「废土重生」涡轮增压次世代狙击战

引

能源结构决定汽车驱动形式，还是汽车驱动形式决定能源路线？这不是一个能够简单回答的问题。当Quattro，4Matic，Xdirve等一系列耳熟能详的驱动技术在电动时代黯然失色时，发动机技术的代名词涡轮增压，是否也也会被新的名次替代呢？

研究后我们发现，纵观中日美欧，虽然汽车消费市场特点存在差异，但涡轮增压产品凭借其技术多样性灵活性和源自航空业进化史赋予的强大的生命力，酝酿了全新的技术可能，并将在次世代迎战纯电动汽车，未来可期。

壹

能源结构 > 驱动形式

对比2019沃德十佳驱动系统与“中国心”十佳发动机，我们可以获得一些有趣的发现：

中国心十佳发动机重点关注的是1.3L - 2.0L的增压发动机，仅有丰田的2.5L混合动力系统勉强保留了自然吸气发动机的最后一个席位。

沃德年度十佳发动机榜上，虽然现代汽车的电驱动系统与经济发动机占据了2席，但仍很重视3.0L以上的6缸和8缸发动机——通用汽车的GMC皮卡和克尔维特跑车的两款大发动机位列榜单显著位置。

难道，美国全面无视排放目标了嘛？

从历史上看，美国市场一直以来都是两套标准。

以加州为首，西海岸和东北部沿海推行严格的排放规定，而中部的绝大多数联邦则宽松得多。

美国人更注重实用主义，2018年8月，川普政府更是力主制止了未来十年逐步推高燃效标准的计划，其直接影响，就是为燃油车保留了一块自然栖息地。

根据毕马威2018年发布的调查结果，关于未来5年购买的第二辆车的动力模式方面，高达54%的美国客户希望购买纯内燃机，较上一年度上升46%，而支持纯电动汽车的比例仅为9%。纯内燃机汽车的支持率大幅超过2017年同期的市场调查水平。

似乎，美国对纯内燃机整车的需求并没有衰退，反而开始回潮。

但在美国之外则是另一番景象，与美国的市场形成了鲜明的对比：中国和欧洲目前的2025年CAFE目标法规，立足于2015年的巴黎气候协议基础的汽车低碳发展趋势研究，是按照燃油车算燃油耗，电动车按照零排放规定的。

其带来的实质结果，是故意令企业无法以纯内燃机汽车满足法规目标——这打乱了内燃机技术自然发展趋势。

纵观过去，2005-2007年，欧洲单车碳排放年均降低了1.2％。

从2008年开始，新的激励政策实施后，碳排放降低速度加快，以年均3.2%的水平推进，按照这个速度，2020/21年就要实现95克/公里的既定目标。 

这就是说，基于NEDC的法规关注整车平均百公里油耗或公里碳排放，要求中国在2020年就要达到5L，欧洲达到4L。照此趋势继续推算，欧洲到2030年的燃油耗目标预计将会在59g CO2/km，也就是2.5L/100km燃油油耗。

随着全世界汽车行业油耗限值层层加码，燃油车头上的紧箍咒也越勒越紧。

尤其在中国大陆，按照国家目标，内燃机油耗要求在短短的五年间就降低34%以上。不过，欧洲和日本的车厂由于技术实力更强，起步也早，按照本国的减排路线，大致都可以在2020年之前提前满足中国的油耗限值目标。可对于技术能力较为薄弱的自主厂商来说，就没有那么简单了——这几乎是不可能完成的任务。

更令本土车企窒息的是，节油技术存在边际效应：越是接近燃油车理论热效率技术极限，节油技术的成本就越高。

难道这就是中国给予电动汽车巨额补贴，制定双积分政策，扼杀燃油车，押宝纯电动路线的最大推手么？如果政策的意图是制造按照“0油耗”进行法规计算的电动车来稀释企业燃油耗，故意令企业无法以纯内燃机汽车满足法规目标，那么似乎深度电动化几乎是中国唯一的出路。

这样的做法在技术路线的选择上，显然是有失公平的：

在欧洲贸易体系里，减排1吨二氧化碳的成本是6欧元。可是单车每公里二氧化碳排放每超出限定标准1克，欧洲车厂就要被罚95欧元。但是，在汽车的整个生命周期里，电动车比燃油车最多只减排5吨的二氧化碳，环境成本只有30欧元。这并不对等!

