Die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads von Verbrennungsmotoren ist aufgrund mehrerer grundlegender und praktischer Einschränkungen äußerst anspruchsvoll:
Thermodynamische Grenzen:
Verbrennungsmotoren unterliegen den Gesetzen der Thermodynamik-insbesondere der Carnot-Effizienzgrenze. Selbst unter idealen Bedingungen kann nur ein Teil der Wärme des Brennstoffs in nutzbare Arbeit umgewandelt werden. Ein Großteil der Energie geht unweigerlich als Abwärme durch Abluft- und Kühlsysteme verloren.
Mechanische und Reibungsverluste:
Mit zunehmender Effizienz werden weitere Verbesserungen marginal, da Reibung, Pumpverluste und parasitäre Verluste (von Komponenten wie der Wasserpumpe oder der Lichtmaschine) in modernen Motoren bereits weitgehend minimiert sind.
Materialbeschränkungen:
Eine höhere thermische Effizienz erfordert in der Regel höhere Verbrennungstemperaturen und -drücke, was fortschrittliche Materialien erfordert, die extremen Bedingungen standhalten können. Diese Materialien können teuer oder noch nicht kommerziell rentabel sein.
Emissionshandel-:
Techniken, die die Effizienz verbessern-wie die magere-Verbrennung-, können zu höheren Stickoxid-(NOx)-Emissionen führen. Strengere Emissionsvorschriften zwingen Hersteller häufig dazu, einer saubereren Verbrennung Vorrang vor maximaler Effizienz zu geben.
Sinkende Renditen:
Moderne Motoren erreichen bereits relativ hohe Wirkungsgrade (bei einigen Hybriden bis zu 40–45 %). Weitere Verbesserungen werden zunehmend komplexer, kostspieliger und weniger wirkungsvoll im realen Fahrbetrieb.
Daher verlagern viele Hersteller den Fokus auf die Elektrifizierung, wo die Energieumwandlung insgesamt effizienter sein kann.
