为什么汽车不去想尽办法去利用热能呢？
这个问题问得很有意思，而且触及到了汽车动力系统设计的一个核心难题：如何更有效地利用能量。很多人直觉上会觉得，汽车运行过程中产生了大量的热，这些热是不是就可以被“回收”起来，用来提高效率呢？事实是，汽车确实在尝试利用热能，但“想尽办法”这个说法，背后有着深刻的技术限制和经济考量。
我们不妨从汽车的动力来源说起。目前绝大多数的汽车，包括燃油车和混合动力车，其核心都是内燃机。内燃机的工作原理，简单来说就是燃料在气缸内燃烧，产生高温高压的气体，推动活塞做功，最终驱动车轮旋转。
燃烧过程本身就是能量转化，但效率不高
在这里，我们就看到了第一个“障碍”：内燃机的热效率本身就存在上限。即使是最高效的内燃机，也只能将燃料化学能中的大约30%40%转化为机械能，剩下的60%70%则以热量的形式散失了。这些散失的热量，绝大部分是通过排气管排出去的热量，另一部分则是发动机运转过程中通过冷却系统散发到空气中的热量。
想想看，发动机工作的时候，排气管烫得能烤肉，发动机外壳也是热乎乎的。这些都是能量，但要怎么“拿”回来用，是个技术活。
能量回收的几个尝试与挑战
汽车工程师们当然也知道这些热量是个宝贵的资源，也一直在研究如何回收利用。一些技术已经应用在现代汽车上，但离“想尽办法”还有距离，这背后有很多原因。
1. 排气余热回收（Exhaust Heat Recovery）
想法： 排气管里出来的高温气体，里面蕴含着大量能量。能不能通过某种装置，把这部分热量“抽”出来，再利用呢？
实现方式（比如：热电发电机TEG，或热交换器）:
热电发电机 (Thermoelectric Generator, TEG): 这种装置利用塞贝克效应（Seebeck effect），当材料两端存在温差时，会产生电压。理论上，把TEG模块装在排气管上，高温排气通过一侧，冷却介质（比如发动机冷却液）通过另一侧，就能产生电能。
热交换器 (Heat Exchanger) / 涡轮增压器 (Turbocharger): 最常见的应用是涡轮增压器，它利用排气能量驱动涡轮，带动压缩机，强制将更多空气压入气缸，提高燃烧效率。这算是间接利用了排气热能。另外，还有一些尝试用排气热量加热冷却液，然后驱动一个小型涡轮发电机发电，或者直接用加热的冷却液来给车厢供暖，减少发动机自身的负荷。
挑战：
效率不高且成本高昂： TEG的效率目前普遍较低，转换效率往往只有几个百分点，也就是说，即便你回收了很大一部分排气热，能转化为有用电能的部分非常少。而且，用于TEG的材料往往比较昂贵。
复杂性增加： 增加一套热回收系统，意味着更多的部件、更复杂的管路、更重的车身，这些都会增加制造成本和维护成本。
热损失： 任何能量回收过程都会有额外的热损失。将排气冷却下来，可能导致排气温度不够高，影响发动机的燃烧效率（比如容易产生冷凝水，腐蚀排气系统）。
可靠性和耐久性： 发动机工作环境恶劣，温度变化剧烈，振动大。要设计一套能够长期稳定工作的热回收系统，难度很大。
2. 发动机冷却液热能回收
想法： 发动机工作时，冷却液会吸收大量热量，并由散热器散发出去。这些热量能否利用？
实现方式：
发动机冷却热回收系统 (Engine Cooling Heat Recovery Systems): 比如，有些车辆会设计一个回路，将一部分发动机冷却液加热，然后通过热交换器与进入驾驶室的空气进行热交换，为车厢供暖。这在燃油车上已经比较普遍（暖风系统）。
先进的回收技术： 一些更先进的设想是将这部分热量转化为机械能，比如利用斯特林发动机（Stirling engine）或有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）来发电。
