内燃机工业节能减排的现状、问题和建议17 推动内燃机行业节能减排可持续发展①。我国企业拥有国家级技术中心的15 家,占比23%;拥有省级技术中心的24家,占比37%;拥有市级技术中心的8 家,占比12%;拥有企业级技术中心的14家,占比22%。 其中,拥有国家级技术中心的企业,66.67%拥有国家级驰名商标,13.33% 拥有省级驰名商标;拥有省级技术中心的企业,33.33%拥有国家级驰名商标 58.33%拥有省级驰名商标;拥有市级技术中心的企业,12.5%拥有国家级驰名 商标,25%拥有省级驰名商标,50%拥有市级驰名商标2;企业拥有技术中心的情 况与其品牌的影响力有一定的相关性,技术中心级别越高,技术投人越多,品牌 影响力越大 内燃机工业节能减排的现状 我国围绕节能减排,积极开展内燃机的各种基础研究和应用技术研究,促使 内燃机技术达到了一个新的水平。高性能、低消耗、少污染的机型不断开发出 来,投向市场。稀燃技术、快速燃烧系统、分层进气系统、隔热发动机、新型增压 技术的研究逐步得到应用。新材料、代用燃料、高性能润滑油的硏究也广泛开 展,并取得了引人瞩目的成绩。新的设计思想、新的制造技术、先进的实验手段 的产生和应用,使内燃机面目一新。特别是电子技术、信息技术在内燃机上的应 用,将使得内燃机进入一个全新的时代。内燃机电控化使它的运行参数保持最 佳值,使内燃机功率、消耗、排放得到了最佳平衡,使内燃机工业处在一个新技术 发展高潮之中。 1.满足国民经济需求 由于内燃杋行业量大面广,决定了内燃机节能减排在我国节约资源能源、保 护环境过程中的重要作用。 内燃机制造业是先进技术的载体,内燃机的节能减排是一个复杂系统工程, 其实施将有利于推进相关制造业由资源密集型向技术密集型转变,促进产业结 构调整,提高我国制造业总体国际竞争力。 2.确保国家能源安全需要 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。石油资源是内燃机行业赖以生存和发展的基础,对内燃机行业发展起着举 足轻重的作用。内燃机是我国石油消耗的最大主体,同时也是节能减排的最大 主体。2012年,我国消耗商品燃油2.7亿t,其中汽油7738万t,柴油16717万t, ①中国内燃机工业协会.2013年中国内燃机协会工作总结.2013 ②中国内燃机工业协会.内燃机及零部件行业排头兵企业的调查.2013
推动内燃机行业节能减排可持续发展①。我国企业拥有国家级技术中心的 １５ 家，占比 ２３％；拥有省级技术中心的 ２４家，占比 ３７％；拥有市级技术中心的 ８ 家，占比 １２％；拥有企业级技术中心的 １４家，占比 ２２％。 其中，拥有国家级技术中心的企业，６６６７％拥有国家级驰名商标，１３３３％ 拥有省级驰名商标；拥有省级技术中心的企业，３３３３％拥有国家级驰名商标， ５８３３％拥有省级驰名商标；拥有市级技术中心的企业，１２５％拥有国家级驰名 商标，２５％拥有省级驰名商标，５０％拥有市级驰名商标②；企业拥有技术中心的情 况与其品牌的影响力有一定的相关性，技术中心级别越高，技术投入越多，品牌 影响力越大。 二、内燃机工业节能减排的现状 我国围绕节能减排，积极开展内燃机的各种基础研究和应用技术研究，促使 内燃机技术达到了一个新的水平。高性能、低消耗、少污染的机型不断开发出 来，投向市场。稀燃技术、快速燃烧系统、分层进气系统、隔热发动机、新型增压 技术的研究逐步得到应用。新材料、代用燃料、高性能润滑油的研究也广泛开 展，并取得了引人瞩目的成绩。新的设计思想、新的制造技术、先进的实验手段 的产生和应用，使内燃机面目一新。特别是电子技术、信息技术在内燃机上的应 用，将使得内燃机进入一个全新的时代。