【汽车点评·技术解析·原创】
从小到大我总会遇见一些很难看清本质的现象，后来我明白其实都是有因果关系的积累。就像是骄傲的美利坚民族一样，自从第二次世界大战胜利后逐步的走向了发展的一个极致，广袤的北美大地之上,这些天生有着“自由”标签的人们崇尚的是一种无畏力量，进而逐渐演变到汽车上就成了一种“V8自吸”的情怀。这到底是像《暴力鼓手》中诠释的那种偏执，还是《战争之王》中对于欲望无尽的追求与无法自拔，亦或真的是生活之中的一种需求呢？今天我们就来谈一谈美系的涡轮增压发动机技术之路。
对于这期技术解析的主角-涡轮增压发动机，我们撇开所谓的起源地这个问题，因为在笔者的思维逻辑中，这项技术从哪里产生其实并不是重点。所有事情都有一定的起因积累过程，美国人民的“V8自吸”情怀第一次被直接性的打破要起源于1973年的石油危机。
△ 1973年的石油危机伴随着战争而来，这也是美国人民在“V8自吸”的生活中受到较大的影响，虽然当时的环境问题还远非今日如此严峻。
自1973年发生世界石油危机后，各国十分重视节约燃油，不少国家制定了控制燃油消耗的法规。美国针对轿车制定了“公司平均燃油经济性标准”（简称为CAFE，国内近些年来也效仿该法规制定了国内的标准）。CAFE是指：一个公司全部销售轿车的平均燃油经济性，若不能达到该标准，公司将被处以罚款。
再加上越来越严峻的环境问题，涡轮增压发动机开始了在美国汽车中的普及之路。
从2008年起，美系车企以福特EcoBoost系列为代表的涡轮增压发动机开始走向各个细分的车系中。
但是，一般带有涡轮的发动机在低转速的状态下响应并不理想，而当涡轮开启后，驾驶中能感受到的突兀感又过大，平顺性不好，在涡轮开启前后差距明显，从而有了“涡轮迟滞”这样令人诟病的问题，又让美国人民难以不怀念V8自吸的现象。而面对这个问题，欧洲车企以及美国车企纷纷带来了不一样的理解以及解决问题的方案。
在此之前我们有必要详细了解一下有关涡轮增压发动机的一些信息。为了提高发动机的单机功率，我们可以根据理论上的一个公式（发动机有效功率=进气终了压力*工作容积*气缸数目*发动机转速/0.3倍冲程数）得到三种办法。
方法一：改变发动机的结构参数，增大发动机排量，即增大气缸直径D、活塞形成S，增加汽缸数i，减少冲程数等。其核心在于：减少过量空气系数。但是将会受到自重以及安装位置的限制。
方法二：提高发动机转速n。其核心在于：提高充量系数。但是发动机转速的提高受到活塞平均速度的限制，因机械效率值和充量系数值随活塞平均速度的提高而下降。
方法三：提高发动机平均有效压力值。其核心在于：增加空气密度。实践证明，提高发动机的平均有效压力是提高发动机功率最经济有效的办法。因此车辆用发动机增压器的目的就是增加进入发动机气缸的充量密度，从而提高发动机平均有效压力值，进而提升发动机的功率、改善燃油经济性能和排放性能的目的。
而美系代表性的福特EcoBoost系列涡轮增压发动机目前还是采用着同轴废气涡轮增压发动机。
△ 图为美系的2.0L排量EcoBoost涡轮增压发动机，在驱动压气机的方式上，欧洲与美系未来可能就要分道扬镳吗？其实不然，我们继续往下探究。
但是，随着目前排放法规的要求更加严格，以及对发动机性能的不断压榨，为了获得更好的增压效果，通常会采用多种增压方式结合的技术，其中主要包括：复合增压和双级甚至是多级增压的形式。
△ 图为2.0L EcoBoost发动机配备的来自于博格华纳的低惯量转子K03。为何要用所谓的低惯量转子，读完全文笔者相信你就会明白的。
既然涡轮增压这么好那么一直无限制的增压下去不就好了吗？为什么到现在还有那么多的问题和瓶颈呢？其实在增压的同时无形中也增加了进入燃烧室的混合可燃气体的温度，在从而会加大汽油发动机的爆燃倾向，这对汽油机来说可真的不是一件好事啊，对于柴油机也会增加负载负荷以及机热负荷。简言之就是：增压不到位会带来更加差的效果。同时由于车辆发动机大部分时间在部分工况下工作，对转矩特性和加速性能要求较高，所以多采用脉冲涡轮增压系统而不是定压涡轮增压系统。
