编者按：本文由发动机技术论坛委托撰写，并经 PowerProgress.com 许可发表。
内燃机（ICE）几十年来一直是公路和非公路车辆不可或缺的动力来源。尽管内燃机作为独立的车辆动力来源，持续展现着可持续发展的理念，但它也是越来越多混合动力汽车（HEV）应用的重要合作伙伴。
“混合动力技术为降低多种不同类型车辆的油耗和排放提供了一种切实可行的解决方案，”发动机技术论坛执行董事艾伦·谢弗表示。该论坛是一个非营利组织，致力于为内燃机、其供应商和燃料生产商争取权益。
在每个主要的出行领域——乘用车、商用卡车和非公路车辆——都有内燃机老将、混合动力新秀和混合动力特立独行者。
第五代（2025款）丰田普锐斯搭载了第五代丰田混合动力系统（THS）。THS也用于丰田普锐斯插电式混合动力车型（PHEV）。（图片：丰田）乘用车
“丰田生产混合动力汽车已有 25 年以上的历史，这是有充分理由的。我们一直致力于减少道路上的碳排放，”位于密歇根州安娜堡的丰田汽车北美公司动力总成控制副总裁但丁·布特尔 (Dante Boutell) 表示。
1997年，丰田普锐斯在日本市场首次亮相，成为全球首款量产混合动力汽车。2025款普锐斯搭载了第五代丰田混合动力系统（THS）。“第一代、第二代和第三代THS都实现了巨大的技术飞跃，”布特尔说道。第四代和第五代产品则在尺寸和重量等方面进行了改进。“我们正在研发新一代THS。”
2024年，美国汽车制造商售出了超过1290万辆内燃机乘用车。混合动力乘用车销量在2024年超过160万辆，创下美国汽车行业迄今为止的最高销量纪录。根据美国交通部统计局的数据，自2021年以来，混合动力汽车的销量一直呈上升趋势。
混合动力汽车销量的持续增长促使丰田投资8800万美元，在其位于西弗吉尼亚州的装配厂新建一条生产线。这条新生产线将生产用于丰田和雷克萨斯车型的下一代混合动力变速驱动桥。该传动系统能够实现发动机、电动机和车轮之间的动力无缝传输，预计将于2026年底开始投产。
2025款丰田普锐斯混合动力车的发动机舱照片。（图片：丰田）丰田的电动汽车多元化发展战略以纯电动汽车、混合动力汽车和插电式混合动力汽车为核心。插电式混合动力汽车可以纯电动运行、纯燃油汽车运行，也可以采用两者混合动力模式。与混合动力汽车不同，插电式混合动力汽车可以通过外接电源为高压电池充电。
“2023年，丰田在美国的电动汽车销量占比为29%。2024年增长至43%，预计2025年将达到50%。因此，2023年至2025年间，丰田取得了巨大的进步，”布特尔说道。
多年来，混合动力乘用车在技术和驾驶体验方面都发生了翻天覆地的变化。“25年前，混合动力车开起来有点怪异。刹车不如非混合动力车平顺。你能感觉到发动机在启动和关闭，而且有时加速也不够强劲，”布特尔解释道。
如今的驾驶体验大不相同。“现在的驾驶非常平顺舒适，这有助于混合动力汽车的普及。而且随着销量的增加，规模效应开始显现，混合动力乘用车的成本与纯燃油车的成本相差无几，”布特尔说道。
与丰田和其他许多乘用车制造商一样，现代汽车的产品线涵盖了燃油车和电动车型。“消费者无需为了提高燃油效率或环保意识而牺牲性能，因为我们全新的混合动力系统能够提供比同等燃油车更高的马力和更低的尾气排放，”现代美国公司产品规划高级经理约翰·肖恩表示。
这是现代汽车下一代混合动力系统的剖视图，该系统将于2026年率先搭载于帕里斯帝SUV车型上。（图片：现代汽车）预计搭载2.5升涡轮增压四缸混合动力系统的2026款现代帕里斯帝（Hyundai Palisade）将比搭载3.5升V6发动机的2026款帕里斯帝多输出40马力。“新的混合动力系统提供了出色的燃油经济性。在某些车型上，油耗将提高12到13英里/加仑，燃油经济性提升约40%到50%。”肖恩说道。
作为一款拥有三排座椅的大型SUV，2026款帕里斯帝将成为首款搭载现代汽车下一代混合动力系统的车型。自2012年索纳塔中型轿车首次在美国推出搭载现代汽车第一代混合动力技术的车型以来，现代汽车便开始在美国市场提供混合动力技术。“我们希望帕里斯帝拥有更强大的混合动力系统，因此第二代系统增加了一台电动机，以改进和提升混合动力系统的性能，”肖恩说道。
商用卡车
