2020年12月10日，由國(guó)內(nèi)行業(yè)最具影響力的整車廠、高等院校、科研機(jī)構(gòu)及零部件供應(yīng)商60余家相關(guān)單位共同提議、吉利汽車牽頭，中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)乘用車動(dòng)力總成專業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)在寧波杭州灣召開。大會(huì)期間，豐田汽車技術(shù)研發(fā)中心北京創(chuàng)新中心主任 坂井光人先生以《豐田電動(dòng)化技術(shù)及方向》為題發(fā)表了主題報(bào)告。

以下為演講實(shí)錄：

大家好！非常感謝您的介紹，各位專家老師，下午好！

我是豐田研發(fā)中心的坂井光人，非常地高興能夠在這里給大家做演講。今天我將向各位老師介紹一下豐田的電動(dòng)化技術(shù)及其方向。這是今天要講的內(nèi)容，首先是汽車產(chǎn)業(yè)面臨的環(huán)境變化以及豐田電動(dòng)化的改進(jìn)，然后是混動(dòng)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，再然后是下一代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的開發(fā)，最后再做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)！

首先是汽車產(chǎn)業(yè)面臨的環(huán)境變化以及豐田公司對(duì)動(dòng)力總成電動(dòng)化的一些想法。

20世紀(jì)以來(lái)隨著工業(yè)化的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，全球交通的發(fā)展給社會(huì)帶來(lái)了巨大的利好。另一方面也給我們帶來(lái)了很多需要解決的全球性的社會(huì)問(wèn)題，比如能源安全問(wèn)題，尤其二氧化碳排放增加導(dǎo)致的全球變暖以及由于臭氧和氮氧化物導(dǎo)致的大氣污染等問(wèn)題。

豐田公司在2015年的時(shí)候提出了環(huán)境挑戰(zhàn)2050計(jì)劃，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人、車和自然和諧共生的社會(huì)。一共提出了六個(gè)方面的環(huán)境挑戰(zhàn)，其中一個(gè)是挑戰(zhàn)新車二氧化碳減排，目標(biāo)是到2050年向全球市場(chǎng)推出的新車碳排放比2010年降低90%。正如大家所熟知的，我們今天也多次提到前段時(shí)間發(fā)布了技術(shù)路線圖2.0版提出了不同動(dòng)力總成的總體目標(biāo)，豐田公司將致力于在中國(guó)推廣HEV和純電動(dòng)車。剛才提到了電動(dòng)化車輛的推廣，豐田公司以混動(dòng)技術(shù)為核心進(jìn)行持續(xù)的技術(shù)開發(fā)，通過(guò)混動(dòng)技術(shù)的開發(fā)在電機(jī)、電池和控制器方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并把這些經(jīng)驗(yàn)拓展到了PHEV、BEV和HEV上。我們?cè)诨靹?dòng)的基礎(chǔ)上如果增加了充電功能、增大電池的話就是HPEV，如果在PHEV基礎(chǔ)上把發(fā)動(dòng)機(jī)去掉，并進(jìn)一步增大電池的話就是BEV。如果把發(fā)動(dòng)機(jī)換成燃料電池堆的話就是FCEV。

如上所述豐田公司以混動(dòng)為核心進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，以便于靈活迅速地應(yīng)對(duì)將來(lái)能源的多樣化以及動(dòng)力總成多元化的挑戰(zhàn)，接下來(lái)對(duì)電動(dòng)化核心技術(shù)的進(jìn)化進(jìn)行說(shuō)明。

豐田公司的混動(dòng)系統(tǒng)目前已經(jīng)發(fā)展到了第四代，從最初導(dǎo)入國(guó)內(nèi)的第二代開始增加了一個(gè)可以調(diào)節(jié)電壓的升壓系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的自由度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了控制器和電池系統(tǒng)的小型化，增加了這一套升壓系統(tǒng)的基本構(gòu)架，就是目前豐田公司混合動(dòng)力系統(tǒng)的核心架構(gòu)，公司內(nèi)部叫做THSR。電池電機(jī)控制器等這些電器元件每一代都向著小型化、低損失化和低成本化改進(jìn)。

首先是電池的一個(gè)改進(jìn)，最初使用的是鎳氫電池，在改良鎳氫電池的同時(shí)也用了一部分鋰離子電池，如左下圖所示電池包體積比第一代降低了70%，同時(shí)電池的輸入輸出性能也得到了大幅度的提升。20多年以來(lái)電機(jī)也一直在做改進(jìn)，通過(guò)對(duì)磁石的改良以及對(duì)線圈繞組方法的改進(jìn)，電機(jī)的體積也比初代降低了將近60補(bǔ)鋅，同時(shí)稀土使用量也大概降低了96%。

控制器的體積也大約減小到了第一代的一半，功率密度翻倍的同時(shí)電子元器件的冷卻性能也得到了大幅度的提升，這些電動(dòng)化零部件今后還將繼續(xù)向小型化、低損失化以及低成本化改進(jìn)。

剛才向大家介紹的就是作為豐田公司環(huán)保車輛核心技術(shù)的混動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)，出于加快電動(dòng)化車輛推廣的想法，在2019年豐田公司宣布無(wú)償開放電機(jī)控制器和系統(tǒng)控制的技術(shù)專利，包括中國(guó)在內(nèi)，在全球范圍內(nèi)無(wú)償提供23000多件汽車電動(dòng)化技術(shù)相關(guān)專利的使用權(quán)。

豐田公司從1997年開始全球首次銷售普銳斯，到今年10月為止在全球范圍內(nèi)一共銷售了1600多萬(wàn)臺(tái)，累計(jì)二氧化碳減排達(dá)到了1.3億噸。