作为欧洲超级积分政策的一部分，95欧元的罚款虽然让车企更多转向电动路线，但在整车生命周期内评估，我们必须重新复盘，正视自己的选择。

近两年来，随着研究机构将碳排放的目光从汽车的排气管，上升到整个汽车产品全生命周期二氧化碳排放，特别是制造电力带来二氧化碳排放之后，这种电动汽车零排放的言论，屡屡受到了欧洲和日本研究领域机构的挑战，或许将会在不久的将来（预计欧洲2023年），被新的法规与趋势所取代。

英国政策的制定者们，把纯电续航130公里以上的插电混动车完全看作是纯电动汽车，让不同的技术路线实现公平竞争。这里的深层逻辑在于：虽然插混车的电池容量平均只有纯电动汽车的一半，但在年均行驶里程上两者却不分伯仲。

要知道，绝大多数用户都是频繁的短途出行，插混车单位电池容量的利用率反而比电动车要高出一倍。

插电混动车的碳排放强烈地受到驾驶风格和用户充电习惯的影响，通常很难进行理论计算。但随着大数据的统计实现，一项基于美国和德国7.3万例插混用户和4.9万例纯电汽车用户驾驶数据的研究表明，PHEV插电混动车在碳排放上比BEV纯电动汽车更优。这一强实践的例证恰好证实了我们的观点，欧洲政策设计者的美好愿望似乎落空了。

另外，按照现有的制造技术，制造更大的电池往往会带来更高的碳排放，因此插电混动车凭借较小的电池容量和更高的纯电里程利用率轻松胜出，成为了最环保的汽车品类。

于是，欧洲计划在2023年修改法规，解决这一矛盾的对策,基于“油井到车轮”（WTW：Well To Wheel）全生命周期碳排放算法的WLTP工况法规办法。

马自达的一项研究指出，井到轮算法下，如果搭载skyactiv发动机的汽车在实际燃油经济性方面提高10%左右，那么它将能够赶上电动汽车(电力来源于不同能源平均后的水平)，如果提高25%，就可以相当于二氧化碳排放量最小的液化天然气发电作为电力来源的电动汽车。

无独有偶，欧洲的一项研究表明，按照德国目前领先的清洁电力结构，约36%热效率大众发动机的碳排放就相当于PHEV的水平，柴油机的碳排放接近EV的碳排放水平，而直接使用低碳燃料（CNG天然气）的内燃机是目前碳排放最低的驱动形式。

实际上，是能源结构决定了不同汽车驱动形式之间的差距，而10%的改进对于燃油车来说，并不是空中楼阁。燃油车并没有被逼到绝境。如果能源结构的问题得不到解决，单纯推动汽车驱动形式的转变并不会带来预期的环境效益。

在中国，化石燃料仍将担当大任——在2000-2014年，光煤电投资就超过了1万亿美元，这些投资至少要服役30-35年，才能收回成本。水电投资和核电投资的热潮已经被现实浇灭，风能和太阳能的装机容量又受到底容量系数的制约，中短期内很难成为能源的主力。

横向对比，同样是煤电大国的德国，2019年，煤炭发电比例仅有35.7%，而中国2019年则高达65%，事实上，中国一直到2035年，也无法达到德国当前的清洁电力的水平。对标日本，也是可望不可即——2030年，日本的能源结构将由煤炭，天然气，核能，可再生能源四大部分均分掉，这也是大概率事件。

可见，不论日本还是欧洲，其能源结构都要比中国更加“绿色“。

这就意味着，中国到了2035年，只要当前内燃机汽车的实际燃油耗改进10%，或采用低碳燃料，就可以达到2035年电力结构下的纯电动汽车的水平。而我们今天的现实甚至令人沮丧——按照井到轮的算法，A级电动车的碳排放实质上比同级内燃机车高14%！

