节能和环保是汽车工业发展的两大主题。有关研究表明,汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用,其它的能量被排放到大气中,不仅造成了能源的浪费,还带来了不良的环境影响。因此,通过有效手段回收利用发动机废气能量应当是降低汽车能源消耗和CO2排放的一个研究方向。本文通过对目前为止出现的各种发动机废气能量回收利用方式的分析和比较,提出了基于朗肯循环回收利用发动机废气能量的方法,并以某一天然气发动机为研究对象,通过AVL BOOST软件模拟分析了发动机的工作过程,获得了发动机废气的相关参数;根据理想气体混合物热物性参数的导出方法,推导并计算了不同废气成分的发动机废气热物性;运用热力学第一定律和第二定律分别对发动机废气能量的大小和品质以及可用能的理论极限进行了系统的分析,提出了采用朗肯循环回收发动机废气能量过程中,提高回收利用效率的措施。分析了朗肯循环中工质的种类和运行条件对系统的效率、经济性和结构参数的影响规律。所得的分析结论对废气能量回收利用系统的设计具有很好的理论参考价值。在理论分析基础上,选择水作为循环工质,计算了系统的运行参数和各部件的结构参数,设计了由热交换器、冷凝器、泵和涡轮机组成的发动机废气能量回收利用系统,并对所设计的系统进行了性能分析,结果表明:在发动机标定工况下,该系统实际回收的能量达到23.56kW。如果这部分功率与发动机的输出动力进行耦合,可使发动机的热效率从32.1%提高到35.2%,有效功率提高9.7%,燃油消耗率降低8.8%。由此可见,采用朗肯循环回收利用发动机废气能量是一种行之有效的方法,能实现汽车节能、降低油耗和CO2排放。