程的渠道，加大对柴油机节能减排技术研发的投入力度。加强企业技术研究中心能力建设，推动建设一批柴油机国家工程研究中心，强化跨部门、跨行业的产学研结合，提高柴油机行业自主创新能力，加快突破柴油机产品节能减排关键核心技术，强化柴油机节能减排成熟技术的应用。加大人才培养力度，在关键技术领域培育一批领军人才，鼓励从海外引进优秀人才。
④推动政产学研用创新体系建设。
建立柴油机行业创新链，优化集成科研力量，加强关键核心技术攻关，加快和促进成果转化。发挥柴油机政产学研用创新体系的作用，就重点产品和关键技术开展课题联合攻关，实现技术成果共享，实现技术成果产品转化和市场应用。
⑤建设一批柴油机共性基础技术平台。
核心基础零部件（元器件）、先进基础工艺、关键基础材料和产业共性基础技术能力薄弱，是长期制约我国柴油机行业创新发展和质量提升的症结所在。坚持问题导向、产需结合、协同创新、重点突破的原则，集合柴油机行业优势企业，组织实施柴油机动力总成技术、柴油机控制技术、排气后处理技术、增压技术、燃油喷射系统技术、关键零部件测试技术等共性基础技术平台建设，是破解制约柴油机产业技术进步和发展的有效途径。
⑥健全标准体系。
以柴油机产品为主线，制定产品技术标准和相关标准，完善标准体系，尤其是柴油机关键零部件的标准体系。
四 替代燃料发动机子行业发展
以2015年为例，国内天然气、液化石油气（lpg）等替代燃料已实现年替代汽柴油超过2300万吨（见图34），替代率约8.5%。其中，全年车用天然气用量约260亿立方米，替代汽柴油约1800万吨，在整个汽车替代燃料中的贡献率达77%，并实现co2减排1000万吨。因此，替代燃料特别是天然气发挥了重要的车用能源替代作用。
图34 2015年车用燃料替代量
而在整个“十二五”期间，全国交通运输业消耗天然气950亿立方米，合6800万吨，替代汽柴油近7000万吨。车用lpg“十二五”期间消耗量近400万吨，其消费主要集中在华南和东北等lpg进口资源和石油资源丰富的地区，年用量正逐步减少。与其他替代燃料如煤基燃料（含甲醇、二甲醚）、生物燃料（含乙醇、生物柴油）相比，车用天然气目前是我国最主要的替代燃料应用方式。随着我国多元化燃料政策的推动，以上各种替代燃料都有一定发展，其中二甲醚虽然具有良好的压燃特性，但是在常温常压是气体，需要加压液化，同时液化后的二甲醚润滑性较差，对零部件要求较高，长期使用在可靠性上需要做进一步的工作。因此，我国现已形成以天然气为主、其他类型燃料为辅的多元车用燃料局面。
（一）天然气及液化石油气发动机行业发展
1.车用天然气现状及其趋势
（1）总体发展概况
近年来，我国天然气汽车发展迅速，各个省级行政区均有应用。2015年，国内天然气汽车保有量突破500万辆，排名世界第一，建成加气站超过7000座[超过60%为压缩天然气（cng）加气站，其余为液化天然气（lng）加气站]，同样稳居世界第一。天然气汽车的技术水平持续提升，车用天然气消费规模不断扩大，自主产业链基本形成。
（2）发展空间广阔
我国天然气消费在一次能源中的占比仅为5.6%，世界平均水平为23.7%。据预测，2020年我国天然气消费量将超过3600亿立方米。车用天然气是重要的天然气利用方向，根据国家能源局《关于加快推进天然气利用的意见（征求意见稿）》：2020年车船用天然气规模将达500亿～600亿立方米，约占消费总量的16%（2014年占比约为13%），从而实现co2减排2250万吨，替代燃油3600万吨，对汽柴油的替代率有望达10%。
2.技术进展
（1）天然气乘用车技术
天然气乘用车以两用燃料为主，从控制方式上，两用燃料电控系统可分为单一电控单元（ecu）和主从式系统、双主式ecu系统。
传统的单一ecu和主从式系统通过不断发展，持续对汽油发动机前沿高端技术进行追随研究，不断突破如缸内直喷、增压、可变气门正时（vvt）等先进技术，并应用于电控产品。通过紧随燃油发动机先进技术，天然气发动机效率也在稳步提升，同步实现国ⅴ排放。而双主式ecu系统则是中国汽研-凯瑞燃气汽车的自主创新技术，现已开发出成熟产品，具有喷射量、喷射正时、点火提前及不同燃气组分自学习控制策略（ecu根据lanbda传感器信号来判别气质，并由此对供气时间进行调整，可充分发挥天然气燃料的动力性、经济性），以及支持vvt、涡轮增压、obd等功能，可作为将来技术发展的重要方向。
（2）天然气商用车技术
当前，商用车市场大多为单燃料天然气发动机。玉柴、潍柴等国内企业大多采用稀薄燃烧方式达到国ⅴ标准，nox控制主要依靠机内解决，采用超高能点火系统保障燃烧稳定性，同时，依赖高贵金属含量的氧化型催化器（doc）解决未燃hc。而上柴采用当量比燃烧技术达到了国ⅴ排放要求，重庆凯瑞燃气为江铃开发的je4n28燃气发动机也采用了当量比燃烧技术，排放指标已达到未来国ⅵ水平。
面对未来的国ⅵ技术要求，国内各企业利用国外或自主技术不断探寻经济实用的技术线路，如当量比、稀燃 选择性还原（scr）、柴油引燃均质燃烧等，其中当量比 三元催化的国ⅵ技术路线得到较多的企业青睐和发展。
