最佳拍档 当涡轮增压遇上48V轻混

李尔欣

01.如图所示，配备电动涡轮的红色车拥有更好的低速响应特性，起步加速较普通的灰色车快2.5秒。

前有案例

众所周知，正是48V轻混系统的出现，才让部分传统燃油车能在维持原有架构的同时，以极低的成本摆脱环保任务的枷锁。不仅如此，一些传统燃油动力单元的顽疾，也因为48V轻混系统的到来，从而真正获得根治的可能。例如，涡轮迟……

说起来，与汽车动力相关的各方厂商其实至少在十年前就已经尝试过利用可以直接启动的电机来解决涡轮迟滞的问题。而且从当年的资料来看，尽管用的还是12V蓄电池，但也已开发出电辅助增压系统和电动增压器两种模式。

其中的电辅助增压系统多数是在废气涡轮增压器的涡轮转子与压气转子之间加入辅助电机，并依据发动机工况主动切换工作模式：当发动机怠速运转时，由电机直接带动转子吸气增压，从而跳过涡轮迟滞，使发动机输出有效扭矩;而在高速工况下，随着废气涡轮开始全力压缩空气，电机便切入发电模式，为12V蓄电池充电。

至于“电动增压器”，则是布置在进气歧管前端的电驱动压气机，基本可以独立完成为发动机吸气增压的工作，但更为多见的做法是：将电动增压器与废气涡轮增压器的压气转子串联，以帮助涡轮增压器尽快渡过涡轮迟滞阶段，之后便关闭电动增压器的进气通道，改成常规的废气涡轮增压回路。

另外，由于电动增压器位于发动机的进气歧管之前，如果转速过低，就会使进气流量变小，从而造成发动机吸气阻力增加，最终导致发动机的功率降低。然而，受限于12V的“低”电压，哪怕是正规厂家出品的电动增压器，也只能让压气转子的转速达到70000rpm左右，远不及普通废气涡轮增压器那高达100000rpm以上的转速。如果非要以12V的电压驱动更大功率的电机，那就得冒着危险成倍增加工作电流，好比笔者以前认识的一位朋友，就因为改装了电动涡轮这玩意，结果落得火烧车的下场。

可见，基于12V电压打造电动涡轮增压器这事儿非常不划算：即便费尽力气以合适的成本量产出可以耐受高温，并且支持频繁启停的高性能电机，最后得到的吸气增压效果多半还不及传统的废气涡轮。对此，最简单的解决办法便是适当加大工作电压，从而在工作电流强度基本不变的前提下，带动更大功率的电机。比如，用48V电源来驱动电动涡轮。

02.辅助式电动涡轮的工作原理：在启动或发动机低转速时，直接由电动涡轮从旁通回路吸气并增压，从而让发动机快速响应（右），当废气涡轮开始全力增压进气时，关闭电动涡轮的旁通回路，改回常规废气涡轮增压发动机（左）。

汽车工程师很早就知道可以通过电机直接启动压气叶轮来消除涡轮迟滞。

辅助+发电的角色

给电动涡轮增压器接上48V电源后，最直接的变化就是电流强度会大幅降低。例如，奥迪当年在RS5概念车上首度试用48V电动涡轮时便发现，假设一个功率为7kW的电动涡轮在12V電压下的工作电流为583mA，那么改用48V电压后，对应的数值即可降至145mA。

此外，启用48V电动涡轮不仅有助于消除涡轮迟滞，更能让发动机进一步小型化和“低速化”，并顺带改善油耗与排放：一方面，随着小尺寸涡轮和集成化驱动电机的应用，相关厂商可以用机体更紧凑的小排量发动机输出足以媲美以往大排量自然吸气发动机或大尺寸涡轮增压发动机的功率与扭矩;另一方面，由于驱动电机可以极大地改善涡轮增压器的响应特性，以至于发动机在极低的转速下就能达到扭矩峰值，并长时间以较低的转速维持高速工况，从而让车辆可以获得更好的燃油经济性以及更为出色的低转速性能。

不过，在历经数年的尝试之后，相关厂商发现，即便用上48V电源，现有的电动机既害怕在高温环境下长时间工作，也仍难像废气涡轮增压器那样让压气叶轮以每分钟十几万乃至几十万转的高速持续旋转。因此，现役48V电动涡轮已普遍搁置独立工作的方案，而转以辅助驱动为主：通常会在废气涡轮增压系统之外，单独于进气旁通管道中布置电动涡轮，主要用于在低转速工况下为发动机吸气增压，一旦废气涡轮进入全力增压状态，电动涡轮便停止工作，发动机也不再从旁通回路吸气，转而“变成”寻常的废气涡轮增压发动机继续工作。

博格华纳eBooster

博格华纳的eBooster电子增压器系列目前已发展出两代产品，并且都有12V和48V两种规格。其中，12V的eBooster主要适配2.0L以下排量的发动机，再往上，尤其是3.0L以上的发动机，就必须配备48V的eBooster。而现款48V的eBooster为第代产品，输出功率通常在5～6kW，但可在瞬间冲到6.2kW，并能以2～3kW的功率持续工作，可驱动自身的压气叶轮达到70000rpm的转速，但需要额外配备水冷系统。

