1.1 内燃机工业是重要的基础产业

1.1.1 内燃机工业的发展历史

内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。根据所用燃料可分为汽油机、柴油机、压缩/液化天然气发动机（CNG/LNG）、液化石油气发动机（LPG）、乙醇发动机等，另有双燃料发动机、生物燃料发动机和灵活燃料发动机等。1876年德国工程师奥托发明了四冲程循环点燃式发动机，即进气、压缩、膨胀与排气。这种发动机的热效率提高到了14%，而质量则减少了近70%。虽然当时用的燃料是煤气，但它已经奠定了点燃式发动机的工作方式，即今天汽油机和天然气发动机所采用的奥托循环。

随着中东石油的开发，能量密度更高的石油燃料引起人们的重视。1883年德国工程师戴姆勒创制成功第一台立式汽油机，它的特点是轻型和高速。当时其他内燃机的转速不超过200r/min，它却一跃而达到800r/min，特别符合交通运输机械的要求。1885—1886年，汽油机作为汽车动力运行成功，奠定了汽车及汽车工业发展的基础。而汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高。以汽油机为代表的点燃式内燃机是迄今为止大批量生产的最紧凑的动力机械，被广泛地用于汽车、摩托车、小型船舶、小型机械上。

1897年，德国工程师狄塞尔发明了压燃式内燃机，采用煤粉和植物油等着火点低的燃料，在接近压缩终了时将其喷入缸内，并与缸内的高温空气形成混合气着火和燃烧。由于这种燃烧方式可以采用较高的压缩比并具有较高的膨胀比，热效率比当时其他的内燃机高一倍。后期燃料改为着火性更好的柴油，至此，汽油机和柴油机均已出现。

内燃机的出现是第二次工业革命的一个主要标志之一。由于内燃机的发明，人类得以极大地提升了自身的能力并摆脱了对自然界的依赖。由于内燃机的发明，为海陆空运载工具和移动式工作机器提供了新的动力源，为分布式电网提供了新的选择。有了内燃机，运载不再依靠人力自身和畜力，航运不再依靠风力和人力，基础设施建设不再是人拉肩扛，部队行动不再是依靠两条腿或牲畜。经过一百多年的发展，内燃机结构和性能不断优化和提高，功率范围越来越广，升功率越来越大，热效率不断提高，燃料也从最初的煤粉、植物油等逐步发展为可以燃烧的汽油、柴油、天然气、甲醇、乙醇、生物柴油、二甲醚等多种燃料。

我国第一台内燃机于1908 年在广州均和安机器厂诞生，至今已有100多年的历史。新中国成立前我国的内燃机产业水平很低，没有形成完整的制造体系。新中国成立以后，在党和人民政府的领导下，我国内燃机产业得到了蓬勃发展。从恢复、整顿、改造开始，组织建立了内燃机及其关键零部件的专业化协作生产配套体系，制定了内燃机系列型谱和技术政策，中国内燃机人克服种种艰难困苦，经过几十年的努力，使我国的内燃机产业取得了长足的进步。从小缸径到大缸径、从单缸到多缸、从汽油机到柴油机、从二冲程到四冲程、从低速到高速、从零部件到整机、从研发到生产制造和标准、质量、检测等各个方面，已经基本掌握了设计、研发具有国际先进水平的内燃机的技术、方法和流程，我国的内燃机产业已形成系列、品种、门类都完整、齐全的制造、生产和质量保证体系。内燃机产业已成为机械行业的重要组成部分，是国家重要的基础产业。内燃机已经成为汽车、摩托车、农业和园林机械、工程机械、船舶、铁道机车、中小型发电机组和国防建设等领域的主要配套动力，内燃机产业为推动我国国民经济发展和社会主义现代化建设事业做出了重大的贡献。

1.1.2 内燃机在各行各业的作用

内燃机以优良的动力性、经济性和可靠性，满足了各种配套机械的需要，是各种配套机械产品的心脏，对各种配套主机的市场发展具有重大影响。随着科学技术的发展，现代内燃机融合了电子技术、信息技术、新型材料和精密制造等诸多高新技术，发展成为一种融合多学科技术的高新技术产品。现代高性能内燃机的热效率已超过40%，超长行程二冲程柴油机的循环热效率可以达到50%以上，近年随着CO2减排和油耗标准日趋严格，重型载货汽车柴油机的热效率也将达到50%。内燃机的功率覆盖范围很宽，单机功率从1kW到8×104kW以上，其转速范围70～19000r/min。柴油机升功率已经达到100 kW/L，汽油机升功率已经达到200kW/L。