接下來(lái)介紹一下混電用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。

豐田公司為了提高熱效率并且擴(kuò)大熱高效區(qū)提高扭矩和功率，采用了如圖所示的多種技術(shù)，開法了TNGA系列發(fā)動(dòng)機(jī)。

接下來(lái)介紹幾項(xiàng)表中的關(guān)鍵性技術(shù)。制造工藝革新后采用了激光熔覆閥座，激光熔覆閥座的使用提高了氣道設(shè)計(jì)的自由度，同時(shí)因?yàn)榭梢愿鶕?jù)燃燒式形狀來(lái)設(shè)計(jì)氣道的角度，進(jìn)而優(yōu)化了缸蓋進(jìn)氣，通過(guò)這些優(yōu)化的措施同時(shí)提高了滾流比和空氣流量系數(shù)。這兩張圖是TNGA2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)與前一代發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷下的扭矩對(duì)比圖，為了獲得強(qiáng)勁的動(dòng)力感受，從低轉(zhuǎn)速到高轉(zhuǎn)速的整個(gè)區(qū)域都提高了扭矩。

這兩張圖是熱效率脈譜的對(duì)比圖，左邊是混動(dòng)用發(fā)動(dòng)機(jī)，右邊是傳統(tǒng)燃油車用發(fā)動(dòng)機(jī)，這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)都比舊款發(fā)動(dòng)機(jī)的最高熱效率要高，而且擴(kuò)大了高熱效率的范圍，混動(dòng)用發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率達(dá)到了41%。

這張圖是從全生命周期二氧化碳評(píng)價(jià)的觀點(diǎn)來(lái)比較不同動(dòng)力總成的二氧化碳的減排效果?；疑闹颖硎镜氖擒囕v使用過(guò)程中的碳排放，我們可以看到BEV是0，跟混動(dòng)車型和傳統(tǒng)車箱比顯示了其優(yōu)越性。大家可以看到藍(lán)色的柱子表示的是燃料生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的碳排放，這個(gè)是豐田公司自己測(cè)算的結(jié)果，在這里我們對(duì)BEV進(jìn)行了兩種不同情境下的測(cè)算，前提如圖所示，我們可以看到從油井到車輪的觀點(diǎn)來(lái)看，BEV和HEV更具有減排的潛力。黃色的柱子表示的是車輛生產(chǎn)和報(bào)廢過(guò)程當(dāng)中的碳排放，如果混動(dòng)用發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率能夠提高到50%，同時(shí)參混使用20%的可再生燃料的話，下一代混動(dòng)的全生命周期二氧化碳的排放水平是可以接近BEV水平，通過(guò)以上的測(cè)算可以看出BEV和HEV都具有很大的二氧化碳減排的潛力。

接下來(lái)給大家介紹一下下一代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的開發(fā)。這是豐田公司在提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率方面以前做的一些工作以及將來(lái)開發(fā)的一個(gè)方向性，豐田公司覺(jué)得可能在不久的將來(lái)熱效率需要達(dá)到50%，所以為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)還有很多的工作要做。

這是豐田公司對(duì)提高熱效率做的一些開發(fā)工作的總結(jié)。我們認(rèn)為增壓稀燃和增壓EGR是非常重要的技術(shù)，應(yīng)該能夠達(dá)到45%以上熱效率的潛力。

右邊的圖顯示的是稀燃狀態(tài)下有效熱效率跟氮氧化物排放的關(guān)系，我們都比較情況在稀燃的情況下氮氧化物的排放是比較大的問(wèn)題。如圖所示右圖粉色的部分是豐田公司近年來(lái)研究的氮氧化物排放比綠色部分表示的以前發(fā)動(dòng)機(jī)量產(chǎn)氮氧化物的排放，是它的1/30左右。隨著排放法規(guī)的加嚴(yán)，為了繼續(xù)降低氮氧化物的排放，豐田公司對(duì)于擴(kuò)大稀燃界限也一直在持續(xù)地做著開發(fā)工作。

這是豐田公司在燃料研究方面做的一些工作，是跟日本的能源公司GXTJ做的共同研究項(xiàng)目，正在研究往燃料里面添加乙醇、呋喃等含氧燃料，看看能達(dá)到什么樣的效果。這張圖顯示的是通過(guò)改變?nèi)剂系臉?gòu)成成分對(duì)于稀燃界限的擴(kuò)大和熱效率的提高所達(dá)到的一個(gè)效果，隨著燃料成分的變化，稀燃的界限在不斷地?cái)U(kuò)大，熱效率也在提高。

豐田公司接下來(lái)對(duì)于下一代的燃料還會(huì)繼續(xù)跟能源公司進(jìn)行研究，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)本體的改良以及后處理技術(shù)的開發(fā)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)近零排放。

在開始的時(shí)候也提到了二氧化碳減排是全世界接下來(lái)要面臨的一個(gè)共通的問(wèn)題，面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，豐田公司認(rèn)為除了發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)之外，從燃燒科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，石油精煉的過(guò)程中二氧化碳減排也是非常有潛力的，所以燃料技術(shù)的研究也非常地重要，豐田公司認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的開發(fā)和燃料技術(shù)的開發(fā)是今后重要的研究方向。

最后是做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，為了實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放和排放物零排放的社會(huì)，需要在碳中和、燃料制造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新一代動(dòng)力總成開發(fā)等方面進(jìn)行全方位的開發(fā)和挑戰(zhàn)，豐田公司將繼續(xù)以混合動(dòng)力技術(shù)為核心，進(jìn)一步改善提高的同時(shí)，進(jìn)一步提高與其他技術(shù)相輔相成的效果。另外不能忘記的是除了進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，豐田公司的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)和贏得客戶的笑臉，我們希望跟大家一起向著這一目標(biāo)共同努力。

謝謝大家！

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載?。?/strong>

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