10中国工程科技论坛:内燃机节能减排技术发展战略 新体系,促进了产业结构优化升级,正在走上创新驱动、内生增长的发展轨道。 在全国深入开展党的群众路线教育实践活动之际,我们组织院士、专家再一次齐 聚天津开展学术交流,既“接地气”,也“引方向”。今后,我院将进一步深化双方 科技合作,为天津的科学发展、建设“美丽天津”做出新的更大的贡献。 2013年2月17日,国务院办公厅发布了《关于加强内燃机工业节能减排的 意见》,对整个内燃机行业提出节能减排要求,对能耗及废弃物排放提出明确标 准:到2015年,节能型内燃机产品要占到总保有量的60%,与2010年相比,燃油 消耗率降低6%~10%,实现节约商品燃油2000万t;减少CO2排放6200万t,减 少NO排放10%,采用替代燃料节约商品燃油1500万t。该意见还对乘运车用 发动机、各类汽油机和柴油机等重点领域提出具体任务,部署了六大重点工程, 提出了5项政策措施。2013年9月10日国务院发布的《大气污染防治行动计 划》中,提出“加强机动车环保管理”、“加快推进低速汽车升级换代”都与内燃机 的节能减排密切相关。中国工程院非常重视我国内燃机工业的发展,先后开展 了一系列以内燃机为对象的战略咨询项目研究和学术交流活动,为我国内燃机 行业发展向国家提供了科学决策依据。中国工程院主办这次论坛将进一步为贯 彻国家《关于加强内燃机工业节能减排的意见》和《大气污染防治行动计划》提 供正能量。由著名学者史绍熙于1952年创建的天津大学内燃机专业,历经60 余年的建设与发展,教学、科研硕果累累,培养人才成千上万,拥有我国内燃机行 业唯一的国家重点实验室,在节能、清洁、智能化内燃机新技术、内燃机新能源的 研发上具有很高水平。由天津大学和中国工程院能源与矿业工程学部及中国内 燃机工业协会、中国内燃机学会共同承办的本次论坛以“内燃机节能减排、绿色 制造、技术创新、热效率提升以及石油燃料与替代”为主题,采取“产、学、研、用” 相结合的学术交流模式,拟在我国内燃机节能减排、技术创新战略与方向上进行 深入交流和探讨,必将促进具有指导意义的提高内燃机热效率总体技术路线的 形成,必将推动内燃机节能减排的基础研究、先进技术和产品研发的多层面协同 创新,必将对压燃式内燃机高压燃油喷射系统和点燃式内燃机缸内直喷燃油系 统的开发,内燃机高效增压系统、节能节材型小缸径多缸柴油机、替代燃料内燃 机的应用以及船舶柴油机能量综合利用的示范工程产生重要的推进作用。 我本人对内燃机知之甚少,但对其燃料略知一二。近来我在考虑两个问题。 是内燃机新技术对大气污染治理的作用。有研究表明,机动车尾气的排放物 是北京地区PM2.5的最大来源,占22%,此外还排放了全市58%的氮氧化物和 40%的挥发性有机物。显然,油品质量是影响机动车尾气排放的重要因素。但 这是在北京油品质量已升级至第五阶段后的数据。与使用油品质量差不多,但 机动车保有量远比北京(520万辆)多的伦敦(700万辆)、纽约(800万辆)相比
新体系，促进了产业结构优化升级，正在走上创新驱动、内生增长的发展轨道。 在全国深入开展党的群众路线教育实践活动之际，我们组织院士、专家再一次齐 聚天津开展学术交流，既“接地气”，也“引方向”。今后，我院将进一步深化双方 科技合作，为天津的科学发展、建设“美丽天津”做出新的更大的贡献。 ２０１３年 ２月 １７日，国务院办公厅发布了《关于加强内燃机工业节能减排的 意见》，对整个内燃机行业提出节能减排要求，对能耗及废弃物排放提出明确标 准：到 ２０１５年，节能型内燃机产品要占到总保有量的 ６０％，与 ２０１０年相比，燃油 消耗率降低 ６％ ～１０％，实现节约商品燃油 ２０００万 ｔ；减少 ＣＯ２ 排放 ６２００万 ｔ，减 少 ＮＯｘ排放 １０％，采用替代燃料节约商品燃油 １５００万 ｔ。