1．内燃机在道路交通运输中的作用

一直以来，内燃机在我国交通运输业中扮演着非常重要的角色，为汽车、摩托车、大型运输车辆、内燃机车以及大型船舶等各种类型的交通工具提供动力。

2015年年底，我国机动车保有量达2.97亿辆，其中汽车1.72亿辆。2015年我国汽车产销分别完成2450.33万辆和2459.76万辆。内燃机行业为道路车辆提供了2500万台发动机。

摩托车行驶和停车占用道路资源小，通过性能好，在特殊地形和边远地区的道路交通运输中发挥着重要的作用，2015年，内燃机行业为摩托车提供了2500万台发动机。

2．内燃机在农业生产中的作用

我国农业装备产业快速发展，已经成为世界最大的农业装备生产和使用大国，内燃机配套的拖拉机、联合收割机、农用运输车等农业装备，产品数量远远超过其他国家。为农业灌溉、小型拖拉机（手扶及小四轮）和农用三轮运输车提供配套动力的主要是小型单缸柴油机；为农用运输车、大中型拖拉机、中小型联合收割机和农用工程机械提供动力配套的主要是小型多缸柴油机。2014年配套拖拉机、收割机等农用机械领域的拖拉机、自走式收获机械柴油机全年销量750.21万台，其中单缸柴油机约500万台。

农业机械中使用的内燃机主要以柴油为燃料。柴油机的低速转矩大、可靠性高，在非道路移动式农业机械装备上具备优良综合使用性能。随着经济的发展，小型汽油机由于结构紧凑、体积小、升功率高、噪声低、使用灵活等优势，越来越多地被应用到小型农业机械上。

3．内燃机在工程建设中的作用

在我国基础设施建设中，以推土机、挖掘机、装载机为代表的土方作业机械，压路机、摊铺机、铣刨机为代表的道路建设机械，叉车和轮式起重机为代表的举升机械，是我国基础设施建设、港口建设、机场建设中自走式移动机械的主要装备，内燃机作为配套动力，起到了举足轻重的作用。2014年工程机械用内燃机销量约65万台。

4．船舶用柴油机

柴油机的热效率高、经济性好、起动容易、功率范围宽，非常适合在各类船舶上运用。柴油机问世后很快就被用作船舶的推进动力。直至今日，船用柴油机已在远洋运输、捕捞作业、内河航运以及水面作业机械上被广泛作为主机和辅机使用，也是国防装备舰船的选配动力。船舶用柴油机根据船舶用途分为低、中、高速柴油机。一般远洋运输等大型船舶选用低速柴油机，远洋捕捞和水面作业选择中速柴油机，内河航运和近海捕捞选择高速柴油机。2014年，全国造船完工3905万载重吨，我国船用柴油机产品已形成多种类规格齐全的产品系列，最大功率柴油机达到80000kW，缸径可达980mm。

5．内燃机在工业生产中的作用

在工业生产各领域中，以内燃机为动力的发电机组、空气压缩工作站、地质钻探机械、石油开采机械等装置发挥着至关重要的作用。

内燃发电机组是机场、大型公共设施等备用应急电站；是通信基站、核电站等关键设施的储备电站；是医院、银行等的应急电站，在未来发展中的分布式电网建设中，还将担负着调峰的重要作用。内燃发电机组还可以使用包括柴油、汽油、可燃气体（包括煤气、瓦斯气、天然气、液化石油气和沼气等）、双燃料（包括气体、液体）等多种燃料。随着工业生产中智能控制程度越来越高，内燃发电机组作为备用电源需求越来越大。此外，内燃机还被广泛应用于石油专用工程（机械）装备：如自行式修井机、压裂车、井架安装车、物探钻井车以及陆路钻井动力、海洋钻井动力以及输气管线加压站等。2014年发电机组用内燃机全年销量300.24万台。

多用途小型通用内燃机在园林机械、家用小型发电机组、无人飞机动力、药物喷洒器械、抢险救灾的液压破拆工具动力、家用扫雪车、航模动力等等方面得到广泛应用。2014年的销量超过2000万台。

内燃机是国防装备的主导动力，在运输装备、防卫装备和武器装备中被广泛使用。作为主要动力来源的内燃机，其性能和可靠性直接决定了军事装备的性能。随着国防工业装备机动性、智能响应性的不断提升，推动内燃机产品在确保使用可靠性的同时，技术性能也随之提升。

内燃机工业从其诞生以来，经过一个多世纪的发展，已形成了完整的产业体系，对现代工业经济建设和国防安全形成了不可或缺的产业地位，发挥了举足轻重的作用。内燃机工业的持续发展，必将对我国经济建设和人民生活水平提高发挥更大的作用。

