Den effektivitet av en "intern forbrennings" -motoren er forholdet mellom den mekaniske kraft tilbake til den termiske effekt som leveres av brennstoffet. Dette utbyttet økes alltid med Carnot-avkastningen , og sistnevnte varierer med temperaturforskjellen. Effektiviteten til forbrenningsmotorer kan derfor være forskjellig, avhengig av hvilke applikasjoner og drivstoff som er vurdert. For eksempel har de beste produksjonsmotorene for bilbruk en effektivitet på opptil 36% for en gnisttenning bensinmotor og 42% for en dieselmotor, mens de beste tungoljemotorer kan nærme seg 50%.
Den beste effektiviteten til forbrenningsmotorer oppnås på dieselmotorer som brenner tung fyringsolje beregnet på båter eller kraftverk. Deres avkastning er nær 50%. Disse kraftige motorene (fra 7500 til 90.000 kW ) er langtakts totaktsmotorer (mer enn dobbelt så stort som stempelets diameter), utstyrt med turboladere som gir boosttrykk på flere barer.
Forbindelsesstengene deres aktiverer ikke stemplene direkte, men glir , slik at stemplene ikke får sidekraft og slites veldig lite. Levetiden til denne typen motor overstiger 50 år. Disse veldig sakte roterende motorene er veldig høye på grunn av glidebryterne. For en motor på 90 megawatt varierer rotasjonshastigheten fra 65 til 100 o / min og tillater direkte kjøring av en girløs propell, noe som bidrar til å minimere friksjon, redusere vedlikehold og forbedre ytelsen. Høyden overstiger 17 meter (seks etasjer), massen er over 2000 tonn, og sylinderenes diameter er omtrent 1 m .
Disse motorene har ofte inntaksporter og en eksosventil. For å oppnå en slik effektivitet blir en del av energien til eksosgassene gjenvunnet via turbo-generatorer og kan returneres til aksellinjen ved bruk av synkrone maskiner .
De beste seriemotorene for bilbruk har effektiviteten så høy, under optimale forhold, 36% for en gnisttenning bensinmotor og 42% for en dieselmotor med høytrykks common rail .
Disse verdiene avhenger imidlertid sterkt av motorens driftspunkt og tilsvarer drift med høy belastning. For bilbruk krever dagens bruk raske variasjoner av motorene over et bredt spekter av hastigheter og krefter. Motorer opererer derfor ofte langt fra deres ideelle betjeningspunkt. “Som hovedregel brukes motorvogner på korte reiser i bebygde områder, noe som til slutt resulterer i belastning på motorene ved lave belastninger. Under disse forholdene blir utbyttet nedbrutt med verdier som bare når 15%. "
Det er mulig å forbedre effektiviteten til forbrenningsmotorer ved å lage motorer hvis effektivitet ved forskjellige belastninger forbedres eller å optimalisere driften i et ganske smalt område, men som krever et passende overføringseksempel ( HSD ). Mange løsninger, som har vært studert i flere tiår, blir diskutert nedenfor.
Med unntak av energien forbruket av tilbehøret blir alle disse tapene til varme.
Ved å bruke elektriske, pneumatiske eller hydrauliske ventilkontroller , med delikat kontroll .
Den største vanskeligheten ved visse bruksområder, og spesielt for bilen, er det betydelige fallet i effektivitet ved mellombelastning. Tendensen til å øke motorkraften for å forbedre kjørekomforten betyr også at motorene brukes ved stadig lavere belastning, noe som gjør situasjonen verre. Det er derfor ønskelig å søke å forbedre effektiviteten ved mellombelastninger.
Motorer med deaktivering av en del av sylindreneI disse motorene slutter ventilene å virke på noen sylindere når etterspørselen er lav. De resterende sylindrene fungerer da ved høyere belastning, og derfor med bedre effektivitet. Det mekaniske systemet blir mer komplekst og de deaktiverte sylindrene fortsetter å generere friksjonstap, bare pumpetapene Blir fjernet. Det er vanskelig å administrere motorens termiske balanse. Dette brukes på avanserte biler med høy fortrengning, vanligvis med flere rader med sylindere.
Variable komprimeringsmotorer (VCR)Ved mekaniske systemer kan kompresjonen tilpasses i henhold til motorbelastningen. Flertallet av systemene som brukes innebærer forskyvning av store deler av motoren, noe som skaper mekaniske eller transmisjonsbegrensninger. Et av unntakene er MCE-5-motoren , hvis motorblokk forblir i ett stykke. Denne motoren er nær industrialisering .
Den variable komprimeringen vil lette realiseringen av en HCCI-motor .
Variable løfteventilerDet er mekaniske løftesystemer (som V-TEC-systemet på Honda) eller andre uten kamaksler med pneumatisk, hydraulisk eller elektrisk kontroll, kjent som kamløs .