该意见还对乘运车用 发动机、各类汽油机和柴油机等重点领域提出具体任务，部署了六大重点工程， 提出了 ５项政策措施。２０１３年 ９月 １０日国务院发布的《大气污染防治行动计 划》中，提出“加强机动车环保管理”、“加快推进低速汽车升级换代”都与内燃机 的节能减排密切相关。中国工程院非常重视我国内燃机工业的发展，先后开展 了一系列以内燃机为对象的战略咨询项目研究和学术交流活动，为我国内燃机 行业发展向国家提供了科学决策依据。中国工程院主办这次论坛将进一步为贯 彻国家《关于加强内燃机工业节能减排的意见》和《大气污染防治行动计划》提 供正能量。由著名学者史绍熙于 １９５２年创建的天津大学内燃机专业，历经 ６０ 余年的建设与发展，教学、科研硕果累累，培养人才成千上万，拥有我国内燃机行 业唯一的国家重点实验室，在节能、清洁、智能化内燃机新技术、内燃机新能源的 研发上具有很高水平。由天津大学和中国工程院能源与矿业工程学部及中国内 燃机工业协会、中国内燃机学会共同承办的本次论坛以“内燃机节能减排、绿色 制造、技术创新、热效率提升以及石油燃料与替代”为主题，采取“产、学、研、用” 相结合的学术交流模式，拟在我国内燃机节能减排、技术创新战略与方向上进行 深入交流和探讨，必将促进具有指导意义的提高内燃机热效率总体技术路线的 形成，必将推动内燃机节能减排的基础研究、先进技术和产品研发的多层面协同 创新，必将对压燃式内燃机高压燃油喷射系统和点燃式内燃机缸内直喷燃油系 统的开发，内燃机高效增压系统、节能节材型小缸径多缸柴油机、替代燃料内燃 机的应用以及船舶柴油机能量综合利用的示范工程产生重要的推进作用。 我本人对内燃机知之甚少，但对其燃料略知一二。近来我在考虑两个问题。 一是内燃机新技术对大气污染治理的作用。有研究表明，机动车尾气的排放物 是北京地区 ＰＭ２５的最大来源，占 ２２％，此外还排放了全市 ５８％的氮氧化物和 ４０％的挥发性有机物。显然，油品质量是影响机动车尾气排放的重要因素。但 这是在北京油品质量已升级至第五阶段后的数据。与使用油品质量差不多，但 机动车保有量远比北京（５２０万辆）多的伦敦（７００万辆）、纽约（８００万辆）相比， １０ 中国工程科技论坛：内燃机节能减排技术发展战略
提高能效降低排放重视替代燃料促进产业发展11 北京的PM2.5数值竟是后两者的18~60倍。除油品质量外,车用内燃机是否 也是关键因素?显然是,因为内燃机尾气排放水平是内燃机技术水平的重要标 志。苏万华院士团队发明的“高混合率燃烧技术”、根据“柴油机混合率与化学 反应率协同控制理论”开发的相关工程化技术就是佐证。同时这也说明,内燃机 燃烧学基础研究的至关重要性。 另一个问题是关于替代燃料的推广应用。我国石油的对外依存度已近 60%,从国家能源安全战略考虑,应高度重视甲醇燃料的推广。甲醇是低碳燃 料,分子中只含1个C原子,而汽油分子是6~11个C原子,柴油分子是12~16 个C原子,因此甲醇的CO,、CH,排放少;甲醇分子中氧占50%,而汽柴油分子中 不含氧,因此,汽柴油排放的NO,远多于甲醇。还有研究表明,使用M85以上甲 醇燃料替代汽柴油,PM2.5还可减少72%~83%。史绍熙院士早在1980年就在 我国首先进行了柴油机燃用甲醇的研究,1988年在492Q型汽油机上进行了燃 用MIo0的研究并使热效率比原机大大提高。开发推广先进的汽油/甲醇双燃 料点燃式内燃杋、柴油/甲醇双燃料压燃式内燃机以及纯替代燃料内燃机必将大 大促进替代燃料在我国的推广应用。上面这两个问题,也算是针对本次论坛主 题的一个简短发言,仅供参考,请诸位专家批评指正。 希望各位院士、专家在论坛中充分交流,激发思想的火花,引领学术发展的 方向。预祝本次工程科技论坛取得圆满成功!
