Los motores de combustión interna son, fundamentalmente, máquinas térmicas. Convierten la energía potencial química en energía térmica y, posteriormente, en trabajo cinético. Según las leyes de la termodinámica, nunca pueden alcanzar una eficiencia del 100%; siempre se pierde mucha energía en forma de calor residual.
Variables clave:
- Relación de compresión (r): La relación entre el volumen del cilindro en la parte inferior de la carrera y en la parte superior. Las relaciones más altas extraen más trabajo de los gases en expansión, aumentando la eficiencia mediante la ecuación de eficiencia del ciclo Otto ideal: η = 1 - 1 / r γ-1
- Detonación del motor: Si la relación de compresión es demasiado alta para un combustible determinado, el calor de la compresión provoca que el combustible se autoencienda prematuramente (detonación). Esto causa daños graves y una pérdida drástica de potencia. Los diferentes combustibles tienen distinta resistencia a la detonación (índice de octano).
- Relación aire-combustible (RAE): La proporción de masa de aire y combustible. Una mezcla rica (más combustible) proporciona la máxima potencia, pero desperdicia combustible sin quemar (menor eficiencia). Una mezcla ligeramente pobre (más aire) mejora la eficiencia, pero puede provocar que el motor se sobrecaliente.
El reto de la ingeniería: Los ingenieros deben equilibrar estas limitaciones. Se busca la mayor relación de compresión posible para lograr eficiencia, pero existen limitaciones impuestas por las propiedades físicas (límite de detonación) del combustible.