因此，从单纯的数据来看，中国减排的努力应该诉诸于能源行业，而非汽车行业。中国大陆汽车电动化的趋势对于碳减排的贡献，远远低于日本和欧洲的水平。

贰

商业化的市场选择唯一的出路

既然能源结构比驱动形式对减排的贡献更大，因此，燃油汽车节能技术需要被认真对待——与其利用增量电动车（仍占少数）摊薄排放，不如更加直接地压榨存量燃油车（市场主力）技术。

ICCT的一项研究海选了传统燃油车节能技术，并将其按照成熟度归为三类：

• 可以商业化技术

• 新兴技术

• 在开发尚未成熟的技术

这一比较旨在衡量中国乘用车在不同成熟阶段技术的总体节油潜力。

研究表明，无论技术成熟度如何，燃油发动机技术升级对燃油节约贡献最大；汽车轻量化技术贡献第二大；如果将眼光放远，高效传动系统也将逐步发挥更大的作用。

所以，我们看到，虽然DCT对油耗有着显而易见的优势，但美系厂家通用，福特却反其道而行之，纷纷抛弃DCT产品线，拥抱AT变速箱，以改善欧洲，美国，乃至中国用户越发对平顺性的挑剔的抱怨。通用甚至考虑兼顾平顺性与燃油耗的CVT变速箱。

虽然DCT有油耗的优势，但牺牲产品力的做法并不得到市场的认可。与其这样，不如破釜沉舟向瞄准先进发动机进行技术攻关——虽然这并不受到喜欢炒作新概念的投资者们的追捧，甚至用户也很不买账：

2019年11月，针对DCT福特甚至遭到了集体诉讼和美国监管部门的调查要求。福特不得不做出了痛苦的转型，而转型后新一代三缸机器至今还被消费者诟病。

此前的通用也不轻松，2017年第一批的全新一代Ecotec遭到了市场挑战，上汽通用明明可以重新把老车型再拿出来，但是事实上它的对策是继续推出第八代直喷的Ecotec，同时在大家不经意间，还把双喷的Ecotec系列又做了一代小改款升级，又砸了一波钱。

燃油机的热效率在过去的150年里一直在稳步发展，这个势头在电动汽车家喻户晓的年代，仍然非常顽强而艰难地地持续进化。

中国的新能源政策，尤其以“双积分政策”为代表，是强烈的纯电动趋向的政府法规政策，但是时至2019年，纯电动汽车的高能电池路线仍没有实现一开始宣称的那么安全和快速的升级，另一方面，我们已经看到美日，特别是在气候问题上一向坚持的的欧洲，也开始思考法规趋势转向的可能。

所以，在2019年7月开始的关于2021-2023年双积分法案的意见稿中，我们也开始看到了“节能汽车”词汇首度出现，一方面可以间接放大企业已有的新能源积分，另一方面要求企业统计除了“新能源汽车”定义之外的其他传统汽车的平均燃油耗。

尽管目前来说，这些政策仍显得不痛不痒，但是，已经没有人可以否认高效内燃机的进一步开发对于一个可持续发展的未来以及产业稳健发展和过度的社会和经济意义了。

2019年8月，美国能源署（DOE）对于“未来先进汽车技术”发布的共计5900万美元的年度国家特别研究投入中，高达30%直接投资被用于高效发动机技术前瞻研究。

也就是说约1800万美元里，其中的1457万美元用于高效发动机技术的研发，由通用汽车和福特平分；330万美元用于燃料与发动机的预测模型研究，由大学和研究机构主导。

相比美国，欧洲车企也轻松不到哪里去，柴油跟涡轮增压黄金搭档玩的太久，为满足排放，从传统的驱动系统向全混合动力系统HEV发展并不现实，如果弄不好还会丢掉既有市场。保留原有发动机，变速箱和制动装置的设计不变，优先发展48V混动，并逐步将燃油车转变为PHEV混动车成为短期出路。

保时捷从2018年2月开始，完全放弃了被宠爱有加的柴油机，试图用Cayenne和Panamera插电混动版本来弥补缺憾。当然缺点很明显，这进一步增加了汽车的复杂性和量产成本。

BBA豪华车凭借品牌溢价，借助PHEV让涡轮得以存活，大众则必须选择在低端市场突围，在欧洲严苛法规下大踏步转向纯电汽车——这条路将更加艰辛。

对于日系厂家来说，取消传统变速箱，通过“丧心病狂”式的轻量化以及结构改进，以全新混动构型诸多亮点弥补了燃油车的短板，新式混动构型与涡轮是好搭档，让发动机保持在最佳工作点成为设计目标。

