发动机热效率为什么做不到100%？其他能量都去哪了？

在汽车工业中，发动机的热效率一直是一个备受关注的重要指标，汽车工程师们都在为了提高一点点热效率而不遗余力。什么是热效率呢？简单来说，就是它能把燃料燃烧产生的能量转化成有用的机械能的比例。比如说，汽油燃烧产生了100单位的能量，但发动机最后只转化成了30单位的机械能来驱动车辆，那么这个发动机的热效率就是30%。

即使是目前最先进的发动机，其热效率也通常在 40%左右徘徊，达到这个水平，想提高已经很难了。那么为什么热效率只能到40%这么低呢？其余的能量到哪去了？大概有三方面去向。

1.转化成了热能浪费掉了

浪费的这部分能量是最多的，我们知道无论什么燃料燃烧都会产生热能，而汽油燃烧所产生的热能无法转化成机械能，没有去推动活塞移动，而是传递给了气缸。这样随着越来越多的汽油燃烧，气缸周围就会越来越热。但温度太高了也不行，于是就会在气缸周围通了很多水道，里面充满了冷却液，用于给气缸降温。就好比我们做饭在锅里加了水一样，不加水干烧容易把锅烧坏，而加了水后不管烧多久都不会坏。

冷却液会把气缸的热量吸收掉，然后通过循环，到了水箱处把热量释放到大气中，以保持发动机温度恒定。释放到大气中的这些热量就是浪费掉的，因为它也是由汽油燃烧所产生的，但什么事情都没做就被释放掉了。

并且，热力学第二定律也限制了发动机热效率的上限。它是这么说的，在任何热机循环中，不可能从单一热源吸取热量并全部转化为功，而不产生其他影响。这意味着从理论上就决定了发动机无法实现 100%的热效率，到了实际中就更低了。

2.发动机内部的摩擦损失

发动机内部的各个零部件在运转时会相互接触并产生摩擦，比如活塞与气缸壁之间、曲轴与轴瓦之间、连杆与轴瓦之间等。这些零部件在运转过程中会产生摩擦，而摩擦就会产生热量，最终散失掉，同样不能被利用。尽管可以通过使用优质的润滑油和改进零部件的设计来减少摩擦，但完全消除摩擦是不可能的。这就像是你骑自行车，你所发出的力气并没有完全去让车轮转动，也有一部分损失掉了。比如牙盘和链条的摩擦，骑得越快摩擦就越大，产生的热量也就越多，但这些热量都是浪费掉的。

3.排气损失

燃烧后的废气其实还有很高的温度和压力，刚被排出来的废气温度可达八百度，到了三元催化器这里也能达到六百度，经过长长的排气管会被冷却，就算到了排气管口处，排出来的废气也能达到三五十度。这些热量也是由汽油燃烧所产生，同样也没有被利用，全都排到了大气中。除了热量外还有一定的排气压力，这也是浪费掉的能量。

除了以上这些原因，还有一些其他因素也会影响发动机的热效率，比如发动机的压缩比、点火时机、混合气的浓度，发动机工况等等。这些因素都会在一定程度上影响发动机的燃烧效率和能量转化效率。

我们知道，提高了热效率就能大大降低油耗，现在40%的热效率就能达到6个油，若是达到80%的热效率，油耗也得下近一半。所以，汽车工程师们一也直都在努力研究如何提高发动机的热效率，比如采用缸内直喷、涡轮增压、可变气门正时等技术，目的都是为了让燃烧更完全，提高发动机的热效率。