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IJER社论：内燃机的未来

来源：公众号“汽车电子与软件”

2020-07-20

编者按：

近年来随着节能减排成为能源动力产业乃至整个人类社会的主题之一，对于内燃机增加温室气体排放的指责甚嚣尘上，排放造假的丑闻也使内燃机的声誉受到了严峻的挑战。内燃机的替代技术的发展以及包括碳中性燃料在内的替代燃料的研究使得内燃机的发展面临着巨大的挑战和机遇。在当今世界光怪陆离的迷雾中，内燃机的未来又将何去何从？相信这篇文章能够给读者提供一个参考。

同济智能汽车研究所

摘要：使用化石燃料的内燃机提供了世界上约25%的功率（如图1所示），与此同时，它们也产生了世界上10%的温室气体排放（详见图2）。节能减排是内燃机研发人员多年以来的目标，这可以在过去二十年间发表在《国际发动机研究杂志》(International Journal of Engine Research, IJER)上突破性的论文中看出。迄今做出的主要改进已经使内燃机成为一个技术上的奇迹。然而最近内燃机的声誉因为排放造假丑闻受到了严峻的挑战，内燃机技术能否对交通运输减排做出显著而又深远的贡献，这一点也受到了质疑。作为响应，已有多个提议希望以电驱动代替车辆中的内燃机，藉此进一步降低油耗与污染物排放，并减少温室气体的排放。

事实上，由于大众媒体对于内燃机增加温室气体排放的过分指责，一些有潜质的学生及研究人员被劝阻从事内燃机领域研究。失去了具有工作热情与专业知识技能的工程师的不断补充，进一步改进内燃机能带来的收益将无从表现。作为负责任的汽车工程师，同时也为下一代的生活环境着想，我们应当对上一个世纪内燃机的发展做出诚实的评估，这其中应当考虑到内燃机的广泛使用满足的出行与供能需求。同时，内燃机技术的成熟度是许多其它技术或新方案无法比拟的，我们也要评估内燃机技术与其它竞争技术未来的发展与效益，以此对未来的发展方向提出负责的建议。

本文讨论了影响未来发展的一些因素，包括：

可负担的能源极大地提高了世界各国尤其是贫穷国家的生活水平，而且迄今为止，在人类历史上，燃烧化石燃料或生物衍生燃料一直是唯一可靠的能量来源；
整个地球通过庞大的运输基础设施连接，这些设施大都由内燃机驱动，因此替换内燃机需要耗费数十年时间以及巨大的更换费用；
在过去几十年中内燃机技术的显著进步已将污染物排放水平降低到了千分之一以下，现今在内燃机车或是纯电动车中轮胎及制动器产生的颗粒物排放都比内燃机排放严重；
替代内燃机的提议仍然面临一系列障碍，例如电池供能的纯电动车，它们成本高昂，质量较大且具有一些局限性，而希望用于供能的可再生能源如风能、太阳能，目前也仅占世界能源结构的极小部分；
即使需要公正地评估内燃机，其对气候变化的影响也已经在政治上引起关注，需要有综合信息与数据的科学政策，以促进向可持续的未来能源系统的可控而又现实的过渡。

包括IJER编辑委员会成员在内的绝大多数汽车工程师都对内燃机满足全球出行与需求的持续重要性持乐观态度。当然，探索新的竞争性发动机技术以及新燃料对地球的可持续未来至关重要。本文中不可避免的结论是，在可预见的未来，公路和非公路运输将以多种解决方案为特征，这些解决方案涉及内燃机、电池和混合动力总成以及内燃机驱动的传统车。因此，迫切需要吸引优秀的年轻人来从事这项研究。

1. 为什么选择内燃机

货物和人员的运输对现代社会至关重要。目前，由于液体燃油的巨大供应量，便利性和可负担性，交通运输几乎全部由使用液体燃料的内燃机提供动力。此外，固定式内燃机（例如发电机，并非用于运输或越野应用的发电机）在我们的行业和发电设施中无处不在，这也提高了人们的生活水平。实际上，随着全球人口增加与经济繁荣，尤其是在发展中国家，对易得且可负担的能源需求正在增加。

