源自F1的黑科技 電動(dòng)渦輪讓燃油車全程順滑有力量

在后燃油車時(shí)代，新能源可以輕松的將速度和節(jié)能平衡得很好，但汽車工程師們?nèi)栽跒槿加蛙噷ふ?“破局之道”，一項(xiàng)來(lái)自F1賽事的頂尖技術(shù)。電動(dòng)渦輪增壓器也稱 電動(dòng)渦輪，這項(xiàng)源自 F1 的技術(shù)，正以 “無(wú)延遲動(dòng)力 + 低油耗” 的雙重優(yōu)勢(shì)，讓內(nèi)燃機(jī)在電動(dòng)時(shí)代煥發(fā)新生。

電動(dòng)渦輪的核心工作邏輯是在傳統(tǒng)渦輪的基礎(chǔ)上，加入了一個(gè) “智能輔助電機(jī)”，將原來(lái)使用廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪用 電機(jī)補(bǔ)能再提一把氣，在這樣雙模式增壓系統(tǒng)下，原本只靠發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)同軸的壓縮機(jī)壓縮空氣，送入發(fā)動(dòng)機(jī)提升動(dòng)力變得更為順暢。改變?cè)瓉?lái)廢氣渦輪的致命缺點(diǎn) ——“渦輪遲滯”。特別是在低轉(zhuǎn)速時(shí)（比如起步、低速超車），發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣量不足，渦輪轉(zhuǎn)不起來(lái)，導(dǎo)致油門踩下去后，動(dòng)力要延遲 0.5-2 秒才爆發(fā)，駕駛體驗(yàn)大打折扣。

而電動(dòng)渦輪的突破，就是在渦輪與壓縮機(jī)的連接軸之間，嵌入了一個(gè)厚度僅數(shù)厘米的薄型電機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速、廢氣量不足時(shí)，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，無(wú)需等待廢氣積累，瞬間就能實(shí)現(xiàn)增壓；當(dāng)轉(zhuǎn)速升高、廢氣量足夠時(shí)，電機(jī)自動(dòng)停止工作，切換為傳統(tǒng)廢氣驅(qū)動(dòng)模式，避免能量浪費(fèi)。這里有個(gè)關(guān)鍵前提：48V 輕混系統(tǒng)的普及。此前，電動(dòng)渦輪的想法之所以無(wú)法落地，是因?yàn)閭鹘y(tǒng) 12V 車載電壓無(wú)法驅(qū)動(dòng)渦輪電機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。而 48V 系統(tǒng)的電壓是 12V 的 4 倍，能提供充足電力，這才讓電動(dòng)渦輪從概念走向現(xiàn)實(shí)。

回頭再看汽車史上有三種主流增壓技術(shù)：傳統(tǒng)渦輪、機(jī)械增壓，以及如今的電動(dòng)渦輪。三者各有優(yōu)劣，而電動(dòng)渦輪的出現(xiàn)，恰好彌補(bǔ)了前兩者的短板，堪稱 “集大成者”。傳統(tǒng)渦輪的優(yōu)勢(shì)是高轉(zhuǎn)速下動(dòng)力強(qiáng)勁，能回收廢氣能量，能量效率較高，但 “渦輪遲滯” 讓駕駛體驗(yàn)打折扣，低轉(zhuǎn)速時(shí)動(dòng)力乏力；機(jī)械增壓則是靠發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)，與發(fā)動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎沒(méi)有遲滯，低轉(zhuǎn)速扭矩充足，但缺點(diǎn)也很明顯 —— 會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī) 10%-15% 的動(dòng)力，能量效率低，高轉(zhuǎn)速時(shí)動(dòng)力上限不如渦輪。而電動(dòng)渦輪完美結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)：低轉(zhuǎn)速時(shí)靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，像機(jī)械增壓一樣 “隨踩隨有”，無(wú)遲滯；高轉(zhuǎn)速時(shí)靠廢氣驅(qū)動(dòng)，像傳統(tǒng)渦輪一樣動(dòng)力強(qiáng)勁，不浪費(fèi)能量。更重要的是，它還能在減速或巡航時(shí)，利用多余廢氣驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電，電能儲(chǔ)存到 48V 電池中，供下次加速使用，進(jìn)一步提升能量效率。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)渦輪是 “高轉(zhuǎn)猛，低轉(zhuǎn)軟”，機(jī)械增壓是 “低轉(zhuǎn)穩(wěn)，高轉(zhuǎn)弱”，而電動(dòng)渦輪是 “低轉(zhuǎn)靈，高轉(zhuǎn)強(qiáng)”，真正實(shí)現(xiàn)了全轉(zhuǎn)速區(qū)間的均衡表現(xiàn)。

