试论我国内燃机工业的可持续发展--内燃机燃油喷射和控制

1、试论我国内燃机工业的可持续发展居钰生 张红燕（无锡油泵油嘴研究所） （无锡威孚集团有限公司）内容提要 本文简要阐述了可持续发展的内涵，就是经济社会生态的持续稳定协调发展，是一种强调人与自然对立统一的全新的发展观。并从可持续发展的角度出发分析了我国内燃机工业与我国经济、社会、自然资源和生态环境的关系，以及我国内燃机工业面临的问题和挑战，提出了我国内燃机工业实现可持续发展的途径，首先是人的思想观念的转变、国民文化素质的提高，其次要制定相应的政策、要加强立法和执法，最后指出了实现我国内燃机工业持续发展的技术手段和发展方向。关键词 内燃机 内燃机工业 可持续发展1. 前言在即将进入二十一世纪之际，人类

2、面临着人口急剧增长、工业生产迅速发展、资源大量耗费且日见短缺、环境日益恶化等一系列重大问题，它们对经济和社会可持续发展的制约性日益突出，人类终于真切地认识到必须与大自然和谐共处，实现人类的可持续发展。1992年6月，在巴西里约热内卢召开的世界环境与发展大会上，提出了“人类要生存、地球要拯救、环境与发展必须协调”的令人深思的口号。大会通过了里约环境与发展宣言和21世纪议程等一系列文件，其基本点就是人类的持续发展。我国也制定了相应的持续发展战略、计划和政策，即中国21世纪议程。它包括持续发展总体战略、社会持续发展、经济持续发展和生态持续发展等四大内容。1995年9月，在中共十四届五中全会上审议并通

3、过了中共中央关于制定国民经济和社会发展九五计划和2010年远景目标的建议，它正式把实现可持续发展作为我国的一个重大战略提了出来。上述两个文件就是我国推行可持续发展的纲领和蓝图。这充分表明我们党和政府对寻求一条人口、经济、社会、环境和资源相互协调的可持续发展道路给予了充分肯定和高度重视。由此可见，可持续发展已成为国际社会在全球环境与发展问题方面达成的共识。2. 可持续发展的涵义什么是可持续发展？可持续发展的权威定义是联合国环境与发展委员会在经过十多年长期研究的基础上，在其长篇报告我们共同的未来中提出的。根据其定义，可持续发展是“满足当代人需求又不损害后代人满足其需求能力的发展”。1992年世界银

4、行的世界发展报告又指出“满足这代人，尤其是穷人的需要，实际上是持续地满足今后几代人的需要问题”。这就是说，当我们思考社会发展问题、探寻和实施满足当代人需要的时候，必须考虑到这一行动决不能危及后代人满足他们的需要；不能在牺牲未来几代人需要的情况下来满足我们这代人的需要即所谓代际间的利益平等。另外，它也要求一部分人的发展不应损害另一部分人的利益，或者任何国家、任何地区的发展不能以损害别的国家、别的地区的发展为代价，特别要注意维持落后地区、发展中国家和穷人的发展需求即所谓代内的利益平等。可持续发展提出了一种全新的发展观，它要求人们从全新的视角和整体思维的高度来认识和把握人类的发展。它实际上包括了二方

5、面的含义，即可持续和发展。传统的发展模式强调发展，强调对自然资源和自然环境进行任意开发和破坏，它虽然极大地提高了社会生产力，创造了前所未有的物质财富，加速了人类文明发展的进程，但也造成了人口剧增、资源过度消耗、环境严重污染、生态平衡遭到破坏、全球性和地区性的贫富差距扩大等全球性的重大问题，在某种程度上已严重地阻碍经济的发展和人民生活质量的提高，其恶果已构成了人类未来生存和发展的现实威胁，使人和自然处于二者对立的关系上。而可持续发展强调发展的可持续性，它追求的是使人类社会的发展在一个无限长的时期内可以永远地继续下去，人类社会的生产方式和生活方式能不断发展，人类的物质生活和精神生活能不断提高。它追

6、求的是经济社会生态复合系统的持续、稳定、健康发展。其实质就是协调好人口、资源、环境和发展的关系，为人类的世代生存和进步奠定一个能够持续发展的基础。可持续发展以生态持续为前提，经济持续为基础，社会持续为目的。它们相互依存，相互促进，共同组成一个系统整体。它可用以下公式来概括：可持续发展经济适度发展保护生态稳定促进社会平等（包括代际平等 和代内平等）经济的可持续发展目标要求不仅注重经济增长的数量，而且更要改善其运行质量，实现经济适度发展。为了维持自然资源的供应，要对资源进行优化配置，节约资源，减少废物，降低消耗，提高效率，增加效益，改革传统的生产和消费模式，实施清洁生产和文明消费。保护生态的稳定，