挑战：
能量密度不高： 冷却液的温度相对排气来说较低（通常在90100°C左右），能量密度不够高，能够回收的能量有限。
增加系统复杂度： 增加额外的热交换器、泵、管路等，会增加车辆的重量、成本和潜在的故障点。
效率限制： 即使是先进的ORC系统，将其集成到汽车上，其整体效率提升也有限，并且会增加车辆的制造成本。
3. 制动能量回收（Regenerative Braking）
想法： 汽车在制动时，动能没有被完全“消耗”，而是以热能的形式散失在刹车片和刹车盘上。这部分能量能不能回收？
实现方式：
混合动力汽车和电动汽车： 这是一个非常成熟且广泛应用的能量回收技术。通过电动机反向工作，在减速时将动能转化为电能，储存在电池中。
刹车能量回收系统 (Brake Energy Recovery Systems, BERS)： 一些电动汽车和混合动力汽车，会配备专门的制动能量回收系统。
优势：
效率高： 电动化在能量回收方面具有天然优势。
技术成熟： 这是一个已经大规模应用的成熟技术。
局限性： 这种技术主要在减速或刹车时工作，而我们讨论的“热能”往往指的是发动机工作过程中散失的“余热”。
为什么“想尽办法”还没有做到极致？
综合以上几点，我们可以看到，尽管汽车行业一直在探索热能回收，但“想尽办法”去彻底利用，面临着一系列现实的障碍：
1. 经济性： 任何新技术在导入汽车生产线时，都需要经过严格的成本效益分析。如果一项热能回收技术，需要投入大量的研发和制造成本，但只能带来微乎其微的燃油经济性提升，那它很难被市场接受。消费者更关心的是车辆的售价、可靠性和性能，而不是那一点点的额外能耗节省。
2. 技术难度与可靠性： 如前所述，发动机工作环境复杂，高温、高压、振动，要设计出能够长期可靠工作的热能回收系统，技术难度很大。一旦这些系统出现故障，不仅会影响车辆的整体性能，还可能增加维修成本。
3. 复杂性增加与重量/空间限制： 汽车设计需要在性能、燃油经济性、舒适性、安全性和成本之间取得平衡。增加任何新的系统，都会占用宝贵的空间，增加车辆重量，并可能影响其他系统的设计。
4. 效率提升的边际效应递减： 随着技术的进步，发动机本身的效率在不断提高，燃烧更充分，热损失也在降低。同时，现有的能量回收技术（如涡轮增压、再生制动）也在不断优化。这些都使得进一步挖掘“余热”的潜力变得越来越困难，且收益递减。
5. 替代方案的出现： 随着电动汽车的普及，内燃机的热能利用问题本身正在逐渐被解决。电动汽车的能量来源是电能，其能量转换效率更高，并且可以通过更高效的制动能量回收来弥补能量损失，而无需像内燃机那样去处理复杂的“余热”。
总结来说，汽车并非不去想尽办法去利用热能，而是“想尽办法”的背后，是严峻的技术挑战、高昂的成本、对可靠性的要求，以及不断变化的行业趋势。 工程师们一直在平衡这些因素，在可行性和收益之间做出选择。目前，最有效的“热能回收”策略，更多的是通过优化内燃机本身的设计（如提高压缩比、更精密的燃油喷射），以及在混合动力和电动汽车上广泛应用再生制动技术。对于燃油车而言，那些散失的“余热”，虽然理论上可以回收，但在实际应用中，其带来的效益往往不足以抵消其带来的负面影响。
可以说，当新能源汽车成为主流，内燃机上的“余热”问题，就像一个历史遗留问题，其被彻底解决的方式，不是去“巧夺天工”地回收，而是以一种更彻底的方式——“告别”内燃机，转向更高效的能源形式。
我们不妨从汽车的动力来源说起。目前绝大多数的汽车，包括燃油车和混合动力车，其核心都是内燃机。内燃机的工作原理，简单来说就是燃料在气缸内燃烧，产生高温高压的气体，推动活塞做功，最终驱动车轮旋转。