日本混动汽车的设计和制造能力非常强，同时这里的车厂也热情地拥抱电动化（日产，丰田）。一些日本制造商也专注于投资电池事业（松下），日本的高度城市化也更加适合推行电动化。日本的技术选择非常多样：纯电动，混动，插电混动，燃料电池，几乎没有弱项，也没有显著的倾向性。

日本企业的这种多样性，也为涡轮增压的市场前景做了背书。

涡轮增压，一方面作为对节油效果最大的发动机技术升级选项，另一方面作为成熟商业化的技术实现，自然而然脱颖而出，在诸多战场上被一再召唤，老骥伏枥，志在千里。

在欧美日车企看来，满足全球市场对排放越来越严苛的要求才是当务之急。中国市场并非法外之地，这里的逻辑就是，涡轮增压条件下4缸/3缸甚至面向混合动力的2缸方案（单缸排量继续提升到0.6L以上）目前根本就不是个选择题，配合高效的燃烧系统，达到高热效率（44%）减排的目的才是王道。

知乎答主JackyQ对发动机技术路线的观察有着精彩的分析和阐述：大众在欧洲，发动机路线已经简化到1.0T/1.5T EVO/2.0T，自然吸气只保留了1.0L，但在中国还有1.5L自然吸气的配置，我们独有的1.2T未能实现在中国市场替换1.5L的目标 ，1.4T则一直在国内继续攻坚国6B。

不过沿袭欧洲发展的思路，1.0T取代1.5L的计划是迟早的事情，预计在国内将推迟到2022年之后。

在JackyQ看来，BMW在欧洲的大量车型基本锁定在B38/B48（1.5T 3缸和2.0T 4缸）；而这边的通用第八代Ecotec系列发动机中还有一个暗藏的狠角色，就是其全新的增压直喷的1.0T发动机，其以1.0T的小排量实现了38%的最高有效热效率，参考略早上市的丰田1.2T以36.2%的最高热效率曾经自称行业领先。

在1.0T上可以实现38%热效率，从技术趋势配置来说，理论上相当于2.0T排量上实现了41%热效率水平，可以说是2019年全球量产的地表最强1.0T了。

选择自然吸气发动机还是选择小排量增压？毋庸赘言，在一年一度的中美欧年度发动机的技术评选排名中看似已经决出了高下。

中国自主市场上，以1.5L和1.6L自然吸气为代表动力系统依然是销量的主力车型。

但这部分是来自历史的原因：我国对于1.6L及以下的购置税优惠与1.5L及以下的企业税优惠，以及五六年前小排量增压技术的不稳定，都导致了从多年前到今天，国内包括合资企业在内的大量1.5/1.6L自然吸气发动机大量应用。

而这样做的代价就是，牺牲用户的动力性体验，降低发动机排量，降低整机的峰值功率扭矩。这些市场将来都要拱手让路给小排量涡轮增压，而不是其它。

增压发动机拥有更加广阔的燃油经济区域，特别是对于中小负荷位置。对于大部分的实际驾驶工况而言，具备更加优秀的节能潜力。反过来，大排量自然吸气发动机的燃油经济区域过于靠近高负荷的狭窄区间，不利于纯内燃机整车的油耗改进。

对于纯内燃机、微混、PHEV等需要发动机在全工况条件下实现高效工作的整车，小排量增压高效发动机是市场的主流，即便是日系，在非混动版车型上同样要重新开发1.0T/1.2T/1.5T等高效增压发动机以满足市场的需求。

我们还会发现，日系的多款增压发动机还是特别和欧洲的咨询机构联合开发完成的，从而借鉴欧洲在涡轮增压方面的先进经验。

采用米勒或阿特金森循环以及高压缩比，可以实现最高热效率的改进，但是随之带来的是发动机性能的快速下降。虽然日系在HEV上的自然吸气发动机的优势较为明显，不过若未来混合动力向高性能方向发展，仍然需要高效增压发动机来拓展潜力。

