近日，蓋瑞特表示，將于今年與某歐洲豪華汽車品牌共同推出業內首款量產48V電動渦輪增壓器。大眾、通用、寶馬、上汽、長城等汽車企業的內燃機也趨于小型化，1.5L以下排量內燃機將成為未來內燃機市場的主流。
隨著排放標準越來越嚴格，動力強勁且油耗較低的渦輪增壓發動機受到汽車企業的青睞。近幾年來，渦輪增壓發動機車型占比迅速提升。同時，隨著新能源汽車發展越來越快，渦輪增壓器迎來了新的發展機遇。
♦ 迎接混動浪潮有備而來
根據咨詢機構IHS的預測，到2030年，全球范圍內依然有超過80%的車輛使用內燃機和混合動力系統，增壓器的配裝比例將比2019年再提升10個百分點，超過60%。
同時，為應對第五階段乘用車油耗標準(百公里4.6L)，整車企業開發將以熱效率40%以上的混動專用發動機作為主要技術路線。2020年10月發布的《節能與新能源汽車技術線路圖2.0》提出，到2035年，混合動力汽車將占汽車總銷量的50%。作為未來節能減排的關鍵技術之一，混合動力技術迅速成為整車企業先進動力技術研發的熱點和重點。
博馬科技球首席運營官、亞太地區負責人陳曄博士對記者表示，當前行業對高度定制化的渦輪增壓器需求量很大，博馬科技根據市場趨勢和客戶不同需要，可提供適用于傳統燃油發動機、混動專用發動機和增程式發動機的渦輪增壓解決方案。
“高熱效率混動發動機將采用高壓縮比、強米勒循環等技術手段。這對發動機進氣系統提出了更高的挑戰和要求。”蓋瑞特中國乘用車業務總經理王成龍對記者表示，在今年的上海車展上，蓋瑞特展出了采用創新耐高溫材料和涂層的新一代VNT?可變截面增壓器，耐溫達1020℃，同時實現了100kW/L的升功率水平，將于2023年量產。
另外，對于行業越來越追求40%以上甚至更高的熱效率來說，可變截面配合米勒循環技術將是提高熱效率最直接的方式。近期，越來越多的國際和國內知名企業都會推出采用可變截面技術的渦輪增壓器。
“博馬科技除了自主創新研發的FNT(浮動式可變截面渦輪增壓器)可以迅速提高熱效率外，還面向其他各種高效率發動機的技術路線開發了一系列相關的前沿技術，利用先進的空氣動力學設計理念、開發出高效率低噪聲的3D軸承、可調截面壓氣機技術以及電子輔助渦輪增壓器等，能為不同的客戶高度定制更高熱效率的產品，滿足各類混動發動機的需求，部分重點項目即將量產。”陳曄對記者說。
♦ 渦輪增壓器與電動空壓機升級
近兩年來，渦輪增壓器企業除了對傳統渦輪增壓器進行升級改造之外，還將渦輪增壓器核心技術應用在燃料電池汽車的空壓機上。
電動空壓機是氫燃料電池汽車動力系統的關鍵性技術，如同燃料電池堆的“肺”。先進的電動空壓機技術可以更好地幫助燃料電池堆調節空氣壓力和流量，顯著提升燃料電池堆的功率密度和效率，并有效幫助動力系統節約能耗。但是，當前常規的燃料電池汽車空壓機使用的空氣軸承有緊湊的公差帶，大批量生產有挑戰性，且成本也相對昂貴。
博馬科技全球研發副總裁、首席技術官Nisar AI-Hasan博士說，博馬科技空壓機有著獨特的“液壓軸承”，可以提高燃料電池系統的整體效率。為解決以上問題，博馬科技在自有專利“3D軸承”的基礎上開發的液壓動力軸承的電動燃料電池壓縮機不僅性能可靠、易于生產，而且成本低。與空氣軸承相比，流體動力軸承可實現更快的轉子速度。博馬科技的燃料電池汽車壓縮機持續運行功率可高達20kW，可以滿足客戶在400V至700V之間的不同需要。