内燃机电控化使它的运行参数保持最 佳值，使内燃机功率、消耗、排放得到了最佳平衡，使内燃机工业处在一个新技术 发展高潮之中。 １满足国民经济需求 由于内燃机行业量大面广，决定了内燃机节能减排在我国节约资源能源、保 护环境过程中的重要作用。 内燃机制造业是先进技术的载体，内燃机的节能减排是一个复杂系统工程， 其实施将有利于推进相关制造业由资源密集型向技术密集型转变，促进产业结 构调整，提高我国制造业总体国际竞争力。 ２确保国家能源安全需要 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。石油资源是内燃机行业赖以生存和发展的基础，对内燃机行业发展起着举 足轻重的作用。内燃机是我国石油消耗的最大主体，同时也是节能减排的最大 主体。２０１２年，我国消耗商品燃油 ２７亿 ｔ，其中汽油 ７７３８万 ｔ，柴油１６７１７万 ｔ， 内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 １７ ① ② 中国内燃机工业协会 ２０１３年中国内燃机协会工作总结．２０１３ 中国内燃机工业协会 内燃机及零部件行业排头兵企业的调查．２０１３
18中国工程科技论坛:内燃机节能减排技术发展战略 还有润滑油、燃料油,共占我国石油消费总量的59.27%,超过全年进口石油总 量 3.保护环境,应对气候变化 我国二氧化碳排放量已经跃居世界前列。2011年,全国机动车保有量达到 约2.08亿辆。尾气排放已成为我国空气污染的主要来源,是造成灰霾、光化学 烟雾污染的重要原因。中国1/5城市空气污染严重,机动车排放是主因。为减 少空气污染、应对气候变化,各级政府重视节能减排。 2011年,全国机动车排放污染物4607.9万t,比2010年增加3.5%,其中, 氧化碳3467.1万t,氮氧化物637.5万t,碳氢化合物441.3万t,颗粒物62.1 万t。汽车是污染物总量的主要贡献者,其排放的氮氧化物和颗粒物超过90%, 碳氢化合物和一氧化碳超过70%。 2012年,按排放标准分类,全国汽车达到国Ⅳ及以上标准的汽车占汽车总 保有量的5.7%,达国Ⅲ标准的汽车占48.0%,达国Ⅱ标准的汽车占198%,达 国Ⅰ标准的汽车占17.0%,其余9.5%的汽车还达不到国Ⅰ标准。按环保标志 分类,“绿标车”占83.6%,高排放的“黄标车”仍占16.4%。图1所示为2012年 我国机动车污染物排放情况,图2所示为2012年我国分部门人均二氧化碳排放 情况① 颗粒物 氮氧化例62.1 碳氢化合物6375万t 一氧化碳 3467.1万t 13万t 图12012年我国机动车污染物排放情况 4.国家政策要求 国家法规政策:《中华人民共和国节约能源法》;国务院《“十一五”节能减排 综合性工作方案》和《“十二五”节能减排综合性工作方案》;国家发展和改革委 员会《节能中长期专项规划》;国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012 ①中华人民共和国环境保护部.2012年我国机动车污染物排放情况.2013
还有润滑油、燃料油，共占我国石油消费总量的 ５９２７％，超过全年进口石油总 量。 ３保护环境，应对气候变化 我国二氧化碳排放量已经跃居世界前列。２０１１年，全国机动车保有量达到 约 ２０８亿辆。尾气排放已成为我国空气污染的主要来源，是造成灰霾、光化学 烟雾污染的重要原因。中国 １／５城市空气污染严重，机动车排放是主因。为减 少空气污染、应对气候变化，各级政府重视节能减排。 ２０１１年，全国机动车排放污染物 ４６０７９万 ｔ，比 ２０１０年增加 ３５％，其中， 一氧化碳 ３４６７１万 ｔ，氮氧化物 ６３７５万 ｔ，碳氢化合物 ４４１３万 ｔ，颗粒物 ６２１ 万 ｔ。