發(fā)動機是通過燃料燃燒做功產(chǎn)生機械能，在能量轉(zhuǎn)換過程中就會有能量損失。根據(jù)研究表明，發(fā)動機轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒岙?dāng)量占燃料燃燒總發(fā)熱量的30%-45%（柴油機）或20%-30%（汽油機）。其他以廢熱形式排出車外的熱量占燃燒總發(fā)熱量的55%-70%（柴油機）或70%-80%（汽油機），因此汽車燃料燃燒所產(chǎn)能的熱量只有三分之一左右被有效利用，其他大部分能量則通過發(fā)動機的冷卻散熱和高溫尾氣排熱而損失掉。 

下圖為一個典型的發(fā)動機能量流圖。

典型發(fā)動機能量流

其中廢氣在離開發(fā)動機燃燒室后，廢氣溫度可高達(dá)800-900℃。因此，廢氣熱含量高，可將高達(dá)35%的燃料能量帶入環(huán)境，不僅浪費能源資源，而且還增加了碳排放量。為了能夠提高發(fā)動機的熱量利用率，減少能量損失，工程師們針對廢氣能量這塊開發(fā)了多種余熱回收技術(shù)，主要包括廢氣渦輪、朗肯循環(huán)以及熱電聯(lián)產(chǎn)，通過多種技術(shù)的應(yīng)用，可以回收廢熱中30%以上的能量。

1、廢氣渦輪TC（Turbo-charging）

廢氣渦輪增壓技術(shù)是把發(fā)動機排出的廢氣輸入渦輪，通過渦輪作用提高進氣壓力，從而改善內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性。關(guān)于廢氣渦輪增壓技術(shù)目前市場已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，至今已經(jīng)發(fā)展100余年，在中國市場，柴油機是幾乎是100%增壓，汽油機增壓機占有率也達(dá)到了40%以上。目前中國市場上最先進的應(yīng)用應(yīng)該是兩級渦輪增壓柴油機，已經(jīng)在長城GW4D20T和上汽大通π發(fā)動機上實現(xiàn)量產(chǎn)。

廢氣渦輪增壓器

除了單純使用廢棄渦輪增壓提高進氣壓力以外，目前還發(fā)展出了渦輪復(fù)合技術(shù)，通過機械連接將渦輪動力傳遞至曲軸，提高發(fā)動機扭矩輸出。除此以外，在發(fā)動機電氣化趨勢下，通過廢氣渦輪增壓驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電也是一個重要的技術(shù)方向。具體可以翻看汽車動力總成前期文章。

渦輪復(fù)合技術(shù)

2、朗肯循環(huán)RC（Rankinecycle）

朗肯循環(huán)是一種簡單的蒸汽動力循環(huán)，早在1970年代就開始了朗肯循環(huán)發(fā)動機余熱回收技術(shù)的研究。在朗肯循環(huán)中，循環(huán)工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收排氣廢熱后由液態(tài)變?yōu)楦邏赫羝麖亩苿优蛎洐C（汽輪機）發(fā)電，此時由高壓蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪赫羝?，而后?jīng)冷凝器冷凝為液態(tài)完成一個循環(huán)。原理圖如下所示。

簡單朗肯循環(huán)原理

本田朗肯循環(huán)發(fā)動機

根據(jù)試驗結(jié)果，采用朗肯循環(huán)余熱回收系統(tǒng)之后，發(fā)動機熱效率可以提高約13%-20%，從上圖本田朗肯循環(huán)發(fā)動機可以看出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于空間的需求十分重要，因此受制于空間因素、成本和技術(shù)復(fù)雜性等原因，這項技術(shù)應(yīng)多處于研究階段。

3、熱電聯(lián)產(chǎn)（半導(dǎo)體溫差發(fā)電）TEG（Thermoelectricgenerator）

半導(dǎo)體溫差發(fā)電是利用由溫差產(chǎn)生的塞貝克效應(yīng)發(fā)電，塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect）又稱作第一熱電效應(yīng)，是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。

塞貝克效應(yīng)原理

TEG一般直接布置在發(fā)動機排氣端，離發(fā)動機排氣端口越近越好，當(dāng)前車用溫差發(fā)電模塊最高溫度一般不超過750℃，而在三元催化器出口位置尾氣溫度一般在800℃左右。將TEG模塊布置在三元催化器與一級消聲器之間的位置，靠近催化器端，充分利用余熱高效發(fā)電。根據(jù)研究表明，通過溫差發(fā)電大約可提高熱效率10%以上。

以上三種余熱回收技術(shù)優(yōu)劣勢簡單對比：