引 言
动力是工业的基础，而内燃机则承担着将能源转化为机械功的使命。内燃机不仅使用量大，而且使用范围广、热效率高。人类还没有找到系统热效率高于内燃机的可移动的动力装置。在汽车、农机、工程机械、舰船、机车、坦克装甲车等军用车辆中，内燃机牢牢保持了最佳原动机的地位，占有绝对优势。自从19世纪末期，汽油机和柴油机的问世直到今天，内燃机改变了人类生活的方方面面，成为了推动现代工业文明发展的强大引擎。
21世纪，人类将面临传统能源逐渐枯竭、用尽的局面，寻找新的能源已经成为亟待解决的世界难题。目前大多新能源汽车及动力装置仍然直接或间接应用传统能源，还依赖于新能源技术的突破。新能源必须具备清洁、可持续这两个条件。第三代太阳能电池和核聚变技术的突破，人类将彻底摆脱能源困境。据预测这两项技术的突破还需要50到100年时间。本世纪内燃机的作用和地位无法替代，而且仍将是人类赖以生存的主要技术。下个百年是新能源的世纪，内燃机也将会是主要的动力装置之一。
世界石油资源现状
《世界能源展望》报告中显示，世界能源体系正面临着抉择。保障可靠的、廉价的能源供应，实现向低碳、高效、环保的能源供应体系的迅速转变，是当前面临的两大能源挑战。能否成功解决这两个问题，将决定人类社会未来能否实现繁荣。
内燃机的主要燃料来源于石油。因此石油资源是内燃机工业赖以存在和发展的基础。目前中国石油进口依赖度已达50%，而中国内燃机的石油消费量占石油总消费量的2/3以上。持续快速增长的石油需求，迫使人们不断探寻现有的石油储量和其他代用能源。
目前全球原油剩余探明储量近13000亿桶。石油探明储量自1980年以来几乎翻了一番。按照现在的开采速度计算，可供全世界50年左右的石油消耗。由于不断增加的勘探活动以及勘探技术的不断进步，平均每年发现的石油储量自2000年起高于上世纪90年代水平，但是石油产量仍然持续超过新发现的油田储量。这些现象警示人们：石油(和天然气)资源始终是有限的。
传统能源的现状
20世纪70年代世界经历了二次石油危机，世界石油消费量却没有丝毫减少的趋势。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。同时，核能、风能、水力、太阳能等其他形式的新能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能源并存的能源结构格局。
能源按照其形成条件分为二大类：一类是没有经过加工改变其性质和转换的能源，称之为一次能源，包括石油、煤炭、天然气、生物质能。另一类是由一次能源经过加工、转换成另一种形式的能源，称之为二次能源，包括汽油、柴油、电能、氢气等。
在世界能源消费中，石油是最重要的能源，现在还没有一种能源能取代石油。目前全球原油消费占能源消费的比重为38%。石油的应用技术已非常成熟，但资源有限，而且不可再生。
煤炭是18世纪以来人类使用的主要能源之一。虽然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相当长的一段时间内，由于石油的日渐枯竭，煤炭储量相对较大，加之煤炭汽化、液化等新技术的出现，煤炭已经成为人类生产生活中无法替代的能源之一，中国煤炭消耗中56%用于发电。据BP公司资料显示，煤炭的现有储量可供人类使用120多年。
天然气不仅在价格，而且在可开采年限方面具有优具有自主知识产权的电控共轨燃油系统势。本世纪将会出现大规模商业化推广应用汽车代用燃料的浪潮，天然气是主要的代用燃料之一。据预测，天然气的现有储量可供人类使用60年以上。
生物质能，包括厌氧发酵技术、直接燃烧、气化技术等，主要应用于农村。生物质能作为农村的一种补充能源，对于充分利用农、林业的废弃物和改善环境污染等具有积极意义。
二次能源中汽油应用非常广泛，用于汽车、摩托车、快艇、直升飞机、农用飞机等。柴油的应用也非常广泛，主要用作柴油机的燃料，应用于汽车、装甲车、坦克车等军用车辆以及轮船、机车、农机、发电机、工程机械、火力发电等。煤油也是石油产品之一，主要用于航空、动力及照明。
