全球对汽车的需求正在上升。对温室气体排放的担忧也在上升。为了应对这种情况，科学家和工程师正在努力改进未来汽车的新型动力装置，包括电池和氢燃料电池电动汽车。尽管这些和其他替代方案在长期来看前景广阔，但近期内减少化石燃料消耗的最有效方法或许是进一步改进当今占主导地位的交通工具动力装置：汽油内燃机（IC 发动机）。
幸运的是，可以通过多种方式提高效率，特别是更好地控制进入燃烧室的空气-燃料混合物、汽油在那里的点火方式以及利用该能量的机械系统。这些可以改进传统汽车以及汽油-电动混合动力车型。
2008 年下半年燃料价格的迅速上涨开始引导许多消费者转向燃油效率最高的汽车，但最近的价格下跌损害了对它们的需求。然而，即将生效的严格的新燃油经济性和温室气体排放法规应扭转这一趋势，并推动未来新车引擎盖下的技术取得更重大的进步。
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现代内燃机为世界上绝大多数汽车、卡车、摩托车和摩托艇提供动力。它最大的优点是使用了燃料——汽油——这种燃料仍然相对丰富、廉价且能量密度高。它最大的缺点是效率不高。当今批量生产的汽车中最有效的汽油火花点火发动机仅将燃料化学能的 20% 到 25% 转化为功。现代柴油或汽油-电动混合动力动力总成可以达到 25% 到 35%，但成本要高得多。相比之下，氢燃料电池电动汽车（例如本田的 FCX Clarity，目前限量生产）将气态氢气中约 60% 的能量转化为动力。
尽管内燃机被认为是老旧过时的技术，但它仍在不断改进。美国环境保护署最近的一项研究表明，从 1987 年到 2006 年，美国汽车发动机的燃油效率每年大约提高 1.4%。这些增长来自燃烧（热）效率的逐步提高、发动机和动力传动系统摩擦的减少、更先进的变速器以及辅助系统损耗的减少。然而，这些收益中的大多数并未帮助驾驶员减少汽油消耗。相反，它们被用于满足市场对更大、更强大和设备更齐全的车辆的需求。
新规促使效益提升
即将出台的法规将有助于确保未来动力总成效率的提高主要用于实际的燃油经济性。美国环保署正在最终确定针对汽车的严格的新温室气体标准，交通部正在完成更严格的企业平均燃油经济性（CAFE）标准。各机构必须在 4 月 1 日之前发布最终裁决，其中包含这两套要求。在指导交通部时，国会授权在 2011 年至 2030 年间“最大限度地可行地”提高美国汽车和轻型卡车车队的平均燃油经济性。根据目前的提案，标准的第一阶段将从 2012 年到 2016 年，每年将大多数汽车、SUV、皮卡和小型货车的燃油经济性提高 4.4%，许多汽车将达到每加仑约 35.5 英里。迹象表明，到 2020 年甚至 2030 年，这一标准将继续被积极提高。
这些规则还将改变温室气体和燃油经济性目标的计算方式，这将影响汽车制造商的应对方式。新的燃油经济性目标将不再像当前的标准那样，为汽车制造商在美国车队中的所有汽车或所有轻型卡车设定单一标准，而是将基于车辆的占地面积——车辆四个车轮定义的矩形区域。每家制造商还将根据其汽车和轻型卡车车队综合销售加权平均占地面积设定一个独特的目标。
这种方法意味着汽车公司将不再发现建造
更多小型汽车有任何优势，因为由此产生的车辆组合只需满足更高的燃油经济性和更低的二氧化碳排放目标。对于车队中包含较高比例的较大汽车和轻型卡车的汽车制造商来说，也不会有任何真正的劣势。新标准的目标不是鼓励或阻止任何类型车辆的生产或购买，而是使每种类型都尽可能地提高燃油效率，在监管机构认为在经济上可行和技术上可行的范围内。
多途径减少损耗
新法规给汽车制造商带来了一个严峻的挑战：如何在非常短的时间内，在继续满足消费者对性能、安全性、实用性和舒适性的需求的同时，最好地投资有限的工程资源来大幅提高内燃机的效率。
最引人注目的选择是减少主要的能量损失来源。燃烧汽油中约 60% 的能量以热量形式损失——其中大约一半通过发动机损失，一半通过排气损失。另外 15% 到 25% 的能量损失在发动机摩擦和发动机怠速或汽车减速时消耗的燃料中——此时没有完成任何有用的功。发动机摩擦包括所谓的泵气损失，这是由将空气通过部分关闭的节气门阀门拉入气缸以与燃料燃烧的过程造成的。
剩余的能量是发动机输出。其中一半到三分之二（占汽油总能量的 10% 到 15%）用于克服车辆的牵引障碍：惯性（反映汽车的重量）、空气动力阻力和滚动阻力（轮胎与路面之间的摩擦）。其余部分（占总能量的 5% 到 10%）由动力传动系统（变速器和通往车轴的驱动轴）以及诸如动力转向、空调和为这些设备产生电力的交流发电机等附件消耗。
可以在所有这些领域提高效率，即使是微小的进步也能产生可观的效益。例如，牵引损失减少 1% 转化为燃油经济性提高 4% 到 5%。挑战在于实施一套以最低成本提供最高效率增益的技术。由于每家汽车制造商都有独特的车队以及特定的技术优势和劣势，因此每家公司可能会选择不同的改进组合。
详尽列出所有进步超出了本文的范围。例如，减少发动机摩擦涉及材料、运动部件的几何形状、润滑剂和零件设计；数十项细微的改动可以结合起来，将效率提高几个百分点。尽管如此，大多数汽车工程师可能会同意在未来十年内非常有前景且广泛适用的一些方法。
超级发动机
当我们展望更远的未来时，内燃机效率的进一步提高将主要依赖于系统优化。硬件和软件的组合几乎是无限的。未来的一种“超级发动机”将采用此处描述的几项先进技术：汽油直喷、具有无凸轮轴活塞阀的连续可变正时、混合动力电机和涡轮增压器（通过利用流经排气系统的废气来提高功率）。
在这个假设的系统中，仅电池就足以在低速和低负荷下为驾驶提供动力。当发动机启动时，为了最大限度地提高效率，它会在各种模式或工作循环之间切换，这些模式或工作循环是内燃机常见的，例如阿特金森循环和奥托循环（传统发动机只能在一种模式下运行）。混合动力电机和涡轮增压器将在加速期间提供瞬时动力。排气——一种免费的能源——将被利用来发电，为电池充电。
对于以这种方式优化的汽车，发动机的尺寸可能是当前发动机尺寸的二分之一到三分之一，从而减少摩擦损失并减轻重量。这样的系统将提供主要的效率优势，但它也将非常复杂且成本高昂。一项重要的任务是实施软件，该软件可以确定每种速度和负载条件下的最佳运行策略，并在发动机在模式之间切换时控制发动机。
从长远来看，并且面对石油供应不可避免的下降，世界需要尽可能多的汽油实用替代品，这需要科学和工程技术能够做到。但是，先进车辆的吸引力不应阻碍行业现在可以而且应该在提高内燃机效率方面取得的进展。没有单一的技术或能源可以满足世界不断增长的交通能源需求。但是，内燃机效率的大幅提高，以及混合动力技术的更广泛应用，将有助于平稳地实现从石油到更多可再生燃料选择的过渡。在这种背景下，汽油内燃机不应被视为进步的敌人，而应被视为减少温室气体排放并带来更清洁、更可持续未来的战斗中的武器。