2025年9月11日，在無錫艾迪花園酒店舉辦的 “2025中國混合動力技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新與市場趨勢研討會” 上，長期深耕車用發(fā)動機與動力系統(tǒng)研究的清華大學(xué)車輛與運載學(xué)院教授帥石金，以《車用混動技術(shù)路線對專用發(fā)動機的需求分析》為題，從全球車用動力多元化趨勢切入，深度剖析混動專用發(fā)動機的研發(fā)核心理念、乘用車和商用車混動技術(shù)路線及碳中和燃料布局，為行業(yè)提供 “混動構(gòu)型-高效發(fā)動機-綠色燃料” 協(xié)同創(chuàng)新的清晰方向。

行業(yè)現(xiàn)狀：全球動力多元化 中國混動 “百花齊放”

帥石金首先梳理了全球車用動力發(fā)展格局，指出 “電動化為主導(dǎo)的多技術(shù)路線并行” 已成共識：從國際能源署（IEA） 2015 年對各種車用動力發(fā)展趨勢的預(yù)測到當(dāng)前全球市場的現(xiàn)實選擇，純電、插混（PHEV）、油電（HEV）均占據(jù)重要賽道，且中國在電動化推進(jìn)中更為激進(jìn) —— 公交車已基本實現(xiàn)全面電動化，乘用車純電和插混滲透率快速提升，這背后是中國可再生能源發(fā)電（光電、風(fēng)電、水電），尤其是光電裝機容量的爆發(fā)式增長，為車用動力電動化和多元化奠定了綠色低碳化發(fā)展的基礎(chǔ)。

1. 混動構(gòu)型分化：油電與插混 “各有側(cè)重”

油電（HEV）：串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)構(gòu)型均有應(yīng)用，以豐田 THS（功率分流系統(tǒng)）技術(shù)為代表的混聯(lián)構(gòu)型在全球廣受歡迎，核心優(yōu)勢在于發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三者無極調(diào)速運行，技術(shù)成熟度高，發(fā)動機的節(jié)能效果得到很好體現(xiàn)，但行星齒輪機械耦合靈活性受限，用于以電驅(qū)為主的插電混合動力沒有優(yōu)勢。

插電（PHEV）：呈現(xiàn) “串并聯(lián)為主、串聯(lián)增程緩解純電里程和充電焦慮” 的特點。串聯(lián)構(gòu)型因結(jié)構(gòu)簡單、動力性強，在高端乘用車市場占據(jù)一席之地；P1+P3構(gòu)型主導(dǎo)的串并聯(lián)構(gòu)型，因場景覆蓋率廣、動力源組合靈活（發(fā)動機和電機可按需求調(diào)整大?。?，成為國內(nèi)主流，而傳統(tǒng)并聯(lián)構(gòu)型因 “以發(fā)動機為主” 的邏輯與當(dāng)前 “以電為主”的趨勢不符，逐步退出乘用車市場。

“插混的靈活性源于‘離合器開關(guān)構(gòu)型’優(yōu)于行星齒輪機械耦合，誰能更好組合發(fā)動機與電機讓各自的性能極致發(fā)揮，誰就能搶占先機?！?帥石金強調(diào)，中國插混市場已從早期單一電機（P0、P1、P2、P2.5、P3）并聯(lián)構(gòu)型，發(fā)展為以 P1+P3 離合開關(guān)式混聯(lián)構(gòu)型為主導(dǎo)的多元化格局，體現(xiàn)出鮮明的技術(shù)迭代特征。

2. 商用車混動：場景決定構(gòu)型選擇

與乘用車和輕型商用車的多混動構(gòu)型路徑不同，重型商用車混動構(gòu)型呈現(xiàn)兩種基本的 “場景綁定” 特性：高速公路等工況變化不大的應(yīng)用場景，以 “發(fā)動機為主、電機助力” 的并聯(lián)構(gòu)型更優(yōu)；而在頻繁啟停的復(fù)雜工況（如城市配送、國道）中，串聯(lián)構(gòu)型適應(yīng)性更強；而 P1+P3 串并聯(lián)構(gòu)型因成本與復(fù)雜度平衡問題，在商用車領(lǐng)域應(yīng)用較少。