燃烧过程本身就是能量转化，但效率不高
在这里，我们就看到了第一个“障碍”：内燃机的热效率本身就存在上限。即使是最高效的内燃机，也只能将燃料化学能中的大约30%40%转化为机械能，剩下的60%70%则以热量的形式散失了。这些散失的热量，绝大部分是通过排气管排出去的热量，另一部分则是发动机运转过程中通过冷却系统散发到空气中的热量。
想想看，发动机工作的时候，排气管烫得能烤肉，发动机外壳也是热乎乎的。这些都是能量，但要怎么“拿”回来用，是个技术活。
能量回收的几个尝试与挑战
汽车工程师们当然也知道这些热量是个宝贵的资源，也一直在研究如何回收利用。一些技术已经应用在现代汽车上，但离“想尽办法”还有距离，这背后有很多原因。
1. 排气余热回收（Exhaust Heat Recovery）
想法： 排气管里出来的高温气体，里面蕴含着大量能量。能不能通过某种装置，把这部分热量“抽”出来，再利用呢？
实现方式（比如：热电发电机TEG，或热交换器）:
热电发电机 (Thermoelectric Generator, TEG): 这种装置利用塞贝克效应（Seebeck effect），当材料两端存在温差时，会产生电压。理论上，把TEG模块装在排气管上，高温排气通过一侧，冷却介质（比如发动机冷却液）通过另一侧，就能产生电能。
热交换器 (Heat Exchanger) / 涡轮增压器 (Turbocharger): 最常见的应用是涡轮增压器，它利用排气能量驱动涡轮，带动压缩机，强制将更多空气压入气缸，提高燃烧效率。这算是间接利用了排气热能。另外，还有一些尝试用排气热量加热冷却液，然后驱动一个小型涡轮发电机发电，或者直接用加热的冷却液来给车厢供暖，减少发动机自身的负荷。
挑战：
效率不高且成本高昂： TEG的效率目前普遍较低，转换效率往往只有几个百分点，也就是说，即便你回收了很大一部分排气热，能转化为有用电能的部分非常少。而且，用于TEG的材料往往比较昂贵。
复杂性增加： 增加一套热回收系统，意味着更多的部件、更复杂的管路、更重的车身，这些都会增加制造成本和维护成本。
热损失： 任何能量回收过程都会有额外的热损失。将排气冷却下来，可能导致排气温度不够高，影响发动机的燃烧效率（比如容易产生冷凝水，腐蚀排气系统）。
可靠性和耐久性： 发动机工作环境恶劣，温度变化剧烈，振动大。要设计一套能够长期稳定工作的热回收系统，难度很大。
2. 发动机冷却液热能回收
想法： 发动机工作时，冷却液会吸收大量热量，并由散热器散发出去。这些热量能否利用？
实现方式：
发动机冷却热回收系统 (Engine Cooling Heat Recovery Systems): 比如，有些车辆会设计一个回路，将一部分发动机冷却液加热，然后通过热交换器与进入驾驶室的空气进行热交换，为车厢供暖。这在燃油车上已经比较普遍（暖风系统）。
先进的回收技术： 一些更先进的设想是将这部分热量转化为机械能，比如利用斯特林发动机（Stirling engine）或有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）来发电。
挑战：
能量密度不高： 冷却液的温度相对排气来说较低（通常在90100°C左右），能量密度不够高，能够回收的能量有限。
增加系统复杂度： 增加额外的热交换器、泵、管路等，会增加车辆的重量、成本和潜在的故障点。
效率限制： 即使是先进的ORC系统，将其集成到汽车上，其整体效率提升也有限，并且会增加车辆的制造成本。
3. 制动能量回收（Regenerative Braking）
