汽车发动机（automobile engine）是为汽车提供动力的装置，是将其他形式的能量转化为机械能的动力转化装置。常见的汽车发动机主要有内燃机（Internal combustion engine，ICE）、电动机（摩托车，俗称电动机）。内燃机是内燃机汽车（ICEV）驱动系统的心脏，可将燃烧燃料所产生热量转化为机械功。根据使用燃料不同主要分为汽油机和柴油机。汽油机主要用于火花塞点燃式发动机，柴油机主要用于压燃式发动机汽车。电动机是电动汽车（EV）的心脏，是把电能转化为机械能以驱动车辆的部件，其作用是将动力电池的能量转化为车轮的动能，或将车轮上的动能反馈到动力电池中。电动机主要装配在新能源汽车，即纯电动汽车（ PEV）、混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车（ FEV）上，其电能和机械能的相互转化在电机定子和转子和定子间的气隙中完成。

汽车发动机的起源可追溯至1769年，当时法国工程师尼古拉斯·古诺将一台蒸汽机装在一辆木制脚踏人力三轮车上，制造出世界上第一辆蒸汽汽车。随后，在1834年，美国铁匠托马斯·达文波特研制出第一台电池提供动力的电动三轮车。而当时间来到1885年，德国的本茨正式发明了世界上第一辆内燃机汽车，而同在德国的工程师鲁道夫·狄塞尔则是于1892年取得了柴油机专利。然后，在20世纪、21世纪初，内燃机始终是最主流的汽车发动机，期间，德国的博世公司成功带领内燃机进入了电喷时代。此外，随着部分国家电动车销量的持续走高，电动机逐渐成为一类主流的汽车发动机。

截至2023年，汽车发动机主要分为内燃机和电动机两大类。其中，内燃机基本构造是在一个机体上安装曲柄连杆和配气两大机构及供给、点火、润滑、冷却和起动五大系统 。随着技术发展，内燃机产品和产业呈现从乘用车车型向小型和微型发展，关键零部件及材料向高性能、轻量化、耐高温、耐腐蚀方向发展，耐高温、高强度复合材料和硬塑料等非金属材料应用带来轻量化发展及技术先进性、趋同性带来的国际化发展趋势。电动机基本结构是由定子和转子和转子两部分组成。电动机较内燃机体积小、重量轻，动力和效率更高，无环境污染。随着人类致力于发展高效、清洁和安全运输工具，采用电动机作为动力的电动汽车、 混合动力电动汽车和燃料电池车逐渐成为用以替代传统车辆的运输工具。

汽车发动机主要经历了蒸汽机、外燃机、内燃机、电动机4个发展阶段。

蒸汽机是由萨维利、纽科门、瓦特等人为代表的几代科学家共同发明，是将蒸汽能量转换为机械功的往复式动力机械。

1769年，法国陆军工程师、炮兵大尉尼古拉斯·古诺 （N.J.Cugnot，1725~1804年） 经过六年研究，将一台蒸汽机装在一辆木制脚踏人力三轮车上，这是世界上第一辆完全凭借自己的动力实现行驶的蒸汽汽车，“汽车”由此而得名。

1801年，理查德·特雷威蒂克制造出英国最早的蒸汽汽车。两年后，又制成形状类似公共马车的蒸汽汽车。这辆公共汽车能乘坐8人，创造当时在路上9.6千米/小时的速度世界纪录。

1805年，美国人艾文思首次制造出装配蒸汽机的水陆两用汽车。

19世纪末20世纪初，蒸汽发动机的燃料由煤转为石油，行驶时速增加至50千米/小时，但其热效率低，体积庞大、笨重、噪声大和废气污染等问题，使其在与内燃机的竞争中失败。1916年，随着性能优越的内燃机汽车问世，最后一批装配蒸汽机的“皮尔逊-考克斯牌”双座、15hp（1hp=735.499W）蒸汽汽车在英国停止生产；1923年，美国最后一辆蒸汽机汽车出厂。

外燃机，即燃料在发动机外部燃烧，1816年由英国物理学家罗伯特·斯特林发明，又称斯特林发动机（Stirling engine）。发动机将燃烧产生的热能转化成动能，瓦特改良的蒸汽机也是一种典型的外燃机。斯特林发动机通过工作介质（氢气或氦气）在气缸内冷却、压缩、吸热、膨胀的一个循环来输出动力，是一种外燃热机，其有效效率介于汽油机和柴油机之间。

在发明初期，受条件及技术限制，大部分发动机的效率和功率都很低，由于同期的内燃机和汽轮机在效率和功率上进展迅速，致使斯特林热机的研发和运用逐渐处于下滑趋势。最终在1916年彻底停产。此后，斯特林发动机的发展几乎处于停滞状态。

20世纪中期，全球能源短缺和环境污染等问题趋于严重，斯特林发动机重新受到重视。荷兰菲利浦公司从20世纪中期开始专注于斯特林发动机研发，通用汽车汽车公司于1958年研发出一台试验型斯特林发动机，为其在汽车上的应用提供了理论依据。

1821年，法拉第未来发明了电动机。

1834年，美国铁匠托马斯·达文波特（Thomas Davenport）研制出第一台电池提供动力的电动三轮车。1842年，罗伯特和托马斯合作，给四轮马车装上了电池和电动机，将其改造为世界上第一辆直流电动机驱动电动车。其后几年内， 发明家们制造了一系列一次性电池驱动的电动汽车，包括罗伯特·安德森的 “底特律电动车” 。 与蒸汽机汽车相比，这些电动车具有更高的效率，也更安静清洁，因而更受欢迎，但却很大程度上受到不可再充电的电池局限。

19世纪60年代左右，法国人噶斯顿·普朗特发明了可充电的铅酸电池， 使得电动汽车出现井喷式的发展。

1881年，法国发明家古斯塔夫·特鲁维发明了一辆三轮电动汽车，由0.1匹电机驱动，最大行驶速度15千米/小时，使用铅酸电池，续航约16千米。同年，英国发明家艾尔顿和佩里造出的三轮电动汽车串联10个铅酸电池，可提供0.5匹动力。

1884年， 莫里斯和萨罗创立的 “电动车辆制造与运营公司” 开始生产一种叫做 “ Electrobat”的电动汽车， 用于费城的市内交通，并且在纽约作为出租车运营。1886年， 弗兰克·斯普拉格在弗吉尼亚州的里士满建立第一个有轨电车系统。

1890年，美国诞生第一辆蓄电池电动车，时速达23千米/小时。

1893年，费迪南德·保时捷研发出自己的首款汽车，名为“Egger-Lohner C.2 Phaeton”，其通过一台八角形的电机驱动，最高速度可达25千米/小时。

伦敦电动出租车公司于1897年成立， 在英国首都开始15辆电动出租车的运营。19世纪末，采用电动机作为动力装置的电动汽车在欧洲已相当普及。

1898年，美国人冉尼和杰纳齐驾驶电动汽车，在法国举行的爬山竞赛中击败参赛的所有蒸汽汽车和内燃机汽车。

1899年4月29日，比利时工程师卡米乐热纳茨用自己研发的名为“永无止境”（La Jamais Contente）的铝质车身蓄电池电动车，在汽车大赛中创造了时速106千米/小时的世界汽车车速纪录。其造型类似带有四个轮子的鱼雷，后轴配有两台总计67马力的电机。

1900年，费迪南德·保时捷推出一款命名“洛纳-保时捷”（Lohner-保时捷）的前轮驱动双座电动车亮相巴黎世博会，其最高时速可达37千米/小时。这款车两个前轮使用轮毅电机驱动，每个轮毅电机提供不到3hp（2千瓦左右）动力输出，配备80V铅酸电池装在车厢下方。由于当时电池能量密度低，因此车辆续驶里程较短，且电池又大又笨重，但轮毅电机动力输出不存在发动机燃烧效率、各种传动机构带来的动力损耗问题，在效率上无可挑剔。同年，英国人哈特制造出世界上第一辆四轮驱动的汽车，每个车轮都由一个电动机来驱动，车速达80千米/小时。

20世纪初，采用蒸汽机、电动机和内燃机的汽车基本上是三足鼎立局面。1900年，美国汽车产量4195辆，其中电动汽车1575辆，蒸汽汽车1684辆，燃油汽车936辆，分别占比38%、40%、22%。