图1 过去25年世界各种来源的能源消耗（单位：百万吨当量燃油）^[1]，其中约70%化石油用于内燃机

需要指出，在内燃机涵盖的整个应用范围内，仍然没有真正的替代品可以与内燃机竞争，并且即使在今天，内燃机仍然在不断改进^[3,4]。这些进步使得竞争技术更难以对内燃机技术获得优势。交通运输业对能源需求非常大，全球约有12亿辆轻型汽车（LDV）和约3.8亿辆重型汽车，并且这些数字还在不断增长，每天对液体燃料的需求超过110亿升（每年30亿吨等量石油，见图1）。所有替代方案，无论是内燃机的替代品，还是石油基液体燃料的替代品，都面临着难以快速应用的巨大障碍。但是，由于不了解情况，许多人对内燃机有着错误认识，这使得他们认为这种技术的消亡是合理而又迅速的。例如，许多人认为，世界上大部分的温室气体排放都来自汽车和卡车，这是一个完全错误的观点，下面会进行说明。因此，不足为奇的是，一些年轻人被劝阻或不愿意从事内燃机研究，而这正是IJER的兴趣所在。

随着燃烧技术的进步，尤其是电气化程度增加时，发动机还有更大的发展空间。各大主要制造商已经认识到这一点，Brown^[5]阐述了丰田公开的专利，意在使更多制造商可以应用混合动力技术，他们认为这将鼓励电动化车辆的生产，包括内燃机混合动力车，插电式混合动力车，燃料电池汽车甚至是纯电动汽车。的确，如果先进动力系统的研发减慢或中止，那将是短视的。

2. 发动机排放与环境

纵观内燃机历史，在人类关注气候变化的前几十年，研究人员一直在努力提高内燃机的燃油经济性，减少污染物排放和运行成本，并确保给今世后代的有限燃料资源得到最佳利用。在过去的四十年中，由于对空气质量的关注，对发动机燃烧，控制和排气后处理的研究使环境变得更加清洁，这归功于有害废气排放（颗粒，NOx，CO和未燃烧的碳氢化合物（uHCs））降低至了原先的千分之一以下。本期刊的技术论文记录了这些领域的许多进步^[6]。然而，最近人们对空气质量以及温室气体排放对全球变暖影响的关注大大增加，已开始推动地方、国家和国际政策制定。几项举措要求进行大刀阔斧的变革，并且大力推动车辆电气化。例如，C40城市气候领导小组，它由90个城市组成，代表全球6.5亿人口，占全球经济的四分之一，致力于推动城市行动以减少温室气体排放和气候风险。需求包括从市内交通中淘汰内燃机，以及将风能和太阳能用作主要能源。但是，如图1所示，风能和太阳能仅能提供当前能源需求的很小一部分。尽管在风能和太阳能方面取得了技术进步并降低了成本，但在未来的二十到三十年中，大多数化石燃料能源几无可能被碳中性能源替代^[1]。

能源独立与安全在许多国家的政策制定中也起着重要作用。必须根据以下指标来平衡对气候的关注：人类发展的所有客观/经验指标（例如绝对贫困水平，预期寿命，营养不良的世界人口比例，教育等）。在过去的几十年中，由于相对廉价的能源易于获得，特别是化石燃料易于燃烧，便于获得能量，促进了世界各国尤其是较贫穷国家的不断发展。发展中国家将继续专注于发展并致力于使他们的人口摆脱贫困，而仅靠风能和太阳能是无法实现这一目标的——在未来的几十年，世界上大部分的电力仍将来自煤炭或天然气的燃烧。气候正义必须要求世界上的穷人（不仅仅是西方国家的精英）有权享有更好的生活。这就要求包括化石燃料在内可负担的能源能够获取，直到提出的替代方案（如风能和太阳能）以及可能尚未发现的技术变得实用且负担得起为止。但是，要做到这一点，就需要克服重大障碍，包括开发在没有阳光或刮风的情况下存储能量以供使用的方法。能够存储足够能量以满足需求的电池的开发仍然是一个瓶颈。