二甲醚在汽车上的使用处于研究阶段。作为汽车燃料推广，目前还存在标准问题，由于国内没有对二甲醚车用燃料质量和品质的约束，会影响在汽车上的使用。甲醇一般可通过煤或天然气作原料生产。未来的应用主要取决于汽车对甲醇燃料适用性。
甲醇和汽油具有一定互换性，可以与90号以上普通汽油交叉使用。甲醇汽车的推广必须和燃料供给设备的普及相适应。乙醇性质接近汽油，辛烷值高，是提高汽油辛烷值的优良添加剂，世界各国都首先在汽油机上应用乙醇燃料。但在乙醇的生产过程中，由于需要消耗能量，故只能在有限范围内减轻对石油的依赖性。
中国生物燃料，主要是生物柴油，其总体生产规模不大，目前生产能力2～4万吨/年左右，而且发展生物柴油很可能占用其它用地。生物柴油原料有限，其生产(包括采收、贮运)与使用过程中的一些技术问题还要切实解决。
液化石油气(LPG)汽车尾气中的NOx、PM(固体颗粒)排放低，工作噪音小，且更重要的是LPG建站费用是CNG的1/8～1/6，价格大约是汽油的1/6。因此，LPG曾成为上世纪极受关注的汽车代用燃料。但是，其资源随石油而减少，且常用作炊事民用，故限制了它在汽车上的大量应用。
电能是一种二次能源，主要是通过消耗煤、石油等一次能源得来。我国燃煤和燃油发电厂的二氧化硫排放占到全国总排放量的50%以上，火力发电用水约占工业用水的40%。烟尘排放量占全国排放量的20%，产生的灰渣占全国的70%。是造成酸雨污染的主要原因之一，造成环境质量下降、建筑物毁坏、农作物减产、影响人体健康。中国二氧化硫的年总排放量已超过2500万吨，造成1/3的国土遭受酸雨污染，每年经济损失达到1000亿元以上，直接威胁13亿人口和18亿亩耕地的安全。
与石化能源的利用相比，氢在燃烧或在燃料电池产生电能的反应后不会排放导致全球变暖的二氧化碳气体，而只有无污染的水。但是，目前人们主要通过甲烷来获得氢气，利用这种方法在产生氢气的过程中却也向大气排放了二氧化碳;采用电解水的方式获得氢气，仍需要消耗大量化石燃料发出的电力。因此，人类温室效应气体的排放并没有减少，目前的氢能源仍然难以证明完全是清洁、绿色的燃料。
新能源的特点和利用情况
随着煤、石油、天然气的枯竭，传统能源的主要地位将会消亡，因此，寻找新能源已是国际社会的当务之急，新能源资源必须蕴量丰富，使用必须足够安全、清洁。
相对于传统能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。从目前的预期来看，有可能成为未来新能源的有：太阳能、核能、风能、水能、潮汐、地热等能源。由于这些能源利用技术上还存在很多问题，因此在未来相当长时间内，这些能源的利用技术还需要大量的投入和开发。
太阳能发电装置;其主要技术原理是使用太阳能电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能。目前商品化的太阳能电池主要可分为：单结晶硅太阳电池(Singlecrystal)、多结晶硅太阳电池(Polycrystal)、非结晶硅太阳电池(Amorphous)等三大类。结晶硅型属于第1代太阳能电池，非晶硅等薄膜太阳能电池属于第2代太阳能电池。诺贝尔奖获得者马丁·格林正在研究第3代太阳能电池，该电池以薄膜为主，有非常高的转换效率(74%)，低成本，无毒，高效，但离商品化还有距离。
目前商品化的太阳能电池中晶硅型太阳能电池占80%以上。制造晶硅型太阳能电池所消耗的能量需要花7年以上时间才能收回(能源回收期EBIT为7年)。在生产晶硅的过程当中，需要加热至1900℃;接下来的晶圆制造也需要额外加热至1400℃。这些工序都牵涉极其耗能的工序。制造这些太阳能电池装置需要大量的能耗而且会带来巨大的污染。许多西方发达国家大量采购太阳能装置，相当于进口能源，却把高能耗和污染的问题转移给发展中国家。
核能的获取有两种途径：核裂变和核聚变。裂变反应指铀-235等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。核聚变反应聚变时则由较轻的原子核(氘和氚)聚合成较重的较重的原子核(氦)而释出能量。目前的核电站采用的就是核裂变的原理制成的。全世界目前共有438座核反应堆在运行，占世界总发电量份额约为17%。核裂变燃料———铀在陆地上的储量并不丰富，总量不超过500万吨，按目前的消耗量，仅够人类使用几十年。但铀废料的放射性污染问题是令人担忧的。据国际原子能机构近年公布的有关核废料资料披露，20世纪全球400余座核电站共产生了19万吨核废料———钚239，这些核废料的半衰期长达2万多年。这对人类是一个极大的潜在威胁。