7、就是生态的可持续发展目标。自然生态环境系统是整个生命的支持系统。可持续发展是建立在资源的可持续利用和良好的生态环境基础上的。因此，必须保护自然生态环境系统的完整性，保护生物多样性，保护自然资源；保证以持续的方式使用可再生资源，使人类的发展保持在地球承载力之内，预防和控制环境破坏和污染，积极治理和恢复已遭破坏和污染的环境。促进社会平等是社会持续发展追求的目标，就是要维持对自然资源和环境服务的公平分配，包括代内的公平（这又包括国内的公平和国际的公平）和代际的公平。它以改善和提高人类的生活质量、满足人类的需要为目的，积极促进社会公正、安全、文明、健康发展。可持续发展问题已不仅是各国政府的事情，它也是

8、每个地区、每个行业、每个企业、每个社会团体、每个个人的事情。下面，按照可持续发展的理念和我国可持续发展战略来考察我国内燃机工业的可持续发展问题。3. 内燃机工业对社会发展的促进作用和在我国国民经济中的地位3.1 内燃机工业对社会发展的促进作用内燃机的发展历史可追溯到一百多年以前。1876年，Nicolaus A. Otto（18321891）在世界上首先提出的第一台四冲程点燃式发动机样机运转起来了。Otto发动机的诞生使原动机在体积和重量上大大地减小，从而为内燃机工业有效地奠定了基础。至1890年，在欧洲和美国市场这种发动机的销售量已达50,000台之多。1892年，德国工程师Rudolf D

9、iesel（18581913）又提出了压燃式内燃机的专利。这两种型式的内燃机也是当今世界内燃机的主流型式，由于它们具有体积小、重量轻、热效率高、工作可靠、排放和振动噪音低而在工业、农业、商业、交通运输业等国民经济和国防建设各部门得到广泛应用。一百多年来，随着内燃机用途的不断扩大和人们对它的要求不断提高，内燃机工业取得了飞速发展，内燃机技术有了极大的提高。特别是最近三十年来，随着材料工业、制造技术、测试技术和电子技术等的飞速发展，内燃机技术和内燃机工业的发展更是突飞猛进，一日千里。而内燃机工业的发展也极大地促进了人类社会的文明与进步，给人类创造了许多行业和就业机会。它作为一种动力使人类获得了极大

10、的自由和解放，使人们的劳动条件和生活质量获得了很大改善。它作为动力用于交通运输使人们的工作方式、生活方式都发生了深刻变化，使传统的城乡格局被打破了，城市和乡村的距离缩小了。内燃机用于农业机械、农业生产，大大地提高了农业生产效率，使农民从过去繁重的劳动中解放出来，许多农民得以脱离传统的以土地为对象的农业劳作，转而从事其他职业或离开农村流入城市，从而对人们的思维方式、消费观念、价值观念等产生重大影响。我们很难想象假如没有内燃机当今社会将会是什么样子。3.2 内燃机工业在我国国民经济中的地位解放初期，我国的内燃机工业几乎为零，经过几十年的努力，我国的内燃机工业取得了长足的进步，从小缸径到大缸径、从单

11、缸到多缸、从汽油机到柴油机、从二冲程到四冲程、从低速到高速、从零部件生产到整机生产等，我国的内燃机工业已形成系列、品种、门类等比较完整的体系。内燃机工业已成为我国机械工业中的一个大行业。现在，全国内燃机整机生产企业有近300家，配附件生产厂有上千家之多，分布在全国各省、直辖市、自治区。从业人员有一百多万（包括一些个体小型企业以及销售维修人员），年产内燃机动力约2.5亿千瓦，全国每年生产的大小内燃机台数（包括摩托车发动机等全部内燃机在内）有近2000万台之多，年产值在300400亿元左右。此外，据有关资料估计我国内燃机的社会保有量在8000万至1亿台左右。因此，内燃机工业已成为我国国民经济的主动

12、力，它对我国国民经济的发展起着巨大的推动作用。为了协调我国内燃工业的发展，我国政府于80年代成立了全国内燃机大行业规划办公室。4. 我国内燃机工业发展与自然资源的矛盾内燃机工业与自然资源和生态环境的关系是十分密切的。一方面，在生产过程中内燃机工业涉及到许多工业门类（或称上游产业），它要消耗许多原材料（或称自然资源），如钢铁、有色金属、非金属材料、化工材料、机械制造和铸造材料、电力等，同时还产生许多废料和污染。另一方面，内燃机产品在使用过程中还涉及到许多下游产业，如汽车、农业机械、石油、销售、维修等。尤其是内燃机产品是以消耗自然资源石油制品，如柴油、汽油和机油等来为经济发展提供动力的。现在，我国

