發(fā)動機是通過燃料燃燒做功產生機械能，在能量轉換過程中就會有能量損失。根據(jù)研究表明，發(fā)動機轉變?yōu)橛行ЧΦ臒岙斄空既剂先紵偘l(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800-900℃。因此，廢氣熱含量高，可將高達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，主要包括廢氣渦輪、朗肯循環(huán)以及熱電聯(lián)產，通過多種技術的應用，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，從而改善內燃機的動力性和經濟性。關于廢氣渦輪增壓技術目前市場已經發(fā)展的相當成熟，至今已經發(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到了40%以上。目前中國市場上最先進的應用應該是兩級渦輪增壓柴油機，已經在長城GW4D20T和上汽大通π發(fā)動機上實現(xiàn)量產。

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)展出了渦輪復合技術，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動發(fā)電機發(fā)電也是一個重要的技術方向。具體可以翻看汽車動力總成前期文章。

渦輪復合技術

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)動機余熱回收技術的研究。在朗肯循環(huán)中，循環(huán)工質在蒸發(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，此時由高壓蒸汽轉變?yōu)榈蛪赫羝?，而后經冷凝器冷凝為液態(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)結構對于空間的需求十分重要，因此受制于空間因素、成本和技術復雜性等原因，這項技術應多處于研究階段。

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

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

塞貝克效應原理

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優(yōu)劣勢簡單對比：