3. 内燃机与电气化

根据消费者的可接受程度（例如成本）、政府考虑到的乡村以及特定的应用场景（城市，乡村，个人出行，货运等），未来的交通方式可能会是多种解决方案的组合，包括纯电动车（BEV）、混合动力电动汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV）和传统内燃机车。因此，无论是用于发电还是用于为车辆本身提供动力，即使在高度电气化的动力总成配置中，内燃机仍将发挥核心作用。因此，短至中期内，在不显著增加购买和运行成本的情况下，提高内燃机的热效率引起了人们极大的兴趣。这些目标可以通过改善燃烧、后处理与控制系统实现，并通过混合动力实现部分电气化，降低整车质量，而发动机也会成为效率更高的辅助系统。

尽管目前人们对交通工具的电气化非常感兴趣，但只有纯电动车才不需要内燃机。然而，对纯电动车的温室气体影响进行的全生命周期分析表明^[7]，考虑了发电和电池制造中使用的能源，纯电动车真正的增益远不如乍看之下明显。许多分析都忽略了燃料开采、精炼和运输以及电力生产和分配中这些上游产生的二氧化碳。提取电池和电动机所需的关键原材料（钴，锂，稀土等）需要大量的能量，同时还要消耗大量的水。报废处理，尤其是有毒物质处理，也需要纳入全生命周期分析中（这些考虑因素大部分也纳入风力和太阳能光伏发电设备的全生命周期分析中）。此外，建设能够为数百万辆纯电动车充电的新电力基础设施，也需要更多的原材料和能源（以及随之而来的CO₂排放），并可能受到关键材料的可用性的限制。

与内燃机驱动的车辆（传统能源车或混合动力汽车）相比，纯电动车的高成本也推动了一些有效但先前看来不经济的方法促进内燃机的发展，通过先进的燃烧模式提高内燃机的热效率并进一步减少污染物排放。从这个意义上讲，电机和内燃机之间的竞争正在激发内燃机自身的有益发展。

4. 零排放

据估计，与目前的平均水平相比，美国的点燃式内燃机车的燃料消耗可减少多达50% ^[4]，并且尾气排放的二氧化碳也将相应减少。使用现有的后处理和控制系统——它们也会不断得到改进——汽油机和柴油机中的颗粒物，NOx，uHCs和CO也可以减少到可以忽略的水平。通常，燃烧产生的污染物排放和CO₂排放被认为是完全等效的，因此，即使污染物排放量极低的发动机工作也被视为环境污染。从技术和实践层面上讲，污染物排放与CO₂排放有一个重要的区别。 CO₂排放必定伴随着任何碳氢化合物燃烧或化学氧化过程，包括人类和动物的生命活动。发动机排放的二氧化碳与消耗的碳氢化合物燃料成正比，这会随着技术的进步不断减少。

从污染物排放标准看，“零影响排放车辆”的目标与现状非常接近，这要归功于先进的燃烧模式和创新的后处理系统，其中包括大量使用催化剂以及高过滤效率的柴油机与汽油机后处理系统中的颗粒过滤器（D / GPF），而使用尿素喷射和选择性催化还原（SCR）可极大降低NOx排放（例如0.02 g/bhp-h或15~20 mg/km）。甚至有一些汽车，其排气管中未燃烧的HC排放低于发动机进气口周围空气中的HC含量，即所谓的负排放汽车！

实际上，在排气管出口的污染物排放量将会非常低且难以测量，它们对空气质量的实际影响可以忽略不计。考虑颗粒物排放，轮胎和制动器磨损的影响已经比内燃机要高得多（轮胎磨损产生约50mg/km的颗粒），其值约为发动机排放物的10倍（5mg/km）^[8]。这意味着，考虑到轮胎和制动器以及其他因素（例如道路扬尘），就颗粒物排放而言，今天的传统内燃机车与纯电动车和混合动力汽车相当。