13、内燃机用油每年约8000万吨，在我国的石油用量中占有很大的比重。随着我国经济的发展，特别是汽车进入家庭，内燃机的用油必将大幅增加，这给我国本来业已紧张的石油资源供应造成了很大的压力。1985年，我国石油净出口为3678万吨，但到1993年，我国已成为石油纯进口国，约进口石油1000万吨。虽然1996年，我国生产原油1.5亿吨，成为世界第五大产油国，但仍不能满足国内经济发展的需要，石油的缺口日益扩大。据估计，1997我国进口原油3000万吨，到2000年将进口5000万吨左右，而到2030年约需进口石油1.6亿吨。仅以汽车内燃机用油为例，需求情况大致如下表1所示。表1 我国车用发动机燃油使用情况

14、 *注：中国汽车报1996年2月4日中国汽车大市场另据有关部门测算，在2000年、2010年、2020年、2030年，我国的石油需求分别为2.00、2.60、3.20和5.2亿吨，而国内供应能力相应为1.55、1.65、1.80和0.8亿吨，缺口分别达到0.45、0.95、1.4和4.4亿吨。再考虑到其他代替能源，估计到2020年最多可替代0.51亿吨石油，到2030年替代2.8亿吨石油，不足部分需要进口，预计进口需求分别为0.45、0.85、0.89和1.6亿吨（见表2）。 仅以交通运输业为例，80年代初，我国民用汽车保有量仅180万辆，到1994年已达到830万辆，预计2000年我国民用汽

15、车保有量将达到1500万辆，相应的石油产品需求量也将超过1.2亿吨。有资料预测，到2000年，全国具备购置微型轿车能力的家庭将达1100万户，到2010年全国汽车购买力为1500万辆，另外，全国每年还有近1000万辆摩托车出厂，它们构成了主要的用油大户，使石油供应短缺的矛盾日趋突出。其次，从能源利用的角度来看，我国内燃机的能源利用效率普遍较国外先进水平低，其评价指标比油耗一般比国外先进的同类内燃机高出1020，这也在一定程度上加大了我国内燃机发展与能源短缺的矛盾。5. 内燃机对生态环境的影响内燃机对环境的污染问题已不容忽视。现在我们这个地球的环境状况日益恶化，由于温室效应，全球气温升高，灾害性

16、气候增加。特别是城市的污染问题更为突出。汽车、摩托车、助力车等都离不开内燃机，它们在城市交通中的作用越来越大，但产生的污染也越来越严重。在城市中，我们已很难看到蓝色的天空，我们也不再能吸到新鲜的空气，我们的呼吸道疾病在增加，我们体内的铅含量严重超标。这些主要是因为内燃机的排气在起作用。内燃机所用的燃料一般为柴油和汽油，其主要成分为C 和H，它们燃烧后产生HC、CO、CO2、H2O 等气体。其次，空气中的氧和氮在内燃机燃烧室中燃烧高温的作用下会形成NO、NO2等氮氧化物（通称NOx）。另外，在内燃机燃烧废气中还会排出一些由碳烟、硫酸盐（有机非可溶部分）和未完全燃烧的燃油和机油（有机可溶部分）等组

17、成的颗粒。若不计产生温室效应的排放物CO 2在内，大约有2的燃烧产物是有毒害的（见下图）。它们排放在大气中，构成了对大气环境的污染，且已成为影响经济发展和人民生活质量、身体健康的重要问题。 燃烧 六十年代早期，美国加州洛杉矶的无法忍受的光化学烟雾事件引起人们对内燃机废气排放及其组份进行广泛的研究。原来，光化学烟雾是固态、液态、气态颗粒的混合物，它们在高湿度、强光和阻碍空气正常流动的大气稳流层（由于温度逆变造成）的作用下产生。臭氧、氧化硫、氮氧化物、氰化物、不完全燃烧和未燃碳氢化合物是光化学烟雾的主要成份。它会降低能见度、引起眼睛和呼吸道发炎、并损害植物生长，甚至还会致癌。汽车废气排放中的颗粒和

