內燃機最早由卡爾·本茨和戈特利布·戴姆勒于1886年發明，距今已經有131年的歷史了。

當年卡爾·本茨發明的內燃機排氣量984cc，最大馬力0.7ps/400rpm。每小時可以行使15km。隨著時間的推移，更高的性能，更低的油耗，更清潔的排放就成了內燃機的目標。

因此，在過去100多年中內燃機的發展路線只有一個方向，就是研發越來越多的先進技術，提升性能、效率和排放水平。內燃機變得越來越復雜。

卡爾·本茨和戈特利布·戴姆勒于1886年發明的內燃機汽車專利

隨著電氣化時代的到來，內燃機面臨著越來越多的質疑和挑戰，其中最主要的就是內燃機的污染物排放和二氧化碳排放。內燃機很快就會被電動車取代已經成為一個熱門話題。

雖然目前總體的認識是內燃機還有很長的路要走，但是毫無疑問，在電氣化的大背景下內燃機的發展已經進入了下半場。我們需要回答一個問題：內燃機技術未來發展的新方向在哪里？

一、 內燃機本身效率的進一步提升

熱效率提升是內燃機技術永恒的話題，目前的內燃機效率還遠未達到極限，內燃機效率提升的空間還很大。目前市場上內燃機熱效率的水平普遍在35%左右。

在最新的2019年沃德十佳發動機評選中豐田2.0l自然吸氣發動機和本田2.0l阿特金森循環發動機攜混合動力系統雙雙獲獎。

其中豐田最新的2.5l和2.0l dynamic force engine發動機，采用阿特金森循環，混合動力版本熱效率能夠達到41%，即使非混動的普通版本也可以實現40%的最高熱效率（圖2）。

而本田獲獎的2.0l阿特金森循環混動發動機的最高熱效率也達到了40.6%。這是當今量產發動機中熱效率最高的水平了。

目前大部分發動機的最高熱效率都在35%左右的水平

2019沃德十佳發動機獲獎名單

豐田的dynamic force engine發動機最高熱效率達到41%

本田的2.0l阿特金森混動發動機最高熱效率達到40.6%

內燃機效率進一步提高的努力并未停止，我們來看看最近和未來幾年發動機熱效率提升的關鍵技術吧:

1、 備受關注的馬自達第二代創馳藍天skyactive x發動機即將在2019年6月正式量產。

skyactive x發動機采用了馬自達稱為spcci火花塞輔助控制壓燃發動機。這一新技術結合柴油機和汽油機的優勢，壓縮比18，馬自達聲稱熱效率可以達到50%。

馬自達第二代創馳藍天skyactive x發動機

2、日產于2018年量產了全球第一個可變壓縮比vcr發動機vc turbo。

日產的可變壓縮比技術是在連桿和曲軸之間增加了一套連桿，來控制壓縮比的大小，允許壓縮比在8:1到14:1之間調節。在小負荷工作區域采用14:1的高壓縮比來提高熱效率，在大負荷采用8:1的壓縮比來避免爆震。

目前日產宣稱vc turbo發動機的最高熱效率可以達到38%-39%之間。已經是目前增壓發動機能夠達到的最高水平了。如果可變壓縮比可以推廣和其他發動機技術結合后估計潛力會更大。

日產的vc turbo可變壓縮比發動機

2、 預計2019年我們馬上還將看到福特為了提高熱效率準備在三缸發動機上引入動態停缸技術，這個技術可以通過ecu來計算何時需要哪個汽缸停止工作，完全是動態調整的，福特進行了大量的開發工作以解決動態停缸情況下的nvh問題。

最有意思的是在這一系統起作用時，三缸中只有一半在工作，就是平均只有1.5個汽缸在工作，可以有效的降低油耗最高達到15%以上。

福特三缸發動機的動態停缸技術

4、預計未來我們會看到寶馬聯合博世開發的噴水燃燒系統汽油機量產，這一系統目前已經在m4 gts和寶馬1系上進行了大量的測試。

這一技術通過向汽缸內噴少量的水來降低燃燒溫度和爆震傾向，在大幅度提升功率的同時能夠達到和柴油機相同的熱效率水平。

寶馬和博世共同開發的噴水燃燒系統

二、 動力系統電氣化給內燃機效率進一步提升帶來的新機遇

（一）傳統的混合動力概念：電動機來幫助發動機

傳動的混合動力概念的本質是讓電動機來幫助發動機提高效率。

比如豐田的混合動力概念，或者大眾的p2混動方案等，主要的思維方式是用電機來幫助發動機，提高發動機的效率。這種思維還是基于傳統發動機驅動為主的概念，電機是來幫忙的。

這樣等于一個復雜的發動機系統需要再增加一個復雜的電機系統，兩者還要耦合，很復雜，很貴，至今還沒有完全把傳統發動機打敗，同時又遇到了電動車的挑戰。傳統混合動力方案的整體思想是在原來傳統內燃機的基礎上做加法。

