¿Existe algún límite práctico para la eficiencia de un motor de gasolina? ¿Nos estamos acercando a ese límite después de más de 130 años?

Answer 1

Al igual que con muchos sistemas complejos, es posible que se sorprenda de la fuente de la limitación con respecto a la eficiencia del combustible del motor: los estándares de emisiones. Extraño, lo sé. ¿Por qué quemar menos combustible significaría MÁS emisiones? Bueno, tiene que ver con cómo mejoramos la eficiencia de un motor. Como motor térmico, la eficiencia de un motor de gasolina está determinada por su temperatura máxima de funcionamiento, establecida principalmente por la relación de compresión. El problema es que no puede seguir aumentando la relación de compresión hasta el infinito porque comenzará a generar reacciones químicas no deseadas, es decir, la generación de óxidos de nitrógeno formadores de smog, que se forman cuando el oxígeno y el nitrógeno reaccionan a altas temperaturas y presiones. : precisamente las condiciones que obtienes cuando sigues aumentando la relación de compresión. Aparte de las emisiones, no hay mucho que le impida aumentar la relación de compresión; los materiales y el diseño son lo suficientemente fuertes, y los aceites lubricantes son más resistentes a la temperatura. Es una de las razones por las que, a pesar del hecho de que los motores más eficientes del planeta están en enormes naves superpetroleros, representan casi el 30% de las emisiones mundiales de óxido de nitrógeno.

Por lo tanto, ahora hay un límite superior fijo para la eficiencia del motor, pero los ingenieros automotrices siempre están buscando soluciones alternativas. Podríamos aceptar los niveles más altos de NOx que vienen con un motor más eficiente y hacer un tratamiento de gases de escape, a saber, “reducción catalítica selectiva” (http://en.wikipedia.org/wiki/Sel…). O podríamos operar el motor de manera más eficiente: desactivación de cilindros, transmisiones de mayor número de marchas, transmisiones híbridas y eléctricas, etc. También podemos reducir las pérdidas con ligeros o mejoras aerodinámicas. Las compañías automotrices básicamente están haciendo todo lo anterior para alcanzar objetivos más altos de MPG.

Answer 2

Hay un límite teórico de aproximadamente el 40% de eficiencia. La máxima eficacia práctica será menor que eso.

El número de eficiencia del 40% significa que el 40% de la energía química disponible se convierte en potencia motriz (antes de las pérdidas por fricción en el tren de fuerza).

La mayoría de los esfuerzos de mejora de MPG para automóviles en las últimas décadas se han dirigido más a no desperdiciar la potencia motriz que produce el motor, o a mantener los motores en un rango de velocidad donde puedan ser máximamente eficientes en lugar de mejorar la eficiencia máxima del motor . Algunos ejemplos son neumáticos de baja resistencia a la rodadura, frenado regenerativo, automóviles híbridos, apagar algunos de los cilindros cuando el motor tiene poca carga, transmisiones con 6, 7, 8 o más velocidades, etc.

La forma más fácil de mejorar la eficiencia máxima es aumentar la relación de compresión. Pero una compresión más alta significa que debe comprar combustible más caro y de mayor octanaje, y definitivamente hay límites prácticos sobre cuánto se puede aumentar la relación de compresión, en relación con los límites físicos de los materiales de los que están hechos los componentes del motor, por ejemplo, temperaturas de fusión.