汽车是污染物总量的主要贡献者，其排放的氮氧化物和颗粒物超过 ９０％， 碳氢化合物和一氧化碳超过 ７０％。 ２０１２年，按排放标准分类，全国汽车达到国Ⅳ及以上标准的汽车占汽车总 保有量的 ５７％，达国Ⅲ标准的汽车占 ４８０％，达国Ⅱ标准的汽车占 １９８％，达 国Ⅰ标准的汽车占 １７０％，其余 ９５％的汽车还达不到国Ⅰ标准。按环保标志 分类，“绿标车”占 ８３６％，高排放的“黄标车”仍占 １６４％。图 １所示为 ２０１２年 我国机动车污染物排放情况，图 ２所示为 ２０１２年我国分部门人均二氧化碳排放 情况①。 图 １ ２０１２年我国机动车污染物排放情况 ４国家政策要求 国家法规政策：《中华人民共和国节约能源法》；国务院《“十一五”节能减排 综合性工作方案》和《“十二五”节能减排综合性工作方案》；国家发展和改革委 员会《节能中长期专项规划》；国务院《节能与新能源汽车产业发展规划（２０１２— １８ 中国工程科技论坛：内燃机节能减排技术发展战略 ① 中华人民共和国环境保护部 ２０１２年我国机动车污染物排放情况．２０１３
内燃机工业节能减排的现状、问题和建议19 交通业 其他部 382kg/人 416kg/人 制造业及建筑业 电力以及制热 1734kg/人其他能源工业2659kg/人 205kg/人 图22012年我国分部门人均二氧化碳排放情况 2020年)》;国务院办公厅《关于加强内燃机工业节能减排的意见》;工业和信息 化部《中国内燃机工业“十二五”发展规划》;国务院《大气污染防治行动计划》。 《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中关于开展非道路移动源污染防 冶中提到:推进非道路移动机械和船舶的排放控制。2013年,实施国家第Ⅲ阶 段非道路移动机械排放标准和国家第Ⅰ阶段船用发动机排放标准。在《国家环 境保护标准“十二五”规划》中,提出: )以氮氧化物、颗粒物和挥发性有机污染物排放控制为重点,提高机动车 新车排放控制要求,建立健全非道路机械、船舶、铁路机车排放标准,研究建立有 毒有害污染物和温室气体排放控制标准的可行性; 2)完善在用机动车、非道路机械排放标准和监督管理技术规范,研究建立 重型柴油车、非道路移动机械车载测量排放标准,加强在用车和发动机符合性的 监督管理; 3)加强国际机动车排放技术法规协调,积极跟踪和参与机动车、非道路移 动机械、燃油等技术法规制订,推进机动车排放标准与国际接轨。 内燃机工业节能减排的问题 当前我国内燃机产品的动力性、经济性、环保性等主要指标与国际先进水平 差距较大,具有国际品牌和国际竞争力的制造企业较少,在用的道路车辆及工程 机械、农业机械、船舶和固定机械配套动力,还存在一大批低水平、高耗能产品, 面对我国当前严峻的节能减排形势,加快推进内燃机工业节能减排,提高内燃机 燃油效率和减少二氧化碳排放,对于加快内燃机工业产业升级、保障我国能源安 全和应对气候变化意义重大。 我国产品平均油耗和排放与国外相比有明显差距,当前我国内燃机产品节
图 ２ ２０１２年我国分部门人均二氧化碳排放情况 ２０２０年）》；国务院办公厅《关于加强内燃机工业节能减排的意见》；工业和信息 化部《中国内燃机工业“十二五”发展规划》；国务院《大气污染防治行动计划》。 《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中关于开展非道路移动源污染防 治中提到：推进非道路移动机械和船舶的排放控制。２０１３年，实施国家第Ⅲ阶 段非道路移动机械排放标准和国家第Ⅰ阶段船用发动机排放标准。