1.1.3 内燃机产业的现状

随着科学技术的发展和法规的推动，现代内燃机融合了电子、信息、环境、能源、石油化工、新型材料和智能制造等诸多高新技术，已成为融合多学科、跨领域的高新技术产品。

我国内燃机产业经历了从无到有，从弱到强的发展过程，经过100余年的艰苦创业，拼搏奋斗后，已经成长为当之无愧的内燃机制造大国。根据国家统计局统计数据，截至2014年年底，我国内燃机产品社会总保有量达4亿台，总产值为4500亿元，内燃机产品总产量达8000万台，总功率20亿kW。多种内燃机产品产量位居世界第一，其中车用内燃机占全球产量的31%，农机用内燃机占全球产量的47%，工程用内燃机占全球产量的40%，摩托车用内燃机占全球产量的31%，小型通用型内燃机产量占全球产量的40%。

1．内燃机企业

我国内燃机行业目前有3000余家制造企业，全行业从业人员近40万人。近年来，我国内燃机行业坚持走新型工业化道路，不断深化改革，发展步伐明显加快，经济效益大大提高，企业管理水平和自主创新能力持续提高，经济实力、经营能力和市场竞争力日益增强，在我国现代化建设中发挥着重要的作用。根据对行业84家重点企业调研，目前拥有国家级技术中心的企业约有24.62%，省级技术中心的企业达63.08%。拥有省级技术中心的企业中，28.57%的企业拥有国家级驰名商标，57.14%拥有省级驰名商标；拥有市级技术中心的企业中，20%拥有国家级驰名商标，30%拥有省级驰名商标，40%拥有市级驰名商标；企业拥有技术中心的等级与其品牌的影响力有一定的相关性，技术中心级别越高，技术投入越多，品牌影响力越大。

我国内燃机企业按照生产产品可以大体分为整机企业和配套零部件企业。其中整机生产企业又可以分为：单缸柴油机企业、小缸径多缸柴油机企业、通用小型汽油机企业、中等缸径多缸柴油机企业、多缸汽油机企业和大功率柴油机企业。配套零部件企业主要可以分为：燃油系统企业、内燃机换热器企业、冷却水泵机油泵企业、活塞活塞销企业、曲轴连杆及高强度螺栓企业和排放后处理企业。

单缸柴油机主要服务于“三农”，用于小型拖拉机、农机具、道路和非道路、移动或相对固定机械配套的动力源。目前，我国单缸柴油机主要生产企业有50多家，而持有《生产许可证》的企业则超过了百家。单缸柴油机生产企业中，2014年销量排名在前4位的企业依次是常柴股份有限公司（常柴）、江苏常发实业集团有限公司（常发）、江苏江淮动力股份有限公司（江动）及安徽全柴集团股份有限公司（全柴）。这4家企业的产销量均超过50万台，有的甚至超过100万台，2014年共销售约515万台。多年来，单缸柴油机企业存在老产品多、产品技术含量不高、企业多小而散、产品利润率低、投入少、技术与管理人才难招与难留、优质品牌少、创新缺乏与竞争力不强的问题。

小缸径多缸柴油机是指功率不大于100kW，缸数不多于4缸及缸径不大于100mm的柴油机。产品主要用于轻型汽车、低速汽车、微型汽车、轿车和皮卡、中大型拖拉机、中小型联合收割机、中小型工程机械、内河湖泊和沿海船舶，以及发电机、水泵、空压机等道路、非道路和固定机组的配套。目前，国内小缸径多缸柴油机行业主要生产企业有37家。年销量在10万台以上的企业有8家，其中年销量在30万台的企业有2家，分别是玉柴机器股份有限公司（玉柴）和全柴动力股份有限公司（全柴）；年销量在20万台的企业有昆明云内动力股份有限公司（云内）、浙江新柴股份有限公司（新柴）、江铃汽车股份有限公司（江铃）、一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂（锡柴），其他产量较多的企业有山东华源莱动内燃机有限公司（莱动）、常柴股份有限公司、潍柴动力扬州柴油机有限责任公司（扬柴）、一拖（洛阳）柴油机有限公司（洛拖）。小缸径多缸柴油机产品经过多年的技术积累和市场检验，已有部分产品得到国内市场的认可，甚至在燃油消耗指标、排放指标等方面已经接近国外先进水平。但是，在零部件材料、产品热处理、尺寸精度、可靠性，以及研发能力、技术储备等方面还存在很大差距。在整个行业处于整机价格低、盈利小、市场不稳定的情况下，企业很难有更多资金进行产品外观“时尚化”、结构优化、体积紧凑化、整机轻量化及性能先进的高端产品的攻关，以进一步缩小与国外同类产品的差距。