2025款车型中，五十铃美国商用卡车公司推出了其首款纯电动汽车。除了这款纯电动NRR-EV中型卡车外，五十铃在美国市场还提供使用汽油（N系列轻型重型卡车）或柴油（N系列轻型重型卡车和F系列中型重型卡车）的内燃机商用卡车。
五十铃F系列商用车车型。（图片：五十铃）动力选择对客户来说很重要。“这很大程度上取决于卡车的用途，所以我们有一些客户只考虑电动化，而另一些客户只考虑传统的内燃机。还有一些客户希望他们的车队同时拥有纯电动和纯内燃机卡车，”位于密歇根州普利茅斯的五十铃美国技术中心执行董事杰夫·马西说道。
目前美国市场上销售的五十铃内燃机卡车符合美国环境保护署 (EPA) 现行的氮氧化物 (NOx) 排放标准，即 200 毫克/升。“我们公司正努力确保在 2027 年及以后符合美国 50 个州新的低氮氧化物排放标准，”马西说道。目前正在进行的研发工作主要集中在未来一款主要用于 4 级和 5 级轻型重型卡车的发动机上。“我们希望这款低氮氧化物发动机的排放量比现行标准降低 80%。”马西表示。
除了满足政府排放标准外，客户需求也对发动机的研发起到了重要作用。“我们的客户希望更加环保，同时也希望提高燃油经济性和降低总体拥有成本，”马西说道。虽然目前这款正在研发的发动机主要针对柴油燃料，但“长远来看，它将是一款多燃料发动机，”马西表示。
康明斯工程师正在研发两款用于中型卡车的柴油发动机。这两款发动机采用了康明斯的HELM（高效低排放）发动机策略。
15升X15N天然气发动机是康明斯首款采用HELM平台的量产发动机。（图片：贝基·舒尔茨）康明斯公司市场战略执行总监吉姆·内伯格尔表示：“新款7.2升和10升柴油发动机在马力和扭矩方面将与现有发动机性能相当或更优。此外，这两款发动机的温室气体排放量也将大幅降低，燃油经济性也将优于现有发动机。”这两款发动机将于2027年上市，届时美国环保署（EPA）将对中型和重型卡车实施新的排放标准。
HELM战略强调灵活性。“我们的发动机可以是柴油——这在全球大多数情况下都是首选燃料——也可以是气体燃料，例如天然气或氢气，”内伯格尔说。
康明斯首款采用HELM平台打造的15升天然气发动机X15N，是一款量产发动机。“我们对这款发动机感到非常兴奋，因为它是首款真正意义上性能媲美柴油发动机的天然气发动机。它能够应对重型长途卡车常见的重量，”内伯格尔表示。X15N天然气发动机于2024年上市，而15升柴油发动机将于2027年推出。
非公路车辆
约翰迪尔动力系统全球营销与销售总监尼克·布洛克表示：“最难实现电气化的领域——无论是混合动力还是纯电动——是公路以外的领域，这仅仅是因为公路以外领域设备的功率需求相对于公路车辆或公路卡车的功率需求而言要高。”
约翰迪尔744 X-Tier拖拉机正在采石场和骨料场执行作业。（图片：约翰迪尔）据布洛克称，那些需要130马力以上才能达到最佳性能的非公路车辆是混合动力化的理想选择。大型拖拉机、联合收割机和喷药机等都是农业领域中至少需要130马力的车辆。在建筑领域，130马力或以上的车辆包括轮式装载机和平地机。
“根据目前的电池技术，我们相信功率低于 130 马力的非公路车辆可以有效地实现完全电动化，”布洛克说。
约翰迪尔的混合动力电动 850 X-Tier 推土机于 2025 年初抵达北美、欧洲和亚洲的经销商处。同样在 2025 年，非洲成为约翰迪尔 744 X-Tier 混合动力电动轮式装载机的首个市场。
“根据世界各地不同地区和客户需求，我们提供使用柴油的内燃机拖拉机，也提供配备混合动力系统的内燃机拖拉机，”布洛克说道。约翰迪尔纯电动拖拉机预计将于2026年上市。
约翰迪尔 8RX 拖拉机配备了 eAutoPowr 电动无级变速器，可通过 eDrive 套件提供高达 100 千瓦的外部电力。该变速器安装在这台 Sputnik 马铃薯收割机上。（图片：约翰迪尔）据布洛克介绍，车外供电是混合动力的另一种可行方案。该方案是指在车辆上产生能量，供车外使用。例如，农用拖拉机发动机产生的电力可以输送到车外，为连接的农具（例如收割机）供电。“车内供电能够提高车外农具或辅助系统的精度和控制力，”布洛克说道。
卡特彼勒公司研发的一套全新系统可为矿场作业的大型电动车辆提供能量。“动态能量传输（DET）解决方案可实现机器间的互操作性，因此您可以使用该系统驱动柴油-电力混合动力卡车、纯电动卡车，甚至是混合动力卡车。”卡特彼勒电气化与能源解决方案事业部技术总监克里希纳·库马尔表示。目前，卡特彼勒正在多个矿场对该系统进行试验测试。