眼下，已有奔驰M256等多款搭配48V轻混系统的新世代发动机用上博格华纳的eBooster电子增压器。而多数汽车厂商选择将eBooster布置在废气涡轮增压器与中冷器之间的旁通回路中，主要用于缓解废气涡轮的迟滞问题，并根据需要提供增压补偿。当然，在废气涡轮全力增压的时候，发动机也会关闭eBooster以及对应的旁通回路，变回普通的废气涡轮增压发动机。

福特Mustang 2.3T/2.3T eBooster/5.0L性能比较表

在推出48V电动涡轮之前，博格华纳曾给福特Mustang2.3T的涡轮增压发动机装上eBooster，再跟Mustang5.0的自然吸气V8发动机作对比。由数据可见，在加装eBooster之后，福特的2.3T发动机不仅获得更好的响应特性，并且还能输出与5.0LV8自然吸气发动机相当的功率与扭矩，同时，油耗也比原来的2.3T发动机有所降低。

法雷奥电动增压器

2010年，在经过多年的摸索后，英国的ControlledPowerTechnologies公司开发出可使用车载12V蓄电池且真正有效的电动增压器，并称之为VariableTorqueEnhancementSystem可变扭矩增强系统。与其他同类产品不同的是，CPT研发的电动增压器没有采用直流电机或永磁电机，而改用开关磁阻电机。这意味着，CPT的电动增压器尽管会比较吵，却更易驱动，也更好控制，而且能调出较高的转速，还适应频繁启动的应用场景。

CPT电动增压器主要参数

之后，法雷奧从CPT公司手中购得该项技术，并在其基础上又衍生出24V和48V两种不同规格的电动增压器。其中，48V规格的电动增压器已装在奥迪SQ7等车型的涡轮增压发动机上，并使相应发动机在低转速下的动态响应得到明显改善。此外，法雷奥还声称，当电动增压器与自家的能量回收系统相结合时，车辆在欧洲NEDC测试循环下的燃料消耗量可降低15%至20%。不仅如此，法雷奥还表示，这套电动增压器已在1.0～2.4L的自然吸气发动机，以及1.0～4.0L的涡轮增压发动机上测试成功。不过，目前还没在量产车的汽油发动机上见到独立工作的法雷奥电动增压器，这玩意儿多用于辅助涡轮发动机的废气涡轮增压器。

盖瑞特E-Turbo

当盖瑞特还没有脱离霍尼韦尔独立前，这个专攻涡轮系统的行家就已经在研究电动涡轮增压器。现在，盖瑞特的E一Turbo系统主要有两种产品：电动压缩机和电动涡轮增压器。其中，电动压缩机是用来取代废气涡轮增压器的废气涡轮转子部分的独立装置，通过轴连接直接驱动增压器的压气叶轮，而不再需要废气推动涡轮，并且可以精确控制吸入的新鲜空气的流量。不过，也正因为要直接取代废气涡轮，所以电动压缩机必须拥有极高的转速。对此，盖瑞特预设的目标是200000rpm，而眼下，全新一代电动压缩机仍在为匹配量产车做着各种测试，倒是原理类似的电动空气压缩机已先一步用于本田Clarity氢燃料电池车，用来为氢电池堆输送燃料。

至于电动涡轮增压器，则是安装在废气涡轮轴上的高速电机，用于在启动时直接驱动另一端的压气叶轮，实现吸气增压，从而消除涡轮迟滞。然后又会在废气的带动下，切入发电模式为动力电池充电。盖瑞特预计，量产混合动力车将于2021年用上全新的电动涡轮增压器，并有望达到欧7排放标准。

搭档48V轻混系统的新世代发动机，如奔驰M256已配备来自不同供应商的48V电动涡轮，且命名各不相同，有的叫ESC电子机械增压，有的则是EPC电动增压器。

奥迪3.0 TDI已配备来自不同供应商的48V电动涡轮，且命名各不相同，有的叫ESC电子机械增压，有的则是EPC电动增压器。

当然，各大厂商的具体解决方案之间会有细微的差别。例如，有的方案会把电动涡轮布置在废气涡轮之前，以避开高温工作环境，也无需承受较高的增压值，从而可用成本较低的材料打造电动涡轮;而有的方案就把电动涡轮放在废气涡轮与中冷器之间的进气通道里，以减少对发动机进气通道的干扰，同时又能保持较好的瞬时响应效果。

与此同时，随着能量回收系统的进化，越来越多的48V电动涡轮解决方案选择让增压器的驱动电机在废气涡轮起效后，转变为发电机，加入到能量回收系统中，为48V电池组充电。接下来，48V电动涡轮又有两个进化方向：一是彻底取代废气涡轮，成为eTurbo，并且是高度集成化的电机驱动式涡轮增压器;二是继续作为废气涡轮增压器的辅助补偿，但进一步优化控制算法，成为智能涡轮增压补偿器。目前，两条路线都有厂商在尝试，并且各有机遇与难关。不过，要是插电的各类“新能源汽车”真正成为主流，那进化的趋势自然会更倾向于eTurbo路线。