核聚变资源极其丰富，预计可供人类使用几百亿年。核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，是一种真正清洁、安全、可持续的新能源，充满美好前景。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变。国际热核聚变实验堆(ITER)计划投资100亿美元研发经费，该项计划是当今世界规模最大的科学工程和国际科技合作计划之一，吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等世界主要核国家和科技强国共同参与。核聚变技术目前尚处于研究阶段，距离商用至少需要50年，甚至上百年以上的时间。其他比较重要的自然能源还有：风能、水能、潮汐、地热。
风能的技术原理是用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力。在生态上，容易干扰昆虫和鸟类，且由于风车吸聚了大量的风，还可能改变区域气候。风力发电还存在的一些使用方面的问题，比如风力有间歇性，占地面积大;运行会发出庞大的噪音。
水电是一种清洁能源，似乎同生态问题无关。但是，水力发电的问题已经开始被人们认识。由于大江大河上游兴建大坝后，下游的三角洲没有了大量泥沙淤积，使得海水开始向三角洲逼近，整个三角洲的迎海面会发生坍塌。面积将逐渐萎缩，这个问题已经出现在黄河三角洲。另外被水库淹没的森林、土壤和其它腐烂的有机物会大量消耗水中的氧气，产生二氧化碳和沼气，增加了温室效应的危险性。现有的水力发电技术，还需要进一步提升，使得水电成为真正的新能源。
潮汐运动中蕴藏着巨大的能量。潮汐能的大小与水体大小及潮差大小有关。实验表明，潮汐能量和海面潮汐的面积及潮差高度的平方成正比。目前，利用潮汐发电是开发利用潮汐的主要方向。潮汐发电存在出力具有间歇性，利用率低，给用户带来不便。
地热是来自地球内部的一种能量资源。作为地热资源的概念，它也和其它矿产资源一样，有数量和品位的问题。就全球来说，地热资源的分布是不平衡的。另外，随着从自然界释放出来的蒸汽量的增加，重金属的释放也增加，容易导致环境污染。
太阳能、核能、自然能源这些新能源都具有非常广阔的应用前景，但目前在应用技术上还有待于进一步提升和突破。随着科技的不断进步，相信在不远的将来，人类能够克服这些新能源的各种弊端，利用这些新能源造福世界。
目前人类能够探测到的地球表面以下最深距离为11200米，该记录由苏联在冷战时期创造，至今未被打破。至于在这之下是否存在新的资源和能源?人类无法得知。从矿产资源和新能源的勘探科技来看，地球必定还存在大量的未知资源有待开发，我们所发现和掌握的新能源还仅仅只只是冰山一角。
新能源汽车发展面临的机遇与挑战
有资料表明，汽车每年约消耗中国汽油总产量的90%左右，柴油总产量的1/3以上。中国汽车工业的发展速度远远超过外界的预期，寻找新的替代能源解决当前的能源短缺问题和能源安全问题，已经成为摆在中国汽车工业面前的一道难题。
除了大力发展节能技术，提高现有车辆燃油效率这条节流之路，大力发展新能源汽车，已成为中国汽车产业未来发展的重要方向之一。目前在发展新能源汽车方面，存在一些认识误区。一些人单纯认为，新能源就是清洁能源，排放一定比汽油车和柴油车低，新能源汽车的替代燃料一定比汽油、柴油更环保，二氧化碳排放更低。在描述新能源汽车美好前景的时候，会有意无意地把传统汽车和新能源汽车对立起来。目前社会上炒得比较热，议论比较多的车用新能源有燃料电池汽车和电动车。