创新的DET系统集成了多个关键要素，包括：一个能够转换矿场电源能量的动力模块；一个用于传输能量的电气化轨道系统；以及一个将能量传递给矿用卡车动力系统的机械系统。DET的基础设施可根据各个矿场的具体布局进行定制。
除了柴油电力推进系统（DET）之外，卡特彼勒的产品还包括柴油电力驱动和纯电动驱动的卡车，例如零排放的R1700XE地下装载机。几乎每一种非公路应用都有其独特的工况和性能要求。
卡特彼勒动态能量传输系统在卡特彼勒示范基地展出。（图片：卡特彼勒）“关键在于卡特彼勒为客户提供了一系列解决方案。它并非一种万能的动力解决方案，”库马尔说道，并强调内燃机作为主要或辅助车载电源“仍然适用于我们的一些解决方案，例如柴油-电力和混合动力系统”。
如今绝大多数非公路车辆都使用柴油发动机，因此燃料在减少有害排放方面起着至关重要的作用。在美国，现行的非公路发动机EPA Tier 4排放标准限制了有害尾气的排放量，特别是颗粒物（PM）、氮氧化物（NOx）和硫的排放量。尽管Tier 4非公路法规规定柴油发动机只能使用超低硫柴油，但使用源自可持续或可再生资源的替代燃料也是一种选择。
“我们目前的柴油发动机也能够使用生物燃料/生物柴油、HVO（加氢处理植物油）或其他替代燃料，”洋马美国公司动力解决方案应用工程组助理经理Tanner Crook表示。作为一家拥有90多年历史，为农业、建筑和船舶行业生产柴油发动机的公司，洋马如今也在开发混合动力解决方案。
克鲁克表示：“我们开始看到人们对混合动力和更环保技术的兴趣日益浓厚。”他指的是北美非公路用车领域正在进行的项目。未来美国环保署（EPA）的强制性规定可能会进一步限制氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）的排放量。如果加州空气资源委员会（CARB）提议对其非公路用车排放标准进行进一步修订，这些强制性规定的初步实施时间表最早可能在2029年开始。
内燃机和混合动力汽车的展望
洋马公司宣布将于2025年初推出一款休闲船混合动力概念，此举引发了广泛关注。项目工程师在洋马现有发动机的基础上，通过加装锂离子电池组、电动机和逆变器，打造了一套混合动力系统。该系统的一大亮点在于，如果需要，该船的动力系统可以完全依靠电动机驱动，实现零排放。
“洋马的YF12e混合动力系统标志着船舶推进技术的变革性转变，它将清洁的电动动力与传统柴油发动机的可靠性相结合，重新定义了水上航行的舒适性和可持续性，”克鲁克说道，他并未直接参与该混合动力项目。“作为洋马致力于在所有产品领域实现脱碳的更广泛承诺的一部分，这项创新为未来混合动力和电动技术成为休闲和商用船舶领域的标准配置奠定了基础。”
康明斯6.7升氢燃料电池发动机将成为塔塔汽车公司旗下部分区域线路牵引半挂车的动力来源。图为塔塔Prima H.55S车型。（图片：路透社/Rahul Singh）氢能因“布鲁内尔计划”而备受瞩目。这项由英国政府配套资助的多年期项目于2025年3月竣工，康明斯及其技术合作伙伴共同开发了一款6.7升氢内燃机。“这款发动机是今年夏季晚些时候将在印度启动的一个项目的基石，”康明斯公司的内伯格尔表示。
这款6.7升氢燃料内燃机将成为塔塔汽车公司用于区域线路的半挂卡车车队的动力来源。“这款6.7升发动机能够满足印度州际高速公路上重型半挂卡车所需的性能和速度要求，”内伯格尔表示。
印度政府正以赠款支持该项目。“氢气是一种零碳燃料，因此卡车尾气排放不会产生碳排放，”内伯格尔说，并补充道，“印度对氢燃料在能源独立和减少碳排放方面非常感兴趣。”
从印度项目中汲取的信息将在全球范围内产生连锁反应。“我们目前还处于早期阶段，但随着不同市场氢能基础设施的成熟，我们希望能够将我们的经验推广到其他市场，”内伯格尔说道。
乘用车行业内部人士认为混合动力技术是通往纯电动汽车的过渡技术。“在我看来，这条桥梁正在变得越来越长。所以即使它被认为是一种过渡技术，它也会长期存在，”丰田的布特尔说道。
无论是将混合动力技术应用于小型汽车或价格非常实惠的汽车，还是将混合动力技术与涡轮增压发动机、灵活燃料发动机或氢燃料发动机相结合，“某种混合动力技术都将在未来几十年内存在，”布特尔预测道。
