在近日天津召開的2024世界內燃機大會上，多個廠家展示了熱效率達到50%的柴油機產品。
提高熱效率，是內燃機減排的重要路徑之一。內啟動儀式燃機誕生百年來，為交通運輸、工程建設、工業生產等領域提供了強勁動力。但在經濟發展低碳化轉型趨勢下，內燃機行業面臨史無前例的挑戰。
與會人士一致認為：面對全球能源轉型巨大挑戰，內燃機在推動經濟社會發展中仍不可替代，碳中性燃料和零碳燃料將使內燃機行業煥發蓬勃活力。
多條技術路線齊頭并進
“FRP每年我國內燃機消耗全國60%的石油，碳排放量約占全國碳排放量的8%—10%。”中國內燃機學會秘書長李樹生坦言，內燃機行業是節能減碳的主力軍，節能減排的壓力不小。
當前，內燃機減排多條技術路線品牌活動齊頭并進，其中主要包括有效熱效率的提高、低碳和碳中和燃料的使用、治理技術的進步。
“提高熱效率意味著單位燃料能夠產生更多的有用功，從而減少燃料的消耗。”玉柴機器股份有限公司高級副總裁鐘玉偉認為，這直接降低了內燃機在運行過程中的碳排放量，有助于內燃機在能源轉型過程中保持競爭力。
不過受卡諾循環高、低溫限值的影響，內燃機熱效率的提升并非易事。
通過高膨脹燃燒、高效燃油噴射、低阻力摩擦、低噪聲控制等方面技術的持續創新，目前我國柴油機本體熱效率突破53%，汽油機熱效率也達到44%。
在內燃機熱效率不斷提升的同時，零碳/碳中和燃料技術的發展，為我國實現“雙碳”目標開辟了新賽大圖輸出道。
“內燃機只是一種能量轉換裝置，能將燃料燃燒產生的熱能轉化為機械能。如果內燃機用的是零碳燃料，它就是零碳的。”中國工程院院士、2024世界內燃機大會學術委員會主任、上海交通大學智慧能源創新學院院長黃震的觀點得到了業內眾多專家認同。
氫、氨、醇類凈零碳燃料和生物質燃料都是熱門候選。為了適應新燃料，保證內燃機的安全和可靠性，內燃機需要在燃料供應系統、點火系統、燃燒系統、尾氣后處理以及內燃機結構和材料等方面進行相應調整。
中國內燃機學會常務理事、清華大學教授帥石金認為，內燃機節能、減排技術近年來確實取得長足進展，可以滿足當前世界上最嚴的歐廣告設計七排放策展標準。“但內燃機要實現可持續發展，關鍵是如何適應氫全息投影、氨等零碳燃料的噴霧燃燒要求，并降低全生命周期綜合成本，提高發動機熱效率等，滿足未來嚴格的排放法規要求。”帥石金說。
還有科研團隊通過治理技術實現減排。“以大型遠洋貨輪為例，由于需要強大的動力輸出，因此在幾十年內，內燃機動力仍占主導。鑒于船全息投影體空間大，我們在探索二氧化碳捕集的方法來減少碳排放。”中船第七一一研究所總工程師王鋒說，后處理在現階段是比較簡單易行的辦法。處理二氧化碳，既可以將其運到陸地深埋，也可以對它們進行再次利用。
目前的技術能捕集到99.9%純度的二氧化碳，可以通過合成生物技術，把二氧化碳人工合成為淀粉、己糖等。未來可以利用二氧化碳和可再生能源制成新型電子燃料，直接進行燃燒。
積極擁抱電動化
傳統汽車主要由內燃機直接驅動。模型進入新世紀以來，以電力驅動為代表的新能源汽車快速發展，電動化是汽車發展的重要方向。
李樹生認為，未來汽車動力系統將從內燃機的“獨唱”變為內燃機和電機的“二重唱”，甚至出現更多元的動力驅動，這是大勢所趨。
“研究已經證明，在汽車領域，純電動、混合動力、燃料電池這三條技術路線可以實現‘雙碳’目標。”中國工程院院士、中國汽車工程學會理事長、清華大學教授李駿說。
“電動新能源汽車的發展全息投影對于內燃機來說也是一個機遇。內燃機要積極擁抱電動化，發揮各自優勢。”帥石金認為，內燃機在混合動力中可實現直驅，也能與電機并聯驅動，還能夠直接驅VR虛擬實境動電機發電。內燃機在混合動力運行時一直工作在高效區，可實現大幅度節能減排。