1911年，查尔斯·凯特灵（Charles Kettering）获得电动发动装置专利，从而不再需要通过转动曲柄开动引擎，1913年凯迪拉克应用了此项专利。

随着大量油田的发现及内燃机汽车技术的成熟，速度更快、续驶里程更长，价格更加便宜的汽油车开始一统天下局面。1912年一辆电动双座敞蓬跑车售价1750美元，1915年福特汽车公司售价440美元。电动汽车没有进入商业化生产。1919年，美国电动汽车产量达到5000辆的最高峰，但同年燃油车产量是160万辆。至20世纪30年代，采用电动机作为动力装置的电动汽车在市场上彻底消失。

1961年，一个基于晶体管技术的电动汽车公司研制出世界上第一款现代电动车Henney Kilowatt 。该公司生产100辆Kilowatt，最终只卖掉47辆。

20世纪70年代，石油危机和环境污染问题引发人们对电动汽车的再次重视。1996年，通用汽车汽车公司批量生产并命名EV1的电动汽车是第一款量产的电动汽车（electric vehicle，EV），其车身结构采用玻璃钢，其动力来自于32块铅酸电池和两台42千瓦的三相感应电动机。

1991 年，索尼发布了第一款锂离子电池。锂电池被认为是最有潜力的EV电池。使得BEV的续驶里程从技术上来说能达到 400千米。

2009年，全球多个国家推出了支持新能源汽车各种政策，鼓励电动车行业发展，并使得装配有电动机的新能源车正逐渐成为了汽车行业主力车型，也使得电动机正成为最主流的汽车发动机之一。美国颁布了每辆GEV根据其电池容量可获得2500～7500美元的税收补贴政策；欧洲推行严格排放法规及高额补贴和税收优惠，并加大对充电桩等基础设施建设方面的投入；中国颁布了新能源汽车补贴政策。

2011年，全球电动汽车销量仅有5.5万辆，10年后的2021年，这一数字已经接近700万辆。当时间来到2022年，全球汽车销售7940万辆中，新能源车销量约1065万辆。

1801年，法国人勒本提出煤气机工作原理。

1824年，法国工程师萨迪·卡诺在《关于火力动力及其发生的内燃机考察》一书中揭示了“卡诺循环”学说。

1860 年，定居法国巴黎的比利时人莱诺依尔 （J.J.E.Lenoir，1822~1900年） 发明了大气压力式内燃机。这种能用来驱动车辆的实用煤气机，获得法国第43624号专利，并开始试生产。1860~1865年共生产约5000台。

1866年，尼考罗斯·奥古斯特·奥托和浪琴 （Eugen Langen，1833~1895） 受莱诺依尔煤气机的启发，发明了一种卧式气压煤气发动机，并在1867年巴黎博览会上展出。这种发动机热效率可达11%，共生产近5000台。大气压力式煤气机虽然比蒸汽机具有更大优越性，但仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能要求。

1876年，尼考罗斯·奥古斯特·奥托 （Nicolaus A.Otto，1832~1891年） 完成一种四冲程循环内燃机的发明制造。该机器拥有进气、着火前压缩、燃烧膨胀与排气交替进行的四个活塞行程，发动机热效率提高到14%，质量减小近70%，可有效地投入工业应用。1877年8月4日，奥托取得四冲程内燃机专利。奥托内燃机为内燃机汽车的诞生奠定了基础，并成为现代汽车的理想动力。后人为纪念奥托对内燃机发展所作的贡献，称这种循环为奥托循环。

1878年，英国人克拉克 （Dugald Clerk，1854~1913） 发明了一款通过顶置进气门轴流扫气的二冲程内燃机，其混合气由顶部气门进入气缸。

1883年，戈特利布·戴姆勒和威廉·迈巴赫开发出第一台用汽油代替煤气作为燃料的卧式发动机并在次年创造发动机转速600转/分钟的纪录，并于1885年取得世界上第一台立式发动机德国专利权。这台由电点火的化油器式发动机，转速达到750转/分钟。

1884年，法国人戴波第维尔制造出一台使用汽油的两缸四冲程内燃机（4.4升、5.88千瓦），此台汽油机的点火系统、燃料供给系统获得发明专利权。

1885年，德国人本茨（Karl Benz 1844~1929年）发明了世界上第一辆内燃机汽车，为单缸发动机燃油汽车奔驰1号。其发动机采用单缸四冲程，缸径91.4毫米，行程160毫米，排量1.05L，功率647瓦，转速400转/分钟，有蓄电池与线圈点火，并装有散热器，整车质量254公斤，最高车速18千米/小时，该车于1886年1月29日获得德国专利局专利。卡尔·本茨的德国奔驰Inc.此后成为世界上最大的机动车生产厂商。

1886年8月，梅赛德斯-奔驰集团制造出世界上最早的乘坐用四轮汽油机汽车，车速17.5千米/小时，可变4个速度。配备汽油机为单缸、缸径122毫米、排量0.47升、功率845瓦（1.15hp）、转速655转/分钟。1890年11月28日，戴姆勒在斯图加特附近的坎斯塔特城组建戴姆勒机动车有限公司，开始批量生产汽车。

至1890 年，奥托四冲程循环内燃机生产了约50万台机器销往欧洲和美国。

1892年，德国工程师鲁道夫·狄塞尔（ Rudolf Christian Karl Diesel，1858~1953年）提出一种新型内燃机的专利，热效率比当时其他的内燃机高一倍，1897年完善为液体燃料喷射定压加热循环模式的水冷机型。狄塞尔是世界上第一台柴油机的发明者，后人为了纪念狄塞尔，将柴油发动机称为狄塞尔（diesel）发动机。

1893年，德国发明了化油器。1897年，奔驰发明了曲轴箱预压缩进气二冲程内燃机。1901年，迈巴赫发明了蜂窝状冷却水箱。

1909年，亨利·福特生产出世界上第一款规模化量产的内燃机汽车（福特T型车），1916年，福特年销量超过50万辆，4年后突破了百万辆大关。内燃机逐渐成为汽车发动机的主要动力装置。

1924年，托马斯·米基利（Thomas Midgley）解决发动机爆震的方法被应用到内燃机。

1957年，汪克尔（F.Wankel）发明了三角活塞转子发动机。其零件数少、体积小、转速高、质量小、功率大。在赛车、无人机和小型发电机组等领域获得了较好的应用。

1968年，德国博世公司公司研制成功的电子控制燃油喷射系统EFI（electronic 燃料 injection）被应用到德国大众集团生产的轿车上，这种燃油喷射系统被称之为博世K型（BOSCH K），即机械喷射系统；1974年，德国博世公司与大众公司联合推出博世D型（BOSCH D）喷射系统，基本实现全电子控制；1975年，美国凯迪拉克公司在部分车型上开始采用一种喷射系统，称为博世L型。

20世纪70年代后，电子技术领域的集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的发展，为汽车提供了速度快捷、功能强大、性能可靠、成本低廉的汽车电子控制系统。

1979年，通用汽车汽车公司率先在其汽车电控系统中采用故障自诊断功能后，世界上的各大汽车厂商纷纷效仿，在各自生产的电控汽车上都配备了故障自诊断功能。

20世纪80年代，欧、美、日所生产轿车基本都采用燃油喷射系统。电喷车生产厂家开始利用节气门位置传感器、水温传感器、进气温度传感器等系列传感器信号修正电脑计算的喷油脉冲时间，使发动机在任何工况下都能获得较为理想的空气、燃油混合物，即空燃比14.7：1。在此基础上，各汽车生产厂家开始采用自动变速器控制系统（TCU）、防抱死制动系统（ABS）、安全气囊电控系统（SRS）、巡航控制系统（CC）、制动防侧滑系统（ASR）及空气悬挂系统（AIR SUSPENSION SYSTEM），包括将空调、音响等附属设施也用计算机进行集成控制。