對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，技術(shù)的革新最終要落地到駕駛體驗(yàn)上。電動(dòng)渦輪帶來(lái)的改變，用 “脫胎換骨” 來(lái)形容毫不為過(guò)。首先是 “零延遲的響應(yīng)”。開傳統(tǒng)渦輪車時(shí)，你可能有過(guò)這樣的經(jīng)歷：在路口起步，油門踩下去，車子卻 “愣了一下” 才竄出去；高速超車時(shí)，深踩油門，要等一秒多才能感受到動(dòng)力爆發(fā)。而電動(dòng)渦輪車完全沒(méi)有這種困擾，油門踩下去的瞬間，動(dòng)力就隨之而來(lái)，響應(yīng)速度堪比大排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，駕駛起來(lái)更加跟腳、可控。其次是 “持續(xù)且強(qiáng)勁的扭矩”。電動(dòng)渦輪壓縮的空氣密度更高，配合 ECU 精準(zhǔn)控制噴油量，能輸出類似電動(dòng)車的 “澎湃扭矩”，而且這種扭矩不是突兀的爆發(fā)，而是線性持續(xù)的輸出。比如奔馳 AMG C43 搭載電動(dòng)渦輪后，2.0T 發(fā)動(dòng)機(jī)能爆發(fā)超 400 馬力，1 升排量就能輸出 200 馬力，達(dá)到賽車級(jí)的動(dòng)力密度，加速時(shí)既能感受到推背感，又不會(huì)覺(jué)得突兀，全程順滑且有力量。最后是 “性能與環(huán)保的平衡”。電動(dòng)渦輪讓 “小排量高性能” 成為可能，無(wú)需依賴大排量發(fā)動(dòng)機(jī)，小排量機(jī)型就能達(dá)到傳統(tǒng)大排量的動(dòng)力水平，同時(shí)降低油耗。數(shù)據(jù)顯示，搭載電動(dòng)渦輪的車型，綜合油耗比同動(dòng)力級(jí)別的傳統(tǒng)渦輪車低 8%-12%，既滿足了駕駛樂(lè)趣，又符合環(huán)保法規(guī)。

其實(shí)在2014 年，F(xiàn)1就進(jìn)行了一次重大規(guī)則改革，要求賽車采用 1.6T 混動(dòng)系統(tǒng)，核心目標(biāo)是提升環(huán)保性，同時(shí)保留賽事的競(jìng)技性。在這次改革中，MGU-H 系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生：它能將發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的熱能轉(zhuǎn)化為電能，再用這些電能驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，徹底消除賽車的渦輪遲滯。要知道，F(xiàn)1 賽車的加速性能對(duì)響應(yīng)速度要求極高，哪怕 0.1 秒的延遲都可能影響比賽結(jié)果，而 MGU-H 系統(tǒng)讓賽車在全轉(zhuǎn)速區(qū)間都能保持即時(shí)響應(yīng)。奔馳、本田等 F1 廠商在賽事中不斷打磨這項(xiàng)技術(shù)，優(yōu)化熱管理、電機(jī)控制精度和耐久性。在經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次賽道嚴(yán)苛測(cè)試后，這項(xiàng)原本只為冠軍而生的技術(shù)，終于成熟到可以下放至民用車型。如今我們?cè)诒捡Y AMG 車型上看到的電動(dòng)渦輪，其核心控制邏輯就直接沿用了 F1 的技術(shù)，只是針對(duì)民用場(chǎng)景調(diào)整了功率參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了從賽道到公路的 “降維打擊”。

盡管電動(dòng)渦輪優(yōu)勢(shì)顯著，但目前它還沒(méi)有大規(guī)模普及，主要存在兩個(gè)現(xiàn)實(shí)限制。一是無(wú)法后裝改裝。電動(dòng)渦輪不是簡(jiǎn)單替換傳統(tǒng)渦輪葉片就能實(shí)現(xiàn)的，它需要與 48V 電源系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī) ECU（控制器）深度匹配。ECU 要實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量、噴油量的關(guān)系，避免混合氣比例失衡；同時(shí)還需要改造發(fā)動(dòng)機(jī)艙的供電線路，普通 12V 車型根本無(wú)法滿足需求，因此不存在 “后裝改裝件”，只能在新車設(shè)計(jì)階段就納入規(guī)劃。

二是搭載車型局限。目前，電動(dòng)渦輪主要應(yīng)用在 40 萬(wàn)元以上的高性能車型上，比如奔馳 AMG C43、奧迪 RS 3 新款等。家用車領(lǐng)域之所以尚未普及，核心原因是成本較高 —— 電動(dòng)渦輪總成的價(jià)格比傳統(tǒng)渦輪貴 30%-50%，而家用車對(duì) “極致動(dòng)力響應(yīng)” 的需求較低，傳統(tǒng)小慣量渦輪已經(jīng)能基本緩解遲滯，無(wú)需額外投入成本搭載電動(dòng)渦輪。但從未來(lái)趨勢(shì)來(lái)看，電動(dòng)渦輪的普及是大概率事件。一方面，48V 輕混系統(tǒng)的成本正在不斷降低，預(yù)計(jì)到 2027 年，48V 車型在全球的占比將超過(guò) 50%，這為電動(dòng)渦輪的下放提供了基礎(chǔ)；另一方面，隨著消費(fèi)者對(duì)駕駛體驗(yàn)要求的提升，以及環(huán)保法規(guī)的持續(xù)收緊，電動(dòng)渦輪 “高性能 + 低油耗” 的優(yōu)勢(shì)會(huì)越來(lái)越突出，未來(lái)很可能成為 15-30 萬(wàn)元中端車型的 “高端配置”。但就現(xiàn)在的情況來(lái)看，留給燃油車的時(shí)間不多了。