燃料电池可以把燃料的化学能直接转变为电能，而不受卡诺热机效率的限制。鉴于其高能量转换效率、操作方便、对环境低污染的特点，近半个世纪来特别是近十年来世界各国普遍重视并大力投入研制开发。燃料电池种类较多，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前燃料电池汽车中普遍采用的技术。PEMFC燃料电池汽车需要贵金属铂(Pt)作为电极催化剂，全球Pt的供应能力有限。PEMFC需要消耗氢气。氢气不是一次能源，更不是“新能源”。现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料;加之储运、供应等环节成本特高，对环境具有额外的污染排放压力，这就抵消了排放产物仅仅是H2O这一优点。因此目前的燃料电池汽车并不是真正意义上的新能源汽车还要同时考虑其他人们关注的指标。
目前国际公认固体氧化物燃料电池(SOFC)具有更突出优点，称之为第四代燃料电池。SOFC的优点是不用催化剂而直接使用天然气为原料，电池效率较高。因此，它是未来大规模清洁发电站的优选对象，缺点是1000℃高温下材料较难解决，目前人们也在研究800℃左右的中温SOFC。
目前的电动车同样存在几个方面的技术问题。电池的能量密度低，与汽油相比，电池的能量密度相差近百倍。能量密度低，再加上电池组过重，使得电动汽车的续航里程短。电池组的价格昂贵，且正常的充电时间至少需要几个小时，对使用者而言很不方便，难以广泛普及应用。废旧电池含有汞、铅、镉、镍等重金属及酸、碱等电解质溶液，对人体及生态环境有不同程度的危害。由于电池污染具有周期长、隐蔽性大等特点，其潜在危害相当严重，处理不当还会造成二次污染。
以上这些“新能源汽车”的能源从哪里来?它们并不是一次能源，还是要用电或传统能源来转换。电从哪里来?主要来源于火力发电(烧煤、烧油)。这并没有解决能源的问题。火电厂会带来很大的污染。内燃机的排放控制水平在不断提高，发达国家现在实施的欧5、欧6和未来更高水平的汽车尾气排放标准，已经非常清洁。现有技术无法处理火电厂的排放，其中含有大量二氧化硫及颗粒，是造成酸雨污染的主要原因。
火电厂能量利用效率不如内燃机高。同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率远远不如经过精炼变为汽油、柴油，再经汽油机、柴油机驱动汽车高。中国目前的电力结构主要以火电为主。火力发电约占全国总发电量的70%以上。而火力发电主要燃料为煤、油和天然气。从热效率来分析，中国大多数火力发电厂的热效率在27%到33%之间。而采用电控共轨、缸内汽油直喷、均质混合气压燃(HCCI)、混合动力等技术的内燃机其热效率可以达到50%。
从节能减排的角度来看，目前有些开发或投入应用的燃料电池汽车和电动汽车只是运用了障眼法，把能耗和污染的问题转嫁到了上游产业。燃料电池汽车和电动汽车本身虽然清洁了，但转移了整个产业链的污染和能耗。因此，以目前的技术来分析，无论是燃料电池汽车、还是纯电动汽车，都还存在很大的能源利用战略方向性问题。如果整个国家都一窝蜂搞所谓的新能源汽车，而忽视传统的内燃机节能减排对改善中国能源利用的巨大价值，这将是一个很大的战略方向上的错误。
如果忽视了传统能源的技术进步和优化，盲目地在新能源的道路上飞奔，这将陷入一个巨大的投资上的无底洞，甚至会丧失我们这么多年来在汽车和内燃机工业上积累的成果，在技术上被发达国家再次远远甩在后面。
可燃冰———内燃机的新能源
人类目前可以使用的化石燃料足以支撑人类未来50年以上的使用。一方面，人类在不断探索新的化石能源，另一方面，由于可燃冰(学名：天然气水合物)的出现，使得内燃机的使用寿命可以延长上千年。
可燃冰是一种被称为天然气水合物的新型矿物，在低温、高压条件下，由碳氢化合物与水分子组成的冰态固体物质。其能量密度高，杂质少，燃烧后几乎无污染，矿层厚，规模大，分布广，资源丰富。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约占海洋总面积的10%，相当于4000万平方公里，是迄今为止海底最具价值的矿产资源，足够人类使用1000年。在世界油气资源逐渐枯竭的情况下，可燃冰的发现又为人类带来新的希望。