1983年，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）发表高压共轨燃油喷射系统的研究论文，这是第一代高压共轨技术。基于此研究成果，1997 年，德国博世公司公司生产出第一代高压共轨产品，批量应用于Mercedes -Benz C220轿车的CDI柴油机，之后博世高压共轨系统成为乘用车和商用车批量配套主流燃油喷射系统。高压共轨系统对喷射压力和多次喷射控制两大优势是柴油机提高缸内净化效率、减少有害排放产物的主要措施，被称为20世纪内燃机技术的三大突破之一。

2001年，瑞士苏黎世联邦理工学院发布第二代高压共轨燃油喷射技术。欧洲已实施的欧Ⅵ第二阶段排放法规中，燃油系统技术路线统一为电控高压共轨系统，普遍采用系统压力220MPa以上，电磁阀响应时间达到 0.2ms，主预喷间隔可达0.1ms，每循环最多实现9次喷射。匹配乘用车和LCV产品B10寿命达50万千米，匹配重型商用车B10寿命达120万千米。

内燃机是依靠燃烧将燃油中的化学能转换为热能和动能以推动活塞。燃烧过程中，燃油中的碳氢链被打开，并与气缸中的空气发生作用，产生新的物质，释放出热能。形成新物质是需要吸收能量的——称之为。对于一台发动机来说，碳氢链发生反应所释放的能量必须大于废气所吸收的能量。这些废气随后将通过气缸出气阀排出。内燃机有多种形式，例如四冲程、两冲程等。

当活塞从上止点（活塞顶面离曲轴中心最远处）向下止点（活塞顶面离曲轴中心最近处）运动时（相当于曲轴转角0°～180°），进气门开启，排气门关闭，电控喷油器向进气道喷油，空气与汽油混合后便被吸入气缸，该过程称为进气行程。

当活塞继续从下止点向上止点运动时（相当于曲轴转角180°～360°），进、排气门关闭，进入气缸的混合气被压缩，该过程称为压缩行程。

在压缩行程末，火花塞开始点火，进、排气门都关闭，进入气缸的可燃混合气被点燃、燃烧，放出大量的热能，导致气缸内气体压力和温度迅速增加（最高压力达5MPa，最高温度达2800K），气体体积急剧膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动（相当于曲轴转角360°～540°），通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，该过程称为做功行程。

活塞继续从下止点往上止点运动（相当于曲轴转角540°～720°），进气门关闭，排气门开启，燃烧后产生的废气被排出气缸，该过程称为排气行程。排气结束后，又重新进行进气、压缩、做功和排气行程，循环往复。

柴油机所用的燃料是柴油。与四冲程汽油机相比，基本结构特点是无火花塞，喷油器直接安装在气缸顶，向气缸内喷油。其工作原理与四冲程汽油机有所不同，在进气行程进入气缸的是空气，而非可燃混合气。在压缩行程末期，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气（而汽油机的混合气一般是在气缸外面的进气管道内形成的）。柴油机压缩比高，压缩末期压力可达3～5MPa，温度可达530～730℃，远超柴油自燃温度，故自行着火燃烧并使气缸内压力、温度急剧升高，瞬时压力为5～10MPa，瞬时温度为1530～1930℃。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转。

进气门打开，排气门关闭，从进气门吸入空气到气缸中，然后进气门关闭。

活塞上升并压缩吸入的空气，使空气因压缩而变得非常热。燃油喷射器将燃油喷入气缸并混入热空气中。

柴油与空气的混合气越来越热，以至于温度升高到可以自燃。混合气燃烧爆炸的力量将活塞向下推动，并通过连杆推动曲轴旋转。

排气门打开。旋转的曲轴推动活塞向上运动，活塞将燃烧后的废气从排气门推出气缸。

二冲程汽油机的工作循环中，进、排气均由活塞来控制，无气门机构，其工作循环的进气、压缩、做功和排气四个过程仅在活塞运行的两个行程中（即曲轴旋转360°）完成。与四冲程发动机相对，二冲程发动机完成一个工作循环，曲轴只转一周，而四冲程发动机要转两周。

在曲轴的带动下，活塞由下止点向上止点运动，当活塞将换气孔、排气孔和进气孔都关闭时，活塞开始压缩进入气缸的混合气，同时在活塞的下方形成一定的真空度。因此当进气孔开启时，燃油供给系统供应的混合气被吸入箱内，直至活塞到达上止点，完成压缩和进气行程。

当活塞接近上止点时，火花塞产生电火花，点燃混合气后形成的高温、高压气体，推动活塞向下止点运动做功。当活塞下行到关闭进气孔后，下方曲轴箱内的可燃混合气被预压。当活塞下行到排气孔开启时，废气在压力作用下经排气孔排出，紧接着换气孔开启，曲轴箱内预压的混合气经换气孔进入气缸，气缸内废气被排出，这一过程为做功和排气行程。

二冲程柴油机的工作循环与二冲程汽油机工作循环也有很多相似之处， 所不同的是进入气缸的不是可燃混合气， 而是空气。

活塞自下止点向上止点移动。行程开始前，进气孔和排气门均开启，提高压力后的空气进入气缸进行换气。当活塞继续上移时，进气孔被关闭，继而空气阀也关闭，空气被压缩。

当活塞接近上止点时，喷油器向缸内喷入雾状柴油，随后其自行燃烧。燃烧的高温、高压气体推动活塞下行做功。活塞下行约2/3行程时，排气门开启，废气靠自身压力排出气缸。此后进气孔开启，进行换气。

多缸发动机是由多个结构相同气缸组成，共用一个机体、一根曲轴。曲轴曲柄布置使各缸做功行程均匀分布于720°曲轴转角内。如四缸发动机曲轴相邻工作缸的曲柄夹角为180°，曲轴每转180°便有一个气缸做功；六缸发动机曲轴每转120°便有一个气缸在做功。由于单缸发动机功率小，转速不均匀，工作振动大，现代汽车发动机大都采用多缸发动机，常用四缸、六缸、八缸发动机。气缸数越多，发动机工作越平稳，结构越复杂。

电动机可使储能系统中存储的能量转换为车轮的动能。其工作原理是电磁场和磁体之间的相互作用，即在导体电感线圈中通电，会产生出与四氧化三铁性质类似的电磁场，此时把线圈（称为电磁体）置于另一个磁体附近，两者之间就会相互吸引或排斥，引起运动。电动机是根据该原理使磁体产生连续旋转运动，即电动机的定子（静止部分）和转子（运动部分）共同作用将电能转换为机械能。在有刷直流电动机中，电磁场的方向是随着磁体磁极位置的变化而变化的。如果电磁场方向固定不变，那么定子和转子只能转动180°， 一旦电磁场的北极与磁体的南极洲对齐（反之亦然），转子就会停止转动。而碳刷可使转子每转180°，电磁场极性就发生一次反转，这是电动机转动的关键，即只要电磁场方向变化，转子就可能产生连续的转动。

特斯拉于1888年发明了交流（AC）电动机，无刷电动机产生。将永磁体安装在转子上，给定子接上可变电源，就可以不依赖换向器而产生变化的电磁场来驱动电动机。随着电力电子技术发展，交流感应电动机、交流开关磁阻电动机和永磁电动机成为电动汽车的主要选择，但其工作原理始终未变，即依靠电磁场和磁体之间的相互作用。在驱动过程中，电能转换装置按照DC-AC逆变器模式工作，把蓄电池的直流电变换为交流电供给交流电机；在制动能量回收过程中以AC-DC变换器模式工作，把交流发电机发出的电能转换为直流电，向蓄电池充电。在三相异步电机中，定子绕组是一个对称的三相绕组。当三相异步电机接到三相电源上时，定子绕组就能产生一个旋转磁场。该磁场切割转子绕组，在转子绕组中感应电动势。如果转子绕组电路闭合，则会产生转子电流，该电流与定子旋转磁场相互作用，使转子绕组导体受到电磁力作用，从而使转子跟着定子旋转磁场同方向旋转，电机就能带动机械负荷。如果三相异步电机转子的转速与旋转磁场的转速相同，则转子绕组的导体不切割旋转磁场的磁力线，导体中就没有感应电动势和电流，也就不会产生电磁力使转子转动。