在客车领域，新的天然气/电动混合动力系统得到市场青睐，玉柴动力占据了这一细分市场半数以上的份额。其插电式并联混合动力系统采用电控单点喷射燃气发动机 离合器 电机 amt单轴并联结构设计，配合电动空压机和电动转向泵以及hcu软件能耗策略，系统具有扭矩大、节气率高的特点。
此外，为实现柴油车快速燃气化，双燃料技术在市场得到发展。这是一种在保留原车柴油系统的基础上加装燃气系统而实现柴油-天然气掺烧的技术，并可采用纯柴油模式运行，续驶里程超过相应的天然气单燃料车和柴油车。
（3）未来我国技术发展方向
关键技术的重点发展方向应是：电控系统发展更先进的控制功能，开发更精细、更灵活的燃料控制策略；发动机面向专机开发，提升能量利用效率；供给系统提升控制精度、产品一致性等技术指标，以及增强燃料适应上的可靠性与耐久性；排气后处理系统提高性能和可靠性的同时降低贵金属含量，提升性价比。
①发动机电控技术。
第一，为提升乘用车燃气性能，继续发展双主式ecu或单一ecu技术。通过采集传感器信号，主动计算燃料喷射量、点火角、进气量等关键控制参数，对瞬态工况采用更快速更精细的策略和算法，并开发vvt主动控制等专用策略，主动控制电控减压器等精细化零部件，实现主动、精细化控制。
第二，正向开发天然气专用发动机是一个重要发展方向，除了充分利用燃油发动机的先进技术外，其关键环节在于高效的燃烧系统设计，在现有热力学开发平台的基础上继续发展，充分发挥天然气燃料特性优势。具体的方向有以下方面。
增压小型化发展，涡轮增压普及利用后逐步提高增压水平；利用vvt/可变升程（vvl）技术，提升进排气水平，远期实现米勒循环；搭载启停控制（stt）、制动能量回收等先进技术。
利用天然气抗爆能力较好的特性，在气体燃料发动机充气效率低于液体燃料发动机的情况下，改进燃烧系统，提高发动机压缩比，提高发动机的热效率。针对气体燃料发动机进行专门的开发，对气门材料、气门座圈、气门导管进行重新处理和设计，以适应天然气较差的润滑特性。重新设计进排气凸轮轴型线，以降低阀门速度，增加耐磨性。强化活塞及活塞销、曲柄驱动齿轮等，提高活塞环密封性和耐磨性能。对燃烧室形状、进气管进行优化设计，提高点火能量，增强火花塞耐热性能，同时加强发动机冷却系统能力，提高热效率，降低热负荷。
第三，商用车电控系统应着重解决nox排放控制问题，因此基于扭矩需求的更精细的控制策略与算法是其发展方向，同时考虑当量比燃烧方案时还需增加egr控制功能。此外，无论是乘用车还是商用车，均需考虑我国气源供应多渠道的现状，因此应开发燃气组分学习策略。
同时，实现商用车节能的另一种路线是柴油引燃或柴油-天然气双燃料。在发动机电控系统方面，已完成在用车外挂燃气ecu路线开发，实现柴油车快速燃气化；中国汽研-凯瑞燃气汽车已完成柴油/天然气协同控制的双燃料单ecu开发，处于验证阶段。双燃料路线不但可以有效解决柴油紧张和污染问题，是天然气资源高效利用的途径之一，也可通过超稀薄燃烧、均质燃烧等技术达到下一代排放要求。
第四，由于国ⅵ阶段标准加严了8项车载在线诊断（obd）限值要求，新增了6项检测，因此，电控系统需要建立更加完善的故障管理系统，并完善失火、催化器、氧传感器等核心故障诊断策略。
②供给系统。
喷嘴、机械式减压器设计及小批量生产工艺已被突破，但产品属性如一致性、可靠性、耐久性、适应性，以及各项性能参数较国外产品还有差距，产业化水平及成本控制水平在市场竞争中应结合市场反馈不断提升。
国家燃气工程技术中心等机构和企业正在开发响应更快、线性度更高的电控减压器，以适应发动机电控系统的精细化控制要求。电控减压器采用脉宽调制（pwm）电控方式，通过ecu精确控制每一工况点所需流量和压力来满足发动机需求，其控制精度和响应性能都比机械减压器大幅提升。因此，电控减压器在未来精细化的控制系统中将成为发展趋势。
为使自主喷嘴产品实现对进口产品的替代，需要突破密封件和运动偶件的设计制造难题，掌握高导磁性材料工艺技术，在产业化中解决一致性、可靠性和耐久性问题，以降低系统成本，促进天然气汽车行业发展。同时，针对商用车和船机市场，积极开发自主持续流天然气电控（cfv）产品。为市场提供智能的连续流量输入装置，该装置通过收到ecu发来的质量流量需求，通过内置软件进行快速精确计算，再通过不断控制出口压力和阀芯位置实现燃料的按需输出，成为符合市场需要的高性价比、可靠的新型喷射装置。
cng气瓶发展方向主要有两个：其一，提高存储压力；其二，轻量化技术。国内气瓶存储压力若从目前20mpa工作压力提升到25mpa，则乘用车续航里程有望提升20%，而公交车可在相同容积下减重约200kg；并且气瓶底盘布置将成为可能，私家车装载两个25l气瓶续驶200km可为用户接受。在轻量化上，薄壁钢瓶和铝内胆玻纤全缠绕的ⅲ型瓶是未来技术方向，例如相同容积的ⅲ型瓶比ⅱ型瓶可减重50%，而薄壁钢瓶可减重20%左右。我国数家企业已突破铝合金内胆ⅲ型气瓶技术，通过在铝内胆的外表面、全部缠绕了碳纤维增强层形成复合材料气瓶，可以承受更高的压力，但由于价格较昂贵，目前还处于试制阶段。其中，天海公司成功向美国出口3600psi（25mpa）铝合金内胆、碳纤维全缠的ⅲ型气瓶。
③排气后处理。
