多种燃料内燃机的技术路线与发展趋势

随着全球气候目标的不断收紧，重型商用车领域正迎来技术与政策的“双重驱动”。美国通过《可再生燃料标准》强制扩大可再生燃料供应，并在重型车辆上推广可再生天然气（Renewable Natural Gas, RNG），实现了RNG产能与加注站的快速增长；欧盟则在重型车CO₂排放性能标准的修订中引入生命周期排放（well-to-wheel），支持E-fuel（合成燃料）等燃料的应用。

从近期来看，世界头部商用车及内燃机制造商回归“内燃机”投入与布局。康明斯Cummins董事长兼首席执行官Jennifer Rumsey与沃尔沃集团CEO Martin Lundstedt相继明确：多种动力解决方案和替代燃料将长期并存，清洁燃料驱动的内燃机仍将在交通运输领域占据重要地位。

我国如何借鉴这些经验，推动天然气、甲醇、氢、E-fuel等能源内燃机技术路线的深化发展，是实现我国商用车低碳、零碳转型的关键。

欧美重型商用车领域可再生燃料与内燃机新动向

美国EPA通过RFS强制各类运输燃料中必须掺入可再生燃料，RNG作为“纤维素生物燃料”一类，自2005年RFS实施以来，产能迅速增长。2024年，美国RNG加注站数量同比增长63%，用于中大型商用车（Class 8）注册量同比增长50%，达到2 317辆；天然气（含可再生天然气）驱动的垃圾车注册量跃升43%，多元燃料市场动能显著。

欧盟于2019年通过首个重型商用车CO₂排放标准，要求至2025年新车平均CO₂排放减少15%；2024年修订进一步扩展至更多车型，并强调到2027年纳入生命周期排放评估，为E-fuel、合成燃料等提供法规支持。“率先考虑生命周期排放，而非仅尾气排放”，已成为欧盟新规核心要义。

作为行业领军企业，Cummins CEO Jennifer Rumsey在ACT Expo 2025主题演讲中表明：“在交通可持续性之路上，不能让完美阻碍前进。先进柴油、生物柴油、天然气与氢发动机，以及电动、燃料电池与混动解决方案将长期并存；唯有灵活审视生命周期排放、以合适技术满足不同应用需求，才能推动行业发展”。沃尔沃集团CEO Martin Lundstedt亦强调，公司战略“三管齐下”——电池电动、燃料电池电动、以清洁燃料驱动的内燃机并重，为客户提供多元化选择，确保在不同市场与工况中实现最佳总拥有成本与排放绩效。

国内多种燃料内燃机的技术路线展望

我国多种燃料内燃机基本从以下4大技术路径推进：

1. 天然气内燃机

2024年中国液化天然气（LNG）重卡销售占比达42%，推动柴油重卡需求下降6%，并有望在2025年前后实现柴油重卡消费峰值。技术方面，潍柴动力与中国重汽联合推出的13 L LNG发动机达到290 kW功率、2 000 Nm转矩，采用增压与稀薄燃烧技术，满足国六排放要求，并搭载自主ECU，实现精准喷射与排放控制；一汽解放CA6SX发动机则不断刷新燃效纪录，成为行业标杆。未来，进一步优化高压储运体系、推广加注网络、提升发动机热效率超过50%，是下阶段重点。

2. 甲醇内燃机

甲醇因原料来源广泛、价格稳定，具备碳排放与成本双重优势。吉利商用车远程品牌自2019年推出首款M100甲醇重卡，截至2024年已实现累计500 万km运营，年均减少CO₂约4 620 t、节省燃料成本18%；天津大学团队与企业合作，开发的“柴油-甲醇组合燃烧技术”（DMCC）在11省市示范，热效率由43.4%提升至47.6%，燃效增益8.7%，经济性与动力性均提升10%以上。技术路线分为纯甲醇高压直喷与混合燃料两种，各有侧重。

3. 氢内燃机

氢内燃机在快速加注、长续航、高功率输出方面具备独特优势，被视为氢燃料电池的有力补充。2024年，中国重汽·潍柴联合发布首台量产化13 L氢内燃机，热效率41.8%，累计实车应用于港口、矿区等场景；一汽解放CA6HV3氢气发动机最大功率460 PS，峰值扭矩2 100 Nm，可在90%纯度灰氢下稳定运转，解决氢脆与高效燃烧难题，实现零碳排放。未来需突破高压直喷控制、氢气安全管理与低成本碳中性氢供给。

4. E-fuel（合成燃料）

合成电fuel基于绿电制氢与CO₂捕集合成，其全生命周期碳排放可近似零。E-fuel与现有燃料兼容，无需改造发动机和基础设施，抗爆性能与98号汽油一致。国内E-fuel示范尚在起步，如部分科研机构开展高温共电解制备合成气、CO₂捕集示范项目；但整体商业化路径尚未明晰，需在大规模绿电制氢、CO₂源头集中化、合成工艺成本控制等方面取得突破。

国内内燃机发展建议

在欧美典型实践和产业布局基础上，国内商用车可再生燃料内燃机发展应重点关注以下几点：

政策驱动与规范保障。美国RFS与加州LCFS的双轨激励模式，以及欧盟即将纳入燃料生命周期排放的标准，提供了市场确定性与长期投资预期。国内应加快完善可再生燃料标准，明确天然气、甲醇、氢、E-fuel等分类与配额要求，鼓励燃料生产、加注网络与整车示范协同建设。

多元技术并行与匹配应用。重型车作业场景多样，城际长途、港口场站、矿区短倒等对续航、加注便利性、总拥有成本（TCO）需求各异。应针对不同应用，灵活选择LNG、LPG、甲醇、氢、E-fuel等技术路径，并保留传统柴油发动机平台向替代燃料的演进空间。

产业链协同与示范先行。从上游燃料生产（RNG、煤/天然气制甲醇、绿氢、CO₂捕集）到中游储运（管网、罐车、液化设施）及下游加注站，应形成“示范——复制”闭环。可在粤港澳、长三角、京津冀等重卡高密度区域开展示范项目，快速累积运行数据与成本经验，推动规模化应用。

技术创新与节能增效并重。提升内燃机热效率仍是最大减碳潜力来源。应持续加大高压直喷、涡轮增压、废热回收、混合动力集成等技术研发力度，同时推进低碳替代燃料（如生物甲醇、生物RNG、绿氢、E-fuel）的工艺优化与成本下降。

市场激励与运营支持。除直接财政补贴外，应通过税率优惠、差异化车辆通行费与牌照配额等手段，引导运营商优先采购可再生燃料车辆。并建立全生命周期的碳排放核算与交易体系，使减碳效益得到公平市场回报。

作者:常青

一审:杜红武/二审:王作函/三审:于晶

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