汽车内燃机基本构造是在一个机体上安装曲柄连杆机构和配气机构，并配备供给系统（空气供给系统、燃料供给系统）、点火系统（柴油机无点火系统）、润滑系统、冷却系统和起动系统 。其中、汪克尔发动机以无气门的特点区别于传统的汽车发动机，它需要连杆向曲轴传递功率， 转子（旋转的活塞）系直接在偏心轴上运转， 并由偏心轴输出转矩。

机体组件是发动机的BOBBIN，其上安装着发动机的主要零件和附件，主要由气缸体、气缸盖、气缸垫和油底壳等组成。材料方面，乘用车发动机气缸体和气缸盖逐渐实现从铸铁向铸铝方向的转变，甚至更轻的镁合金也出现在了少数车型中；商用大功率柴油发动机气缸体、气缸盖所使用材料已从HT200发展到HT250和HT300。

曲柄连杆机构的作用是将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的转矩并输出机械能。 曲柄连杆机构由活塞连杆组（主要有活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承等零部件）和曲轴飞轮组（主要有曲轴、扭转阻尼器、飞轮等零部件）组成。曲轴材料主要有调质钢曲轴、非调质钢曲轴、球墨铸铁曲轴、铝合金复合材料曲轴等。

配气机构的作用是按照发动机要求，定时开闭各气缸进排气门， 使可燃混合气（ 汽油机）或空气（ 柴油机）及时进入气缸并将废气及时排出气缸。配气机构由气门组（主要有气门、气门座、气门弹簧、气门锁片等零部件）和气门传动组（主要有凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及摇臂轴等零部件）构成。

空气供给系统的功用是根据发动机各缸的工作循环和着火次序适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使足量的纯净空气或空气与燃油的混合气进入气缸，并及时地将发动机燃烧后的废气排出气缸。空气供给系统主要包括空气滤芯、进气管系、配气机构、排气管系、消声器和涡轮增压系统等。

发动机增加进气量可提高循环供油量，从而提高发动机功率、改善燃油经济性。涡轮增压系统利用发动机所排出废气惯性冲力来推动涡轮机，使之高速旋转，并通过传动轴，带动压气机高速旋转，将空气增压，并经进气管进入气缸。按废气在涡轮机中流向不同，废气涡轮增压器可分为径流式和轴流式两大类，汽车用发动机多采用径流式涡轮增压器，由离心式压气机、径流式涡轮机和中间体三部分组成。

燃料供给系统的作用是不断地输送清洁的燃油和新鲜空气，根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，送入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排到大气中去。汽油机燃料供给系统有化油器式和喷射式两种类型，主要部件有空气滤芯、进气管道、空气计量装置、进气歧管、节气门体、喷油器、燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器等；柴油机燃料供给系统常用部件有空气滤清器、进气管道、进气歧管、燃油箱、燃油滤清器、输油泵、喷油泵、喷油器等。

随着汽车技术的发展， 电控燃油喷射系统（Electronic 燃料 Injection）已取代化油器式。电控燃油喷射系统主要由空气测量控制系统、燃油供给系统、电控系统组成。其中电控系统由传感器、电控单元（Electronic Control Unit，ECU）和执行器三部分组成。主要控制有喷油时刻控制和喷油量控制。喷射控制是以电控单元为中心，用安装在发动机不同部位上的各种传感器测定发动机各工作参数，将其转化为ECU能接受的电信号并传达；ECU对输入信号进行运算、处理、分析和判断后向执行器发出指令，最终通过喷油器定时、定量地把汽油喷入进气道或气缸内，使发动机在各工况下都能获得最佳浓度混合气。按燃油喷入位置分为进气管喷射方式和缸内直接喷射方式，其中进气管喷射系统又分为单点汽油喷射系统（SPI）和多点汽油喷射系统（MPI）。目前欧美汽油机燃油喷射系统全部采用缸内直喷技术。电控喷油系统其他控制功能还包括怠速转速控制、起动喷油量控制、各缸喷油均匀性控制、过渡性能与烟度控制、喷油规律与喷油压力控制、废气再循环控制和扩展功能（如增加自诊断、 安全保护与自适应控制等）。

在汽油机中，气缸内的可燃混合气是通过电火花点燃的，其气缸盖上装有火花塞。 能够定时在火花塞电极间产生电火花以点燃气缸内混合气的全部设备称为点火系统。主要部件包括蓄电池、点火开关、点火线圈组件、传感器、电控装置、火花塞等。

润润滑系统的作用是向零件表面输送清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件磨损， 并有清洗、冷却、防锈和密封功用。 润滑系统通常由机油泵、机油滤清器、机油散热器和油底壳等组成。

冷却系统的作用是保证发动机在最适宜的温度状态下工作。 发动机上采用的冷却方式主要有水冷式和风冷式两种。 水冷式发动机的冷却系统主要部件有防冻液套、水泵、 风扇、散热器、节温器等； 风冷式发动机主要结构有风扇和散热片。

发动机起动是指曲轴在外力作用转动到发动机自动怠速运转的全过程，包括外力转动发动机曲轴--活塞往复运动--气缸内可燃混合气燃烧膨胀做功--推动活塞向下运动使曲轴旋转--发动机自行运转。完成起动过程所需要的装置，称为发动机起动系统，其主要部件有蓄电池、起动开关、起动电动机等。

电动机主要由定子和转子和转子两部分组成，转子是唯一运动机构，相对于电动机其他部分旋转运行。

直流电机定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和碳刷装置等组成；转子的主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。在电机的定子和转子之间有气隙，气隙大小及定子和转子的结构形式对电机的性能有重要影响。

三相异步电机的定子和转子采用硅钢片叠压而成。其两端采用端盖封装，在转子和定子之间没有相互接触的部件。定子主要由定子铁心、 定子绕组和机座三部分组成。其中，定子绕组是一个对称的三相绕组。其作用是产生旋转磁场和吸收电功率。转子主要由转子铁心和转子绕组两部分组成。转子绕组的作用是感应电动势和电流，并与定子磁场作用产生转矩输出机械功率。转子绕组有笼式和绕线式两种。

永磁电机主要分为永磁同步电机（ Permanent 磁铁 Synchronous 摩托车，PMSM）和无刷直流电机（ Brushless DC Motor，BDCM）。永磁同步电机是用永磁体取代绕线式同步电机定子和转子中的励磁绕组，省去了励磁线圈、集电环和碳刷。根据永磁体在转子上位置不同，分为永磁体内置式电机（SPM）和永磁体外置式电机（IPM）。内置式转子嵌入永磁体，导致转子机械结构上的凸极特性，按永磁体磁化方向可分为径向式、切向式和混合式；外置式根据永磁体是否嵌入转子铁心中，可分为面贴式和插入式两种。面贴式的转子永磁体一般为瓦片形，通过合成粘胶粘于转子铁心表面；插入式的永磁体嵌入到转子铁心中，两永磁体间的铁心成为铁磁介质突出的部分。

开关磁阻电机（Switched Reluctance 摩托车，SRM）是一种新型电机，由双凸极的定子和转子组成，其定子、转子的凸极均由普通的硅钢片叠压而成。采用集中绕组结构，转子既无绕组又无永磁体，适用于频繁正反转及冲击的负载。径向的两个绕组串联成一个两极磁极，称为“一相”。SRM可以设计成多种不同的相数结构，定子、转子的极数有多种不同的搭配，可以设计成单相、两相、三相、四相及多相等不同相数结构，低于三相的SRM一般没有自起动能力。相数多有利于减小转矩脉动，但同时也导致结构复杂，主开关器件多，成本增高。目前应用较多的是三相6/4极结构和四相8/6极结构。开关磁阻电机按气隙方向可分为轴向式、径向式和径向轴向混合式结构。

电动汽车所采用电机种类较少，功率覆盖面也很窄。最早应用于电动汽车的是直流电机（DC 摩托车），随着电子技术、机械制造技术和自动数字技术的发展，交流异步电机、永磁电机和开关磁阻电机（SRM）在很多方面显示出比直流电机更优越性能，正在逐步取代直流电机。