18、气态NO X 和HC 成份可促使烟雾的形成。在自然过程中，二氧化氮（NO2）生成NO+O3，并保持平衡状态。白天，在波长较长的紫外光照射下，NO2分解成NO 和O 3，夜晚，由于没有紫外光作用，产生上述反应的逆过程。但是，如果在此过程中存在碳氢化物（HC）,则一部分氧原子(O会促使碳氢原子团的生成，然后与NO 反应生成NO 2，而部分臭氧形成剩余物。 光化学烟雾的形成过程6. 我国内燃机工业存在的问题尽管我国内燃机工业在过去几十年里得到了飞速发展，但存在的问题也很多。应该说，过去我国内燃机工业的发展走的是粗放经营的道路，我们取得的高速发展是以高投入换来的，我们强调了高速发展，却忽视了经济增长的

19、质量。我国内燃机工业的生产能力很大，但多数企业的生产能力利用率很低，有的处于停产和半停产状态，使大批设备闲置，造成了资源的很大浪费。由于生产能力很大，产量很高，市场出现了供大于求，许多企业的产销率下降，库存增加。同时由于经济运行质量不好，货款回笼困难，资金周转不理想，使一些企业难于组织生产，有的处于破产境地，职工无法开资，在一定程度上影响了经济发展、人民生活水平提高和社会文明进步、安定团结。其次，我国内燃机工业的发展水平还较低，低水平重复投资现象比较普遍，企业规模小而分散，规模经济和规模效益普遍较差。许多企业的素质和技术装备水平不高，企业的组织管理水平以及企业领导和职工的素质也有待提高。第三，

20、我国内燃机的产品质量一般不高，可靠性差，能耗大，排放污染严重（特别是一些农用发动机和摩托车、助力车用发动机），动力性、紧凑性、振动和噪声等指标也较差，严重制约了我国内燃机产品的国际竞争力，在国内市场也越来越受到来自国外先进产品的严重冲击。第四，我国有相当多的内燃机用户的素质还很低。他们为了追求经济利益，往往不顾一切地违反操作规程使内燃机的可靠性、能耗和排放等严重恶化。第五，我国内燃机的技术水平大多很落后。如汽油机，国外已普遍采用了电子控制喷射技术，同时加装尾气净化装置三元催化器，使汽油机的动力性、经济性和排放等指标获得了全面改善。此外国外许多公司已研制成功了直喷式汽油机（当然采用电子控制），从

21、而使发动机的动力性、经济性（能源利用率或燃烧效率）更佳，排放更洁净、振动和噪音更小。在柴油机方面，国外已普遍采用直喷式高压喷射技术以及增压特别是增压中冷、废气再循环技术和四气门技术。共轨（电控）喷射系统也已进入实用阶段，并且正在被迅速地推广应用。这一系列技术措施的实施使发动机的能耗和排放大大降低，动力性、振动、噪音、可靠性和比重量等指标也获得进一步改善。而我国，电控汽油喷射尚属起步阶段，研究开发水平很低，至于直喷式汽油机则更遥远。由于缺乏技术投入，大多数柴油机的技术水平相当于国外七十年代甚至只有五六十年代的水平，对国外现在采用的或正在研究的新技术还很陌生。第六，在政策法规方面，美国加州在60年

22、代就已制定了内燃机汽车的排放法规。自1967年美国的清洁大气行动以来，世界各国都相继立法限制内燃机废气排放，且日益严格。美国正在实施低排放和超低排放法规，并在向零排放努力。欧洲经济共同体目前正在实施欧和欧排放法规，并已提出了欧排放法规。日本也已实施了相应严格的排放法规。而我国虽已酝酿等同采用欧I和欧排放法规，但如何实施尚未确定。其实，目前我国大多数内燃机的排放水平与欧法规存在差距，而离欧、欧法规差距则更大。这实际上也是我国迟迟不出台或者无法严格实施排放法规的根源所在。7. 我国内燃机工业实现可持续发展的途径尽管我国的内燃机工业在国民经济建设和推动社会进步中起着巨大的作用，但也存在着许多问题，这

23、些问题日益突出，从某种意义上来讲已成为影响经济、社会和环境协调发展的重要因素，这就提醒我们必须用一种全新的思维方式、从全新的角度即可持续发展的角度去审视我国内燃机工业的发展，以实现我国内燃机工业的可持续发展。江泽民总书记指出，我们必须“更新发展思路”，“在现代化建设中，必须把实现可持续发展作为一个重大战略。要把控制人口、节约资源、保护环境放到重要位置，使人口增长与社会生产力的发展相适应，使经济建设与资源、环境相协调，实现良性循环。”在我党会议通过的文件中也明确规定：“要进一步推进经济管理体制和运行机制的规范化、法制化，更好地优化资源配置，显著提高国民经济的技术水平和整体素质，实现经济和社会可持

