Motor termal verim Carnot bağlantısı, içten yanmalı motor tasarımının termodinamik sınırlarını anlamak için kritik teorik çerçeveyi kurar. Carnot teoremi herhangi bir ısı makinesinin, aynı kaynak ve alıcı sıcaklıklarında çalışan ideal Carnot çevrimi verimini aşamayacağını ifade eder: η_Carnot = 1 - (T_alıcı / T_kaynak). Motor termal verim Carnot ilişkisini içten yanmalı motorlara uygulamak bazı metodolojik güçlükler içerir. İçten yanmalı motorlar ısıyı dışarıdan sabit sıcaklıkta alan bir sistem değil; ısıyı yakıt kimyasal enerjisini kendi bünyesinde serbest bırakarak üreten bir sistemdir. Yanma sıcaklığı silindir içinde anlık ve mekânsal olarak değişkendir; bu nedenle T_kaynak olarak tek bir değer atamak fiziksel anlam taşımaz. Bununla birlikte yaklaşık bir Carnot çerçevesi oluşturulabilir: azami yanma sıcaklığı (yaklaşık 2500-2800 K) ile egzoz alıcı sıcaklığı (yaklaşık 1000-1200 K) arasındaki fark teorik verimlilik tavanı için referans sağlar. Bu yaklaşık çerçevede motor termal verim Carnot sınırı %55-65 civarına işaret eder. Gerçek motor ısıl verimlilik değerleri ise en gelişmiş modern dizel uygulamalarında bile %48-52 civarında seyreder; benzinli motorlarda bu değer tipik olarak %38-45'tir. Fark yakıt içindeki kimyasal enerjinin bir bölümünün egzozla kaybolmasından, yanma irreversibilitesinden (entropi üretimi), sürtünmeden ve soğutma sistemiyle ısı transferinden kaynaklanır. Motor termal verim Carnot teoremi açısından değerlendirildiğinde motor mühendisliği için en önemli çıkarım, egzoz gazının yüksek entropi içerdiği ve bu entropi üretiminin azaltılmasının, homogeneous charge compression ignition (HCCI) ve benzer gelişmiş yanma rejimleri gibi çözümlerle, teorik verimlilik tavanına yaklaşmanın temel yolu olduğudur.