20世纪80年代前，几乎所有电动车辆牵引电机均为直流电机（DC Motor）， 如法国的雪铁龙公司SAXO电动轿车和日本大发森雅HIJET电动面包车均达年产1万辆的规模。直流电机具有起步加速牵引力大、 控制系统较简单等优点，其缺点是有机械换向器，在高速大负荷下运行时，换向器表面会产生火花，所以电机转速不能太高。直流电机可分为永磁式电机和绕组式电机，前者无励磁绕组且永磁体的磁场不可控制，后者有励磁绕组且磁场可由直流电流控制。小功率电机采用永磁式电机，大功率电机大多采用串励、并励及复励电机等有励磁绕组的电机。

三相异步电机即三相交流感应电机（ACIM），广泛应用于大型高速的电动汽车中，有笼型异步电机和绕线转子异步电机两种。笼型异步电机较为广泛，其结构简单、坚固，价格低，维护方便，运行可靠。与同样功率直流电机比较，效率较高，质量减小约50%。异步电机功率覆盖面广，从零点几瓦到几百千瓦，转速12000~15000r/min；采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高，对环境适应性好，并能实现再生再生制动。其缺点是轻载时效率较低，恒功率转速范围很窄，因其转子电流导致定子和转子发热，需要更多能量用于转子冷却。加上无独立励磁绕组，其电枢绕组（定子绕组）既是励磁绕组又是转矩绕组，感应电机属多变量、强耦合的非线性系统，其励磁与转矩之间的耦合使得感应电机控制比较困难。目前主要应用于中、大功率的驱动系统中。

永磁电机的效率在各种电动机中是最高的。其能量密度高、效率高、体积小、惯性小、响应快，应用前景好。根据供电方式不同，永磁电机分为无刷直流电机（BDCM）和永磁同步电机（PMSM）。永磁电机主要优势在于永磁体可不消耗任何能量（与感应电动机相比）而产生较强的磁场。 此外，高功率密度的特点可以使永磁电动机的体积设计得更为紧凑。由于高磁密的永磁体是用昂贵的稀土材料制成的，所以永磁电动机的成本较高。另外，永磁电动机也有恒功率转速范围较小的问题。受到永磁材料工艺影响和限制，其功率范围较小，最大功率仅几十千瓦；永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，导致永磁电机性能降低，严重时损坏电机，故在使用中须严格控制此类现象；在恒功率模式下，因操控复杂导致驱动系统造价较高。

无刷直流电机采用梯形波三相电流向定子和转子绕组供电，具有直流电机的外特性而无换向器和无刷马达组成的机械接触结构。电机采用永磁体转子，无励磁损耗；发热的电枢绕组装在外面的定子上，散热容易；无换向火花，寿命长，运行可靠，维修简便，与直流电机、感应电机相比，具更高能量密度和效率。

永磁同步电机采用正弦信号三相电流向定子绕组供电，恒转矩区延伸到电机最高转速50%处左右，对提高汽车低速动力性能有很大帮助；电机最高转速达10000r/min以上；功率密度高、调速性能好，在宽转速范围内运行效率高（90%～95%），较永磁无刷直流电机性能更优。

开关磁阻电机（SRM）结构简单，具有成本低、可靠性高的优点，同时还有较好的转矩/转速特性和较宽的恒功率转速范围。开关磁阻电机的运行遵循“磁阻最小原则”———磁通量总是沿磁阻最小的路径闭合。当定子的某相绕组通电时，所产生磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，迫使相近的转子极即导磁体旋转到其轴线与该定子和转子极轴线对齐的位置，即磁阻最小位置。与感应电机相比，开关磁阻电机在成本、效率、功率密度、调速性能、可靠性和散热性能等方面具有一定优势，适于在高速、高温环境下工作。同时，电机可实现良好控制特性，容易智能化，能通过编程和替换电路元器件，能满足不同类型电动汽车的运行要求。由于开关磁阻电机具有高度的非线性，其驱动系统较复杂，其双凸极结构不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电机最主要缺点。

汽车内燃机性能指标主要有动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标及耐久可靠性指标等。

内燃机曲轴输出的平均转矩称为有效转矩，以表示， 单位为 N·m。 有效转矩与外界施加于曲轴上的阻力矩相平衡， 可以用内燃机的发动机台架试验方法测得。

指单位气缸工作容积所输出的有效功， 以表示， 单位为 KPa。 平均有效压力越大，动力性能越好。

发动机的值一般在下列范围内：

内燃机曲轴输出的功率称为有效功率， 用表示 （单位为 kW），等于有效转矩与曲轴角速度的乘积， 即：

式中 ——有效转距 （N·m）；

——曲轴转速 （r/ min）。

有效功率也可计算为：

式中 ——平均有效压力 （kPa）；

——气缸工作容积 （m3 ）；

——曲轴转速 （r/ min）；

——气缸数；

——冲程系数， 二冲程= 1， 四冲程= 2。

由于内燃机及其辅助机构固有的机械损耗，其效率约为15%～18%左右（电驱动系统的效率可超过90%） 。

产品铭牌上标明的功率称为标定功率。鉴于汽车内燃机经常在部分负荷下，即较小功率下工作，仅克服上坡阻力和加速等情况下才短时间地使用最大功率，为保证其有较小的结构尺寸和质量，经常用15分钟功率作为标定功率。即在标准环境下，内燃机能连续稳定运转15分钟时的最大有效功率。

升功率指发动机在标定工况下每升气缸工作容积所发出的有效功率，以（单位为kW/L）表示， 可计算为：

是评定一台内燃机整机动力性能和强化程度的重要指标之一，升功率越大， 其动力性能越好。

在1h内发动机每发出1kW有效功率所消耗的燃油质量（以g为单位），称为燃油消耗率，用[单位为g/（kW·h）] 表示。 可按下式计算：

式中　——发动机每小时消耗的燃油质量 （kg /h）；

——发动机的有效功率（kW）。

燃料中所含的热量转变为有效功的比例称为有效热效率， 用表示， 可按下式计算：

式中 ——发动机有效功 （kJ）；

——燃料中所含的热量 （kJ）。

当测得内燃机有效功率和每小时消耗的燃油质量时， 则：

或

式中　——燃料低热值 （kJ/ kg）。

现代汽车汽油机的值一般为0.30左右， 柴油机的值为0.40左右。

内燃机的排气中含有多种对人体有害的物质， 主要有一氧化碳（ CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、光化学烟雾、二氧化硫（SO2 ）、醛类和微粒（含碳烟）等。有资料显示,当汽车保有量为6亿辆时，每年向大气中排放的有害物质高达 7亿吨，严重污染了大气，已形成公害。各国根据本国情况都制定了相应的汽车排放标准。如加利福尼亚州汽车排放法规是目前世界上最严的标准。中国排放标准参照欧洲法规体系。2016 年，中原地区环境保护部和工业信息化部发布公告，从2017年1月1日起，中国所有地区在售轻型汽油车需符合国V排放标准，比欧洲标准更严格。

噪声是内燃机发动机工作时发出的一种声强和频率无一定规律的声音，主要有燃烧噪声和机械噪声，其损害人的听觉器官并伤害神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统，容易使人性情烦躁，反应迟钝，甚至耳聋，诱发高血压和神经系统的疾病。汽车是城市主要噪声源之一，内燃机发动机又是汽车的主要噪声源。

起动性能是表征内燃机起动难易的指标。内燃机起动性能好，便于汽车起步行驶，同时减少起动时的功率消耗和发动机的磨损。起动性能一般以在一定条件下的起动时间长短来衡量。中国标准规定，不采用特殊低温起动措施，汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动，能在15秒以内达到自行运转。

可靠性是指内燃机在规定运转条件下，具有持续工作，不致因为故障而影响正常运转的能力。一般以保证期内的不停车故障数、停车故障数、更换主要零件和重要零件数等具体指标来衡量。

耐久性是指内燃机在规定运转条件下，长期工作而不大修的性能。一般以内燃机从开始使用到第一次大修前累计运转的时间表示。对于不同用途的内燃机，内燃机各项性能指标要求也不同。各指标之间既相互联系又相互制约，如为了满足排放指标，则不得不降低内燃机的动力性能或经济性能。