“電動車的智能化、電動化技術也能為內燃機汽車所用，以提升內燃機汽車的性能和效率。玖陽視覺”北京汽車集團有限公司場地佈置質量總師李繼凱舉例，將智能化和電動化技術與內燃機動力系統集成，通過算法優化，實現動力系統的協調與高效運行。還可以通過先進的控制策略，優化整車的動力分配包裝盒、能量管理和駕駛模式，提高整車的能效和駕駛體驗。
“奇藝果影像對于出行半徑在100公里以內的小型乘用車來說，動力采用純電動更經典大圖加經濟適用，但純電動無法滿足越野車等的一些特殊出行需求。同時，我們的產品還要兼顧出口，很多國家的電網設施并沒那么健全。因此，混合動力以及插電混合動力的汽車的需求十分旺盛。”李繼凱介紹。
李參展樹生認為，氫內燃機混合動力系統及氫燃料電池應是商用車加快電動化轉型、降低碳排放的重要技術路徑。
據介紹，中國商用汽車在道路交通運輸的碳排放占比超過50%。氫能燃料電池汽車將成為降低商用汽車碳排放，特別是長途客車、重載貨車、廂式物流等商用汽車低碳發展的主要方向。
推動更多技術創新
中國工程院院士、中策展國內燃機學會理事長、天津大學校長金東寒認為，目前及未來相當長的展場設計一段時間內，內燃機都將是陸上運輸、工程機械、遠洋運輸的主導動力，也是推動節能減排以及碳減排最具潛力的產品。“內燃機行業必將朝著‘更清潔、更高效、更智能、更可靠’的方向快速發展。”金東寒說。
目前，我國內燃機行業已提早布局多條低碳化技術路線。
在國家科技規劃層面，我國先后部署和推動氫、氨、醇類凈零碳燃料和啟動儀式生物質燃料的內燃動力科技研發，為實現碳中和目標開辟新賽道。
由可再生能源電水解制成的氫氣以及大氣中捕獲的二氧化碳可合成氫基甲醇，目前我國已具備量產能力，并已投入試運行。全國有21000輛燃料電池汽車參與示范運營，248座加氫站投入運營。燃料電池軌道列車和旅游客船也投入運行。
同時，我國內燃機在性能和有害排放控制，以及智能化等方面的技術，都策展已處于世界第一梯隊。
“此次世界內燃機大會在天津召開，充分展示了我國在內燃機領域的成果和技術實力。”金東寒說，天津作為中國內燃機產業的重要基地，擁有扎實的研發、制造、檢測和零部件生產基礎。世界內燃機大會展覽策劃走進津沽大地，無論是對天津市還是對內燃機行業都具有特殊意義。
大會召開期間，內燃動力全國重點實驗室聯盟、中國內燃機學會京博AR擴增實境吉大聯合實驗室、中國內燃機學會氨發動機創新聯合體和中國內燃機學會氫發動機創新聯合體揭牌成立。
“內燃機的龍頭企業、科研院所、高校都參與其中。”帥石金認為，聯合體將發揮行業協同效應，以氫/氨發動機產業需求為牽引，圍繞重大科學、技術和工程化沈浸式體驗共性問題，通過設置課題開展聯合技術攻關，突破氫/氨發動機場地佈置及關鍵零部件產業化關鍵技術瓶頸，創建支撐氫/氨發動機高質量發展的標準體系，打造跨學科的高端智庫，為國家決策部門提供激勵政策依據，促進內燃機產業可持續、高質量發展。
金東寒表示，天津大學在2024年世界內燃機大會期間牽頭成立聯盟具有重大圖輸出要意義。
天津大學內燃機學科歷史悠久，在我國內燃機基礎研究中發揮了開沈浸式體驗拓和牽引作用。作為首席科學家單位，天津大學主持內燃機領域的全部4項973計劃項目，承擔了一批包括國家自然基金創新研究群體在內的重大和重點項目。天津大學啟動儀式共榮獲國家科技獎勵18項，其中，近年來作為第一完成單位獲獎6項；以數字化設計為牽引，構建了以過程能力為核心的車用活動佈置發動機精益化研發設計體系，解決了從基礎理論、工程設計到技術轉化等問題，為自主品牌成功開發數十款高性能產品，累計產銷數百萬臺，助力我國汽車品牌自立自強。
“未來聯盟要充分發揮內燃動力全國重點實驗室聯盟的獨特優勢，更好地將企業、高校、科研院所、實驗室等創新主體緊密聯系起來，有效促進實驗室人才培養、科技創新、成果轉移轉化的深度融合，打造道具製作內燃動力國家戰略科技力量主力軍。”金東寒說。
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