三元催化器起燃后转化效率很高，但是催化器在发动机冷起动阶段主要靠排气加热而升温，这个时候由于发动机的排温度很低，难以很快达到催化器的起燃温度，导致冷起动阶段hc和co未经催化而大量排出。研究表明，60%～80%的hc和co是在发动机冷起动最初的几分钟内排出的。随着排放法规的日益严格，对催化器的要求越来越高，不但要有高的转化率，而且在发动机冷起动阶段的起燃时间要尽可能短，同时还需要良好的耐久性。因此，催化器的快速起燃技术成为一个重要发展方向。
针对天然气汽车排放的特点和难点，国内的最新研究方向是开发出同时具有低温高活性、高耐久性、宽空燃比窗口和多种污染物高效协同转化的高性能催化剂，利用分层涂覆实现不同催化剂的分层配置，进而实现多个不同类型反应分层、高效和协调进行，实现催化剂的低温活性、高温耐久性和宽工作窗口，解决天然气汽车尾气多种污染物同时高效净化的问题。
此外，面向国ⅵ更加严格的排放限值，nox排放控制成为首要问题。在此背景下，成熟的废气再循环（egr）系统，因其显著的控制nox能力以及在成本、油耗、瞬态响应、耐久性方面的比较优势，预计将成为汽油机和柴油机共同的标配技术。发展方向是结合发动机工况和需求，提升egr性能（提高egr率到28%以上），利用电动egr等实现主动控制，优化燃烧过程，并获得最佳性能成本和排放的一个平衡。
3.市场发展
经过20多年的发展，我国的自主燃气汽车产业通过掌握关键技术，与中国这一全球最大的天然气汽车市场一同获得了跨越式的发展。即使在2015年经历了过高油气价比的巨大冲击，市场也从2016年三季度起迅速恢复，以天然气重卡市场为例，从上年7月开始，天然气卡车市场进入连续增长的通道，当月产量同比增长31%；此后一直保持100%以上的增长；2017年1～2月，该细分市场的同比增幅进一步扩大至历史同期最高水平的4.82倍（见图35）。
图35 2014～2017年天然气卡车市场走势
总的说来，近五年来天然气汽车保有量保持了10%以上的年增长率。至2016年，中国市场实现近5万辆天然气客车、2万辆天然气重卡、10万辆天然气oem乘用车和轻卡销售，在用车改造市场约20万辆。
在产值方面，电控系统和供给系统占据了较大份额。每辆天然气客车附加值约4万元；每辆天然气重卡一般使用两个lng气瓶，附加值为9万元；每辆乘用车和轻卡附加值为5000元。经过计算，当前的天然气发动机零部件市场规模约为55亿元（不含发动机本机产值）。
4.行业问题与建议
（1）形成油气联动的快速长效机制，促进产业发展
油气差价是决定天然气汽车发展的首要因素。气价在近年数次上涨，2015年有所下调，但油价在2015～2016年的降幅更大，造成天然气和燃油相比的价格优势被大幅压缩。整个天然气汽车产业因油气差价缩小而导致市场急剧萎缩，2015年上半年同比下滑超过40%，全年下滑超过50%。而在2016年油价上涨后，油气差价逐渐扩大，使天然气汽车使用效益逐渐恢复，由此带来了新一轮天然气汽车的发展。
因油气联动的机制在中国尚未完全形成，这使国内相关行业的发展呈现过山车式的波动。当前的主要问题在于油价连续下跌，但气价动态调整时间过长且时间节点模糊。例如，燃油价格调整窗口为22个工作日，而燃气价格调整为半年甚至一年。现在欧洲运用“市场净回值法”定价天然气的价格动态调整时间已从6个月缩至3个月。我国若不能快速形成油气联动的长效机制，加气站等配套设施投资建设、整车及零部件企业开发生产的风险将显著增大。目前燃气汽车行业整体前景的不确定性显著增强，影响可持续发展的基础。国家如能对气价和油价比例以0.5为基础进行控制，在±0.1以内进行微调，将极大地促进清洁能源汽车行业的发展。
国家已意识到问题的存在，在《天然气发展“十三五”规划》中提出：“加快推进油气体制改革进程，鼓励各类市场主体有序进入天然气行业，形成多元化主体公平竞争局面，提高效率增强活力。打破垄断，有序放开竞争性业务，完善价格形成机制，发挥市场对资源配置的决定性作用。”通过相关措施落地，稳定油气差价，将有助于促进燃气汽车产业顺畅发展。
（2）完善法规、放宽监管、扶持行业发展
①加快标准法规制定，创造良好外部环境。
在天然气汽车运营中，造成故障的最大问题是气质的组分差异大，严重影响发动机性能和燃气系统可靠性。气质问题会导致故障灯亮、失火、催化器中毒等，这些问题使天然气发动机在推广时比柴油机还弱势。建议对车用天然气严格控制硫含量，并针对热值提出不同标号，防止加氨等。通过制定一个有利于行业发展的标准，为汽车行业最有可能弯道超车的天然气汽车产业创造良好的外部环境。
此外，适应新技术的标准法规严重滞后，需要补充完善。例如，没有针对“柴油/天然气双燃料发动机”的技术标准，特别是排放法规缺失，很多企业想开发，但无法取得产品公告。通过完善法规可以引导行业发展更多特色技术，创新创造更多的高效节能产品。
②明确鼓励政策，推广清洁能源汽车应用。
党中央、国务院认识到：推广清洁能源汽车应用，有助于“强化机动车尾气治理”，有助于“生态环境保护治理”。2017年李克强总理在所做的《政府工作报告》中，明确提出“鼓励使用清洁能源汽车”，并作为治理大气污染的重要举措之一。天然气汽车是公认也是最成熟的清洁能源汽车，政府的这一表述给燃气汽车行业打下了强心针，这将有利于天然气汽车产业发展。但政策落地的关键还在于主管部门对天然气汽车产业发展的支持力度，希望政府尽快出台鼓励政策。