△ 因此对于抑制汽油发动机的爆燃倾向，涡轮增压发动机一般都需要有中冷机构。图中竖轴的值代表意义为燃油消耗量，横轴代表进气终了压力。我们可以直观的看出来TCA也就是涡轮中冷增压的意义十分巨大。
下面我们就从涡轮增压器对发动机主要性能的四个影响层面上来分别针对美系和欧系涡轮增压发动机技术做对比分析。
整体来说涡轮增压发动机对其他性能会有四大影响：
1、排放性能改善。CO以及（HC）碳氢化合物排放都有所下降，同排量情况下有害成分排放量仅为非增压发动机的1/3-1/2。但增压后，由于进气温度的上升，氮氧化物NOx排放量有所增加，此时采用中冷技术不仅可以降低NOx排放保护环境，而且还能一定程度上抑制爆震的产生。目前大部分的车用涡轮增压发动机都配备了中冷器，在中冷系统上欧系与美系基本没有较大的差异化路线，故此我们不过多讨论。
2、燃烧以及排气噪音降低。但在低负荷工况下，降低噪声的效果不明显，且在直列四缸涡轮增压发动机上一般还需要配备“平衡轴”，以降低四缸发动机结构设计上难以摆脱的噪声。这次对比我们用梅赛德斯的M274/M270系列发动机与福特的EcoBoost系列发动机为例子。
即在降低造影的平衡轴设计布局上，梅赛德斯与美系的福特处于比较领先的地位。
3、低速转矩特性下降。车用发动机是动力机械装置，要求低速时输出高转矩，而对于废气涡轮增压，由于涡轮机是流体机械，其增压能力取决于增压器的转速。增压器的转速是由发动机排出的废气所具有的的能量在涡轮机上推动叶轮旋转而转换的。故发动机低速时，排气流量低而能量不足，涡轮转速低致使压气机的增压效果不明显，发动机转矩增加不多，与动力机械要求的发动机转矩特性互相矛盾。所以，采用低惯量转子就能够一定程度的降低转子质量，同时适应更低转速情况下对于转矩增加的需求。
所以，目前梅赛德斯的低惯量涡轮技术发展是比较领先的。
涡轮的质量越小也就对整个涡轮增压发动机更加有利。同时设置双级增压甚至多级增压也能达到同样的效果，目前欧系的宝马以及沃尔沃在双级甚至多级增压方向上进行研究比较深入，所谓殊途同归。而且电子涡轮增发动机也是在低转速工况下依靠电子涡轮的介入从而主动限行的降低废气涡轮增压发动机低速转矩特性下降，目前在电子涡轮技术领域奥迪的研究进程最为领先。
4、瞬态响应特性变差。由于涡轮在工作状态下自身转速较高，由于转动惯量巨大很难在瞬态进行车辆的工况改变响应。为此解决办法有改变气体流通状态，例如可以设置进气旁通增压系统、排气旁通增压系统和使用可变截面涡轮增压器。其中宝马的TwinPower Turbo双涡管单涡轮技术可以视为是在进/排气旁通增压系统改变上做出的成果。
而目前美系还没有在这方面进行更深入的研究，可以说宝马在这个领域是比较领先的。
而在可变截面涡轮增压技术上最近因为排放造假的大众集团TDI发动机还是有所长的，不过鉴于目前大众集团否认了旗下的奥迪以及保时捷车型所搭载的柴油发动机存在同样的排放造假信息，我们就用奥迪V6 TDI发动机来解析，因为笔者任性，对于欺骗性的事物十分抵制。
虽然目前的排放造假让大众处于一个不良的状态，但是奥迪在可变截面涡轮增压器技术上属于比较成熟领先的地位。而美系同样在此还有待进步。此外TSI系统，也就是Turbo-charging（涡轮增压）、Super-charing（机械增压）和Injection（燃油直喷）的双增压系统也是大众的擅长技术，并且与TDI一道都在大规模量产车中有着应用。但目前美系也没有在TSI系统上的一些成果。
总结：在如此众多的涡轮增压发动机技术上，看来美系与欧系比较起来还是有一些技术研究层面的差距，好像除了一些不算太疼太痒的问题上有些成绩之外，再除去缸内高压直喷这样从高压共轨柴油机上移植演化而来的技术外，美系的涡轮增压发动机还是有较大的发展空间，可是从账面数据来看，为了达到取代“V8自吸”的要求，他们的动力参数还都不错，不过这样的代价就是技术不够，排量来凑！所以在欧系的2.0L小排量涡轮增压面前才出现了美系的2.3L、2.7L甚至是3.5L排量的涡轮增压发动机。
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