内燃机速度特性是指内燃机在燃料供给调节机构位置（汽油机为节气门开度，柴油机为供油拉杆位置）固定不变时，内燃机性能参数（有效转矩、功率、燃油消耗率等）随转速变化的曲线。其中，燃料供给调节机构在最大供给位置得到的速度特性为内燃机外特性；在部分开启位置下得到的速度特性为部分负荷速度特性。内燃机外特性曲线可反映内燃机发动机最高动力性能，仅一组，即内燃机最大有效功率、最大有效转矩、最大有效燃油消耗率及相应转速；部分负荷速度特性曲线有无数组，与燃料供给调节机构位置对应。内燃机的部分负荷速度特性曲线低于发动机外特性曲线。

内燃机负荷是指当时内燃机发出的功率与同一转速下可能发出最大功率之比，以百分数表示。外特性曲线上各点表示在各转速下的全负荷工况，同一条部分负荷速度特性曲线上各点负荷值并不相同。在同一转速下，节气门开度越大表示负荷越大。

电机的性能指标主要有额定功率、转矩和转速等。

额定功率是额定条件下电机轴上输出的机械功率。额定功率应保证电动汽车能够在各种工况下运行。如果选择过小，电机经常工作在过载状态；如果选择功率太大，则经常工作在欠载状态，效率及功率因数降低，浪费电能且增加动力电池的容量，综合经济效益下降。故驱动电机额定功率应能同时满足汽车对最高车速、加速时间及爬坡度的要求。

在规定的时间内，电机允许输出的最大输出功率称为峰值功率。

额定转速是在额定电压输入下，以额定功率输出时对应的电机最低转速。驱动电机的额定转速应符合电机的转矩- 转速特性要求，在起动即低转速时得到恒定的最大转矩，同时在高转速时得到恒定的较高功率。

最高转速是在无带载条件下，电机允许旋转的最高转速。电机最高转速选择要结合传动系减速比、电机效率和连续传动特性考虑。最高转速应能达到基速的3~5倍。

额定转矩是电机在额定功率和额定转速下的输出转矩；电机转子在所有角位堵住时所产生的转矩最小测得值称为堵转转矩，峰值转矩是电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。最大转矩要满足汽车起步转矩和最大爬坡度的要求。

机械效率是在额定运行时电机轴上输出的机械功率与电机在额定运行时电源输入到电机定子绕组上的功率之比值。电机及控制器整体效率是电机转轴输出功率除以控制器输入功率。

电动汽车用驱动电机需要频繁起动和停车，并承受较大的加速度或减速度，同时要求低速大转矩爬坡、高速小转矩运行和运行速度范围宽，受车辆空间限制，为减小车辆自重，提高车辆有效载荷，驱动电机要求具有功率密度较大、效率较高的特点。

高压共轨燃油喷射技术对于柴油机和汽油机混合气形成和燃烧过程的发展起到极大推动作用。高压共轨燃油喷射系统不仅可以提高喷射压力，且喷油压力不受发动机转速影响，还可通过多次喷射改善喷油规律，从而使燃烧过程优化，降低NOX和PM排放。如欧VI柴油机产品的喷油压力为200～240MPa，可实现7次喷油；缸内直喷汽油机喷射压力达20～35MPa，可通过多次喷射控制混合气形成和燃烧放热过程，改善PM排放和冷起动性能。

增压系统发展的主要目的是强化动力、增加低速转矩、降低排放和油耗。通过增压技术实现发动机小型强化（Downsize）是轻型车用发动机发展趋势，其基本概念是通过功率强化，用小排量发动机取代大排量发动机，使发动机重量减轻、摩擦损失减少、热量损失减少、泵气损失下降且常用工况运行在较高负荷的低比油耗区域，既减少发动机的油耗和排放，又保持功率和转矩不变或略增加。涡轮增压的直喷汽油机（TGDI）是在缸内直喷汽油机（GDI）的机型上增加涡轮增压，与柴油机增压技术相比，汽油机增压技术要承受更高的排气温度（950～1050℃）、更宽的转速范围和流量范围，其技术特点包括电子控制的废气放气阀、全浮动轴承等。为改善低速条件下的动态响应和提高低速转矩，还采用排气歧管和增压器壳体的一体化结构、涡轮增压串联机械增压等技术。通过增压技术实现降速强化（Downspeed）是重型车用柴油机发展趋势，即通过降低发动机转速，降低摩擦损失，从而提高机械效率，改善燃油经济性。降速强化技术核心是提高平均有效压力，已使重型车用柴油机转速从2200～2500转r/min降低到1800～2000r/min。

在发动机机内净化技术上，采用带中冷器的高压循环和低压循环两种废气再循环（EGR）系统，EGR量的控制精确而快速。在柴油机排气后处理技术上，采用氧化催化反应器（DOC）可降低HC/CO排放达95%以上；采用柴油机颗粒过滤器（DPF），可降低颗粒排放质量达90%以上；采用可选择性催化反应器（SCR）和稀燃NOX 获器（LNT）均可降低NOX达85%以上。其中，SCR和LNT在轿车和轻型卡车上均有应用，在重型载货汽车上大都采用SCR来降低NOX排放。在汽油机排气后处理技术上，采用三元催化转化器，当发动机在理论空燃比附近运行时可同时降低HC、CO和NOX达95%以上；在缸内直喷汽油机颗粒排放后处理上，采用用于汽油机的颗粒过滤器（GPF），可使颗粒质量（PM）和数量（PN）排放满足欧Ⅵ排放法规要求。

为减少发动机的散热损失，按照发动机实际运行工况对冷却系统和润滑系统的热流进行优化，对冷却水泵、风扇和机油泵等按照工况的需求进行调控和开关，调节高温和低温冷却循环，根据排放要求适时旁通增压中冷及EGR冷却等。此外，DPF或 GPF、SCR、LNT等后处理器的最佳转化效率优化和再生过程控制，都需要提高排气温度，因此对排气温度的控制也成为热管理技术的一项重要内容。同时，与汽油机相比，柴油机的热管理系统更加复杂，因为柴油机采用了高压和低压EGR系统、有复杂的DPF和 SCR（或LNT）后处理系统、还可能采用朗肯循环系统，所以在柴油机上开展热管理研究，优化冷却系统和热量分配，将是未来重要的技术发展之一。

润滑技术是提高发动机有效热效率的重要途径。通过气缸和活塞环、曲轴和轴承、配气系统等结构改进，润滑系统优化控制，润滑油改进等措施，达到降低摩擦损失的目的；对于油泵、水泵、风扇、发电机等附件，实行电子控制，按照工况变化控制其运行状态，降低附件功耗损失；在气道设计、配气机构设计、排气背压控制、节气门控制上进行细致优化，降低进排气阻力，提高充气效率。

采用可变涡流和滚流、可变截面增压（VGT）或二级增压、可变配气相位和升程（VVT、VVL）、米勒循环进气相位等新型可变燃烧技术，可改善部分工况油耗和排放并兼顾全工况综合性能。其中，可变配气相位（VVT）已在汽油机上广泛应用，但由于采用节气门调节负荷，故部分负荷泵气损失大，导致汽油机燃油经济性差，在采用可变气门升程（VVL）和可变气门型线（VVA）后，可通过气门运动来控制进气流量，去掉节气门以改善部分负荷燃油经济性。此外，VVL和VVA能够比VVT在更宽广的转速和负荷范围内优化充气效率，减少泵气损失，从而进一步提高热效率和燃油经济性。在这些技术综合运用方面，需要对发动机燃烧过程进行精细地设计和匹配，需要在宽广的转速和负荷范围内对喷油、流动、EGR、配气相位等进行多模式、分区段的燃烧控制。燃烧过程在全工况运行范围内进行精细优化和匹配已成为现代发动机最重要的研发工作之一。

内燃机排气能量损失占三分之一左右，充分利用这些能量对于提高燃油经济性具有重要意义。废气涡轮增压和废气再循环是两种已经产品化应用的排气能量利用方式。国际上正在开展研究的废气能量利用技术还有动力涡轮、朗肯循环和热电材料发电等，目的是进一步回收排放废热，提高循环有效热效率。其中朗肯循环技术已在大型船舶内燃机和发电内燃机上应用，在车用内燃机上的应用有待开发。

电动汽车中已经应用的双向逆变式充放电技术，其双向逆变器集驱动电机、车载充电器、直流充电站三者功能于一身，既可把电网的交流电转换为直流电实现充电，又能把电池里的直流电反向转换为交流电对车外用电器供电。应用双向逆变充放电技术的电动车可通过车对电网模式实现削峰填谷； 车对车模式实现车辆之间互相充电； 车对负载模式可实现在车辆离网时的紧急状况下应急供电。