③放宽监管优化机制，促进清洁能源汽车发展。
如前所述，天然气车作为低碳清洁能源汽车理应受到鼓励，但推广中却受到较大限制。天然气车保有量不足燃油车的3%，某些要求甚至比燃油汽车更高，企业的积极性遭到打击。例如，3.5吨以上的柴油车实行国ⅳ排放标准，但却要求天然气车达到国ⅴ标准。对于乘用车，按国ⅴ标准本身的要求，汽油/天然气两用燃料车在污染物控制装置耐久试验（ⅴ型试验，需16万公里耐久）项目上仅做汽油即可，但根据环保部规定，即使汽油通过了ⅴ型试验，获得公告，在申报同车型两用燃料时还需重新进行该项试验。这些规定使得整车/发动机企业在开发阶段就要多投入数百万元费用。
同时，对于终端用户（oem）原厂车，要求在质量技术监督部门获得气瓶监检证，每台车需支付费用50～300元（各地收费标准不统一），这不但增加了企业经济负担，也影响了生产销售计划。事实上，oem原厂车在取得国家公告目录之前已进行了非常完整的第三方检验，包括对气瓶、充气阀等零部件安装强度的试验等。行业希望打破垄断，推出明确规定，取消或至少统一收费标准和执行机构。
因此，清洁能源汽车的发展，需要政府在完善政策激励的同时，为行业松松绑，切实梳理影响行业发展的政策阻碍，寻求既有利于行业发展又能有效识别不良产品的监管机制。
（3）加强技术研发，提升行业竞争内生力
价格决定需求，吸引用户不能只靠上游天然气供应商降低价格。如何通过技术研发，提高汽油替代比，创造天然气车使用的价格优势，给客户带来实在的经济利益，是本行业相关研发企业需要研究的课题。
当前天然气发动机的新品开发，从关键零部件到标定技术对国外的依赖还比较大。市场上的燃气发动机主要是原机改装，未对发动机就燃气特性进行充分的专用化开发，改进也仅是集中在气门材料等可靠性改进上。此类产品的气耗过高，使得天然气燃烧中20%的减碳天然优势无从发挥。因此，除针对气体燃料特性就气门、进排气、活活塞环进行重新设计，解决发动机燃料适应性和可靠性问题以外，还需要国家从天然气发动机行业技术开发方面给予积极支持，改进燃烧系统，提高发动机压缩比，提高发动机的热效率。通过专机化开发，尽快建立自主研发能力的机构，减轻对国外机构的依赖，这样不仅可提高发动机热效率，进一步体现清洁性，也充分发挥天然气汽车的节能环保优势。
因此，主管部门应鼓励、引导企业进行天然气专机研发，在“碳交易、碳积分”等相关体系下，突出体现和认可其清洁优势。
（二）醇类燃料发动机行业发展
1.我国醇类燃料发动机的发展
（1）甲醇燃料
国内甲醇燃料的发展同德国和美国等欧美国家同步，甲醇燃料在国内经过多年研发、试点推广及行业标准制定，为甲醇产业化奠定了基础。
截至2015年底，已有8家甲醇车生产企业和23款甲醇汽车产品公告，1155辆甲醇汽车在山西晋中等10个城市投入试点运行，单车最高行驶里程超过30万公里，累计运行里程超过8500万公里，累计销售甲醇燃料1.1万吨，投入使用甲醇燃料站18座。山西晋中试点运行的甲醇出租车甲醇燃料消耗量15.3升/百公里，经国家轿车质量监督检测中心检测，6辆运行里程超过16万公里的甲醇出租车甲醛排放最高值、最低值和平均值分别为2.325mg/km、1.055mg/km和1.62mg/km（美国加州标准9.3mg/km）。
中国在甲醇燃料和甲醇汽车的研究试验和产业化示范两方面进行了很多尝试和探究，并取得了较多产业化运行的成果和经验，同时建立了标准体系。如今中国已具备甲醇汽油应用、甲醇内燃机控制系统、供醇喷嘴和滤清系统、甲醇内燃机后处理、基础设施工程建设等技术，并成功开发了甲醇汽油和甲醇燃料添加剂、甲醇发动机及整车、甲醇专业润滑油、供醇系统的耐腐蚀溶胀材料和零部件等产品。目前中国已发布实施甲醇汽油及相关国家标准3项，《车用燃料甲醇》《车用甲醇汽油（m85）》《车用甲醇汽油中的甲醇检测方法》；已立项在研甲醇汽油及相关国家标准3项，《车用甲醇汽油（m15）》《车用甲醇汽油添加剂》《燃用甲醇汽油轻型车污染物排放限制及检测方法》；已批准立项制定能源标准两项，《车用甲醇燃料加注站建设规范》《车用甲醇燃料作业安全规范》。
随着甲醇汽车各方面的发展都趋于成熟，生产甲醇汽车的企业也逐渐增多，目前发布甲醇汽车产品公告的汽车生产企业主要有浙江吉利汽车有限公司、浙江豪情汽车制造有限公司、上海华普汽车有限公司、中国重汽集团济南卡车股份有限公司、陕西重型汽车有限公司、山西成功汽车制造有限公司和郑州宇通客车股份有限公司。除此之外，一汽轿车股份有限公司、一汽解放汽油有限公司、华晨汽车集团股份有限公司等汽车生产企业也先后研制了m85甲醇轿车和m100甲醇商用车、灵活燃料轿车工程样车和功能样车。目前甲醇在乘用车上的应用形式主要是甲醇汽油掺混和纯甲醇，在商用车上的应用形式主要是双燃料方式，其中天津大学提出的柴油/甲醇组合燃烧技术在商用车上的应用最为成熟。
如今中国是世界最大甲醇生产和消费国，在甲醇产能过剩的情况下，2016年中国甲醇产能和产量分别是8145万吨和5061.5万吨，将近一半的产能没有开发。而内燃机汽车作为石油能源消耗的主体产业，把甲醇燃料应用到发动机上既可缓解石油能源的压力，也能充分释放甲醇的产能。所以发展甲醇燃料及甲醇汽车是基于中国长期开展的技术研究、研究试验和产业化试点示范的，可以充分发挥中国资源优势，清洁利用煤炭资源，有效改善生态环境，促进汽车、煤炭和甲醇工业的可持续发展。