北京的 ＰＭ２５数值竟是后两者的 １８～６０倍。除油品质量外，车用内燃机是否 也是关键因素？显然是，因为内燃机尾气排放水平是内燃机技术水平的重要标 志。苏万华院士团队发明的“高混合率燃烧技术”、根据“柴油机混合率与化学 反应率协同控制理论”开发的相关工程化技术就是佐证。同时这也说明，内燃机 燃烧学基础研究的至关重要性。 另一个问题是关于替代燃料的推 广 应 用。我 国 石 油 的 对 外 依 存 度 已 近 ６０％，从国家能源安全战略考虑，应高度重视甲醇燃料的推广。甲醇是低碳燃 料，分子中只含 １个 Ｃ原子，而汽油分子是 ６～１１个 Ｃ原子，柴油分子是 １２～１６ 个 Ｃ原子，因此甲醇的 ＣＯｘ、ＣＨｘ排放少；甲醇分子中氧占 ５０％，而汽柴油分子中 不含氧，因此，汽柴油排放的 ＮＯｘ远多于甲醇。还有研究表明，使用 Ｍ８５以上甲 醇燃料替代汽柴油，ＰＭ２５还可减少 ７２％ ～８３％。史绍熙院士早在 １９８０年就在 我国首先进行了柴油机燃用甲醇的研究，１９８８年在 ４９２Ｑ型汽油机上进行了燃 用 Ｍ１００的研究并使热效率比原机大大提高。开发推广先进的汽油 ／甲醇双燃 料点燃式内燃机、柴油 ／甲醇双燃料压燃式内燃机以及纯替代燃料内燃机必将大 大促进替代燃料在我国的推广应用。上面这两个问题，也算是针对本次论坛主 题的一个简短发言，仅供参考，请诸位专家批评指正。 希望各位院士、专家在论坛中充分交流，激发思想的火花，引领学术发展的 方向。预祝本次工程科技论坛取得圆满成功！ 提高能效 降低排放 重视替代燃料 促进产业发展 １１
第三部分 主题报告及报告人简介
第三部分 主题报告及报告人简介
内燃机工业节能减排的现状、问题和建议15 内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 邢敏等 中国内燃机工业协会 摘要:内燃机是国民经济建设和国防安全中最关键的动力装备,在国民经济 发展和国防安全中具有举足轻重的地位。内燃机将燃料的化学能通过燃烧转化 为动力,因此能源供应是内燃机的命脉。伴随着经济社会的迅猛发展过程中,由 于人类过分追求发展所带来的满足和发展的速度而忽视或淡薄了其所带来的负 面效应,导致气候变化恶劣,资源减少,给人类生活带来严重影响。 关键词:内燃机;节能减排;能源;资源减少;气候恶劣 内燃机是交通运输、工程机械、农业机械、渔业船舶、国防装备的主导动力 设备,内燃机工业是重要的基础产业。”①我国已成为世界内燃机制造大国。内 燃机产品的广泛应用和制造产业的持续发展,对保障国家安全和国民经济健康 运行至关重要。 内燃机使用量大、范围广、热效率高,是目前人类所能掌握的热效率最高的 移动动力机械。内燃机发展面临节能、减排的巨大挑战。能源消耗方面,2012 年,我国石油进口依存度达57%,而内燃机石油消耗约占全国总消耗量的2/3 是名副其实的用油大户;环保方面,内燃机废气污染占我国绝大多数城市非供暖 季大气污染的50%以上,是城市最主要的大气污染源。“为保障能源安全,实现 可持续发展,我国内燃机必须从传统产业跨入到高新技术产业,从资源消耗型向 环保节约型转变。” 从能源发展趋势和国内外内燃机市场需求看:未来几十年,以化石能源为燃 料的内燃机仍然是各种机械装备的主导动力;控制燃油消耗和二氧化碳排放及 其他污染物排放已成为全球内燃机产业发展的重要趋势,成为全球内燃机产业 应对气候变化、保障能源安全的国际共识,实现向能源节约型增长方式的转变已 成为当务之急! ①中华人民共和国国务院办公厅.关于加强内燃机工业节能减排的意见.2013