核心痛點：混動專用發(fā)動機的 “三大矛盾”

作為發(fā)動機領(lǐng)域?qū)＜?，帥石金直指?dāng)前混動系統(tǒng)研發(fā)的核心瓶頸之一是專用發(fā)動機，具體表現(xiàn)為三大矛盾：

1. 效率與動力的平衡矛盾

傳統(tǒng)發(fā)動機多在 “低效率平原區(qū)” 運行（有效熱效率20%左右），混動專用發(fā)動機依托電機助力，發(fā)動機一旦運行可直接進(jìn)入 “高效高原區(qū)”（有效熱效率 40% 以上）運行，但要進(jìn)一步突破至 45%以上，需要犧牲一部分動力性，如采用稀燃技術(shù)路線，并進(jìn)一步提高壓縮比（15-17），這對發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度與稀燃后處理提出了更高要求。

2. 燃料適配與工況的匹配矛盾

乘用車：插混專用發(fā)動機尤其是增程混動專用發(fā)動機，主要以 “充電寶” 角色解決純電運行的里程和充電焦慮，工作區(qū)間收窄（僅 在“甜蜜點及附近” 運行）；而油電混動的專用發(fā)動機是主角，需頻繁啟停，對 NVH（噪聲、振動與粗糙度）要求更高。未來混動專用發(fā)動機可以燃燒生物質(zhì)乙醇、甲醇和電制碳中和燃料(e-fuel)，實現(xiàn)零碳和碳中和排放。

商用車：商用車可以先從油電混合動力起步，再逐步過渡到插電混動和純電路線。由于重卡長途運輸工況相對平坦，并聯(lián)構(gòu)型成本低、節(jié)能效果明顯。將現(xiàn)有柴油車和甲醇車進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)柴油與甲醇燃料理化特性差異顯著 —— 柴油自燃溫度低、壓燃優(yōu)勢明顯，高效區(qū)寬（較低功率即可進(jìn)入高效區(qū)），工況適應(yīng)面寬；甲醇汽化潛熱高、需點燃，高效區(qū)窄（較高功率才進(jìn)入高效區(qū)），工況適應(yīng)面窄，在頻繁啟停和多變工況采用串聯(lián)方式更節(jié)能。重卡未來混動專用發(fā)動機可以燃燒氫氣和電制碳中和燃料(e-fuel)如甲醇，實現(xiàn)零碳和碳中和排放。

3. 成本與技術(shù)升級的取舍矛盾

點燃式混動專用發(fā)動機的有效熱效率突破 50% 需采用稀燃、高能點火、高效增壓、稀燃氮氧化物吸附LNT后處理等技術(shù)，雖能提升節(jié)能效果，但會增加研發(fā)與制造成本；針對串聯(lián)增程混動特殊場景下，輕量化、高功率密度的二沖程發(fā)動機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機甚至渦輪發(fā)動機等有應(yīng)用機會，但面臨能耗高、產(chǎn)業(yè)化成本居高不下的問題，也許在低空混動飛行器上有更多機會。

創(chuàng)新突破：構(gòu)建 “混動構(gòu)型–高效發(fā)動機–綠色燃料” 協(xié)同技術(shù)體系

針對上述痛點，帥石金結(jié)合行業(yè)實踐與團(tuán)隊研究，提出三大創(chuàng)新方向：

1. “高原出高峰” 的發(fā)動機設(shè)計理念

打破傳統(tǒng)發(fā)動機 “全工況覆蓋” 思維，依托混動系統(tǒng)電機助力，讓發(fā)動機專注于 “高效窄區(qū)間” 運行：通過 “犧牲部分動力性”，將高壓縮比、高滾流比、高 EGR 率、高能點火、高效增壓（“五高”）與低泵氣損失、低摩擦（“二低”）技術(shù)結(jié)合，使汽油機有效熱效率突破45%，柴油機達(dá)50%。

現(xiàn)有高校實驗室的研究結(jié)果，“從 36% 逐步突破至 50% 的技術(shù)路線及實踐證明，稀燃、高壓比、長沖程、低摩擦等技術(shù)組合，可實現(xiàn)有效熱效率的進(jìn)一步突破?！?帥石金補充，當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)在混動專用汽油機領(lǐng)域已走在全球前列，成本控制與效率提升成效顯著。