在《国家环 境保护标准“十二五”规划》中，提出： １）以氮氧化物、颗粒物和挥发性有机污染物排放控制为重点，提高机动车 新车排放控制要求，建立健全非道路机械、船舶、铁路机车排放标准，研究建立有 毒有害污染物和温室气体排放控制标准的可行性； ２）完善在用机动车、非道路机械排放标准和监督管理技术规范，研究建立 重型柴油车、非道路移动机械车载测量排放标准，加强在用车和发动机符合性的 监督管理； ３）加强国际机动车排放技术法规协调，积极跟踪和参与机动车、非道路移 动机械、燃油等技术法规制订，推进机动车排放标准与国际接轨。 三、内燃机工业节能减排的问题 当前我国内燃机产品的动力性、经济性、环保性等主要指标与国际先进水平 差距较大，具有国际品牌和国际竞争力的制造企业较少，在用的道路车辆及工程 机械、农业机械、船舶和固定机械配套动力，还存在一大批低水平、高耗能产品， 面对我国当前严峻的节能减排形势，加快推进内燃机工业节能减排，提高内燃机 燃油效率和减少二氧化碳排放，对于加快内燃机工业产业升级、保障我国能源安 全和应对气候变化意义重大。 我国产品平均油耗和排放与国外相比有明显差距，当前我国内燃机产品节 内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 １９
20中国工程科技论坛:内燃机节能减排技术发展战略 能减排工作还存在着一些突出的问题,表现在以下几个方面。 1.内燃机综合能效水平较低 我国内燃机产品综合能效与国际先进水平相差10%~20%,车用汽油及燃 油消耗相差10%~20%,排放水平相差两个等级;非道路移动机械用多缸柴油机 燃油消耗相差10%~15%,排放水平相差三个等级;船用柴油机综合能效相差 5%,排放水平相差两个等级。内燃机柴油机燃油消耗相差30%,排放水平相差 三个等级。内燃机产品节能共性关键技术缺失,关键零部件基础薄弱,制约内燃 机高效低排的高压共轨、增压、电子控制等相关技术完全依赖进口,核心技术受 制于人,有效提高机械效率的低摩擦技术尚处于起步阶段。我国具有国际品牌 和综合竞争实力的内燃机企业较少,具有国际知名度的潍柴动力股份有限公司 也与美国康明斯公司存在较大差距。 2.先进内燃机节能产品比例较低,高耗能落后产品还占有相当大的比例 在乘用车用汽油机方面,低燃油消耗的产品仅占市场保有量的3%左右 在商用车用柴油机方面,绝大部分产品未能采用高压燃油喷射系统、增压系统, 只是燃油消耗率普遍偏高,轻型商用车用柴油机的这一问题尤为突出。在工程 机械和农业机械用柴油机方面,90%以上属于能耗高、排放高的“两高”产品,特 别是支撑农业生产和市政工程建设的单缸柴油机,因其高耗能、高排放和高耗 材,已被列入我国产业结构限制类产品,然而由于缺少先进产品替代,只能依赖 这些高耗能产品支撑。 3.替代燃料内燃机产品发展正处于起步阶段 我国化石能源紧缺,难以支撑内燃机工业未来的可持续发展。实质性地开 展内燃机燃用替代燃料的应用技术研发,为动力燃料多元化做好技术储备,抢占 制高点,是具有现实和长远意义的战略举措。国内外开展内燃机燃用天然气、生 物柴油和醇醚燃料的研究和应用工作已有数十年的历史,我国在这一领域处于 起步阶段,除天然气(LPG、CNG)在乘用车、中重型商用车发动机得到规模应用 外,其他替代燃料内燃机产品和应用基本属于空白,替代汽油和柴油的甲醇燃料 发动机产品种类少、技术水平低,目前仅在乘用车和商用车上开展试点应用示 范。生物柴油发动机尚处于探索阶段,替代柴油的液化天然气(LNG)发动机在 中重型商用车上处于小规模应用,在船舶上正处于试制阶段。 4.内燃机绿色制造和再制造基础薄弱,技术水平落后 在内燃机绿色制造方面,先进加工工艺和技术、降低制备过程能源消耗、提 高材料利用率、生产自动化等方面与国外先进水平相比存在阶段性差距。与国 际上相比,我国内燃机再制造产业属于初期发展阶段,目前仅在汽车、工程机械 用发动机方面开展了初步工作,农业机械、固定动力装置、铁路机车和船用柴油
