Việc cải thiện hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong là vô cùng khó khăn do một số hạn chế cơ bản và thực tế:
Giới hạn nhiệt động:
Động cơ đốt trong bị ràng buộc bởi các định luật nhiệt động lực học-đặc biệt là giới hạn hiệu suất Carnot. Ngay cả trong điều kiện lý tưởng, chỉ một phần nhiệt lượng từ nhiên liệu có thể chuyển thành công hữu ích. Phần lớn năng lượng chắc chắn bị thất thoát dưới dạng nhiệt thải qua hệ thống xả và làm mát.
Tổn thất cơ học và ma sát:
Khi hiệu suất tăng lên, những cải tiến tiếp theo trở nên không đáng kể vì ma sát, tổn thất khi bơm và tổn thất ký sinh (từ các bộ phận như máy bơm nước hoặc máy phát điện) đã được giảm thiểu ở mức độ lớn trong các động cơ hiện đại.
Ràng buộc vật chất:
Hiệu suất nhiệt cao hơn thường đòi hỏi nhiệt độ và áp suất đốt cháy cao hơn, đòi hỏi các vật liệu tiên tiến có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Những vật liệu này có thể đắt tiền hoặc chưa có tính khả thi về mặt thương mại.
Sự đánh đổi{0}}sự phát thải:
Các kỹ thuật cải thiện hiệu suất-chẳng hạn như-đốt cháy nạc-có thể dẫn đến lượng phát thải oxit nitơ (NOx) cao hơn. Các quy định phát thải nghiêm ngặt hơn thường buộc các nhà sản xuất phải ưu tiên đốt sạch hơn hơn là đạt hiệu quả tối đa.
Lợi nhuận giảm dần:
Động cơ hiện đại đã đạt được hiệu suất tương đối cao (lên tới 40–45% ở một số xe hybrid). Những cải tiến tiếp theo ngày càng trở nên phức tạp, tốn kém và ít tác động hơn đến-việc lái xe trong thế giới thực.
Do đó, nhiều nhà sản xuất đang chuyển trọng tâm sang điện khí hóa, trong đó việc chuyển đổi năng lượng có thể hiệu quả hơn về tổng thể.