（2）乙醇燃料
我国从2000年开始对乙醇汽油进行研发，主要借鉴美国、巴西等国外车用乙醇汽油多年的经验和成熟法规、标准。2002年中国开始乙醇汽油的试点工作。目前我国使用的乙醇汽油是按照规定为10%的燃料乙醇与90%的普通汽油混合而成的，即e10乙醇汽油，主要应用在乘用车上。根据我国燃料乙醇产业的发展按照“定点供应、封闭流通”的原则，在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽五省及湖北省9个地市、山东省7个地市、江苏省5个地市和河北省6个地市进行封闭推广。
2.技术进展
对于甲醇汽车，通过多年来的技术开发和试点运营，甲醇燃料的清洁性、高效性、安全性已经在国内外得到广泛认可。在甲醇汽车技术研发领域，我国在国际上处于领先地位。
在甲醇燃料适配发动机技术方面，目前中国把甲醇应用在汽柴油发动机上的技术路线非常成熟。甲醇应用于点燃式发动机燃料主要采用两种方式：一是以低比例变性燃料甲醇掺烧汽油即甲醇汽油，在现有的汽车上使用，使用原则是燃料适应车辆，优势在于不需要对现有汽车进行任何改装，易于快速推广使用。二是高比例甲醇燃料在专用车辆上使用，使用原则是车辆适应燃料，优势是替代量大、燃料与车辆实用性强、排放和经济性更好。甲醇在压燃式发动机上主要采用双燃料方式，通过进气道喷射高纯甲醇燃料，与空气形成混合气进入气缸，通过缸内喷入柴油引燃甲醇空气混合气，在现有柴油机车上使用，优势在于不需要对现有发动机做任何改装，易于快速推广使用，仅需要加装一套甲醇供给及控制系统。
在甲醇汽车关键零部件产业方面，甲醇汽车产业发展带动了整个零部件产业链的快速崛起，甲醇供给系统、控制系统、后处理系统及添加剂等行业已掌握核心技术、制造工艺和使用要求，并完全实现自主化研发和生产。
燃料乙醇作为醇类燃料中重要的替代能源之一，其同甲醇的性质类似，都具有含氧、高辛烷值、热值低等特性，同时对部分金属、橡胶和塑料都有腐蚀性，因此作为替代燃料应用在汽柴油机上遇到的问题同样相似，本部分主要围绕甲醇汽车开展介绍，同样适合乙醇汽车。
（1）甲醇汽车新技术发展综述
甲醇汽车发展主要有两种技术路线：一是采用双燃料的方法，用汽油或柴油启动，等发动机冷却水温度达到一定温度后自动切换为甲醇燃料模式或者二元燃料模式，即正常使用，应用该方案的吉利汽车公司已经开发出甲醇乘用车，天津大学开发了柴油/甲醇二元燃料商用车。二是甲醇燃料中掺入易挥发的低沸点组分，易挥发组分占甲醇燃料体积的10%～30%，提高燃料的挥发性，第二种方法多应用在乘用车上（见表8）。
表8 甲醇与汽油、柴油的物性参数
|
物化参数
|
甲醇
|
汽油
|
柴油
|
|
分子式
|
ch3oh
|
c4～c14
|
c16～c23
|
|
密度（20℃）（g/ml）
|
0.791
|
0.72～0.78
|
0.82～0.86
|
|
汽化潜热（kj/kg）
|
1167
|
310
|
270
|
|
低热值（mj/kg）
|
19.93
|
42.5
|
43.03
|
|
理论空燃比
|
6
|
14.8
|
14.6
|
|
着火温度（℃）
|
463
|
350～468
|
270～350
|
|
辛烷值
|
114
|
89～98
|
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汽油启动，热机后转为甲醇运行的方法已经在吉利汽车集团生产的乘用车得到广泛应用。目前应用该技术的乘用车参加了工信部2012年组织的甲醇车试点工作。在山西、陕西、甘肃和贵州以及上海的甲醇车试点中发挥重要作用。
柴油/甲醇二元燃料燃烧技术由天津大学提出，是以柴油引燃甲醇混合气的二元燃烧方法为基础，以智能电控为手段，以满足动力、环保、可靠和经济要求的双燃料发动机为目标，实现甲醇在柴油机上稳定可靠运行。并纳入工业和信息化部的“四省一市”甲醇车试点工作，在陕西榆林得到应用并取得很好的效果。由于甲醇为单碳化合物，其燃烧无烟无焰，应用在柴油机上可以同时降低碳烟和nox排放，因此搭载的柴油/甲醇双燃料重型货车加上简单的后处理能够满足国五排放标准。
（2）甲醇汽车国内外技术发展方向
目前，甲醇汽车在国外正在复苏，一些国家根据自己国情正加大对甲醇的发展力度。20世纪80年代末国外甲醇生产和应用热情大幅度下降的主要原因有两点。一是“石油危机”解除带来石油价格回落，导致后来甲醇的价格要高于汽油，随之就失去了经济性。二是甲醇燃料具有一定腐蚀性，需要专门的零部件以及存储和加注设施，导致市场运行的甲醇汽车又都改烧汽油，甲醇汽车行业发展陷于停顿。
在国内，甲醇汽车经过30余年坚持不懈的研发和长期的示范推广，目前基本攻克了甲醇的腐蚀性、高温气阻和冷起动等难题，动力性和排放特性都与传统汽车基本一样。同时我国的甲醇主要产自煤炭和焦炉气，生产甲醇的煤炭多为高硫、高灰分的劣质煤，因此国内甲醇的价格不足汽柴油的1/3，具有很好的价格优势，因此甲醇汽车及其下游零部件产业都得到快速发展，处于国际领先地位，但是国内甲醇汽车的发展仍处于起步阶段，仍需要加大技术研发力度，形成成熟的甲醇汽车产业链。