从这个意义上来看，保证油耗的同时，如果要最求驾驶乐趣，小排量涡轮增压几乎是唯一的选择。

叁

从航空而来，酝酿全新可能

节能技术的演进，在汽车行业里，同电池技术的进步一样，都需要漫长的积累，甚至长达几十年。

其核心原因在于，技术改进过程中不仅要识别新的集成模块及其问题，还必须对它们加以实验、论证，以及对即将涵盖它们的新系统进行重新平衡和优化，而这些都需要时间。

经济因素也在这个过程中帮助控制改进的时机。如果竞争激烈，改进就会加速，如果缺乏竞争，改进就会慢下来。开发人员即使意识到明显的技术进步，也不一定会予以采用。

不论竞争压力是否出现，任何时候发生的技术改进都会被认真进行选择，某个技术上可行的新改进必须是在经济上进行考量，认为值得进行整体的重新设计后，才可能被采用。

就这样，随着新的改进被选择性地采用，技术一点一点向前蹒跚发展。如果遇到某个限制性的阻碍，比如严苛的排放，其锁定的路线图和规划远远超出了对技术进步的量化预期，发展会缓慢下来，致使整个过程显得时断时续。总之，技术的发展深深依赖于结构的深化。

涡轮增压技术虽然已经大规模应用，还实际上没有达到它的壮年期，新的驱动形式，不同的使用场景，都有它的用武之地。航空行业当中，涡轮增压汽油发动机的改进前后也经历了几十年，这也许能给汽车行业的演进带来一些启迪。

弗兰克·惠特尔的发动机原型是用独体压缩机来供应压缩空气进行燃料燃烧的。这是一个径向流动（ Radial-Flow）压缩机：它吸入空气，然后通过快速“旋转”进行压缩。

惠特尔熟悉这种压缩方式，之所以选择这种技术，是因为它是达到目的的最简单的设计。但是随着对更好性能的需求，设计师被要求采用更好的组件，即轴流式压缩机来替换径向流动压缩机——它采用巨大的风扇，空气流动方向平行于传动轴。

但在单轴压缩机阶段，增加压力供应比的极限也只能达到大约 1. 2：1。为了达到更优越的性能，设计师同时使用几个压缩机，并最终将它们按顺序排列组装在一起。

但是这个压缩系统的操作需要既能适应高纬度的稀薄空气，又能适应低纬度的高密度空气，并且还要适应不同风速的操作环境，因而设计师增添了导叶（ guide-vane）系统来控制吸入的空气，系统因而被精致化了。

反过来，导叶系统现在又需要一个可控集成块来感知环境条件，从而对叶片进行相应的调整。这是进一步的精致化。但是，输出的高压空气会以意想不到的冲击波回冲到压缩机中，这又成了另一个主要的障碍。

所以压缩机又需要安装防喘振放压阀这一次级系统对此加以控制，并对该系统进行更进一步的精致化。防喘振系统又需要更灵敏的传感、控制系统，带来更多的精致化过程。

以这样的方式，一项技术（例如，压缩机）在性能和使用范围上得到了极大改善，但这是要付出代价的随着时间的推移，它只能背负着越来越多的老旧的子系统和次级子系统才能正常运转，它要不断处理各种异常情况、被迫扩大应用范围、为防止或应付失败而进一步提供大量冗余设计。

除了以上被动解决问题的路径，另一方面，当一项技术被进一步促逼时，还会发生为提高性能而主动进行改进的情况。还是在航空领域，为了提供空战条件下要求的额外的推动力，特意添加了补燃室这个集成件；为了防止发动机起火，特意加入了复杂的烟火警探测系统；为了防止通风口结冰，特意加入了除冰组件。

类似的，专门的燃油系统、润滑系统、可变尾喷系统、启动系统也都是因此被加入进来的。所有这些反过来又需要控制、传感、仪表测量系统及其子系统...带来无穷无尽的升级。

如此一来，飞机性能确实被提高了，现代飞机的发动机动力比惠特尔最初的喷气式发动机要至少高 30 ～ 50倍，但它们也更复杂了——惠特尔 1936年的发动机包括一个移动的涡轮增压机以及几百个零件，而它的现代版已包括 22 000个零部件了。