想法： 汽车在制动时，动能没有被完全“消耗”，而是以热能的形式散失在刹车片和刹车盘上。这部分能量能不能回收？
实现方式：
混合动力汽车和电动汽车： 这是一个非常成熟且广泛应用的能量回收技术。通过电动机反向工作，在减速时将动能转化为电能，储存在电池中。
刹车能量回收系统 (Brake Energy Recovery Systems, BERS)： 一些电动汽车和混合动力汽车，会配备专门的制动能量回收系统。
优势：
效率高： 电动化在能量回收方面具有天然优势。
技术成熟： 这是一个已经大规模应用的成熟技术。
局限性： 这种技术主要在减速或刹车时工作，而我们讨论的“热能”往往指的是发动机工作过程中散失的“余热”。
为什么“想尽办法”还没有做到极致？
综合以上几点，我们可以看到，尽管汽车行业一直在探索热能回收，但“想尽办法”去彻底利用，面临着一系列现实的障碍：
1. 经济性： 任何新技术在导入汽车生产线时，都需要经过严格的成本效益分析。如果一项热能回收技术，需要投入大量的研发和制造成本，但只能带来微乎其微的燃油经济性提升，那它很难被市场接受。消费者更关心的是车辆的售价、可靠性和性能，而不是那一点点的额外能耗节省。
2. 技术难度与可靠性： 如前所述，发动机工作环境复杂，高温、高压、振动，要设计出能够长期可靠工作的热能回收系统，技术难度很大。一旦这些系统出现故障，不仅会影响车辆的整体性能，还可能增加维修成本。
3. 复杂性增加与重量/空间限制： 汽车设计需要在性能、燃油经济性、舒适性、安全性和成本之间取得平衡。增加任何新的系统，都会占用宝贵的空间，增加车辆重量，并可能影响其他系统的设计。
4. 效率提升的边际效应递减： 随着技术的进步，发动机本身的效率在不断提高，燃烧更充分，热损失也在降低。同时，现有的能量回收技术（如涡轮增压、再生制动）也在不断优化。这些都使得进一步挖掘“余热”的潜力变得越来越困难，且收益递减。
5. 替代方案的出现： 随着电动汽车的普及，内燃机的热能利用问题本身正在逐渐被解决。电动汽车的能量来源是电能，其能量转换效率更高，并且可以通过更高效的制动能量回收来弥补能量损失，而无需像内燃机那样去处理复杂的“余热”。
总结来说，汽车并非不去想尽办法去利用热能，而是“想尽办法”的背后，是严峻的技术挑战、高昂的成本、对可靠性的要求，以及不断变化的行业趋势。 工程师们一直在平衡这些因素，在可行性和收益之间做出选择。目前，最有效的“热能回收”策略，更多的是通过优化内燃机本身的设计（如提高压缩比、更精密的燃油喷射），以及在混合动力和电动汽车上广泛应用再生制动技术。对于燃油车而言，那些散失的“余热”，虽然理论上可以回收，但在实际应用中，其带来的效益往往不足以抵消其带来的负面影响。
可以说，当新能源汽车成为主流，内燃机上的“余热”问题，就像一个历史遗留问题，其被彻底解决的方式，不是去“巧夺天工”地回收，而是以一种更彻底的方式——“告别”内燃机，转向更高效的能源形式。
网友意见
发动机缸体的热量已经被冷却系统收集了，冬天用来给车厢供暖。
而排气热量不是那么好收集的，换热器增加的阻力不会小于GPF。排气背压升高导致发动机效率下降、排气热量回收可以提高发动机效率，最终效果如何还要仔细计算，可能会得不偿失。
假设回收的热量用于加热电池组，那么需要在排气管增加一套烟气-冷却水换热器、进回水管及电磁阀等设备与材料，成本应该在一千到两千元，但是布置是个难题。
只能说没啥必要费这个劲，随着发动机热效率的逐步升高，排气能量会越来越低，甚至会推不动涡轮，所以就不需要考虑废气余热回收了。
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