Sylinderfyllingen kan varieres ved hjelp av Atkinson-syklusen , og forbedrer effektiviteten ved delbelastning. Åpningsforskudd og forsinkelse endres også i sanntid som en funksjon av motorens øyeblikkelige parametere. Spesielt er et av målene å ikke lenger ha en inntaksgass, og dermed begrense strømningstap. Dette vil også lette realiseringen av en HCCI-motor .
Med elektriske ventiler, i tillegg til variabel løft, reduseres distribusjonstap fordi det elektriske forbruket for ventilheis krever mindre kraft enn en tradisjonell kamaksel. Pneumatiske løfteventiler brukes på noen lastebilmotorer.
Stopp motoren når den ikke er i brukTjenesten for transport innebærer stopp som kan være hyppige i bybruk. Uten belastning er effektiviteten null, og tomgangsforbruket kan spares ved å stoppe motoren og starte den på nytt når det er nødvendig.
Nålelager har mindre friksjon enn glidelagre, men forbindelsesstengene kan ikke demonteres, og veivakselen og forbindelsesstengene må settes sammen. Det er ikke egnet for veivnåler med stor diameter. Siden koblingsstengene er lettere, letter dette også hurtige turtall.
Det er en vanlig teknologi innen motorsykkelmotor. En av få bilapplikasjoner var Panhard- motoren fra 1950- og 1960-tallet , som inneholdt to flate sylindere.
Stempel uten sideinnsatsDe Revetec motor tilbyr et system erstatte forbindelsesstangen / veivaksel system med en dobbel kam helt opphever sidekrefter. Siden stemplene drives av lagre som ruller på kammen, er det også en gevinst på transformasjonen av lineær bevegelse til rotasjonsbevegelse fordi det ikke er noen glidelager. Maksimal effektivitet for den siste prototypen når 38% for en tenningsmotor hvis timing og sylinderhoder er relativt primitive. Denne motoren er i sin andre generasjon prototyper.
Den MCE-5 motor , hvis viktigste formål er å være en variabel komprimering motor, tilbud som en ytterligere fordel den kansellering av sidekrefter på stemplene ved en oscillerende girsystem. Den har veivaksel og forbindelsesstenger.
Gjenvinning av eksosenergi med en turbinDe turboladere bruker energien fra eksosen for å komprimere inntaksgassene.
Det er også mulig å koble turbinen til drivakselen for å gjenopprette en av kraftenheten ( turbo-sammensatte motorer (in) ). Reduksjonstoget er komplekst, og dette fungerer bare riktig i et begrenset effektområde. Denne løsningen ble utviklet på flymotorer på slutten av 1940 - tallet og brukes for tiden på Detroit Diesel- og Scania- og Volvo- lastebilmotorer (siden 2017).
Kjøling energi utvinningDen seks-takts Crower-motoren gjenvinner kjølevarme ved å injisere vann i sylinderen, noe som skaper en komplementær dampmotorsyklus i tillegg til forbrenningssyklusen. Det er knapt noen data om eksisterende prototyper, og utviklingen ser ut til å ha stoppet (se Vannmotor ).
Bajulaz-seks-taktsmotoren gjenvinner kjølevarme fra et forbrenningskammer som er atskilt fra sylinderen. Denne varmen brukes til å forvarme luften, hvis utvidelse vil bli brukt i løpet av et femte trinn.
Velozeta-motoren gjenoppretter kjøling og eksosvarme ved direkte injeksjon av luft i sylinderen under eksosen. Den har den ekstra fordelen at den reduserer forurensning på grunn av bedre skanning av sylinderen.
Varmegjenvinningsmotoren kobler en Ericssons forbrenningsmotor til en konvensjonell varmemotor . Forbindelsen mellom de to systemene er laget av et multifunksjonsstempel. Det forventes en samlet avkastning på 65%.
TotaktsmotorerEnkle totaktsmotorer, selv om de har mindre friksjonstap, har ofte lavere effektivitet enn firetaktsmotorer av forskjellige årsaker:
De industrielle dieselmotorene som for øyeblikket har best effektivitet er langsomme totaktsmotorer, med veldig høy turbokompresjon, veldig lang taktslag og inntaksventil .
Testene av totakts direkteinjeksjonsmotorer for bilbruk har gitt interessante resultater for effektiviteten, men forurensningsproblemene knyttet til oljeinnsamlingen ved feiing gjennom veivhuset har ikke gjort det mulig å overholde forurensningsforskriftene. - strømforurensning .
Kombiner ulike løsningerNoen av løsningene beskrevet ovenfor kan kombineres, effekten av disse kombinasjonene er mer eller mindre kumulative. For eksempel vil en Revetec-motor med lav friksjon ha full nytte av et ventilsystem med variabelt løft. Kombinasjonen av en variabel kompresjonsmotor og variable løfteventiler er positiv, men fordelene legger ikke helt opp .