永磁电机具有效率高、比功率较大、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点，电机的永磁化是电驱动技术的重要发展方向之一；数字化包括驱动控制数字化、驱动到数控系统接口的数字化和测量单元数字化等。随着微电子学及计算机技术的发展，高速、高集成度、低成本的微机专用芯片以及DSP等的问世及商品化，使得全数字控制系统成为可能。用软件最大限度地代替硬件，除完成要求的控制功能外，还具有保护、故障监控、自诊断等其他功能。同时，电机与发动机总成或电机与变速器的集成有利于减小整个系统的质量和体积，并降低系统的制造成本。

世界各国对于未来汽车油耗的控制目标非常严格，小型和微型乘用车将得到大力发展。轿车和轻型车用发动机采用了小型强化（downsize）技术，发动机的排量和体积显著缩小，但是功率覆盖范围并没有降低，所以造成了较小排量的发动机可以取代较大排量的发动机，装备在原较大排量发动机的汽车平台上，这样可将以前较大排量的发动机从平台中去掉，简化新产品型谱，促进发动机模块式开发。

电驱动系统与内燃机系统相比具有更高的效率、更低的维护成本、更灵活的设计以及更好的性能等几个优势。这些优点源自其设计上两个基本特点，即机械结构简单和电动化。自工业革命以来，人类排放了越来越多的二氧化碳和其他温室气体（GHG），这类污染的主要来源就是人们燃烧的石化燃料；而地球石化燃料作为一种稀缺资源，又一直以一种危险的速率被加速消耗。消耗全球能源一半以上的内燃机所排出的CO2，对造成全球气候变暖的温室效应，起到了不可推卸的责任。汽车工业向新能源方向的转变已不可避免。替代石油的主要方案有生物燃料和电动化，在没有合适替代燃料的情况下，汽车技术面临一次重要的转型——从内燃机汽车转向电驱动汽车，蓄电池电动汽车（BEV）在全球和本地范围可同时满足能源和环保要求。

电子控制技术最早仅应用于发动机燃油喷射系统上，控制喷油压力、喷油定时和喷射次数等。随着废气再循环、可变截面增压器、可变涡流和滚流、可变配气相位、排气后处理器等技术的应用，以及对于整车变速器、油门踏板等传动系统的控制，目前电子控制单元（ECU）要对发动机和整车多达十几个参数进行独立地控制。考虑到发动机不同运行工况、环境温度、平均海拔等对发动机燃烧、性能和排放的要求，电子控制系统需要引入成百上千个独立变量、二维变量、三维MAP图、数据库和预测模型，成为一个十分复杂的运算和控制“大脑”，指挥着发动机和车辆的运行。发动机电子控制系统的软件和硬件开发，已经成为现代内燃机显著的技术特征。

随着排放法规和油耗法规日益严格，内燃机先进技术应用越来越多，开发过程越来越精细，也遇到了大量新挑战，因此需要发展新的测试技术和模拟计算技术。在试验测试技术方面，采用大量光学诊断设备和方法，用于对喷雾、流动、燃烧和结构进行可视化研究；发展颗粒数量PN的测试、更精确的PM排放测试、发动机瞬态性能测试等设备；发展发动机在线诊断仪器设备；提高发动机常规试验测试精度，用以满足日益严格的油耗和排放标定的需求。在模拟计算技术方面，采用更加先进的流动、燃烧、结构、性能等计算和预测软件，网格处理更简便、计算精度更高、计算速度更快，能够较准确地预测发动机性能、油耗、排放和结构可靠性等，节约发动机开发成本和时间。

为了节约石油资源，减少 二氧化碳式气枪 排放，内燃机工业界开展了大量燃料替代技术的研究和应用开发，这些替代燃料包括各种生物柴油、甲醇、乙醇、二甲醚、天然气、液化石油气、氢气、各种燃气（以甲烷为主要成分的混合气体）等并已在发动机产品中得到实际应用。在一些国家加油站出售的燃料种类有柴油与生物柴油的混合燃料（如 B5、B10、B20 等）、汽油与甲醇或乙醇的混合燃料（如 E10、E20、M15 等）、压缩天然气、液化石油气、以甲为主的混合燃气等，燃料多元化发展趋势非常明显。

欧美等发达国家内燃机技术是全球内燃机行业的标杆。欧洲从20世纪70年代开始制定汽油车排放法规，80年代开始制定柴油车排放法规。1993年陆续开始实施欧Ⅰ到欧Ⅵ排放法规，同时加快降低对HC、CO及 NOX 和PM等排气污染物排放限值。21世纪开始对温室气体CO2排放进行限制。美国轻型汽车排放标准是在1990年的空气清洁法（Clean Air Act Amendments）中确定的，分为Tier1和Tier2两个标准。乘用车和轻型货车的排放标准Tier1于1991年6月公布，1997年执行；新乘用车和轻型货车Tier2标准于2007年全部实施；重型车和中型乘用车Tier2标准2009年全部实施。美国乘用车和轻型货车排放标准中规定污染物共5种，即NMOG、CO、PM、HCHO、NOx。截至2014年年底，中国汽车发动机领域技术标准共计170项，其中国家标准105项、行业标准 65 项，其中有69项是转化国外标准而来，其余标准根据汽车发动机行业需要进行制（修）订。

中国在2001年就推出专门针对电动汽车电驱动系统进行测试和规范的推荐标准，并建立了符合国际要求的电动汽车电驱动系统测试基地，为全球电动汽车电驱动系统进行性能和功能的测试与标定。测试机构包括北京理工大学电动车辆国家工程实验室、中国汽车技术研究中心、中国汽研股份有限公司、上海机动车检测中心等。

日本在电动汽车研发、 制造和生产方面一直处于比较领先的地位，对电动汽车和电驱动系统标准方面的研究和制订也一直比较完善。 其电动汽车标准的起草和制订单位主要包括日本自动车研究所（JARI）、日本电动汽车协会（JEVS）、日本电动汽车协会技术导则（JEVA）、其制订的标准包括JEVSZ107-1988《电动汽车电机及控制器联合试验方法》、JEVSZ806-1998《电动汽车术语电机和控制装置》、JEVSZ701-1994《电动汽车电机及控制器联合驱动测量》、JEVSE702-1994《电动汽车车上使用的等效电机的动力测量（转矩和速度测量）》。

欧盟在电动汽车及电驱动系统标准制订方面，包括欧盟统一的相关标准和各个国家根据自己具体情况而制订的国家标准。

美国负责起草和制订电动汽车及其电驱动系统相关标准的单位组织包括美国汽车工程协会（SAE）、美国国家交通运输安全管理委员会（美国国家公路交通安全管理局）和美国电动车运输应用协会（ ETA）。在电驱动系统方面，美国已颁布包括SAEJ2293.1-1997《电动汽车能量转换系统 第1部分：功能安全和系统构造》和SAEJ2293.2-1997《电动汽车能量转换系统 第2部分：通信信号和功能要求》在内的相关标准。

启停故障是一种较为常见的故障类型。发动机中的电路和输油管如果存在问题，就很容易导致发动机无法正常的启动与停止。此外，汽车车载蓄电池的电量情况也会影响到汽车的启动和熄火，若是蓄电池电量不足，会造成汽车发动机的停动力和启动力不匹配，导致汽车无法成功启动。

汽车使用一段时间后，一部分汽车在驾驶时会出现燃油消耗严重的情况，这是汽车发动机很常见的一种故障之一。故障原因包括发动机在运转过程中燃油与空气没有充分混合，没有充分燃烧；发动机内部零件间磨损情况异常等。

汽车发动机正常运行期间，其所产生的噪音十分小或者没有噪音，同时发动机状态较为稳定。当汽车发动机发出刺耳噪声时应观察是否发动机内部部件相互摩擦所发出。一般情况下，汽车发动机噪音故障的引发的主要原因包括汽车发动机出现油塞、燃烧不完全、支架问题等情况，应当结合发动机实际情况开展有效检测排查，防范噪声故障所带来的不利影响。