能减排工作还存在着一些突出的问题，表现在以下几个方面。 １内燃机综合能效水平较低 我国内燃机产品综合能效与国际先进水平相差 １０％ ～２０％，车用汽油及燃 油消耗相差 １０％ ～２０％，排放水平相差两个等级；非道路移动机械用多缸柴油机 燃油消耗相差 １０％ ～１５％，排放水平相差三个等级；船用柴油机综合能效相差 ５％，排放水平相差两个等级。内燃机柴油机燃油消耗相差 ３０％，排放水平相差 三个等级。内燃机产品节能共性关键技术缺失，关键零部件基础薄弱，制约内燃 机高效低排的高压共轨、增压、电子控制等相关技术完全依赖进口，核心技术受 制于人，有效提高机械效率的低摩擦技术尚处于起步阶段。我国具有国际品牌 和综合竞争实力的内燃机企业较少，具有国际知名度的潍柴动力股份有限公司 也与美国康明斯公司存在较大差距。 ２先进内燃机节能产品比例较低，高耗能落后产品还占有相当大的比例 在乘用车用汽油机方面，低燃油消耗的产品仅占市场保有量的 ３％左右。 在商用车用柴油机方面，绝大部分产品未能采用高压燃油喷射系统、增压系统， 只是燃油消耗率普遍偏高，轻型商用车用柴油机的这一问题尤为突出。在工程 机械和农业机械用柴油机方面，９０％以上属于能耗高、排放高的“两高”产品，特 别是支撑农业生产和市政工程建设的单缸柴油机，因其高耗能、高排放和高耗 材，已被列入我国产业结构限制类产品，然而由于缺少先进产品替代，只能依赖 这些高耗能产品支撑。 ３替代燃料内燃机产品发展正处于起步阶段 我国化石能源紧缺，难以支撑内燃机工业未来的可持续发展。实质性地开 展内燃机燃用替代燃料的应用技术研发，为动力燃料多元化做好技术储备，抢占 制高点，是具有现实和长远意义的战略举措。国内外开展内燃机燃用天然气、生 物柴油和醇醚燃料的研究和应用工作已有数十年的历史，我国在这一领域处于 起步阶段，除天然气（ＬＰＧ、ＣＮＧ）在乘用车、中重型商用车发动机得到规模应用 外，其他替代燃料内燃机产品和应用基本属于空白，替代汽油和柴油的甲醇燃料 发动机产品种类少、技术水平低，目前仅在乘用车和商用车上开展试点应用示 范。生物柴油发动机尚处于探索阶段，替代柴油的液化天然气（ＬＮＧ）发动机在 中重型商用车上处于小规模应用，在船舶上正处于试制阶段。 ４内燃机绿色制造和再制造基础薄弱，技术水平落后 在内燃机绿色制造方面，先进加工工艺和技术、降低制备过程能源消耗、提 高材料利用率、生产自动化等方面与国外先进水平相比存在阶段性差距。与国 际上相比，我国内燃机再制造产业属于初期发展阶段，目前仅在汽车、工程机械 用发动机方面开展了初步工作，农业机械、固定动力装置、铁路机车和船用柴油 ２０ 中国工程科技论坛：内燃机节能减排技术发展战略
内燃机工业节能减排的现状、问题和建议21 机等方面尚处于空白,同时超声波清洗、探伤、表面处理、光整等再制造特殊工艺 技术基本处于缺失状态,内燃机产品回收环节缺乏管理规范。 5.内燃机产业政策有待进一步健全 内燃机节能减排技术标准体系不健全,燃油消耗量综合评价标准缺失。内燃 机制造企业准入条件、抑制行业低水平投资盲目扩张的产业准入政策尚未出台 机动车及发动机环保形式核准制度、高耗能落后产品淘汰制度还需进一步完善。 6.核心技术创新研发能力上的差距 与国外企业相比,我国制造业在产品研发体系不完善,缺失产品核心技术创 新研发这一环节,需要弥补。企业没有掌握产品核心技术研发,产品设计开发依 靠合资外方或咨询公司提供的图纸,基本掌握生产制造装配工艺。 7.油耗排放高是由于缺乏节能减排核心技术 欧美制造商在日益严格的政府法规压力下,不得不努力开发节能减排核心 技术,使内燃机的平均油耗和排放不断下降。国内企业在理解、掌握和发展内燃 机产品节能减排核心技术方面同国外厂商有很大差距,使得国产内燃机的平均 油耗和排放高于国外同类产品。