Почему бы им не добавить больше частиц газа, чтобы повысить давление и заставить поршень опуститься?

Да, это так. Это называется принудительной подачей воздуха и является стандартной функцией большинства современных автомобилей. Использование компрессора, обычно турбокомпрессора (хотя иногда и нагнетателя), означает, что воздух под давлением, превышающим атмосферное, подаётся во впускной коллектор вместе с дополнительным количеством топлива, чтобы соотношение смеси составляло примерно 14:1. В турбосистемах высокого давления компрессор соединён с интеркулером (похожим на большой радиатор) для охлаждения наддува, поскольку холодный воздух имеет более высокую плотность (а значит, и большее содержание кислорода), так что, как говорится, вы получаете больше «отдачи за свои деньги».

То, что вы предлагаете, уже было реализовано несколько раз: существуют автомобили, работающие на сжатом воздухе.

Проблема в том, что у сжатого воздуха низкая плотность энергии, сравнимая со свинцово-кислотными аккумуляторами и в 30 раз ниже, чем у бензина или дизельного топлива. Поэтому у автомобилей на сжатом воздухе небольшой запас хода. Кроме того, их сложнее заправлять, чем электромобили. Такое сочетание означает, что нет причин выбирать сжатый воздух вместо электричества или двигателей внутреннего сгорания.

Количество энергии, необходимое для того, чтобы втянуть такое количество газа в цилиндр, огромно. Чтобы создать достаточно большую разницу в давлении, которая заставит поршень опуститься и приведёт в движение двигатель, а также транспортное средство, потребуется огромное количество энергии. Поэтому вопрос не в том, почему они не могут этого сделать, а в том, откуда возьмётся эта энергия?

Энергия в стандартном двигателе внутреннего сгорания поступает из топлива, будь то этанол, бензин или дизельное топливо. Топливо сгорает и выделяет большое количество энергии в виде тепла, которое нагревает и расширяет воздух. Нагретый воздух в том же объёме создаёт высокое давление, которое толкает поршень вниз.

Преимущество двигателей внутреннего сгорания в том, что используемое в них топливо обладает очень высокой плотностью энергии. То есть они содержат много энергии, несмотря на занимаемое ими пространство и вес. Электродвигатели хороши тем, что они невероятно эффективны. Хотя плотность энергии в аккумуляторах в настоящее время не сравнится с плотностью энергии в более традиционных видах топлива, при их использовании теряется гораздо меньше энергии из-за нагрева и трения.

В предложенной вами системе всю работу по созданию давления будет выполнять газовая форсунка. Она должна быть очень прочной и обладать большим запасом энергии, чтобы выполнять всю эту работу. Это возможно, но, скорее всего, такая система будет гораздо менее эффективной, чем существующие на данный момент.