În ultimii ani, grupul de autoturisme cu propulsie alternativă a câștigat din ce în ce mai mult teren și unul dintre argumentele cel mai des auzite în favoarea motoarelor electrice este că acestea funcționează cu o eficiență semnificativ mai bună decât omologii lor cu motoarele cu ardere internă.
De la apariția lor s-au făcut eforturi pentru a îmbunătăți eficiența resurselor alimentate cu benzină și motorină, dar dezavantajul este încă considerabil. În articolul care urmează vom analiza în detaliu elementele care alcătuiesc pierderile motoarelor cu ardere internă și ce soluții sunt folosite pentru compensarea acestora.

Parametrii motorului
Motorul cu ardere internă este un motor termic, sarcina sa este de a converti cât mai mult posibil din puterea calorică a propulsorului, care poate fi apoi folosit de lanțul de transmisie pentru a accelera vehiculul și a-și menține viteza, precum și în ceea ce priveşte operarea echipamentelor auxiliare.
Parametrii pot fi împărțiți în două grupe separate: geometrici și energetici - aceștia sunt, desigur, legați unul de celălalt. Toate acestea indică performanța motorului dat: diametrul pistonului (D), cursa pistonului (s), numărul cursei (n), numărul de cilindri (z) și presiunea aerului pompat prin motor (p). Toate acestea pot fi exprimate cu următoarea formulă:

Dacă avem toate datele de mai sus, performanța motorului poate fi calculată cu ușurință, dar determinarea datelor principale ale unui anumit motor este posibilă numai în anumite circumstanțe.
Valoarea de 0,5 de lângă numărul de bătăi din formulă este izbitoare. Aceasta este o compensație pentru motoarele în patru timpi. În cazul versiunilor în doi timpi, există câte o cursă de lucru pentru fiecare, resursa procesează de două ori cantitatea de gaz, astfel încât și performanța este dublată. Cu toate acestea, cursa sa efectivă este mai mare de jumătate din cursa geometrică, astfel încât nu numai că volumul efectiv de cursă este mai mic decât cel calculat, ci și raportul de compresie real, astfel eficiența transformării energiei va fi mai puțin favorabilă.

Un alt punct important este raportul alezaj/cursă menționat, care nu este reflectat în formula de mai sus. Deoarece puterea motorului poate fi crescută efectiv prin creșterea rotațiilor, o soluție promițătoare de compensare este creșterea alezajului cilindrului față de lungimea cursei, deplasând astfel raportul alezaj/cursă într-o direcție crescătoare, deoarece se poate demonstra că capacitatea pe unitate va fi oricum mai mare.
Cu toate acestea, dimensiunea orificiului nu poate fi mărită la infinit: cu cât această valoare crește, cu atât forma camerei de ardere devine mai nefavorabilă ceea ce duce la o ardere din ce în ce mai puțin eficientă și la o tendință de detonare.
Numărul de cilindri afectează și performanța: dacă același volum de cursă este asigurat de mai mulți cilindri mai mici, încărcarea va fi mai eficientă, gestionarea căldurii va fi mai favorabilă, dar pierderile prin frecare vor crește, ceea ce duce la o deteriorare atât a eficienței, cât și a caracteristicilor de emisie.

Noțiuni de eficiență
Pierderile motoarelor cu ardere internă sunt împărțite în două mari grupe: pierderi interne și externe - suma acestora dă valoarea care descrie cât de mult din puterea calorică a combustibilului.
Printre pierderile interne se numără acele elemente care sunt create ca urmare a proceselor ireversibile care au loc în motor. Pierderile interne apar ca urmare a curgerii, frecării, impactului la mediul de lucru, schimbului de căldură cu mediul înconjurător, scurgerilor și altor pierderi.
Pierderile externe reprezintă factorii de reducere a muncii ciclului care nu au nicio influență asupra stării mediului de lucru. În esență, acestea sunt mecanice, deci pierderile prin frecare și puterea pierdută din cauza funcționării echipamentelor auxiliare.

Folosim lucrările lui F. A. F. Schmidt pentru a ilustra amploarea acestora:

Deoarece pierderea este de aproximativ 69%, randamentul efectiv al motorului este de 31%. Aceasta este, desigur, doar o valoare generală, iar tabelul indică rapoarte din cadrul acesteia.
Tabelul arată că motorul suferă cea mai mare pierdere în timpul utilizării termice a combustibilului. Aceasta se caracterizează prin eficiența termică care poate fi calculată folosind următoarea formulă:

Unde:

• W0 – lucrarea teoretică
• βα – efectul de reducere a eficienţei al reacţiilor mediului real de lucru
• B – consumul de combustibil pentru lucrări teoretice
• Hi - puterea calorică a combustibilului

Gradul de bunătate arată diferența dintre ciclul teoretic și ciclul real:

Unde:

•  Wi – lucrarea indicată
• W0 – lucrarea teoretică

Randamentul indicat este coeficientul dintre munca indicată și căldura introdusă, dar corespunde și produsului cu eficiență termică.

η_i = η_t ∙ η_j

Raportul dintre puterea reală (Pe) măsurată pe arborele cotit al motorului și puterea indicată (Pi) oferă eficiența mecanică:

η_m = P_e / P_i

Această formulă este la fel de valabilă pentru munca eficientă indicată, precum și pentru presiune.
Dacă comparăm munca sau puterea care apare pe arborele principal al motorului cu aportul de căldură cu combustibil, obținem eficiența cunoscută sub denumirea de eficiență economică.

η_e = W_e / W_o

Aceasta este valoarea care exprimă toate pierderile motorului, deci reprezintă randamentul total al motorului:

η_e = η_t ∙ η_j ∙ η_m

Valoarea sa practică este de 0,25-0,35 pentru motoarele pe benzină și 0,28-0,42 pentru motoarele diesel.

Creșterea eficienței
Este important de reținut că fiecare stare de funcționare are o eficiență specifică - în unele intervale de viteză întâlnim valori mult mai rele decât cele menționate mai sus. Prin urmare, s-au făcut multe eforturi pentru a limita funcționarea motoarelor cu ardere internă la cele mai eficiente condiții de funcționare (de exemplu, unități hibride).
Utilizarea unui turbocompresor are ca rezultat o creștere semnificativă a eficienței, deoarece dispozitivul utilizează căldura reziduală și mișcarea gazelor de eșapament pentru a crește nivelul de încărcare care ar fi eliberat în mediu fără turbo.
Cele mai moderne sisteme, cum ar fi sursele de energie de Formula 1, ajung în zilele noastre la o eficiență de 50%, în timp ce motoarele electrice sunt de 80-90% sau mai mult în comparație cu randamentul său.