另外，有一些短期的CO₂减排途径可以较快地实现。首先，将汽油机转换为柴油机可以减少排气尾管约11%的CO₂排放，而柴油轻度混合动力车可进一步减少6%。最终向完全混合动力的转换可以再减少16%。但是请注意，公众基于了解的过时技术和最近的排放丑闻，可能会有误解，认为柴油机是高污染的发动机。如前所述，这种说法忽略了过去几十年来柴油发动机和尾气后处理技术的重大进步。

车辆电气化还可以大幅改进汽油发动机。从汽油机转换为汽油轻混系统的汽车可节省约11%的燃料，而向全混系统汽车的转化则可再节省约23%的燃料^[4]。这些数字表明，对于汽油机与柴油机，有许多可显著提升燃油经济性的方法，还能减少至少30%的CO₂排放。

显而易见的是，由于高压电池的重量，尺寸和成本，所谓的“零排放”纯电动车不会在商业运输中大面积取代内燃机^[7]。在可预见的情况下，电池技术尚无重大突破。未来使用石油基液体燃料运行的内燃机将很大程度上在世界范围内继续为货物和服务的运输提供动力。从汽油或柴油内燃机过渡到汽油/柴油全混汽车可以显著减少排放^[4]。但是，由于车辆的运行时间久，更换周期长，因此，即使是全混汽车也要花费很长的时间（可能数十年）才能成为常见的而又负担得起的选择，从而成为全球汽车的主要组成部分。当然，通过改进内燃机可以改善交通运输在温室气体排放和其它环境问题的影响，可负担性和能源安全方面的可持续性，这需要重新重视内燃机的研发。

5. 燃料

从中长期来看，通过共同设计燃油/发动机系统以获得最佳性能，还有更大的改进发动机的空间。^[9]单/双燃料的技术，如均质充量压缩点火（HCCI），预混合控制压缩点火（PCCI），和反应性控制压缩点火（RCCI）^[10,11]在提升效率和减少不需要的废气排放上展现了显著的前景。这些先进的燃烧模式也可以从可用的燃料或针对每种应用对其成分进行了优化的燃料中受益。为了减少对化石燃料的依赖并实现脱碳过渡，在引入碳中性生物燃料和合成燃料方面正在取得进展。通常，对内燃机的批评并不在于内燃机，而在于燃料的来源，而使用生物或合成燃料可以减轻总的碳排放量。确实，如今一些市场上出售的生物柴油的净碳中性超过70%。一些国家和州甚至实施了低碳燃料标准（LCFS），并提供了货币激励措施来鼓励生物燃料市场。

加氢处理的植物油（HVO）是一种很有前景的可再生柴油燃料，对CO₂的影响极低。另一项新兴技术是通过快速热解由固态木质纤维素、非食品生物质生产的液体运输燃料，该过程是一种热分解过程，可在没有氧气的情况下通过加热分解物料，从而产生合成气，生物油和生物碳。生物油可以催化升级为液体燃料。因此，废弃生物质的快速热解会产生生物燃料，并可能降低碳经济。

有人还已经提出了使用源自废弃生物质和可再生电能的替代合成燃料来生产净CO₂排放为零（即碳中性）的电子燃料（合成燃料 E-fuel）。目前正在研究这种方法，将其作为在生产高峰时存储可再生电能的明智方法，这要归功于一种化学过程，该过程可从H₂（通过电解水产生）和直接从大气或工业或生物来源中捕获的CO₂生成碳氢化合物。长期而言，碳捕集技术已被证明能够收集然后处理或隔离汽车尾气中的CO₂，并且预计具有成本效益。^[12]

