В идеальном двигателе внутреннего сгорания со 100-процентным КПД топливо сгорает, образуя только углекислый газ и водяной пар. На практике, конечно, двигатели далеки от экономичности и процесса сгорания. также производит монооксид углерода, оксиды азота и несгоревшие углеводороды, а также диоксид углерода и водяной пар.
Двигатель Ford CVH, работающий на обедненной смеси
Эти побочные продукты сгорания выбрасываются вместе с выхлопными газами автомобиля в атмосферу, где они загрязняют окружающую среду.
В последние годы общественное беспокойство по поводу загрязнения атмосферы и скорое принятие законов ЕЭС по борьбе с загрязнением привело к тому, что производители автомобилей стали искать способы снижения уровня этих газов в выхлопных газах автомобилей.
Существует два основных подхода к снижению вредных выбросов выхлопных газов:использование двигателей, работающих на обедненной смеси, или установка каталитических нейтрализаторов в выхлопной системе.
Двигатели, работающие на обедненной смеси, предназначены для снижения уровня вредных выбросов за счет лучшего контроля сгорания и более полного сгорания в цилиндрах двигателя.
Каталитические нейтрализаторы очищают выхлопные газы двигателя. Катализаторы — более старая из двух систем, которые уже несколько лет используются в США и Японии.
Каталитические нейтрализаторы устанавливаются производителем автомобиля после двигателя в выхлопной системе. Он выглядит как слегка вздутый глушитель и содержит тонкие металлические или керамические соты, покрытые платиной или родственным металлом, по которым проходят выхлопные газы.
Платина инициирует химическую реакцию, в ходе которой вредные компоненты выхлопных газов превращаются в безвредные азот, углекислый газ и водяной пар.
Проблема каталитических нейтрализаторов заключается в том, что они снижают мощность двигателя и снижают расход топлива. Они также приводят к увеличению затрат на техническое обслуживание.
Еще одним недостатком является то, что для правильной работы каталитической системе требуется неэтилированный бензин, потому что любой свинец в выхлопных газах быстро снижает эффективность катализатора. А некоторые европейские страны, такие как Великобритания, не имеют или имеют очень мало точек сбыта неэтилированного бензина, и мало надежды на создание всеобъемлющей сети для распределения нового топлива в ближайшем будущем.
Двигатель Форда, работающий на обедненной смеси, основанный на CVH, имеет камеру сгорания почковидной формы — она больше похожа на смещенную от центра полусферическую камеру.
Этот тип конструкции обеспечивает хорошее дыхание, а усиленный эффект «хлюпанья» означает, что топливо и воздух будут хорошо смешиваться для воспламенения. Смесь нагнетается вверх и в стороны в форме почки камеры, а не просто выталкивается в более правильную полусферу более ранней конструкции.
Эти проблемы вынудили производителей автомобилей искать другие пути снижения выбросов выхлопных газов. Самый очевидный способ сократить выбросы — это в первую очередь сжигать меньше топлива.
Это требует повышения тепловой эффективности, чего сейчас очень трудно добиться, поскольку все доступные пути уже реализованы.
Одна из оставшихся возможностей состоит в том, чтобы произвести «более бедную» смесь, а именно уменьшить долю топлива в топливно-воздушной смеси, поступающей в двигатель.
Бензин лучше всего горит в стандартном автомобильном двигателе, когда он смешивается с воздухом в пропорции 14,7:1 – почти 15 частей воздуха на одну часть бензина. На практике плотность смеси варьируется примерно от 13:1 до 16:1, в зависимости от скорости двигателя и его нагрузки в данный момент. На этих смесях двигатели производят довольно высокий уровень вредных выбросов выхлопных газов, особенно при начальном ускорении.
Когда вы пытаетесь отойти от идеального соотношения топливо/воздух, это влияет на работу двигателя - если в двигатель подается слишком много топлива, он дымит, быстро изнашивается и обходится дорого в эксплуатации. Если двигатель настроен на точную работу, сгорание становится чрезвычайно изменчивым от одного цикла к другому, температура выхлопных газов повышается из-за стойкости пламени от циклов «позднего сгорания», и двигатель начинает часто давать пропуски зажигания. Все это приводит к высокому уровню углеводородов в выхлопных газах.