内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 邢 敏 等 中国内燃机工业协会 摘要：内燃机是国民经济建设和国防安全中最关键的动力装备，在国民经济 发展和国防安全中具有举足轻重的地位。内燃机将燃料的化学能通过燃烧转化 为动力，因此能源供应是内燃机的命脉。伴随着经济社会的迅猛发展过程中，由 于人类过分追求发展所带来的满足和发展的速度而忽视或淡薄了其所带来的负 面效应，导致气候变化恶劣，资源减少，给人类生活带来严重影响。 关键词：内燃机；节能减排；能源；资源减少；气候恶劣 “内燃机是交通运输、工程机械、农业机械、渔业船舶、国防装备的主导动力 设备，内燃机工业是重要的基础产业。”① 我国已成为世界内燃机制造大国。内 燃机产品的广泛应用和制造产业的持续发展，对保障国家安全和国民经济健康 运行至关重要。 内燃机使用量大、范围广、热效率高，是目前人类所能掌握的热效率最高的 移动动力机械。内燃机发展面临节能、减排的巨大挑战。能源消耗方面，２０１２ 年，我国石油进口依存度达 ５７％，而内燃机石油消耗约占全国总消耗量的 ２／３， 是名副其实的用油大户；环保方面，内燃机废气污染占我国绝大多数城市非供暖 季大气污染的 ５０％以上，是城市最主要的大气污染源。“为保障能源安全，实现 可持续发展，我国内燃机必须从传统产业跨入到高新技术产业，从资源消耗型向 环保节约型转变。” 从能源发展趋势和国内外内燃机市场需求看：未来几十年，以化石能源为燃 料的内燃机仍然是各种机械装备的主导动力；控制燃油消耗和二氧化碳排放及 其他污染物排放已成为全球内燃机产业发展的重要趋势，成为全球内燃机产业 应对气候变化、保障能源安全的国际共识，实现向能源节约型增长方式的转变已 成为当务之急！ 内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 １５ ① 中华人民共和国国务院办公厅 关于加强内燃机工业节能减排的意见 ２０１３
16中国工程科技论坛:内燃机节能减排技术发展战略 中国内燃机工业现状 2012年内燃机工业总产值为3700亿元,产品产量为7700万台,总功率为 15亿kW,已成为世界内燃机制造大国。截至2012年12月底,我国内燃机产品 社会保有量为3亿台①。内燃机是各种机械产品的动力源。2012年,我国以乘 用车、商用车为主导的车用动力占世界31%,工程机械(推土机、挖掘机、装载 机、叉车等)占世界40%,农业机械(拖拉机、联合收获/收割机等)占世界47%, 小型通用机占世界40%,摩托车占世界31%。我国成为内燃机制造大国后,通 过深层次的改革和调整,已开始进入量的发展转向质的提升阶段。产业结构调 整、产品更新换代取得进展。经过调整,企业优化资源配置产业集中度大大提 高,同时,产业结构、市场结构、自主品牌均发生了实质性变化。 1)全行业以国家出台实施的各类节能减排法规为目标,结合国外先进技术 自主研制开发了一大批为汽车、摩托车、工程机械、农业机械、船舶、铁道内燃机 车、内燃发电设备、石油钻机和国防装备等配套的新一代先进发动机产品。 2)围绕节能减排,产品调整成果显著。进入21世纪后,内燃机行业进人自 主创新发展时期,这是新产品和新技术开发方面最好的时期;以我为主、引进消 化吸收再创新和集成创新正在成为内燃机工业技术创新的主流,以关键总成的 技术进步、自主开发经营为主导形式。 