6. 能源与未来

为了实现电气化，必须通过内燃机（对于混合动力汽车）或从发电站和电网产生电力。对于后者，目前主要由不可再生能源生产（损失约40%至50%，尽管对于在世界许多地方仍很常见的老式燃煤电厂而言，损失可能要高得多）。此外，向终端用户的电力传输以及电池的相应充电/放电损耗，以及较低或较高的工作温度在降低电池性能方面的作用又造成了5%至20%的损耗，导致总体效率实际上可与配有内燃机和化石燃料的混合动力汽车相当。从电网获取电力可能具有政治上的优势，因为不需要的排放物“不在我的后院”。问题被冲到了看不见的区域，但全球碳排放量的降低却大大减少了（有时甚至没有）。事实上，与同等大小的非混合动力内燃机汽车相比，用燃煤电充电的BEV可以轻松实现更大的碳排放量。

目前，可再生能源（包括水力发电）约占全球能源结构的10%。英国石油公司世界能源报告^[1]预测，到2040年，可再生能源在总能源生产中所占的比例将仅达到约14%，而且在很多地区，包括煤炭在内的化石燃料将仍然是最大的能源。因此，很明显，从中期来看，BEV替代运输可能会适度减少全球CO₂排放，但绝不会消除。当然，随着燃煤电力的减少和碳中性技术的过渡，这种情况可能会改变。

此外，要使插电式和BEV的市场得到广泛接受，还需要更快的充电速度——请注意，目前基本上所有方案都涉及对此类充电器的纳税人或消费者补贴。此外，大规模电气化将需要对整个配电系统（从发电厂到充电点）进行重大改动。考虑到这些问题，甚至更激进的主流市场预测都表明，2040年大多数汽车中仍将使用内燃机^[13]，并且在卡车市场中所占比例甚至更高。

在这方面，在重型运输中更换内燃机面临更大的困难。例如，在美国，一辆500英里范围的重型8类卡车，以电动卡车的形式运行时，需要的电池电量为1000kWh。假设电池对电动机的效率为95%，则合适的电池至少重5.5吨（相比之下，其柴油发动机约为1.3吨），并且消耗了可允许的有效载荷的很大一部分。使用120kW的Tesla Supercharger充电器，电池大约需要12小时才能充电。^[7]此外，关于更换火车和轮船发动机的讨论很少，这证明了这些应用所需的极高功率要求和不可接受的长电池充电时间。^[7]

可持续交通的未来将需要多样化的产品组合，以确保为正确的应用提供合适的技术，并将覆盖内燃机、燃料电池、纯电动汽车和混合动力推进系统。 Like-for-like（“苹果对苹果”意为比较的双方为可合理比较的同类事物）的比较对于准确的评估技术对社会、经济和环境的影响至关重要。更具体地说，成功的技术必须在成本、用户需求、生命周期排放和生命周期效率方面具有市场竞争力；必须确保国内能源安全；并且必须考虑与制造以及关键材料的获取和回收相关的社会影响。为此，内燃机和配套基础设施已经建立良好，与技术发展相关的创新不断提高基于燃烧的技术的整体效率和排放特征。

7. 气候警报

公众和政府对人为全球变暖的预期影响的反应范围从怀疑到警报，警报在最近的公众认知、媒体内容以及已宣布的国家和地区政策中占主导地位。在向无CO₂排放的世界竞争中，发动机燃烧研究与开发的必要性和/或作用尚在争论中，但作为发动机燃烧研究界，我们相信内燃机将继续发挥重要的作用，即使仅仅是因为这样的能量转换无疑会花费大量时间。然而，关于人为温室气体和CO₂以及主要温室气体——水在全球气候变化中的确切作用仍存在争议。^[14]一个被忽视的事实是，使用碳氢燃料时，离开车辆排气管的每个CO₂分子至少伴随着一个H₂O 分子。水蒸气（作为温室气体）与大气中的云之间的实际平衡仍然是气候研究的活跃领域，其中大气中的云层将太阳光线反射回太空并因此导致气温下降。^[15]

通常，在大众媒体中，辩论存在于两类人之间，一类是那些引用未经证实的气候模型来预测对我们的气候造成灾难性影响的人，另一类是那些强调放弃将我们的文明世界推动到如今的化石燃料对于全社会——特别是社会中最贫穷人口的灾难性的后果的人。无论如何，应该清楚的是，由于气候问题而引发的社会行动的实际后果不仅会极大地影响内燃机的长期未来，而且还将影响能源和电力使用的各个方面以及在我们地球上的生活标准。为了在未来几十年内大幅减少温室气体排放，必须对内燃机进行重大改进。

