In che modo i motori a combustione (ad esempio tutti i motori a benzina senza piombo a 4 cilindri) hanno livelli variabili di efficienza se il concetto e il design sono relativamente gli stessi? Cosa migliora l'efficienza?

I motori a benzina controllano la potenza limitando la quantità di aria che può entrare nel motore. Ciò riduce l'efficienza perché stai sprecando un po 'di energia per aspirare aria oltre la limitazione, oltre a ridurre la temperatura / pressione di picco e altri fattori che consentirebbero al motore di funzionare alla massima efficienza.

Quindi un motore sovradimensionato a una piccola frazione della sua potenza possibile è spesso meno efficiente di un motore piccolo vicino alla sua piena potenza.

I motori a benzina hanno anche limiti su quanto possono comprimere la miscela aria / carburante (rapporto di compressione) nonché l'uso della pressione del turbo e limiti sul rapporto di aria per alimentare. Questi sono tutti relativi al problema della combustione del combustibile prima che si supponga (preignizione o detonazione) o mancata combustione.

I moderni sistemi a iniezione diretta (che condividono alcuni di questi vantaggi con i motori Diesel) aggirano questi limiti aspettando di iniettare carburante fino al momento in cui dovrebbe bruciare, e combinati con avanzati sistemi di accensione assicurati che bruci anche in condizioni non ideali.

L'iniezione di carburante in sé era già un miglioramento rispetto ai carburatori, con i vantaggi di semplicemente assicurarsi che tutto il carburante fosse miscelato con l'aria in modo che potesse bruciare e consentire un controllo più preciso miscela aria / carburante in diversi casi.

Ci sono 3 fattori principali . Quanto è efficiente il combustibile bruciato, quanto bene viene estratta l'energia dal gas colpito e l'energia utilizzata per mantenere il motore acceso

Idealmente vuoi che il combustibile sia ben atomizzato, quindi quando lo accendi la parte anteriore della fiamma si muove agevolmente attraverso di esso e bruci tutto il combustibile. Se hai grosse goccioline di carburante o goccioline poco distanziate, non ottieni nemmeno una bruciatura e non ottieni tutta l'energia dal carburante. I moderni motori a iniezione diretta ottengono una migliore dispersione rispetto ai vecchi motori a carburatore o addirittura al carburante iniettato nella porta di aspirazione

Il prossimo è quanto bene puoi catturare quell'energia. Ciò si riduce a lasciare che il gas si espanda il più possibile, l'efficienza del motore termico è determinata dalla differenza tra la temperatura di picco e di scarico, più si espande il gas, più energia si cattura e più si raffredda. I motori a ciclo Atkinson sono utilizzati negli ibridi e hanno una corsa di espansione più lunga rispetto alla corsa di compressione, quindi possono estrarre più energia di un motore a ciclo Otto simmetrico

Finalmente hai delle inefficienze nel motore. Se la tua auto ha bisogno 20 HP mentre navighi sull'autostrada ma la pompa dell'olio, la pompa dell'acqua e le webcam impiegano 3 HP per funzionare, quindi il tuo motore deve generare 23 HP. Se passiamo a un olio più sottile, tubi migliori e camme a controllo elettronico leggero, puoi raderlo fino a 1 e il tuo motore deve solo fare 21 HP, quindi l'efficienza del tuo motore è migliorata di quasi 10%!

Sono stato in una delle maratone eco shell (distanza massima con 1L di gas) che hanno raggiunto 2200 km / L (era un prototipo in carbonio pieno, una persona … Non una macchina reale).

Quello che il designer fece fu usare la stessa esplosione per una distanza maggiore del pistone. Non so se sia un modo tradizionale per migliorare l'efficienza ma ha funzionato.

Si tratta dei compromessi che le case automobilistiche fanno per mantenere la loro tecnologia accessibile. Lasciando da parte i dettagli, possono aumentare l'efficienza utilizzando parti più precise, affidabili e progettate di recente, ma il prezzo aumenterà di conseguenza, quindi guardano i loro consumatori target e scelgono un sottoinsieme di tecnologie che danno il prezzo desiderato.

Se sei interessato, dovresti ricercare il motore Carnot. Quando ho preso la fisica, mi è stato spiegato come il modo più efficiente per realizzare un motore con cilindri.

Se inizi con quello, tutto il resto può essere visto come un modo per ottimizzare la potenza e / o l'efficienza con parti diverse