类似的事情也将发生在汽车行业里，油耗的限制和对性能的追求，将继续压榨涡轮增压的技术潜力，从而带来全新的进步。涡轮增压技术在航空业的实践，似乎预示了它将能经受汽车行业的种种考验。

随着发动机小型化趋势的加强， 越来越多车企在1.0L以下的小排量发动机上采用涡轮增压技术，在增加涡轮增压器需求的同时，对涡轮增压器的大小、空间布局等提出更加苛刻的要求，倒逼零部件供应商不断提高零部件的制造工艺水平，技术门槛不断提升。

行业老大霍尼韦尔，就依托航空航天部门的丰富资源以及公司在电动涡轮增压解决方案方面的丰富经验（包括目前积极参与一级方程式赛车和其他全球赛车系列的赛车运动）巩固自己的领导地位。

霍尼韦尔在电气化下的技术积累和探索，给出了四大类富有前景的应用，大大拓展了涡轮增压器技术的应用：

• E-charger（电动增压器）：为传统的涡轮增压系统提供涡轮侧电动机，以驱动压气机叶片，以便迅速将空气供入发动机。

• E-涡轮发电机：由废气驱动的涡轮机用于驱动发电机，该发电机为车辆的其他需求提供能量。

• 全电动涡轮增压器：该集成单元使用并产生电能，用于其自身的驱动装置和车辆的其他部件。在混合动力应用中，可以将能量传递到曲轴，以提高系统的整体效率。

• 燃料电池的电动压缩机：电动泵将空气压过氢燃料电池。

内燃机之外，霍尼韦尔的野心甚至还瞄向了新型驱动形式的汽车：混合动力和燃料电池汽车。

博格华纳也不甘落后，除了常规产品外，主推电动涡轮增压器产品E-booster，以应对霍尼韦尔E-charger的竞争。为代替“常规”涡轮增压器中的涡轮机叶轮，博格华纳在e-booster中安装了小型电动机，该电动机使压缩机叶轮加速。

eBooster电子增压器可以单独电驱动，也可以与废气涡轮增压搭配使用（最高可达72000转，略低于常规废气涡轮增压，远高于机械增压）。eBooster电子增压器主要依靠48V电源系统为其供电。实际上现有12V电源也可以驱动，但是48V才是主流。

该技术使得六缸发动机的性能与常规V8发动机的性能表现相同，甚至还能提供更为愉悦的驾驶体验。

在选用体积较小的发动机后，eBooster技术可将内燃机汽车及混动汽车的油耗表现提升5%-10%。如果再结合P0混动系统（能量回收，将在48V系统架构下广泛使用），不同车型可节油11-21%，非常可观——要知道这是在原有系统变化不那么大的前提下达成的。

此外，对于开发工程师来说，电增压技术还有一个好处就是可以在较高挡位上快速增压提升动力输出，这样发动机的扭矩请求可以被很好满足，变速箱不用反复降档，匹配起来更省事了……

博格华纳eBooster可以让不同车型可以在2000转以下增加30-40%的扭矩输出，而且响应时间也非常快，第二代产品只有230毫秒，比普通废气涡轮增压灵敏得多，非常适合低速起步和急加速。

从技术角度看，为了减少排放，总是要求越来越小的排量和越来越大的压力，以便从理论上减少能耗并仍然能够为客户提供一定的性能。但是光靠废气涡轮增压器远远不够，低排放要求由更大的增压，但排量的降低却无法制造更大的压力。低排量和大涡轮增压的组合本身就是一对矛盾。

无论你如何努力为发动机配备两个，三个甚至四个涡轮增压器，或者是否具有涡轮几何尺寸可变的涡轮增压器，涡轮迟滞始终不可避免。虽然压缩机也可以提供补救措施，但由于其较低转速范围内的机械损耗，并非是理想的解决方案。

传统的废气涡轮增压器在做一件很聪明的事情：利用废气的动能驱动一个明轮，该明轮通过第二个明轮将新鲜空气泵入发动机。但它却有一个问题：桨轮很慢，要花费几秒钟，直到达到高速并最终提高其性能。因此，在低速时存在所谓的涡轮迟滞。