2. 燃料與工況的 “精準(zhǔn)匹配” 方案

乘用車：插混與增程混動專用發(fā)動機歸為 “窄區(qū)間類”，優(yōu)先選擇低成本的四缸渦輪增壓汽油機，兼顧緊湊性與效率；油電發(fā)動機歸為 “頻繁啟停類寬高效區(qū)”，強化 NVH 優(yōu)化與啟停超低排放控制。

商用車：比較重卡長途車混動構(gòu)型，在典型高速場景如半掛牽引車（CHTC-TT）工況，無論是柴油混動重卡還是甲醇混動重卡，都適合采用具備發(fā)動機直驅(qū)模式的技術(shù)路線，如并聯(lián)或者以并聯(lián)為主的串并聯(lián)（小電機+多擋箱），而采用串聯(lián)構(gòu)型反而都不節(jié)能；在典型國道場景如山西大同國道工況（運煤線路），甲醇混動重卡更適合采用串聯(lián)模式為主的技術(shù)路線，如增程或者以串聯(lián)為主的串并聯(lián)（大電機+少擋箱）。

3. 碳中和燃料與氫發(fā)動機的前瞻布局

為破解 “發(fā)動機綠色低碳轉(zhuǎn)型” 難題，帥石金牽頭推動氫發(fā)動機創(chuàng)新實踐：

成立氫發(fā)動機創(chuàng)新聯(lián)合體：在2024 年天津舉辦的世界內(nèi)燃機大會期間，中國內(nèi)燃機學(xué)會聯(lián)合濰柴、玉柴、一汽、二汽等企業(yè)及相關(guān)零部件企業(yè)，還有高校和研究機構(gòu)，組建氫發(fā)動機創(chuàng)新聯(lián)合體，聚焦車用氫發(fā)動機研發(fā)；濰柴牽頭承擔(dān)的“十四.五”新能源汽車重點專項《重型商用車混合動力專用氫內(nèi)燃機》，明確 2027 年實現(xiàn)產(chǎn)品上公告的目標(biāo)。

突破核心技術(shù)瓶頸：針對氫發(fā)動機噴射系統(tǒng)耐久性和氫燃燒安全等問題，聯(lián)合高校與企業(yè)攻關(guān)氫缸內(nèi)直噴技術(shù)，目前進(jìn)氣道噴射氫發(fā)動機已進(jìn)入示范階段，歐洲整車和發(fā)動機企業(yè)已在非道路領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)氫發(fā)動機示范運行，康明斯正在推動氫發(fā)動機產(chǎn)業(yè)化落地（產(chǎn)品數(shù)據(jù)顯示，動力性與柴油機相當(dāng)，易滿足未來歐七或國七排放法規(guī)）。

專家展望：混動是橋梁，碳中和燃料是未來

“混合動力不是過渡，而是連接傳統(tǒng)發(fā)動機與零碳動力的橋梁。” 帥石金強調(diào)，發(fā)動機的未來在于 “燃料綠色低碳化”：

短期：優(yōu)化混動專用發(fā)動機實現(xiàn) “油-機”優(yōu)化匹配，推動汽油機熱效率向 50% 突破，柴油機向 55% 邁進(jìn)，降低油電、插混全生命周期碳排放和能耗。

中期：規(guī)?；瘧?yīng)用綠色甲醇、生物乙醇等碳中和燃料，依托現(xiàn)有發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn) “換燃料不換發(fā)動機”。

長期：聚焦零碳?xì)浒l(fā)動機研發(fā)，解決氫氣直噴、耐久性和燃燒安全等核心技術(shù)，與氫燃料電池形成互補，共同推動商用車零碳轉(zhuǎn)型。

“發(fā)動機無罪，關(guān)鍵在是否擁抱清潔燃料。” 帥石金呼吁能源與動力行業(yè)協(xié)同，通過政策標(biāo)準(zhǔn)（如氫發(fā)動機排放、安全法規(guī)）先行、產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動，讓 “混動構(gòu)型 – 高效發(fā)動機 – 綠色燃料” 協(xié)同創(chuàng)新成為乘用車和商用車低碳轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動力。