涡轮增压器的作用是什么？从本质上讲，它是为了提高热效率。而电动涡轮增压器不仅能做到这一点，还能实现更多功能，这也是我成为其忠实拥趸的原因。

热效率用于衡量燃料的潜在能量中有多少被转化为动力，而非仅以废热形式浪费。单纯从数据来看，汽车内燃机的效率并不高。例如，丰田在2010年代末曾大力宣传其Dynamic Force四缸发动机实现了40%的热效率——这意味着它仍浪费了60%的潜在能量。

欢迎来到《兔子洞》，这是一个双周专栏，资深编辑克里斯·珀金斯（Chris Perkins）将在此探索他对汽车技术的最新痴迷。他与行业内的顶尖人士对话，以了解汽车的工作原理以及汽车行业的未来图景。

顺便说一句，这也是电动汽车除了本地零排放之外的吸引力所在。热效率并不适用于电动机，因为电动机并非直接由热源驱动。但就电效率（即电机消耗的电能与有用输出的比率）而言，至少根据雷诺的数据，电动汽车的电机效率约为75%至90%。

简而言之，内燃机（尤其是单独使用时）的能源效率并不高，而电动机的能源效率则非常高。涡轮增压可以帮助缩小这一差距。请注意，两者的差距仍然很大，但任何一点改进都是有帮助的，对吧？

涡轮增压基础原理：涡轮增压器由排气系统中的涡轮、进气系统中的压缩机，以及连接两者的轴组成。排气涡轮随着废气流动而旋转，进而带动压缩机旋转，增加进入发动机的空气密度，从而提升动力。从热效率的角度来看，它利用了原本会以热量形式流失的能量，并将其转化为有用的动力。

**涡轮增压进阶原理：** 电动涡轮增压器在涡轮和压缩机之间的轴上增加了一个电机。这意味着涡轮增压器的旋转可以独立于废气流量，从而带来诸多优势。最显著的是几乎消除了涡轮迟滞，同时降低了增压阈值，并允许更高的增压压力。此外，仅需了解涡轮增压器的轴速（诚然，这也可以通过简单的速度传感器实现），汽车制造商就能更安全地让涡轮在接近最大速度的状态下运行。

但电动机也可以反向工作——如果用它来制动涡轮，就能产生电能。梅赛德斯-AMG的一位工程师曾告诉我，在某些情况下，电动涡轮增压器可以实现能量中性：涡轮增压器电机再生的能量足以驱动其自身运转。

使用电动涡轮增压器可以大幅提升热效率。梅赛德斯-AMG在2017年表示，其电动涡轮增压的F1 V6发动机热效率超过了50%，这是汽车发动机首次将更多燃料转化为有用动力，而非废热。与所有F1发动机一样，AMG的V6发动机使用了热能电机单元（MGU-H），这其实就是电动涡轮增压器的另一种说法。随后，AMG成为首个在量产车（C43和C63的四缸发动机）中应用电动涡轮增压器的品牌。

保时捷则在新款911 Carrera GTS的混合动力系统中更进一步。其单个博格华纳涡轮增压器的轴上配备了一台14.7马力的电动机，而且独特之处在于没有配备废气旁通阀。通常，涡轮增压器会使用废气旁通阀（一种打开以排出多余废气的阀门）来限制增压压力。而保时捷则通过制动涡轮电机来控制增压压力，这样既不会浪费任何废气，还能产生额外的电能。这些额外的电能可以为涡轮增压器自身供电，也可以为夹在发动机和变速箱之间的53.6马力牵引电机供电。

保时捷的一位工程师还告诉《Motor1》，使用大型涡轮增压器并通过电机限制其涡轮转速，可以降低废气温度，进而降低进入发动机的进气温度。这就无需再通过加浓燃油来降低燃烧温度——这种做法常被用于降低燃烧温度，但随着欧7排放法规的出台，该做法已被禁止。保时捷对电动涡轮的应用提升了发动机的热效率和燃油效率，以及整车效率。

从广义上讲，电动化似乎是涡轮增压的自然延伸。如果涡轮增压的目的是提升效率，那为何不采用更能推进这一目标的解决方案呢？然而，电动涡轮增压器价格昂贵、结构复杂且重量较大。法拉利将在其F80超跑中使用电动涡轮增压器，但其劲敌迈凯伦则计划在即将推出的W1车型中使用传统涡轮。迈凯伦的工程师告诉《Motor1》，他们不希望电动涡轮带来额外的重量，更愿意将车辆的电能用于驱动牵引电机。

增加重量和复杂性对汽车制造商而言始终是一个艰难的决定，这是他们在汽车工程过程中必须考虑的众多妥协之一。技术的复杂性必须证明其自身价值。

迈凯伦在电能利用方面的观点或许也有一定道理。过去，我曾撰写过关于有趣的内燃机技术的文章，比如马自达的火花控制压燃点火技术和日产的可变压缩比技术。

这两项技术都能提升效率和性能，但效果不及通过传统混合动力系统来增强内燃机。那么，电动涡轮增压是否也属于同一类别？某家汽车制造商的人可能会给出肯定的答案，但为什么像梅赛德斯、保时捷和法拉利这样的工程巨头都在拥抱这项技术呢？

具有讽刺意味的是，作为一项在F1中研发的技术，这项运动即将放弃电动涡轮增压。为了吸引更多发动机供应商，F1计划从明年起改变发动机规则，取消MGU-H，认为其成本过高且与量产车无关——而此时越来越多的量产车正在采用这项技术。

F1还在提升混合动力系统的电动部分占比，以实现发动机和电机动力各占约50%的目标。此外，F1正吸引奥迪、福特和通用等品牌加入发动机供应商阵营，进一步扩大其阵容。F1既是一项运动，也是一门生意，而不仅仅是技术试验场。

无论如何，涡轮增压的核心精神在于不浪费任何能量。内燃机会产生大量完全无用的废气，为何不将其转化为有用的东西呢？为何不借此机会从中获取额外的电能呢？

最优秀的工程在于最大限度地挖掘现有资源的潜力。这并不是说不使用电动涡轮增压器的汽车就不好，也不是说没有合理的理由跳过这项技术。或许它只在高端性能车领域才能体现其价值。电动涡轮增压器所蕴含的工程理念令人钦佩，它满足了我内心的技术狂热。最大限度地发挥潜力，难道不是我们都应该追求的目标吗？