汽车在行驶过程中，排气管排放出来的尾气颜色呈现蓝色或黑色，主要是发动机燃油和空气混合不均匀及燃烧不充分所致；当发动机活塞环或油环在使用过程中磨损情况较严重时，易导致排气管排出尾气呈现蓝色；当发动机加入燃油不符合标准，会造成尾气颜色呈现白色。

发动机冷却装置存在问题时往往会发生抖动，检修人员可根据发动机抖动状况进行检测。发动机无规律抖动有可能是发动机点火装置出现问题，可对火花塞进行检查；当火花塞在点火过程中发动机不发生抖动，很有可能是火花塞积碳；当火花塞点火时发动机发生抖动，很有可能与火花塞出现漏洞有关。

电动汽车电动机常见的故障现象包括异常噪音、失去动力、电动机过热等，其可能的原因包括绕组损坏、轴承故障、冷却系统问题、控制系统故障等。电动机故障主要分为电气和机械两类故障。电气故障包含定子与转子绕组时接触不良或短路；机械故障包含轴承，关键螺钉损坏。诊断故障时主要采用仪器仪表检测和感官检测。感官检测法即利用身体感官去判断异常，例如利用倾听法进行电动机系统运行异响判断，利用研究观察法发现系统中的存在的火花、破损、变形等现象，利用皮肤感受零部件温度变化。仪器仪表检测法利用专门的设备进行研究。电动汽车相对传统汽车有更多的仪器仪表，这些仪表展示的数据与正常情况下的示数对比，直接且准确反应汽车的故障信息，明确故障诱因。

在轿车和轻型货车用内燃机产品领域，所需内燃机均由汽车企业自己生产提供，主要内燃机生产企业有美国的通用（GM）、福特（福特汽车公司）和克莱斯勒汽车公司（Chrysler）三大汽车公司，日本的本田技研工业（本田技研工业）、日产汽车公司（Nissan）和丰田汽车（Toyota）三大汽车公司，现代汽车（Hyundai）和起亚（起亚）汽车公司，德国的大众（VW）汽车公司等。其中，欧盟轻型车内燃机主要制造商还有雷诺汽车公司汽车公司、法国雪铁龙、意大利菲亚特汽车公司、法国标致、美国福特、德国大众和德国梅塞德斯—奔驰等汽车公司；日本内燃机绝大多数应用于乘用车、轻型卡车和客车，其产业发展与其汽车工业发展密不可分。

通用汽车的前身是别克汽车公司，创立于1903年；1909年，以别克和奥兹汽车公司合并而来的通用汽车，与奥克兰汽车公司和凯迪拉克再合并，成为通用汽车。2009年起，通用汽车主要开发、生产和销售别克、凯迪拉克、雪佛龙和通用卡车GMC品牌。据统计，截至2023年6月30日止的前12个月，其全球销量规模为605.8万辆，为全美销量第一。内燃机技术方面，2018年推出的凯迪拉克XT4搭载2.0T可变缸涡轮增压发动机，运用Tripower可变气门管理技术，搭载三段式滑动凸轮轴，采用电子水泵+电控球阀模块组成的ATM主动热管理系统及35MPa高压直喷系统、双涡道单涡轮增压器、全铝缸盖集成排气歧管，具备低排放、低油耗、低速高扭等特点。电动车方面，通用汽车首款基于Ultium的产品于2021年推出，包括GMC悍马EV和BrightDrop Zevo 600，随后在2022年推出凯迪拉克LYRIQ。

日本丰田汽车公司是世界最大的汽车公司之一，其生产活动遍及世界各地，多款车型在美国、欧洲和亚洲畅销。丰田汽车公司成立于1937年。2013年丰田汽车公司全球产量总计为1032万辆。至2023上半年（4~9月）丰田汽车公司全球累计生产505.82万辆，累计销量517.24万辆。2019年，丰田全球首发AR直喷发动机为双喷射系统直喷引擎，装配车型佳美（CAMRY）、凌志（LEXUS-ES）。其采用D-4S双燃油喷射系统、VVT-iW可变气门正时智能广角、水冷EGR废气再循环系统和超高压缩比12.7:1，实现最大扭矩199Nm，最大输出功率123kW；2021年推出的装配广汽丰田威兰达（WILDLANDER PHV）的TNGA2.5L发动机，其高热效率41%、高压缩比13，采用激光融覆气门座及可变油泵，低摩擦机油等技术，实现最大扭矩254Nm，最大输出功率154kW。电动车方面，2023年丰田汽车公司推出包括兰德酷路泽车系首款电动化车型——Land Cruiser Se概念车（兰德酷路泽Se），纯电性能跑车FT-Se和纯电跨界SUV FT-3e，其中，兰德酷路泽Se是丰田历史上首辆纯电动的兰德酷路泽。

大众汽车集团成立于1938年，总部位于德国沃尔夫斯堡（Wolfsburg），是欧洲最大的汽车公司之一。位居全球工业企业十五强之列。在全世界拥有68家全资和股份制企业，集团旗下有奥迪、兰博基尼汽车公司、大众、宾利汽车、保时捷、斯柯达、布加迪、杜卡迪、西亚特、曼（MAN）、斯堪尼亚（Scania）等12大汽车品牌。2022年，大众汽车集团全球交付汽车超过820万辆，销售收入2792亿欧元。在纯电动产品方面，2022年推出奥迪e-tron GT、Q4 e-tron和Q5 e-tron三款全新车型及大众汽车品牌首款纯电动轿车ID.7。其中ID.7 VIZZION采用永磁同步电机，其峰值功率150kW，峰值扭矩310N·m。

美国中重型卡车用柴油机由康明斯发动机（Cummins）、底特律柴油机（底特律 diesel）、纳威斯达（Navistar）、马克（MACK）、佩卡（PACCAR）等柴油机制造商提供；欧洲重型载货汽车和大客车（载重量大于3.5吨）的生产主要集中在德国戴姆勒（梅赛德斯-奔驰集团）集团（主要生产企业为梅赛德斯公司）、德国大众集团（主要生产企业为曼公司和斯堪尼亚公司）、瑞典沃尔沃汽车公司（Volvo）集团和荷兰达富（DAF）集团，欧洲重型车辆采用柴油机作为动力，部分柴油机由重型卡车生产企业自己提供，部分由专业柴油机制造商（如康明斯发动机等）提供；日本主要中重型载货汽车和客车生产企业包括丰田汽车、日产汽车公司、五十铃、日野、三菱集团等汽车公司。

康明斯创立于1919年，总部位于美国印第安纳州哥伦布，在全球范围内有10600多家认证经销网点和500多家分销服务网点，面向190多个国家和地区的客户提供产品和服务支持。从康明斯公司于1956年在英国建立第一个海外生产厂以来，已经在英国、中国、印度等世界8个国家25个地区建立了生产基地，拥有17个研发机构和340多个测试实验室，形成国际化研发和生产网络，生产产量超过95万台，其中50%的产量在美国以外工厂完成。公司产品囊括柴油及天然气发动机、发电机组、交流发电机、排放处理系统、涡轮增压系统、燃油系统、控制系统、变速箱、制动技术、车桥技术、滤清系统，以及氢能制造、存储及燃料电池等，是全球最大柴油机、燃气发动机、发电机组及其相关零部件生产企业，其内燃机产品功率从60马力（44千瓦）覆盖到3500马力（2570千瓦）。2022年公司实现销售额281亿美元，净利润22亿美元。

德国道依茨（Deutz）公司1864年创立于德国科隆，是世界上第一个内燃机制造厂商。作为全系列发动机专家，道依茨提供功率范围从25千瓦到520千瓦的水冷和风冷发动机，应用于工程机械、发电机组、农用机械，商用车辆、铁路机车和船舶及各种专业配套用途领域。1876年创始人之一奥拓（N.A.Otto）发明了世界上第一台四冲程内燃机，为世界内燃机的开发和生产奠定了基础。道依茨公司在全球超过130个国家拥有9个分销公司，9个销售办事处、16家服务中心及800多家销售服务伙伴。在亚太拥有7个办公室，包括北京市、上海市、新加坡、日本、韩国、澳大利亚和印度，其亚太总部于2021年10月在上海正式开业。