蓋瑞特的燃料電池汽車空壓機已配裝本田Clarity轎車并量產。蓋瑞特研發的新一代電動空壓機在多方面有所提升：一是體積減小30%，更容易布置;二是成本有所下降，新一代電動空壓機的轉速從10萬轉提升至15萬轉，所需要的貴金屬原材料有所減少;三是電機轉速提升以后，消耗功率會下降，第一代的電機是20kW，消耗功率下降了25%。
電機消耗的功率降低，意味著初始成本降低。王成龍給記者算了一筆賬，當前1kW電堆成本約為5000元至8000元，降低5kW就意味著節約幾萬元初始成本。同時，新一代的產品還可以選擇有能量回收功能的膨脹端設計，可利用電化學反應產生的高溫廢氣轉化成電能，實現能量回收，再降低三成能耗，進一步節約使用成本。
“空壓機與渦輪增壓器的結構很類似，而空壓機是燃料電池汽車的必備品，未來市場空間很大，這也是企業紛紛研發空壓機產品的原因。”天津大學教授、內燃機燃燒學國家重點實驗室原副主任姚春德說。
據介紹，蓋瑞特48V/400V一體化的電動增壓器集成高速電機，可以為輕度混合動力和深度混合動力汽車提供電力輔助增壓。其復雜的電機控制系統可以超過每分鐘20萬轉，顯著增強發動機在全工況下的瞬態響應性能。
蓋瑞特中國乘用車業務總經理王成龍表示，電動渦輪增壓器對發動機的性能和節油效果有明顯提升，以蓋瑞特研發的電動渦輪增壓器為例，可以幫助混動系統節油1%至3%;發動機性能提升也很明顯，在首款量產車上可以用2.0T發動機替代以前的V8發動機。他說：“車輛在高速巡航時，可以將多余的廢氣能量轉換成電能回收，補償電池或電驅系統。該技術還具備能量回收功能，從而進一步降低油耗。”
♦ 自主增壓器產業需過幾道坎
在渦輪增壓器行業，排名前五位的企業全部是外資企業。據一位不愿透露姓名的企業負責人坦言，當前在汽油機中，自主渦輪增壓器企業的產品占比約為10%，年配套量為200萬只。
姚春德說：“自主企業在廢氣渦輪增壓產品上有一定進步，但在流道設計等方面還有一定差距，高端市場仍然是外資品牌產品占據主導優勢。”近幾年來，長城、吉利等自主整車企業也開發了自己的渦輪增壓器，表現不錯。
上述企業負責人指出，在柴油機渦輪增壓器市場上，自主品牌企業也有一定占比，許多輕卡的渦輪增壓器實現了本土供貨，但如乘用車一樣，高端重卡的渦輪增壓器仍然會選擇外資品牌的產品。“自主企業的起步較晚，而渦輪增壓器的技術門檻也比較高，自主企業在追趕中，聲量雖然不大，但仍在發展之中。”
“從2010年以后，科技部對內燃機的支持比較少。近兩年，燃料電池汽車火起來了，空壓機發展得到了一些政策支持。因此，自主渦輪增壓器未來發展還是需要政策支持。”姚春德認為，自主渦輪增壓企業還需要技術創新，首先就是必須突破“卡脖子”技術難關，比如軸承與電機。“動輒數萬上十萬轉/分鐘的轉速對材料的耐熱、耐磨性能提出了非常高的要求。”
對電動渦輪來說，技術挑戰更大。王成龍指出，首先是渦輪里的電機體積很小，沒有多余的空間來布置傳感器和轉速傳感器。這就需要通過軟件來給電動渦輪明確的指令，要求軟件計算有非常高的精準性，以到達發動機匹配需要的轉速。(趙玲玲)