①乘用车技术发展方向。
a.设计制造甲醇燃料专用发动机
目前甲醇汽车是在汽油车的基础上更换供给系统及控制系统来满足燃油甲醇的车辆，发动机结构并没有做改动和优化。相对汽油，甲醇的辛烷值更高，抗爆性能更优秀，可适应更高压缩比下的发动机，因此甲醇燃料发动机可将压缩比提高到10以上，进而提高发动机输出功率，并提高发动机动力性及燃烧效率。
b.优化后处理三效催化器
甲醇是一碳含氧化物，汽车燃用甲醇燃料常规污染物co、hc、nox化合物排放，均明显低于汽柴油，但在甲醇不完全燃烧情况下，甲醇汽车将排放非常规排放污染物甲醇和甲醛，这些污染物对环境造成较大影响。如果在现有汽车三元催化器基础上针对甲醇和甲醛开发适用性更强的催化转化器，使其具有更好的净化作用，解决甲醇车废气后处理不是问题。
②商用车技术发展方向。
a.控制系统
目前甲醇应用在商用车上的技术来自天津大学提出的柴油/甲醇组合燃烧技术，此技术需要一套单独的供醇系统和控制系统，甲醇在进气道喷射，与空气混合进入气缸，在控制方面，不改变原机ecu的喷射策略，仅增加一个独立控制甲醇喷嘴的ecu，两个euc关系属于双主式euc。此种控制方式兼顾了原机ecu的成熟稳定性，同时达到自主控制甲醇喷射的目的。
未来重点技术发展是单一ecu和精细化双主式ecu控制系统。
b.尾气处理系统
甲醇含氧，燃烧速度快，燃烧无烟无焰，并且在商用车上又替代部分柴油，所以甲醇用在商用车上不仅具有高的热效率，而且排放更清洁。采用柴油/甲醇组合燃烧技术的商用车仅添加简单的氧化催化剂（doc）后处理装置就可满足国ⅴ排放标准。但是随着国ⅵ排放法规的发布，其对柴油车的尾气排放要求更加苛刻，仅靠简单的后处理装置已经不能满足即将实施的国ⅵ排放法规，为了满足国ⅵ的发展要求，甲醇商用车结合自身燃烧产生的碳烟和nox低的优点发展一条属于甲醇商用车的国ⅵ排放路线，即甲醇 egr doc dpf路线。目前天津大学正与华菱星马进行合作开发。
未来重点技术发展是不加装scr的甲醇 egr doc dpf的国ⅵ排放路线。
3.市场发展
甲醇汽车经历了多年来的试点运行，并取得了宝贵的试验数据和经验。目前甲醇汽车的整车研发、发动机专用零部件制造及管件技术和产品都非常成熟，已经具备市场化运作的可能。
（1）乘用车市场
虽然中国甲醇汽车已发展30余年，但是除了地方政府鼓励和支持下的示范运行阶段，并没有得到国家层面上的政策支持，所以甲醇汽车市场规模多在试点地区运行（见表9）。
表9 甲醇汽车试点运行车辆
由于甲醇作为燃料的技术非常成熟，甲醇汽车的安全性、可靠性及动力性都能满足要求，再加上甲醇燃料在中国具备成本价格低的优势，甲醇汽车在试点区域范围内出现大量汽油车改烧甲醇车的情况，并且改装在运行的甲醇车辆数量要远远多于试点运行车辆。
对于乙醇汽车，我国燃料乙醇产业的发展按照“定点供应、封闭流通”的原则，并在黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽五省及湖北省9个地方、山东省7个地方、江苏省5个地方和河北省6个地方进行封闭推广。
（2）商用车市场
天津大学开发的柴油/甲醇双燃料技术，在试点运行期间表现优秀，具有动力性强、经济性好、安全可靠的特点，特别是经济性，能够节省10%～15%的综合燃料费用。在试点区域及非道路范围内，柴油/甲醇双燃料在运行车辆投放区域涉及12个省3个市，总数量达到200多辆，并且这个数量仍在快速增加（见图36）。
图36 柴油/甲醇双燃料汽车运行区域
4.行业问题与建议
对于甲醇汽车，通过多年来的基础研究和试点运营，甲醇燃料的清洁性、高效性、安全性已经在国内外得到广泛认可。在甲醇汽车技术研发领域，我国在国际上处于领先地位，但是在市场化运行方面，仍面临诸多挑战。
第一，加强甲醇应用的科普宣传工作。在整个甲醇燃料和甲醇汽车行业，缺乏对甲醇燃料及甲醇汽车的科普工作宣传，导致人们一提到甲醇，就想到有毒，依旧是谈虎色变、避而远之的不科学认识。
第二，政府需要支持解决甲醇车应用中的共性技术问题。甲醇汽车的发展仍处于各级地方政府支持、企业参与的试点运行状态。没有国家层面的政策允许，甲醇汽车的发展仍局限在试点运行区域，不能进行更深层次的市场化运行。
第三，加快制定甲醇车应用的政策和标准。电动汽车受到政府的扶持，大量汽车企业转投电动汽车的研发，对其他新能源和替代能源的关注度降低，也可以说已经忽视其他能源的发展，如今的能源多元化变成了电动汽车的单一发展。
每个行业从初期到成熟的发展阶段都会遇到诸多问题，存在问题并不代表甲醇行业不适合长期发展，所以如何积极有效地解决问题是推动行业发展的关键，下面是给出的几点建议。
首先，做好科普工作，澄清公众对甲醇的认识误区，从供需两方面为甲醇汽车的发展奠定基础，并应该将甲醇作为战略性替代能源，纳入交通燃料体系。
其次，应该结合当前我国的能源结构和市场情况，在甲醇替代方面跨出实质性的一步，推动甲醇汽车市场化运行。同时根据甲醇汽车在各省市试点运营的经验，继续完善基础配套设施建设、制度建设、运行管理和相关应用安全评估等工作。基于中国能源结构的切实情况，以及甲醇汽车在山西、贵州、陕西、甘肃等地多年的示范运营成果，希望尽快对全国放开甲醇汽车牌照。