24、续发展”。“必须把社会全面发展放在重要战略地位，实现经济与社会相互协调和可持续发展。”为此，我们特别应该从节约资源、保护环境的角度出发来发展我国的内燃机工业。从节约资源的角度来讲，一方面要节约内燃机用原材料（尽可能增加单位重量和单位体积的发动机功率、降低设计安全系数）、减少内燃机在加工制造过程中的能源消耗（提高制造水平、减少加工切削余量等），另一方面要尽可能提高内燃机的性能水平，减少它在使用过程中的能耗。从保护生态环境的角度来讲，这又有两层含义，一是节约原材料和降低能耗本身可以减少环境污染并有利于生态平衡；二是要尽可能减少内燃机在使用过程中对环境的排放污染物，这就要求我们采取一系列切实有效的技

25、术手段，提高内燃机的技术水平。所以，我国内燃机工业实现可持续发展的具体途径是：7.1 提高国民素质、转变人的思想观念解决可持续发展的难题的根本出路在于解决人类自身的问题，实现“人的革命”。人的革命意味着人的素质全面提高，意味着新的价值观、道德观和人生信念的产生。可持续发展理念表明人们的思维方式与传统的发展观有很大的不同，表现在思维主体本位的变化，思维追求目标设定的变化，思维定势导向的变化等多个方面。它要求我们在思考问题时，应该自觉地从个体本位、群体本位转变到类本位上来，同时应该从追求单一的发展经济、发展生产力的目标转变为追求社会的全面综合发展；还必须把自然界从仅看作是开发对象转变为以朋友相待，

26、由任意向它索取转变为和谐相处。然而，要让可持续发展观念真正成为大家的共识，真正在每个人的脑海里扎根，成为人们思维发展问题的一种思维方式，决非朝夕之事，而是需要漫长过程，要求我们大力发展国民的文化素质教育，要加强物质文明和精神文明建设，使每个人都有高度的公德心、进取心和奉献精神，关心集体、关心国家乃至全人类，自觉遵纪守法，维护社会秩序和安定团结。7.2 制定相应的政策、加强立法和执法为了促进我国内燃机工业实现可持续发展，国家应制定相应的政策、法规加以引导。如进一步完善专利制度，加强知识产权保护力度，保护发明人权益，促使更多人从事科技发明、创造，推动知识创新工程和技术进步；从税收、信贷等方面给以优

27、惠，鼓励企业积极从事技术创新、技术推广、技术改造和技术应用；稳妥地组织引进适合本国国情的科技成果，严防高污染技术、设备的进口；组织兴办教育，增强公民科技意识、人口意识、资源意识、环境意识，使可持续发展成为全体公民的自觉行动；加强节能、降耗、减少排放污染的重大科技攻关项目的资金投入；加强立法和执法保证一切有利于可持续发展的行为,禁止违背可持续发展原则的一切行为,特别是应尽快分步骤、分地区来实施我国的排放法规。7.3 技术手段和发展方向科学技术是解决可持续发展难题的必要手段。为保证我国内燃机工业的可持续发展，我们应选定一些骨干企业，加强技术改造力度，强制淘汰一些老产品，积极采用先进成熟的技术。通过

28、技术合作、技术引进或合资的办法引进先进的产品，加大技术投入，尽快提高我国内燃机产品的设计开发水平、加工工艺水平、组织生产和管理水平，提高内燃机产品的科技含量和附加值以提高其市场竞争力。此外，必须坚持对我们的技术人员和决策人员进行继续教育，掌握最新科技知识，跟踪世界科技前沿发展动向，以保证我们的产品开发不致走入误区或迷失方向。具体来说，为使我国内燃机工业在未来全球经济技术一体化浪潮的冲击下保持强大生命力、谋求可持续发展，我们必须在以下新技术手段方面加大人、财、物的投入并取得重大突破：z 电控技术，它可以大大提高发动机的运行质量；z 多气门技术，可以大大改善发动机的进气过程，提高发动机性能；z 增压、增压中冷技术，它是有效改善发动机性能、降低排放的措施；z 电控共轨喷油系统，它不但可以自由地选择喷射正时、喷油量和喷油压力，还可实现预喷射、多次喷射和快速停油等功能，已成为提高发动机性能、降低排放的重要手段，是柴油机燃油系统的发展方向；z 电控废气再循环技术（EGR），是降低NOx、实现超低排放发动机的必备手段； z 排放控制和后处理技术等，内燃机的清洁燃烧技术可以使其排放污染物大大降低，但是，要使其排放达到很低的水平（特别是美国的超低排放ULEV 和欧洲的EURO ）还是很困难的，此时还必须对排气进行后处理。该技术是降低发动机排放的重要措施；z 大力发展代用燃料