在轿车发动机领域,技术开发以引进消化吸收再创新为主,轿车发动机领域 的自主品牌产品占总量的30%,在商用车柴油机领域,已形成以我为主、集成创 新的主导开发模式,根据整车比例,自主品牌柴油机市场份额已占国内市场的 80%以上。 3)中国内燃机工业在不断扩大市场规模的同时,加快了在技术和环保法规 方面与国际接轨的进程。 4)产学研结合的科技创新体系不断完善。全行业重点企业已建成基本覆 盖内燃机工业主要行业和重点产品领域、布局合理的国家级工程(技术)研究中 心和重点(工程)实验室。内燃机产业技术创新战略联盟,充分发挥科技进步引 导作用。形成了以企业为中心、引导行业创新的主体力量,为继承相关科技资 源,引导创新要素向企业聚集,支持企业提高自主创新能力,增强产业核心竞争 力搭建平台。 5)推进内燃机工业标准体系建设。内燃机行业现行技术标准共计324项, 其中国家标准111项,行业标准213项,初步建立科学合理的内燃机标准体系, ①中国内燃机工业协会.202年中国内燃机工业发展报告.2013
一、中国内燃机工业现状 ２０１２年内燃机工业总产值为 ３７００亿元，产品产量为 ７７００万台，总功率为 １５亿 ｋＷ，已成为世界内燃机制造大国。截至 ２０１２年 １２月底，我国内燃机产品 社会保有量为 ３亿台①。内燃机是各种机械产品的动力源。２０１２年，我国以乘 用车、商用车为主导的车用动力占世界 ３１％，工程机械（推土机、挖掘机、装载 机、叉车等）占世界 ４０％，农业机械（拖拉机、联合收获 ／收割机等）占世界 ４７％， 小型通用机占世界 ４０％，摩托车占世界 ３１％。我国成为内燃机制造大国后，通 过深层次的改革和调整，已开始进入量的发展转向质的提升阶段。产业结构调 整、产品更新换代取得进展。经过调整，企业优化资源配置产业集中度大大提 高，同时，产业结构、市场结构、自主品牌均发生了实质性变化。 １）全行业以国家出台实施的各类节能减排法规为目标，结合国外先进技术 自主研制开发了一大批为汽车、摩托车、工程机械、农业机械、船舶、铁道内燃机 车、内燃发电设备、石油钻机和国防装备等配套的新一代先进发动机产品。 ２）围绕节能减排，产品调整成果显著。进入 ２１世纪后，内燃机行业进入自 主创新发展时期，这是新产品和新技术开发方面最好的时期；以我为主、引进消 化吸收再创新和集成创新正在成为内燃机工业技术创新的主流，以关键总成的 技术进步、自主开发经营为主导形式。 在轿车发动机领域，技术开发以引进消化吸收再创新为主，轿车发动机领域 的自主品牌产品占总量的 ３０％，在商用车柴油机领域，已形成以我为主、集成创 新的主导开发模式，根据整车比例，自主品牌柴油机市场份额已占国内市场的 ８０％以上。 ３）中国内燃机工业在不断扩大市场规模的同时，加快了在技术和环保法规 方面与国际接轨的进程。 ４）产学研结合的科技创新体系不断完善。全行业重点企业已建成基本覆 盖内燃机工业主要行业和重点产品领域、布局合理的国家级工程（技术）研究中 心和重点（工程）实验室。内燃机产业技术创新战略联盟，充分发挥科技进步引 导作用。形成了以企业为中心、引导行业创新的主体力量，为继承相关科技资 源，引导创新要素向企业聚集，支持企业提高自主创新能力，增强产业核心竞争 力搭建平台。 ５）推进内燃机工业标准体系建设。内燃机行业现行技术标准共计 ３２４项， 其中国家标准 １１１项，行业标准 ２１３项，初步建立科学合理的内燃机标准体系， １６ 中国工程科技论坛：内燃机节能减排技术发展战略 ① 中国内燃机工业协会 ２０１２年中国内燃机工业发展报告 ２０１３