Какие недостатки есть у автомобиля с 4-ступенчатой коробкой передач по сравнению с 5-, 6- или 7-ступенчатой коробкой передач с аналогичным двигателем?

Вкратце: чем больше передач, тем выше ускорение и, возможно, ниже расход топлива, но при этом выше сложность и стоимость.

Давайте представим, что все рассматриваемые автомобили абсолютно идентичны, за исключением основного компонента трансмиссии (то есть главная передача одна и та же, мощность и крутящий момент двигателя одинаковы и т. д.). Учитывая это, давайте рассмотрим три варианта трансмиссии: с четырьмя, пятью и семью передачами.

Ограничит ли это максимальную скорость на автомагистрали? (ограничение здесь составляет в основном 120 или 140 км/ч)

Почти наверняка. Мы не предполагали, что какие-либо отдельные передачи будут совпадать в разных наборах. Однако это легко проверить: посмотрите передаточные числа для наборов передач. Если все остальные характеристики идентичны, то при одинаковом передаточном числе на высшей передаче будет достигнута одинаковая максимальная скорость.

Будет ли это ограничивать ускорение, препятствовать обгону и т. д.?

Меньшее количество передач почти наверняка приведёт к более медленному ускорению, чем большее количество передач. Большее количество передач позволяет разработчику гарантировать, что после переключения двигатель вернётся в эффективную зону на кривой крутящего момента (в моём автомобиле это означает сохранение высоких оборотов).

Полезно представить себе крайний случай: автомобиль с одной передачей. Ему пришлось бы набирать обороты с нуля, и в конце концов он достиг бы максимального крутящего момента где-то на скорости шоссе, а затем заглох бы на максимальной скорости. Именно из-за таких низких характеристик вам нужно как можно больше передач: они позволяют выбрать оптимальный крутящий момент для конкретной ситуации.

С другой стороны, переключение передач в трансмиссии занимает определённое время. Если количество передач слишком велико, а время переключения передач слишком велико, то в конечном счёте соотношение затрат и выгод от многоступенчатой трансмиссии может снизиться. Однако это не имеет отношения к вашей ситуации.

Есть ли какие-то другие ограничения или проблемы, которые я мог упустить?
Я почти не выезжаю за пределы города.

Если бы вы водили машину с механической коробкой передач, я бы сказал, что семь передач могут раздражать при езде в основном по городу. Автоматическая коробка передач в городе работает намного плавнее и может обеспечить больший пробег на одном баке. В зависимости от того, как запрограммирована автоматическая коробка передач, она может быстро переключаться на высокую передачу (снижая обороты и, следовательно, расход топлива).

Каждый раз, когда внедряются улучшения, даже незначительные изменения в технических характеристиках автомобиля, конечной целью становится снижение расхода топлива. Меньший расход топлива означает более низкий уровень выбросов. Если у вас автомобиль с 7 скоростями, то при скорости 112 км/ч на автомагистрали обороты двигателя будут составлять около 1500 об/мин. При таких низких оборотах система управления двигателем может полностью оптимизировать мощность, расход топлива и, что самое важное, уровень выбросов. Меньшая частота вращения двигателя даёт разработчику больше времени на один оборот, чтобы обеспечить более высокий уровень контроля. Сегодня счёт идёт на миллисекунды. В современных городах такие характеристики автомобиля, как ускорение, становятся всё менее значимыми. В Лондоне (Великобритания) поездка на автомобиле длиной в 10 миль в течение рабочего дня займёт не менее часа. При выборе автомобиля для использования преимущественно в городе сегодня лучше ориентироваться на стоимость владения, размер ежегодного налога, размер страховки и прогнозируемые расходы на техническое обслуживание.

Есть две основные причины, по которым автопроизводители стали устанавливать в свои автомобили больше передач: ускорение и экономия топлива. Основная цель — поддерживать двигатель в диапазоне крутящего момента. В этом диапазоне двигатель работает наиболее эффективно (экономия топлива), а поскольку ему не нужно возвращаться в диапазон крутящего момента после переключения передачи (он уже там), он ускоряется быстрее.

В пределах разумного, высшая передача большинства автоматических коробок передач с повышающей передачей будет практически одинаковой (в пределах разумного). Это означает, что максимальная скорость будет примерно одинаковой. Максимальная мощность — это то, что будет ограничивать вас при прочих равных условиях... это практически исключает трансмиссию как определяющий фактор при рассмотрении данного вопроса.

Если у автомобиля 4, 5, 6 или 7 передач, то при прочих равных условиях максимальная скорость будет одинаковой. Изменится только ускорение.

На каждой передаче есть диапазон, в котором мощность максимальна. На скоростях ниже этого диапазона мощность низкая (вы когда-нибудь пытались разогнаться на 5-й передаче с места?) А на скоростях выше этого диапазона вы сталкиваетесь с ограничениями по скорости двигателя.

Таким образом, чем больше передач, тем больше времени вы можете провести в диапазоне мощности, что повышает эффективность ускорения, однако это может быть компенсировано временем, необходимым для переключения передач.

Например, у больших грузовиков может быть 12 передач — им нужна мощность для ускорения тяжёлых грузов. Но поскольку передаточные числа очень близки, для достижения максимальной скорости требуется много времени.

Максимальная скорость сама по себе не зависит от количества передач. Для максимальной скорости важны мощность и максимальная частота вращения двигателя, а также передаточное число высшей передачи.

Итак, ответ на вопрос 1 — нет
Вопрос 2 — вероятно, дело в объёме/мощности двигателя
Вопрос 3 — слишком обширный, чтобы ответить на него здесь. Я бы предложил удалить этот вопрос (не стоит задавать несколько вопросов одновременно)