通用小型汽油机主要作为农林植保机械、小型农机具、园林机械、发电机组、建筑机械、舷外机械等的配套动力。由于通用小型汽油机体积小、重量轻、价格便宜、使用方便，所以在各种机具配套中占有重要位置。特别是在背负式机械之中，通用小型汽油机更是唯一的配套动力。通用小型汽油机一般为单缸机，少数为双缸或四缸机。通用小型汽油机外向度高，出口与内销发展不平衡。自2003年起，小汽油机行业出口所占的比例一直在80%以上，并且以产品贴牌出口为主，市场、品牌、售后服务均不掌握在自己手中。小型汽油机企业以中小企业为主，自主开发能力较弱，资金也不充裕。目前我国生产通用小型汽油机的企业主要有：隆鑫通用动力股份有限公司、山东华盛中天机械集团股份有限公司、江苏林海动力机械集团公司等企业。

中等缸径多缸柴油机的缸径在100～160mm，气缸数量主要为2～6缸。中等缸径多缸柴油机主要为汽车、工程机械、拖拉机、联合收割机、船舶和发电机组等配套，其配套面最广，使用工况最复杂、对产品质量要求最高。我国目前中等缸径多缸柴油机的生产企业有40余家。2013年我国中等缸径多缸柴油机的产销量分别为234万台，256.6万台。其中年产销量在50万台以上的企业有潍柴集团、玉柴集团；年产销量在30万～50万台之间的企业有一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂；年产销量在10万台左右的企业有东风朝柴动力有限公司、潍柴动力扬州柴油机有限责任公司、上海柴油机股份有限公司（上柴）、道依茨一汽（大连）柴油机有限公司（道依茨）、洛阳一拖集团。

多缸汽油机主要应用于汽车，经过多年的发展，汽车工业已经成为我国国民经济的支柱产业。近年来，我国多缸汽油机行业进入平稳发展阶段，调整产品结构、鼓励和发展小排量、节能环保汽车成为我国汽车工业的主要发展方向。随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的普及率越来越高。2015年2月26日国家统计局发布了《2014年国民经济和社会发展统计公报》，2014年年末全国民用汽车保有量达到15447万辆（包括三轮汽车和低速货车972万辆），其中私人汽车保有量12584万辆，民用轿车保有量8307万辆，其中私人轿车7590万辆。扣除三轮汽车和低速货车，2014年年末全国民用汽车保有量达到14475万辆，千人保有量首次超过百辆，达到105.83辆/千人。国内多缸汽油发动机主要由汽车企业自行配套生产。

大功率柴油机具有热效率高的显著优点，主要应用于船舶机械和电力工业等领域。近年来，我国大功率柴油机行业快速发展，大、中型船用柴油机扩产能项目较多。尽管中国船用低速柴油机企业数量和生产能力有了显著提升，但是由于企业整体水平不高、核心二轮配套能力不足，导致近一半的主机从国外进口。根据《2011年典型船舶配套设备本土化情况调查报告》数据，2011年我国完工典型船舶主机的本土化装船率约为50%。我国大功率柴油机的生产企业主要是中船集团和中船重工集团下的沪东重机股份有限公司、上海中船三井造船柴油机有限公司、大连船用柴油机有限公司、宜昌船舶柴油机有限公司等企业。由于产品系列完善，能较为全面地满足两大集团的造船需要。

燃油系统为内燃机提供燃料，是内燃机主要系统。我国燃油系统行业产品大部分与汽车配套，小部分与工程机械、农业机械、船舶等非道路用柴油机配套，电控柴油喷射系统产品为满足国Ⅳ甚至国Ⅴ车用柴油机配套。我国燃油系统的行业发展是随着国民经济的快速增长而增长，是由载货运输和工程建设等领域对柴油机的强劲需求所带动，其产销量的多与少主要取决于汽车（特别是以柴油机为动力的商用车）的生产与发展。2013年全行业主要产品的销售收入为132.7亿元。行业销售收入列前六位的企业分别为无锡威孚高科技集团股份有限公司（无锡威孚）、山东鑫亚工业股份有限公司（山东鑫亚）、山东龙口龙泵燃油喷射有限公司（龙口龙泵）、上海电装燃油喷射有限公司（上海电装）、南岳电控（衡阳）工业技术有限公司（南岳电控）、中国重汽重庆燃油喷射系统公司（重油）。