最后，企业应具备技术储备长远发展的战略意识，结合中国能源结构的特点，多元化发展可持续、清洁化能源。
发展甲醇汽车产业既是缓解我国石油资源紧张状况的现实选择，对保障我国能源安全具有战略意义，也符合中央积极稳妥化解过剩产能的指导精神。坚信办法总比问题多，所有的问题都会逐渐得到解决，也希望甲醇在石油替代燃料中能够积极发挥作用，为能源和环境减压。
（三）生物质柴油发动机行业发展
1.技术进展
国外生物柴油汽车发展较为成熟，已形成美国、欧洲等应用区域，混合比例包含5%以下和6%～20%两种，部分城市出现100%生物柴油燃料的应用方式。受到原料限制、销售渠道不畅、扶持政策不够等多方面不利因素的影响，我国生物柴油产业发展与国外差异较大。
（1）生物柴油燃料生产技术
生物柴油可通过植物油、动物油、废弃油脂等与甲醇（乙醇）的酯交换法制取，也可通过加氢裂解法制取，前者的优势是技术成熟、成本低，后者的优势是生物柴油的产品指标更接近于石化柴油。目前，世界范围内，生物柴油的生产技术主要为酯交换法和加氢裂化法，两种生产技术均趋于成熟。
到目前为止，我国生物柴油的产能达到200万吨左右，生产工艺基本为酯交换法，仅有部分厂家开始使用加氢裂化法。我国用于汽车燃料的生物柴油及生物柴油混合燃料（b5）已经有国家标准，除此之外，云南省制定了强制性地方标准《生物柴油调合燃料（b10）》和《生物柴油调合燃料（b20）》，上海市制定了团体标准《餐厨废弃油脂制生物柴油调合燃料（b10）》。
（2）发动机材料兼容性
生物柴油对发动机的部分橡胶和塑料具有溶胀性。到目前为止，我国已经筛选出耐生物柴油的橡胶材料和非橡胶材料，解决了生物柴油发动机的材料兼容性问题。同济大学自2006年起先后承担了多项国家863项目、国际合作和地方政府项目，研究了4种金属、6种橡胶材料、3种塑料材料在23个生物柴油、92个不同混合比例的生物柴油混合燃料中的金属腐蚀性、橡胶和塑料溶胀性、橡胶力学性能等材料兼容性，分析了发动机典型金属、橡胶、塑料在混合柴油燃料中的质量、体积、几何尺寸、外观、硬度、拉伸强度、拉断伸长率等参数变化规律，建立了生物柴油及混合燃料发动机材料兼容性数据库，筛选出适用的耐油和非耐油橡胶材料，解决了生物柴油燃料的材料兼容性问题（见图37）。
图37 筛选出的混合柴油燃料发动机用橡胶材料
（3）生物柴油发动机性能
燃油喷射雾化质量高低直接决定着燃烧过程的好坏。生物柴油的运动黏度高于石化柴油，导致纯生物柴油及不同混合比例的生物柴油——石化柴油混合燃料的运动黏度、表面张力等理化特性与石化柴油存在一定的差异。这些差异使燃料的喷雾贯穿距、喷雾锥角及液滴破碎时间等喷雾特性重要参数发生变化。针对这一问题，同济大学发明了生物柴油喷雾测量装置及方法，模拟柴油机实际缸内气体压力和温度环境、燃油温度变化等条件，研究了不同混合比例生物柴油的喷雾宏观特性，首次提出了生物柴油喷雾经验公式：
式中，δp为喷孔前后压力差差值，η为燃料的黏度，ρ为环境气体密度，d为喷孔直径，t为喷射时间。与广安博之喷雾贯穿距计算公式相比，该公式的相关系数从0.9285提高至0.9842。
同济大学等研究了生物柴油燃料燃烧的自燃点位置、滞燃期、燃烧持续期等燃烧特性，发现了bd0、bd20、bd50和bd100不同掺混比例生物柴油混合燃料的燃烧规律（见图38）。
图38 不同掺混比例生物柴油混合燃料的燃烧规律
生物柴油为含氧燃料，其理化指标与石化柴油存在明显差异，喷雾与燃烧特性等存在明显不同；采用现有的燃油喷射系统和燃烧系统，导致柴油机动力性、经济性和可靠性等性能恶化。与燃用石化柴油相比，发动机燃用生物柴油时的最大燃烧压力略有提高，最大压力升高率和最大燃烧放热率则明显降低。与b0（纯石化柴油）相比，b5和b20燃油的动力性几乎没有明显变化，b100（纯生物柴油）则下降最多，比b0（纯石化柴油）燃油下降2.5%左右，故掺混生物柴油后其动力性有所下降，并且掺混比例越高，功率下降越多。发动机燃用废食用油制备的b20和b50时，发动机的油耗率和动力均有不同程度的上升和下降，但幅度不大，分别约8%和3%。
综上所述，当混合比例小于10%时，发动机不经任何改动即可直接燃用生物柴油混合燃料，且生物柴油具有润滑性好，hc、co、颗粒物排放低等特点。当混合比例超过10%时，发动机直接燃用生物柴油的动力性将下降，nox和小颗粒物排放增加明显。
（4）生物柴油发动机nox和颗粒物控制技术
在国家863项目、国家自然科学基金和科技部国际合作项目等的资助下，历经十余年攻关，同济大学系统深入地研究了生物柴油发动机nox和纳米颗粒物排放协同净化技术，发明了柴油车尾气净化的柔性集成方法，突破了nox和纳米颗粒物排放协同净化的技术瓶颈。该方法可以实时、在线、柔性调整尾气通过scr和dpf的化学反应过程，提高生物柴油发动机nox和纳米颗粒排放的协同净化效果。
