曾经有一段时间，制造商将涡轮增压视为解决其效率问题的终极方案。这些公司会缩小发动机尺寸，试图满足新的燃油经济性标准，同时添加涡轮增压器来提升性能。但如今，形势再次发生变化。汽车行业正处于技术十字路口，一种创新解决方案可以实现效率、排放合规性和性能，同时彻底取代不起眼的涡轮增压器。而且，这种转变不仅仅是渐进式的改进，因为它从根本上影响了动力总成的理念。这使得整个故事变得微妙，本文将深入探讨这一话题，揭秘雷克萨斯 NX 450h+和奥迪 Q5 40 等车型之间的较量。
为了撰写本文，我们查阅了可靠的在线资源，并从制造商网站上收集了相关数据。表格中的信息比较了类似市场领域的涡轮增压和混合动力汽车。文章中的任何观点均为作者本人观点。
混合动力如何超越涡轮增压性能
涡轮增压是一项非常特殊且与发动机相关的功能，它利用废气能量压缩进气，同时降低油耗。而混合动力则利用电能提供瞬时动力辅助，部分消除了增压的低效问题。通过这种方式，混合动力解决了涡轮增压最大的难题——涡轮迟滞。即使是最先进的机械和可变截面涡轮增压器也无法完全消除油门输入和增压压力建立之间恼人的延迟。而混合动力系统使用的电动机可以从零转速提供瞬时最大扭矩，并能立即响应油门。这对涡轮增压发动机来说是一个非常艰巨的要求。
以涡轮增压 2.0 升四缸发动机为例，其峰值扭矩可能在 1,800 至 5,000 rpm 之间产生。它的功率带相对较窄，需要仔细选择档位才能高效驾驶。另一方面，许多混合动力系统在整个转速范围内都能提供一致的扭矩。因此，这有效地拉平了传统的扭矩曲线，使每个发动机转速下都能提供可用的功率。丰田 RAV4 混合动力车就是现实世界中的一个很好的例子，它结合了自然吸气发动机和电动机。它的总输出功率为 219 马力，能够实现超过 40 MPG 的油耗，通常需要配备更大涡轮增压发动机的车辆才能达到这一水平。RAV4 混合动力车提供的瞬时加速度是涡轮增压竞争对手在低转速下难以匹敌的，同时还能带来更好的燃油经济性。
功率密度也是需要考虑的因素。涡轮增压发动机每升功率可达 150 至 200 马力，而混合动力系统由于将电力与燃烧相结合，通常可以有效地使功率输出翻倍。而且，混合动力系统具有显著的优势，无需担心增压涡轮增压应用中常见的热应力和可靠性问题。
热效率和能量回收
混合动力系统也具有显著的运行优势。它们通常利用阿特金森循环等技术，实现超过 40% 的热效率，而涡轮增压奥托循环发动机的热效率约为 30%。由于电力辅助，这些混合动力发动机能够更频繁地在最高效的区域运行，因为电机可以处理临时的功率需求，而这对于纯涡轮增压发动机来说效率极低。更重要的是，混合动力系统能够几乎无浪费地捕获能量，这比涡轮增压系统更胜一筹。大多数混合动力汽车都配备了再生制动系统，可将动能转化为电能。减速时，混合动力汽车可以回收高达 25% 的能量，这些能量通常会以制动热量的形式耗散。这使得整体效率显著提升，这是任何涡轮增压系统都无法比拟的。
电机集成及技术优势
在热效率方面，涡轮增压内燃机无法与混合动力内燃机相提并论。毕竟，电动机的热效率可高达 95%，而即使是最好的涡轮增压发动机也只能达到 25% 到 40%。因此，混合动力系统在使用相同量的一次能源时效率更高。此外，电动机的扭矩特性与内燃机完美互补。原始汽油发动机在接近怠速时产生的扭矩极小，只有在踩下油门后才会逐渐产生动力。相反，电动机可以立即提供最大扭矩，以应对任何日常情况。这种互补关系使混合动力系统在有效消除即使是更复杂的双涡轮增压装置之间的扭矩差距方面更具优势。如果考虑到现代逆变器技术可以每秒调节电机扭矩数百次，那么这种差距就更加明显了。
探索先进的混合架构
串联式混合动力系统，例如丰田的混合动力协同驱动系统，使用行星齿轮组持续混合电动机和燃气发动机的动力。该系统会自动优化功率分配，以实现最高效率，其技术复杂性远超涡轮增压。这是一种机电接口，其运行始终比略显笨重的涡轮增压器废气旁通阀或旁通阀系统更加平稳。
以雷克萨斯 NX 450h+ 为例。其插电式混合动力系统配备前后电动机，搭载 2.5 升四缸发动机，可输出 304 马力，在混合动力模式下油耗高达 43 MPG。NX 配备即时扭矩矢量分配系统，无需使用传统的分动箱，因此比奥迪 Q5 40（约 25 MPG）等涡轮增压非混合动力竞争对手更精准，燃油经济性也更佳。混合动力车还允许在低速时纯电动行驶，而低速行驶往往是涡轮增压发动机效率最低的阶段。在城市路况下，这些涡轮增压器经常处于非增压状态，导致油耗增加和排放问题。
排放和环境绩效
说到排放，混合动力带来的环保效益远超涡轮增压器制造商的想象。毕竟，这些汽车在拥堵路段必要时可以纯电动模式行驶，即使在内燃机启动时，混合动力系统也能带来显著优势。它能够比涡轮增压发动机更持续地优化空燃比。需要注意的是，涡轮增压发动机有时会在增压状态下强制燃油浓缩，以防止过热或爆震。冷启动排放是混合动力系统的另一大优势，因为它们可以在冷启动时以电动方式运行。这使得催化转化器能够更缓慢地升温，有助于实现零尾气排放。而传统的涡轮增压发动机从一开始就会产生高排放，在催化转化器达到最佳工作温度之前也是如此。
丰田普锐斯 Prime就是一个很好的例子。这款车在纯电动模式下的日常行驶里程可达 44 英里，并且在大多数城市通勤中实现零排放。即使汽油发动机启动，220 马力的混合动力系统也会采用更高效的阿特金森循环，以保持最佳催化转化器温度。像大众捷达 GLI这样配备涡轮增压发动机的车辆必须在增压状态下增加燃油混合气的浓度，这可能会导致更高的排放。
当前形势如何变化——以及未来可能如何变化
从监管和市场审批的角度来看，原始设备制造商越来越青睐混合动力而非涡轮增压。一些司法管辖区（例如加利福尼亚州）关注的是实际驾驶排放数据，而非实验室测试循环，因此混合动力系统在日常测试中的表现可能优于涡轮增压发动机。如果零排放区法规真正落地，混合动力汽车如果能够在城市驾驶循环中实现零排放，将占据有利地位。消费者对混合动力汽车的兴趣日益浓厚，其销量也在持续增长，而涡轮增压发动机的普及率则相对持平。这些消费者似乎喜欢低噪音、平稳的动力输出和无缝运行的结合，同时对油箱的油耗也非常满意。
因此，未来似乎将由混合动力主导。而且，随着电池能量密度的提高和成本的下降，混合动力系统比涡轮增压更具优势，这种趋势可能会进一步加剧。然而，这是否意味着涡轮增压作为主要性能和效率相关解决方案的时代即将终结？电动涡轮增压器是否会变得更加主流，并在本章中再写一段？当然，很大程度上取决于全电动化能否真正普及，让涡轮增压的讨论完全变得多余。与此同时，混合动力无疑提供了卓越的扭矩输出、环保性能和效率。而且，它拥有传统强制进气系统无法比拟的技术复杂性。
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