图2 不同行业的全球升温潜能值（单位：吨当量CO2）^[2]，交通运输占比约10%

关于温室气体排放，交通运输对全球变暖潜在排放的贡献历史上一直保持在10%，如图2所示。^[2]因此，全球范围内向电动汽车的大规模转移只会导致全球（潜在）减少约10%的当量CO₂。（这也假设所有电动汽车都将通过没有CO₂排放（即可再生/核能）的能源为电池充电。）即使对于LDV，如本社论所述，全电动汽车的未来也不会轻易、快速或廉价地实现，至少在接下来的三十年中，以内燃机驱动的运输仍将发挥重要作用。^[7]如果因为对可再生或脱碳能源替代交通运输中的化石燃料能源的速度过于乐观，工业界和政府就放弃真正的近期到中期的CO₂减排，以及基于内燃机的推进所能达到的排放标准，那才将是悲剧。

（另一方面，迅速发展的消费电子领域有望超越运输业，成为全球能源消费的来源。2015年，与互联网连接的设备、高分辨率视频流、电子邮件、监控摄像头和智能电视的消费量占世界电力的3%–5%，物联网、无人驾驶汽车、机器人和人工智能（AI）的增长正极大地增加了对电力的需求。据估计，2025年前计算机和通信可以使用多达世界电力的20%。）

我们认为，无论是在学校还是在家庭中，公共倡导和教育计划都不应侧重于引起对全球变暖和气候变化的恐惧，而应关注人类如何通过提高内燃机和其他能源消耗的效率来实现充满希望的未来系统、可再生能源的开发、基于全生命周期的替代方案分析和对全球变暖潜在影响的系统缓解的合理决策，以及我们的消费者本能的自愿的自我节制。

8. 未来研究方向

自20年前成立以来，本期刊就一直在发动机研究方面取得进展。^[6]本期刊的目标仍然是提供一个令人鼓舞的论坛，以激励内燃机研发的进步。本着这种精神，本社论的最后部分提供了（可能不完整）可能有益的研究主题列表，这些主题将对发动机领域有所帮助。这些领域的进步必将受益于行业、政府实验室和学术界研究人员之间的全球合作。

发动机效率

燃烧系统 应该鼓励开发新颖的燃烧系统，包括使用超高燃料喷射压力，以及可能超出曲柄滑块的新机械布局。这可以与高度稀释燃烧的燃烧技术（带废气再循环（EGR）的化学计量比燃烧以及过量空气系数大于2的稀薄燃烧）配合使用。为了改善燃烧，需要研究混合气的形成和气流运动，以及包括预燃室安装在内的点火技术。

气体交换 改善发动机进排气很重要，可以通过排气涡轮增压器的超高压增压、大量EGR、通过可变气门系统进一步改善的米勒循环（同时保持所需的氧气水平），来实现快速响应和低温燃烧。应鼓励进一步开发具有涡轮复合技术和可能的化学重整技术的废气能量回收系统。

电气化 电气化可显著提高系统效率以及控制温室气体排放，可能导致热效率超50%。专门为混合动力和增程系统开发更高效的发动机（使发动机能够在有限的转速负载范围内运行）也将有所帮助。

发动机润滑 减少机械损耗应通过改善润滑系统并减少润滑油消耗来实现，特别是对于负载或转速限制的新型发动机。

发动机热管理与能量管理 需要发动机热管理和能量管理以遵守实际驾驶排放量（RDEs）并提高燃油经济性。不仅需要减少内燃机的热损失，而且改进的热力系统（包括排气热回收系统、后处理系统及其最优控制）也将成为未来的关键技术。