豐田混合動力結構

大眾p2混合動力系統的結構

（二）最新的混動新方案：發動機來幫助電動機。這里講兩個例子

1、 本田的i-mmd混動方案，本田的混動方案非常有特點

（1）非常低的時速時可以純電驅動，發動機完全不工作。

（2）在車速80km/h以下發動機不會直接驅動車輛，這時候發動機即使啟動工作，也只是發電，然后把發出來的點給電機驅動車輛。

（3）在超過80km/h時速的高速情況發動機才會直接驅動車輛。但是也只是負責穩態輸出，在高速情況下的加速過程仍然由電機負責。保證即使在發動機直接驅動車輛時，也是工作在發動機的最高效率區域，非常省油。同時，高速用發動機驅動也避免了電動車遇到的高速下電耗過大的問題。

本田的i-mmd混動系統的結構

本田的i-mmd混動系統的三種工作模式

發動機只在最高效率區域工作

2、 日產的 e power混動，主要的特點如下：

（1） 電機驅動

（2） 發動機只發電，不驅動，發動機只在最高效率區域工作

（3） 電池很小，不能純電行駛，也不能充電，只能用發動機發電來驅動電機

日產e-power混動系統的結構

日產e-power混動發動機只工作在最高效率區域

從上面的分析可以看出，在新的混合動力方案中，電機的作用被充分發揮，發動機的很多性能都不再需要，發動機可以只工作在最高效率區附近來幫助電機解決續航、充電、電池成本等一系列問題。

這種混動動力系統中發動機未來的設計方向會向更簡單，效率更高，成本更低的方向發展。

三、 內燃機的可再生燃料

在內燃機相對于電動車的對比中，目前大家討論的最根本的問題有兩點：

1、 內燃機的燃料來源于石油，而石油是不可再生資源，因此內燃機未來必將消亡。

2、 內燃機燃燒化石燃料會排放co2二氧化碳，這會危害地球環境，因此，電動車更加環保。

我們來看看這兩個問題是否對于內燃機是無解的，其實，如果內燃機的燃料采用可再生燃料，同時也不排放co2的話這個問題就不存在了。有沒有這種可能性呢？

其實有，而且技術上相對并不困難。目前主要有兩種可再生燃料被廣泛的研究過：

（一） 氫燃料

也就是采用氫作為內燃機的燃料，理論上講排放物只有水，不產生污染，而h2氫可以通過電解水得到，是可再生的能源。之前寶馬和馬自達都研究過氫燃料內燃機，但是最終放棄了，主要原因是：

1、 氫內燃機的效率不如氫燃料電池

2、 氫氣制備和運輸、供應、儲存環節存在很大的困難

寶馬的氫燃料內燃機研究項目

馬自達的氫燃料轉子發動機研究項目

（二）甲醇燃料

2019年的兩會上吉利汽車總裁李書福再次提到了甲醇燃料的話題，其實，其本質就是以甲醇為載體做到內燃機排放co2的平衡。

根據吉利官方的資料，甲醇燃料相當完美：不含硫、不排放顆粒物、可生物降解、燃料安全性高于lpg、汽油、柴油，制備過程綠色環保。其實甲醇燃料的最大優勢有兩點：

1、 可再生

甲醇可以通過兩種方法來制造，第一種是通過煤炭或天然氣來制造甲醇，第二種是采用電廠排放的co2二氧化碳來制造甲醇。 目前冰島的cri公司已經具備了 “電廠排放co2+地熱制甲醇”技術。

從本質來說它是能夠讓甲醇燃料獲得“可再生”的特性，利用高濃度溫室氣體co2生產甲醇，再通過內燃機的燃燒吧co2釋放出來，從而實現co2總體不增加的目標。

甲醇制造的方法

冰島的cri公司的電廠排放co2+地熱制甲醇技術

吉利在冰島和cri公司一起測試甲醇燃料汽車

2、 可以利用現有的化石燃料基礎設施和技術

甲醇是液態，雖然具有一定的腐蝕性，但是整個運輸、儲存的過程可以利用目前成熟的的基礎設施。

不需要像氫氣那樣重新來建造基礎設施，在同一個加油站中很容易實現既可以加汽油也可加甲醇。同時，目前的汽油機稍加改進就可以成為甲醇燃料發動機，對于整個產業的影響比較小，這也是非常大的優勢。

甲醇可以直接利用目前的基礎設施

總結一下，在電氣化的大背景下，內燃機技術的發展進入了下半場，和電機相結合將會使發動機技術發展從加法逐漸轉為減法，發動機的最高熱效率提升將是未來技術發展的主題。

同時，可再生燃料的應用也為內燃機保存著生機。內燃機和電動車的競爭已經持續了100年，未來也注定是一場長期的競爭，劇情如何發展我們拭目以待。

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