目前世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。1960年，苏联在西伯利亚发现了第1个可燃冰气藏，并于1969年投入开发，采气14年，总采气50.17亿m3。美国于1969年开始实施可燃冰调查。1998年，把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计划到2015年进行商业性试开采。日本关注可燃冰是在1992年，目前，已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价，钻探了7口探井，圈定了12块矿集区，并成功取得可燃冰样本。它的目标是在2010年以后进行商业性试开采。
2009年9月25日，中国在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获天然气水合物实物样品，中国成为世界上第1个在中低纬度冻土区发现天然气水合物的国家，也是继加拿大、美国之后，在陆域通过钻探获得天然气水合物样品的第3个国家。据科学家粗略估算，中国天然气水合物远景资源量，至少有350亿吨油当量(标准油热值)。
开采可燃冰主要面临着以下难题：第一，可能导致大量温室气体排放污染环境。第二，特殊的存在条件极有可能引发地质灾害。第三，目前技术条件下开采成本过于高昂。这些已经成为人类大规模开发利用可燃冰面临的障碍。不过，随着技术进步和科学发展，相信这些问题都能得到很好解决。按照当前可燃冰的理论储量，一旦可燃冰进入大规模的开发利用，将有助于把全人类的能源危机延后上千年。
内燃机面临难得历史发展机遇
进入21世纪，电子技术和先进制造技术的突飞猛进使得全电控、智能化内燃机成为可能。电控可变电磁气门、可变进排气管、可变增压器、高压共轨电控燃油喷射技术、电控排放后处理技术、电子变速器、混合动力等新技术不断实现，内燃机已经成为信息技术应用的最佳载体和尖端技术的典型代表，持续推动现代工业的科技进步。
内燃机排放是当前内燃机行业发展中最为主要的内容，为解决内燃机的排放，国内外已相继推出了各种有效的排放措施并取得了一定的成效，目前采用较多的措施包括排气后处理技术、新型燃烧技术等。随着新型技术的不断出现，相信还将会不断推出更为有效的排放技术。
此外，国际和国内的内燃机行业在燃油喷射技术和排放处理技术上对内燃机的发展还将有较大的突破和发展外，还将对内燃机的结构、性能和降耗等有更高的要求，尤其强调进行发动机升功率的提升，特别对于柴油机的升功率，而提升升功率一般都建在原发动机的基础上进行有效改进和挖潜。就我国的现有柴油机，特别是车用小型柴油机，与国外同类机型相比，大部份机型可以具有30%的提升余地。这就要求内燃机本身技术潜能和结构特征等要得到不断的提高，也进一步起到节能降耗的作用。
提高内燃机技术并不断开发产生新型内燃机动力以及充分挖掘应用各种新型燃料，是国际内燃机行业最为关注的发展方向，今后内燃机的发展较多的是倾向于新技术的提高和新能源的应用，也是柴油机新技术和新能源相结合所能产生的最新型可用产品，内燃机行业新技术和新能源的发展对世界内燃机行业提出了一个更高的要求，也是对世界内燃机的发展提出了更大的挑战，尤其对我国内燃机的发展提供了加快发展和缩小与国外差距的机遇。
结论20世纪内燃机的出现使人类进入了动力机械时代，脱离了手工人力。由此，也推动了人类工业文明的发展。21世纪，内燃机持续发展，进入电子信息技术时代，全电控、智能化内燃机成为了新的发展方向，其主流动力地位不可动摇。22世纪，随着“新能源”世纪的到来，第三代太阳能电池技术和核聚变技术的突破，将彻底解决人类能源的后顾之忧。由于这两项技术的突破，尚需五十甚至上百年时间。内燃机仍将担负起重要历史使命，因为可燃冰作为一种内燃机的新型能源，能够将内燃机的生命周期延长至上千年。
因此，提高我国的内燃机技术水平，发展内燃机工业具有十分重要的政治、军事和经济上的作用。我们除了尽一切努力，缩小和世界先进水平的差距，迎头赶上之外，别无选择。(中国第一汽车集团公司技术中心副主任、无锡油泵油嘴研究所所长 朱剑明)
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