针对生物柴油发动机nox排放升高的特点，发明了提高柴油机scr系统尿素热解水解效率的方法，大幅提高尿素热解中间产物hnco生成nh3的水解率；研发了高活性、宽温度窗口、高水热稳定性scr催化剂；发明了基于尿素分解效率的柴油机scr系统控制方法，提高尿素水溶液喷射量的精度，实现了瞬态工况nox排放的高效净化，nox净化效率达80%以上（见图39、图40）。发明了egr的自动测试标定系统，突破了生物柴油发动机egr的标定难题，实现了egr的自动标定。
图39 nox的净化效果
图40 pm的净化效果
针对生物柴油发动机纳米颗粒物排放升高的特点，研制了低起燃温度、高热稳定性的高效doc催化装置，提高了催化剂的活性和稳定性及贵金属的利用效率，降低了贵金属的用量；研制了低背压dpf颗粒再生控制策略及控制装置，优选出催化特性好的贵金属负载量，明显改善低温催化活性和抗热稳定性，确保dpf的可靠再生，颗粒物的净化效率达90%以上。
（5）高比例生物柴油发动机技术
结合我国餐厨废弃油脂的数量及分布特点，餐厨废弃油脂制生物柴油高比例使用是将来的发展方向之一，高比例生物柴油发动机的整机性能检测及关键零部件生产技术，还需要进一步完善与加强。
针对高比例生物柴油机，同济大学在国家863项目、国际合作和地方政府项目的支持下，发明了一种生物柴油发动机燃油控制系统的控制参数（喷油量、喷油脉宽、喷油正时和轨压参数等）的获得方法，以实现对生物柴油发动机燃油喷射控制策略的标定；提出了基于生物柴油混合比例的生物柴油发动机喷油量、喷油脉宽、喷油正时和轨压参数的控制策略，基于模型的标定技术的生物柴油发动机喷油参数优化方法；研究了不同喷油压力、不同背压、不同喷油脉宽对生物柴油喷雾特性的影响，掌握了柴油机使用生物柴油燃烧系统和喷油精确控制等关键技术；完成了满足国ⅴ排放标准要求的生物柴油发动机研发。
2.市场发展
由于使用生物柴油可以大幅减少温室气体和有害气体排放，而且生物柴油是可再生燃料，发展生物柴油在世界范围内已成为一种趋势。我国在2004～2010年也经历了生物柴油的快速增长，但目前主要生产的是第一代生物柴油，其存在致命缺陷：燃烧热值约为普通石化柴油的87%，只能按比例添加，且调配比例不能过大；凝固点偏高，无法在冬季和高寒地区使用，且无法使用普通石化柴油的降凝剂来降低凝固点。受到国际油价下行和国内生产中原料难以保证、销售渠道不畅、扶持政策不够等多方面不利因素的影响，我国生物柴油产业发展陷入困境，大批企业停产。
在困境中，国内生物柴油技术也发展到了第二代并投产，生物柴油由动/植物油脂“催化加氢裂解”得到，微藻技术也是燃料制取新的发展方向。第二代生物柴油在国际上被称为绿色柴油，其结构和性能接近石化柴油，能以大比例添加入柴油使用。同时，其来源是动物和植物油脂，尤其是可以利用地沟油等废弃油脂，具有极大的社会和经济价值，发展前景光明。
上海市积极推动餐厨废弃油脂制生物柴油在公交车上的应用，组建了“政产学研用”餐厨废弃油脂制生物柴油生产/研究/应用/管理体系，实现上海市餐厨废弃油脂全产业链闭环式管理。率先在上海开展的104辆国三/国四/国五柴油公交车使用餐厨废弃油脂制生物柴油混合燃料（b5、b10）的示范营运情况正常。截止到2017年2月的统计数据，104辆生物柴油公交车累计营运1251余万公里。同时，2017年3月，上海市把试验运行车辆扩大到环卫车、生物柴油混合比例增大到20%；2017年3月1日，第一辆b20示范车辆开始使用b20生物柴油试验运行。
3.问题及展望
（1）问题
国外生物柴油汽车发展较为成熟，已形成美国、欧洲等应用区域，混合比例包含5%以下和6%～20%两种。我国生物柴油燃料技术研究起步较晚，在2004～2010年也经历了生物柴油的快速增长，受到原料限制、销售渠道不畅、扶持政策不够等多方面不利因素的影响，我国生物柴油产业发展陷入困境，大批企业停产，我国生物柴油产业发展与国外差异较大。
另外，我国在生物柴油生产技术、低比例混合发动机技术、低比例使用车辆技术等方面已经成熟，并储备了高比例（20%）生物柴油专用发动机技术。针对我国生物原料以餐厨废弃油脂为主的特点，高比例（＞20%）或100%应用比较适合中国目前的生物柴油原料特点，国外部分城市出现100%生物柴油燃料的应用方式。我国在高比例生物柴油发动机技术研发、车辆示范考核两方面均与国外存在差距。
（2）展望
我国每年消耗食用油约3000万吨，其中20%～30%成为餐厨废弃油脂，此外还有大量的动物废弃油脂，考虑到收集率为80%以及微藻技术，到2030年，生物柴油的总量可望达到1000万吨。考虑到收集体系、技术等影响因素，2020年，生物柴油的替代量可达到200万吨柴油，2025年，生物柴油的替代量可达到500万吨柴油，2030年，生物柴油的替代量可达到1000万吨柴油（见图41）。
图41 车用生物柴油替代燃油目标值
餐厨废弃油脂制生物柴油的应用是实现餐桌污染治理、交通行业节能减排的有效手段。结合中国的生物柴油原料（餐厨废弃油脂）特点，生物发动机技术将向中高比例及纯生物柴油发展，生物柴油整车技术将朝大功率重载商用车、低速大转矩公交车以及低速环卫车等领域发展，生物柴油燃料技术向加氢裂化法生产发展。另外，生物柴油进入成品油目录，分区域大规模示范也迫在眉睫。建议开展餐厨废弃油脂制生物柴油汽车重大示范工程设计。
转载自《江苏省企业技术改造协会》公众号