发动机后处理

法规还要求了减排技术，以实现近零排放。需要建立一种改进的低成本后处理系统，以在不牺牲热效率的情况下，在低温和过量氧气废气条件下去除uHC、颗粒物和NOx排放。应当探索用较便宜的后处理装置在浓混合气燃烧或冷启动（会产生大量颗粒物）下降低全负荷时汽油机车辆RDEs的方法。

燃油

应研究双燃料燃烧和柴油/天然气燃烧的有效利用。除了超稀薄燃烧和气态燃料直喷系统的开发以外，还需要进行研究以减少甲烷泄漏、改善热效率和天然气发动机的废气排放，特别是大型船舶和热电联产。对全球燃料使用量的分析表明，在不久的将来，使用过剩的低辛烷值燃料将成为重要的主题。^[16]此外，为温室气体减排加强对生物燃料和电子燃料的研究也将有所帮助。“设计者”燃料具有提高效率和接近零污染物排放的潜力。^[17]其中可能包括多种H₂量的碳氢化合物、氧化成分甚至是相当新的化学成分（例如NH₃）的混合物。发动机开发所需的研究工具包括：

发动机仿真

在详细的实验支持下，燃烧过程的计算流体力学（CFD）建模取得了很大的进步。得益于工业和学术界（例如Hasse^[18]）可用的巨大计算能力，大多数发动机OEM现在已广泛使用仿真工具来帮助设计和优化发动机。由于AI的飞速发展，各种自动预测和优化也已投入实际使用。但是，发动机燃烧的优化依赖于精确的子模型，其中许多子模型需要进一步开发以提高其预测能力，并减少对经验标定的需求。直接数值模拟技术以及即将来临的机器学习和数据科学技术的利用是一个非常活跃的研究领域。此外，发动机燃烧还包括瞬态现象，例如人们对循环变化的不甚了解或分析。此外，还需要开发包括电源及其系统组件、变速器、外围设备、电池、电动机、逆变器和行驶阻力的车辆仿真模型。

发动机和车辆控制

为了减少控制余量和逐周期变化的实时燃烧控制需要标定和控制软件创新，可能需要使用AI的基于板载物理/统计模型的控制。需要使用模型预测控制对多输入/多输出系统进行板载优化。对高效燃料喷射系统（在燃烧室中优化空间和时间上的混合气形成）的控制，以及确保SI发动机在稀薄或稀释混合气中稳定点火的方法（可能使用预燃室和低温等离子体）将受到关注。同样，也需要对使用V2X减少实际驾驶条件下车辆的燃油消耗进行分析。

9. 总结

总而言之，与一些广泛散布的媒体报道（例如The Economist 的“内燃机已死”这类的文章^[19]）相比，内燃机的研究有着光明的前景。发电、汽车和燃料行业庞大，拥有庞大的基础设施，每年的营业额达数万亿美元。我们当然处在革命时期，但很明显，几十年来，即使有，发电来源也不会完全可再生，交通运输也不会完全变为电力。然而，提高效率的研究和减少对化石燃料的依赖的方法是未来内燃机研究的令人振奋的方向。具有混合解决方案的高效“全灵活”发动机很有可能成为人们追求的效率提高以及排放/温室气体降低的重要组成部分。^[20]最后，必须承认，在实践中，人们根据包括成本在内的众多因素来选择动力总成。消费者的偏好不是由政客、汽车制造商或学术界决定的。单方面偏向一种技术解决方案的政策可能效率极低，甚至可能是错误的最终解决方案。更好的方法是使用实际数据来使相互竞争的技术蓬勃发展。如果它们证明了效率的提高和排放的减少，那么它们就需要尽快交付市场。持续的进步要求我们招募最聪明的年轻人参与这项工作，为内燃机带来充满活力和可持续发展的未来。

本文译自：

"IJER editorial: The future of the internal combustion engine"

文章来源：

International J of Engine Research 2020, Vol. 21(1)3–10

中文首发：

“同济智能汽车研究所”公众号

原作者：

R. D. Reitz, H. Ogawa, R. Payri, et al.

翻译：

同济智能汽车研究所混合动力研究组

原文链接：

https://doi.org/10.1177/1468087419877990