Чтобы преодолеть трудности, связанные с обеспечением хорошей работы двигателя на более бедных смесях, воздушно-топливная смесь должна быть более тщательно перемешана, а фактический момент зажигания и процесс сгорания должны очень точно контролироваться.
С этой целью некоторые производители автомобилей устанавливают системы управления двигателем, в которых сложная электроника управляет как зажиганием, так и системами подачи топлива. Это позволяет убедиться, что свечи зажигания загораются в нужный момент для воспламенения свежей топливно-воздушной смеси, которая в противном случае может не загореться.
Также в разработке находятся детали двигателя из новых материалов, обладающих большей термостойкостью, например поршни из керамики. Но большая часть разработок направлена на то, чтобы воздух и топливо хорошо смешивались.
При уменьшении доли топлива в смеси, поступающей в двигатель, производители автомобилей столкнулись с проблемами пропусков зажигания и неполного сгорания, которые в некоторых случаях приводили к увеличению, а не к снижению расхода топлива.
Чтобы обойти эти проблемы, промышленность опробовала различные способы «перемешивания» смеси непосредственно перед воспламенением с целью обеспечения более быстрого и более полного сгорания.
Существует три основных способа перемешивания смеси. Во-первых, впускные каналы двигателя могут иметь форму, вызывающую завихрение - метод, заимствованный из дизельных двигателей с непосредственным впрыском. Во-вторых, дефлектор или «забор», вокруг которого должна обтекать смесь, может располагаться рядом с впускным клапаном или клапанами. И, в-третьих, сама камера сгорания может быть сделана меньше диаметра цилиндра для создания так называемого «хлюпающего» эффекта — при сжатии от приближающегося поршня топливно-воздушная смесь должна протискиваться в камеру сгорания, а это увеличивает плотность капли топлива в камере.
Разработка того, как лучше спроектировать двигатель, чтобы он мог работать на очень бедных топливных смесях, является очень сложным процессом. Часть проблемы заключается в попытке увидеть, что на самом деле происходит внутри камеры сгорания, когда горит топливно-воздушная смесь, особенно когда дроссельная заслонка быстро открывается или закрывается.
Поэтому исследователи теперь используют кварцевое окно в камере сгорания в сочетании с кинокамерой и сложным компьютерным программированием, чтобы точно видеть, что происходит внутри. Из этого они могут сказать, как и куда распространяется пламя, что дает представление о том, насколько полно горит смесь.
Нынешнее поколение двигателей, работающих на обедненной смеси, работает с передаточными числами около 17:1 или 18:1, а следующее поколение должно работать со средними передаточными числами 20:1 или 22:1.
Но технологии «бережливого бездельника» еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем она полностью будет соответствовать предлагаемым законам ЕЭС. Некоторые производители предлагают использовать комбинацию катализатора и двигателя, работающего на обедненной смеси, чтобы соответствовать требованиям новых правил.
Как и Ford CVH, 2-литровый двигатель Fiat CHT создан на основе существующего двигателя Fiat с двумя распредвалами. дизайн, который существует уже несколько лет. CHT расшифровывается как Controlled High Turbulence, что означает тщательное смешивание воздуха и топлива перед сгоранием. Во впускном коллекторе установлена дроссельная заслонка. При полном дросселе дроссельная заслонка открыта, и топливно-воздушная смесь следует по своему обычному маршруту вдоль впускного коллектора к камерам сгорания. Но при легком дросселе соединение с дросселем закрывает бабочку (за исключением небольшого выреза, через который проходит часть смеси). Большая часть топливно-воздушной смеси направляется по другому, более узкому каналу в камеры, что заставляет смесь течь быстрее. Сетка турбулентности 
Руководство по выхлопным системам для начинающих
Роторные двигатели | Автомеханика 101
Что такое двигатель с искровым зажиганием?
Что такое двигатель внешнего сгорания? – их пример
Что такое движок? – Различные типы двигателей