尽管汽车电气化设备的保 有量正在稳步增长，但涡轮增压作为降低整车燃油耗的1项重要技术，很快会迎来高速发展期。

虽然曾经长期与机械增压器处于竞争状态，但涡轮增压器在过去的20年间有了全新的变化。在1998年制定的京都协定书（Kyoto Protocol）中提到，涡轮增压器可用于降低车辆的CO2排放，并有助于推动柴油机及汽油机的小型化进程。

在麦肯锡（McKinsey）未来出行研究中心于2019年发布的公告中，研究人员对多种传动系统技术的路线图进行了模拟，并预计中国、美国和南亚等地区很有可能会大力发展小型汽油机，以此满足更严格的燃油经济性目标。相关研究表明，业界对先进技术和高质量产品的需求将会与日俱增。因此，麦肯锡的全球市场价值有望进一步提升。根据测算，其将从2018年的96亿美元增加到2025年的128亿美元。

目前，针对增压技术的优化过程正在顺利开展中。盖瑞特公司（Garrett Motion）在北美的应用工程经理Geoff Duff提到，在过去的10年间，为电动废气旁通阀提供更精确的系统控制功能是1项重要发展趋势。目前，欧洲地区的柴油机销量趋势已在逐步放缓，汽车制造商也在着力开发技术更先进的燃烧循环，以此为客户提供效率更高的汽油机。目前，研究人员正在研究针对可变几何截面涡轮增压器的优化方案，并逐步改善其缺点。

米勒循环可用于提升整机燃油经济性，但由于该循环会减少缸内气体流量，因此会相应减少整机功率。研究人员对增压系统进行了持续优化，以便在排量更小的气缸中提供更压力更高的空气。

在发动机处于低转速工况时，发动机需要更多的空气来维持米勒循环的运行过程。根据相关数据显示，发动机在部分工况点时的过量空气系数λ=1。但是，当发动机以米勒循环运行时，客户通常希望其具有更高的压力。因此，通过采用可变截面涡轮增压器，可以使发动机具有更高的动力性能。

                         

建立压力

目前，可变截面涡轮增压器已在柴油机上得到了广泛应用，并为其在汽油机上的应用带来了一系列的挑战。马勒动力总成和排放部门的领导James Taylor对此提到，采用涡轮增压器会提升整机的热负荷。从发动机排放需求出发，意味着研究人员无法通过加浓混合气来降低整机温度，因此将研究方向转移到冷却压缩机的壳体上，并为其配备特殊材料。目前，研究人员为进气歧管选用了高镍含量合金，并为涡轮增压器选用了铬镍铁合金（Inconels）。

Taylor提到，目前部分制造商已开始发售可承受950 ℃高温的涡轮增压器，但是目前发动机所承受的最高温度已超过1 050 ℃，同时材料温度的变化也涉及到对可变几何截面涡轮增压器的调整。

目前，整车电气化技术也在逐步优化中。根据麦肯锡方面提供的报告，到2030年，轻混车辆将在北美地区占据约60%的市场份额，在欧洲地区将占据近100%的市场份额。同时，采用电动压缩机可以显著提高成本效益。迄今为止，电气化技术的商业化应用大多数集中在豪华车型中，48 V的电气架构也已得到广泛应用。奥迪为其V6和V8 TDI发动机配备了由法雷奥（Valeo）制造的电动压缩机，其功率为7 kW。在发动机处于低转速工况时，该款电动压缩机能提供额外的气流，而传统涡轮增压器尚无法实现该功能。

博格华纳也看到了该项技术的发展潜力，由此也开始为客户提供相关产品，并在由废气驱动的涡轮增压器上增加了1款电动发电一体机。博格华纳全球工程与创新副总Hermann Breitbach博士对此解释道，电动涡轮具有的额外优势是其响应性更高，同时也可以将额外的废气能量直接转化为电能，或作为附件动力及电池充电来源。

盖瑞特公司的Duff期望电动涡轮增压器系统能用于替代该公司的一部分机械增压器，并提供了更为精确的气流控制功能。具体而言，该项技术能使汽油机在整个特性曲线图内以λ=1的状态运行，避免了传统发动机在低速响应性和高动力性之间的折中。电动涡轮增压器可在低速工况区为发动机提供较高的灵活性。因为系统通过电机来进行驱动，在低速工况区不需要配备小型涡轮机来实现增压，所以这可以促使研究人员在设计涡轮尺寸时，更倾向于满足发动机高速工况区的需求。

与此相对，该方案可以进一步减少高性能柴油机对高度复杂的3级或4级涡轮增压技术的需求。就目前而言，发动机的小型化进程仍在持续推动，业界对混合动力车辆发动机仍有着较高要求，因此涡轮增压器在行业市场仍有着较好前景。

                        

策略反思

对于成本高昂的电气化设备而言，法雷奥首席工程官（chief engineering officer）Michel Forissier相信主流汽车制造商在未来仍会对发动机技术开展深入研究。日本的部分汽车制造商更倾向于采用采用混合动力系统，从而可以兼顾动力性与经济性。德国的部分汽车制造商更倾向于开发1款配备有涡轮增压系统和高压直喷技术的小型化发动机。

目前，考虑到柴油机技术的发展现状，以及电气化时代的到来，混合动力车辆可能会优先采用电动涡轮增压器。

所以虽然采用电气化设备可有效减小整车的碳排放，但对传统动力总成技术的研究仍然很重要。Duff相信在从今往后的10年间，涡轮增压器技术仍将得以稳步发展，相关汽车制造商将致力于开发全新技术，以此改善环境气候。

作者： ALEX GRANT

整理：王少辉 

编辑：伍赛特