国产内燃机的油耗和排放要达到国外水平,必 须使国内制造商在理解、掌握和开发内燃机产品节能减排核心技术方面达到国 外厂商的水平 8.部分企业不重视研发节能减排核心技术 多年来,国内企业以较低的价格向国外购买(即外包设计)较旧的产品核心 技术进行生产,或测绘仿制国外较旧的内燃机产品,就能满足国内较宽松的油耗 排放法规。而自主研发产品节能减排核心技术要花更多的钱,并需承担一定风 险。这种状况已持续很长时间,这种现象改变难度很大。 四、内燃机工业节能减排的发展趋势 从国际上来看,内燃机节能减排发展趋势呈以下几个显著特点。 1)主要发达国家在积极开展新能源汽车的同时,仍把以化石能源为燃料的 内燃机作为未来几十年各种机械装备的主导动力,是主要的投资产业。 2)加大内燃机节能减排新技术和新产品的研发投入,提高内燃机产品全球 市场竞争力。 3)美国、欧盟、日本等发达国家和地区把控制内燃机燃油消耗和二氧化碳 排放作为应对气候变化的重大举措。 美国在2007年年底通过新法案,在2015年前轿车平均燃油效率需提高 30%。欧盟也制定强制性法规,2012年平均CO2排放为130gkm。我国轿车平 均油耗达不到目前欧美油耗标准,即使是我国第三阶段油耗限值(草案)也大大
机等方面尚处于空白，同时超声波清洗、探伤、表面处理、光整等再制造特殊工艺 技术基本处于缺失状态，内燃机产品回收环节缺乏管理规范。 ５内燃机产业政策有待进一步健全 内燃机节能减排技术标准体系不健全，燃油消耗量综合评价标准缺失。内燃 机制造企业准入条件、抑制行业低水平投资盲目扩张的产业准入政策尚未出台。 机动车及发动机环保形式核准制度、高耗能落后产品淘汰制度还需进一步完善。 ６核心技术创新研发能力上的差距 与国外企业相比，我国制造业在产品研发体系不完善，缺失产品核心技术创 新研发这一环节，需要弥补。企业没有掌握产品核心技术研发，产品设计开发依 靠合资外方或咨询公司提供的图纸，基本掌握生产制造装配工艺。 ７油耗排放高是由于缺乏节能减排核心技术 欧美制造商在日益严格的政府法规压力下，不得不努力开发节能减排核心 技术，使内燃机的平均油耗和排放不断下降。国内企业在理解、掌握和发展内燃 机产品节能减排核心技术方面同国外厂商有很大差距，使得国产内燃机的平均 油耗和排放高于国外同类产品。国产内燃机的油耗和排放要达到国外水平，必 须使国内制造商在理解、掌握和开发内燃机产品节能减排核心技术方面达到国 外厂商的水平。 ８部分企业不重视研发节能减排核心技术 多年来，国内企业以较低的价格向国外购买（即外包设计）较旧的产品核心 技术进行生产，或测绘仿制国外较旧的内燃机产品，就能满足国内较宽松的油耗 排放法规。而自主研发产品节能减排核心技术要花更多的钱，并需承担一定风 险。这种状况已持续很长时间，这种现象改变难度很大。 四、内燃机工业节能减排的发展趋势 从国际上来看，内燃机节能减排发展趋势呈以下几个显著特点。 １）主要发达国家在积极开展新能源汽车的同时，仍把以化石能源为燃料的 内燃机作为未来几十年各种机械装备的主导动力，是主要的投资产业。 ２）加大内燃机节能减排新技术和新产品的研发投入，提高内燃机产品全球 市场竞争力。 ３）美国、欧盟、日本等发达国家和地区把控制内燃机燃油消耗和二氧化碳 排放作为应对气候变化的重大举措。 美国在 ２００７年年底通过新法案，在 ２０１５年前轿车平均燃油效率需提高 ３０％。欧盟也制定强制性法规，２０１２年平均 ＣＯ２ 排放为 １３０ｇ／ｋｍ。我国轿车平 均油耗达不到目前欧美油耗标准，即使是我国第三阶段油耗限值（草案）也大大 内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 ２１