于是，电驱动成为了废气涡轮增压器的救命稻草。从E-charger到ebooster，真正有效果的只有电动涡轮增压器。当然，支持电动涡轮增压器的关键是汽车行业需要将传统的12V系统架构更改为48V系统，以应对这些涡轮增压器的更高功率要求。

eBooster之外，博格华纳的黑科技还有一项，这就是更进一步的eTurbo：它将废气驱动机构和电驱动装置整合在一套增压器中，这样，eTurbo把电增压和废气增压直接一体化。

虽然有两种方法来解决涡轮增压减排的核心问题：将电动机直接连接到废气涡轮增压器上，或者在废气涡轮增压器上安装第二台电动压缩机。但只有前一种才是最佳选择。

该图显示了时间轴和扭矩轴两个变量之间的有趣关系。一台内燃机配备了传统的废气涡轮增压器，见蓝色扭矩曲线，另一台内燃机配备了电动辅助的废气涡轮增压器，见红色，橙色和绿色扭矩曲线。

带有排气涡轮增压器的内燃机在达到最大吸力负载（t1）之后陷入“涡轮迟滞”，从t2到t5达到的最大扭矩几乎呈线性增加。红色特性曲线显示了电动机暂停时带有电辅助废气涡轮增压器的内燃机。由于电机转子的惯性，因此电辅助废气涡轮增压器需要更长的时间（t7）以实现转矩跳跃。

如果通过集成的永磁同步电机将电动辅助废气涡轮增压器加速至0.45∙nmax，则带有橙色特征曲线的图中的扭矩增加会更大。先前识别出的“涡轮迟滞”不再能够被检测到。在t3时刻，电动机不再贡献0.45∙nmax，此时，转矩曲线的斜率在电机停用后几乎平行达到最大转矩（t6）。可见与传统的废气涡轮增压器相比，电机支持的废气涡轮增压器具有显着作用（红线变为黄线）。

绿色特性曲线显示了当永磁同步电机转子加速至0.75∙nmax时，带有电动废气涡轮增压器的内燃机的转矩跳跃。与橙色特性曲线相比，没有出现“涡轮迟滞”，并且转矩跃变的增加立即出现。直到t4达到最大扭矩之前，梯度都保持不变。从0到t4的时间段明显短于具有传统的排气涡轮增压器的内燃机的情况。

同航空发动机一样，更复杂的解决方案是在混合动力系统中集成电动涡轮增压器，该电动驱动器可在达到所需压力时通过制动涡轮增压器叶轮回收能量，而不是将多余的压力通过废气门排出浪费掉。通过适当的努力，电动涡轮增压器便可以用来减少能耗，并最终减少有害排放。

在柴油机产品里，满足WLTP是一个很大的挑战。不过额外的电涡轮使氮氧化物显著降低，又有利于废气净化，电涡轮增压为燃烧过程的设计带来了任何额外的自由度。

但是，废气涡轮增压器或附加电涡轮增压的实际优势在很大程度上取决于驱动器的总体布局以及驾驶员驾车的习惯,驾驶乐趣与油耗之间的矛盾将会是永恒的话题。

与插电式混合动力汽车相比，具有气缸停用功能和混合动力驱动功能的六缸汽车对涡轮增压器的动态性能和控制提出了完全不同的要求。

例如，以节能米勒循环运行的汽油发动机需要可变几何涡轮增压器（VTG）。尽管其原理在柴油发动机时代已为人所知并确立标准，但是为汽油发动机的开发与匹配直到最近才大获成功。

动力总成电气化将极大地促进涡轮增压技术的多元化，因此涡轮增压的业务并不会谁推，反而会带来更多的竞争和机遇，未来仍具挑战。由此看来，涡轮增压器的黄金时代尚未到来，未来可期。

肆

次世代之争

目前，年产量排名前五的涡轮增压器制造商霍尼韦尔、博格华纳、三菱重工、石川岛播磨以及博世马勒，共占据全球90%以上的市场份额。光霍尼韦尔一家，出货量就占据全球约28%的市场份额，为全球第一大涡轮增压器制造商。

TMR分析师预计，在2016年至2024年的预测期内，全球汽车涡轮增压器市场将增长10.1％。到2024年，这一数字会增长到203.5亿美元。但是，业务并不是“永续的”