随着内燃机工业的发展，除了燃油系统等关键部件有了快速进步和发展之外，其他的零部件等配套产业也得到快速发展，不仅满足了国内内燃机的整机配套要求，而且有些部件还出口国外。如可以满足强化内燃机性能的各类冷却器，包括润滑油、增压进气、废气再循环气体等换热器。还有可以按内燃机不同工况要求智能工作的变流量冷却水泵和机油泵等等。活塞、连杆、缸套、曲轴、机体、缸盖等部件完全实现国内自主设计和生产，部分产品的性能和质量水平达到世界领先。

2．研究院所和科研工作

从1998年开始，国家实施“科教兴国”战略，建设创新体系，加快科技成果产业化。新阶段深化科技体制改革的目标是调整优化科技结构，整合科技资源，建立和完善中国特色国家创新体系。在深化科技体制改革方针政策的指引下，内燃机行业开展了自主开发和创新体系的探索和实践，已初步形成了内燃机技术创新体系，初步建立了应用基础研究平台、关键技术研究平台和新产品开发平台；在产品层面上包括了零部件研发平台、整机研发平台、协同创新平台等。

我国内燃机行业科研院所主要有：上海内燃机研究所、天津内燃机研究所、洛阳拖拉机研究所、中国北方发动机研究所、大连机车研究所、中国船舶重工七一一研究所和无锡油泵油嘴研究所。各个企业分别建有企业技术研究中心，如中国第一汽车集团技术中心、东风汽车研究院、潍柴技术中心、玉柴研究院等等。内燃机行业通过科研院所逐步转制和各大企业的技术中心进行合并重组，研发力量的整合，发动机产品结构的调整，研发全新换代产品以满足“重、中、轻、轿、微”各类汽车、各种拖拉机、非道路以及船舶等配套动力需要。

目前，我国内燃机行业已经建有“内燃机燃烧学国家重点实验室”和“内燃机可靠性国家重点实验室”。依托内燃机整机、零部件生产企业和高等院校，机械工业联合会共批准建设了涉及内燃机关键技术领域的工程研究中心和重点实验室15个，包括工程研究中心13个，重点（工程）实验室2个，其中8家已经通过验收并挂牌运行。无论是国家级技术中心还是省级、市级技术中心，拥有数量都在不断地增加，其中以省级技术中心的增加尤为迅速，这些工程中心和重点实验室的建设为内燃机关键零部件和核心技术的研发奠定了基础。

从事基础研究、前沿技术研究的科研机构是我国科技创新体系的重要组成部分。新中国建立以来，我国有多所高等院校的内燃机学科开展了大量的基础研究及前沿技术研究，为我国内燃机工业的科技进步培养了人才。为了进一步发挥高校在凝聚和培养优秀人才、多学科交叉创新和开展国际学术交流方面的优势，也为了稳定基础研究队伍和提高科技创新能力，在高校建立了一些国家重点实验室。目前，依托于高校建立的内燃机国家级重点实验室分别是，天津大学“内燃机燃烧学国家重点实验室”和清华大学“汽车安全与节能国家重点实验室”，另外一些有条件的高校，还建有一些隶属于省部委的重点实验室。

3．人才培养与高等院校

通过对企业员工学历、人才培养及引进、企业技术中心数量及级别、企业拥有专利的情况等研究，内燃机企业对人才、对技术、对科研的研究重视程度越来越高。目前整体学历水平仍然偏低，其中，中专及以下的占56.57%，本科及以上的占20.22%。员工学历构成比例与企业性质、是否有技术中心、企业规模等都有直接的关系。内燃机行业人员平均学历构成见图1-1。行业龙头企业的人员学历构成见图1-2。

内燃机企业参与国家“千人计划”、特聘专家、研究生工作站、委外脱产计划、海外高层人才、高校联合培养等的企业有7家。参与千人计划、产学研合作的有2家，参与博士后科研工作站、产学研合作的企业有13家。

我国目前进行内燃机专业人才培养的高等院校共有43个，研究院所3个。根据国务院学位办1997年的学科分类规定，内燃机专业属于“动力工程及工程热物理”一级学科中的“动力机械及工程”二级学科。国家为了促进高校教学和科研水平的提高，相继在一些高校确定了国家重点学科和各级的重点实验室，以增强为国民经济服务的能力。

动力工程及工程热物理一级学科为国家重点学科的学校有：清华大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、西安交通大学、浙江大学和华中科技大学。动力机械及工程二级学科为国家重点学科的学校有：清华大学、上海交通大学、西安交通大学、天津大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学。轮机工程二级学科为国家重点学科的学校有：哈尔滨工程大学、武汉理工大学、上海交通大学、大连海事大学和海军工程大学。

各高校在科研工作中很注意与企业及科研单位密切结合，使科研成果直接为发展国民经济服务。