10年前发轫的这一波全球行情里，发展和竞争造就了寡头共存的局面。

涡轮增压器的市场规模直接取决于汽车内燃机产量以及涡轮增压器在内燃机中的配置率水平。2016年，我国汽车用内燃机占整个内燃机市场的比例为81.56%，这正是涡轮增压器的主要下游市场。

日欧美在排放政策上的不断施压，使得车用涡轮增压器的配置率远超汽车销量增长，光是2009-2016的短短几年，全球涡轮增压器的销量就从1700万增长到了3800万，这个数字预计到2021年将达到5200万，而同期汽车产量只有其一半的增速。

即便2018年起，汽车行业遭遇下行，也没有影响到涡轮增压器的加速普及。业界普遍预计，到2021年，全球所有新销售车辆中，半数将采用涡轮增压技术。这不单包括传统燃油汽车，也包含混合动力。

霍尼韦尔（Honeywell）预测，到2020年，全球约47％的发动机配备涡轮增压器。因此，该领域需要进一步的创新，因为汽车制造商已经设定了自己的目标满足省油的三缸发动机的特殊要求，以提高具有更好空气动力学性能的四缸发动机的性能，并且在不久的将来还将实现电动“现代混合动力总成的充电和能量回收系统”。

霍尼韦尔对涡轮增压技术的看法是：随着全球向节油型紧凑型和中档汽车发展的趋势继续发展，到2020年涡轮增压三缸汽油和柴油发动机的年均增长率为30％。这意味着在未来五年内将销售700万台涡轮增压三缸涡轮机。到2020年，四缸发动机将继续占涡轮增压轻型汽车的75％。

三菱重工为了满足CO2和氮氧化物的需求，认为：“发动机开发商依赖涡轮增压器系统，这将推动涡轮增压器市场的发展。” 不久前，三菱涡轮增压器和欧洲发动机MTEE在阿尔梅勒开设了第二个测试中心。

三菱重工也说到，可能的Euro 7标准必然需要涡轮增压器。

三菱重工还称，到2024年，柴油发动机涡轮增压器的份额将降至近25％。下降的时间可能会更早发生——对于三菱涡轮增压器和欧洲发动机MTEE而言，这不是问题。

MTEE负责人补充说：“我们的优势是涡轮增压汽油发动机，这是我们期望实现巨大增长的地方，尤其是在中国。”“也许仅仅几年后，几乎每辆汽车都将配备涡轮增压器。”

到2024年之后，全球将有6500万辆涡轮增压器投放市场。其中将近75％安装在汽油发动机上。中国将以60％的市场份额成为最大的销售市场，而欧洲将升至21％以上。

凭借目前在欧洲约20％的市场份额以及每年380万辆的生产能力，MTEE也将从即将到来的涡轮热潮中受益。这一发展的驱动力之一是减少燃料消耗和废气排放，同时提高驾驶性能。

涡轮增压的主要竞争对手，电池技术的发展还不是很明朗，三元锂电池的性能并不平衡，改良技术路线也在同步探索，固态锂电池还需要大量基础研究的技术攻关。问题在于，任何一项技术发展的过程中，总会遇到理论限制出现的那一刻：

比如光刻法最终会受限于光的波长；比如在雷达发展的早期，人们不断尝试以更高的频率发射信号，以便能够更准确地识别目标，但却无法在高频下维持稳定的功率等等......同样的，电池技术目前也进入了一个阶段性的瓶颈期，技术障碍令市场投资者大为恼火......为了进一步发展，遭遇到的每个瓶颈都必须得到认真对待。

令人沮丧的是，限制是不可避免的。这也给燃油车和混动车赋予了历史机遇，借助涡轮增压技术完成全新一轮的技术进步，并酝酿出新的优势，为下一轮狙击纯电动汽车积蓄能量。

特邀撰稿：徐鸿鹄

作者微信：honghu967935

作者简介：现就职于某德汽车材料工业集团，负责汽车底盘电控产品开发与项目管理。

特邀撰稿：胡静文

作者微信：Huluwade

作者简介：现就职于德国斯图加特某世界顶级汽车供应商动力总成前瞻研发部门，负责技术战略转型和新能源系统构架以及技术方案集成等。

完

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