Trong một động cơ đốt trong lý tưởng, hiệu suất 100%, nhiên liệu sẽ đốt cháy để chỉ tạo ra carbon dioxide và hơi nước. Trong thực tế, tất nhiên, động cơ không hiệu quả và quá trình đốt cháy. sản sinh ra carbon monoxide, oxit nitơ và hydrocacbon không cháy, cũng như carbon dioxide và hơi nước.
Ford CVH Lean-burn động cơ
Các sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy này được thải ra ngoài như một phần của khí thải của ô tô vào bầu khí quyển, nơi chúng gây ô nhiễm.
Trong những năm gần đây, mối quan tâm của công chúng về ô nhiễm khí quyển và luật kiểm soát ô nhiễm của EEC sắp có hiệu lực, đã khiến các nhà sản xuất ô tô cố gắng tìm cách giảm mức độ của các loại khí này trong khí thải ô tô.
Có hai cách tiếp cận cơ bản để giảm lượng khí thải độc hại - sử dụng động cơ đốt cháy hoặc gắn bộ chuyển đổi xúc tác vào hệ thống xả.
Động cơ đốt cháy tinh gọn được thiết kế để tạo ra mức khí thải độc hại thấp hơn bằng cách kiểm soát quá trình đốt cháy tốt hơn và đốt cháy hoàn toàn hơn bên trong động cơ.
Bộ chuyển đổi chất xúc tác làm sạch khí thải từ động cơ. Chất xúc tác là hệ thống cũ hơn trong hai hệ thống và đã được sử dụng ở Mỹ và Nhật Bản trong một số năm.
Bộ chuyển đổi xúc tác được nhà sản xuất ô tô lắp ở hạ lưu của máy trong hệ thống xả. Nó trông giống như một bộ giảm thanh hơi phồng lên và chứa một tổ ong bằng kim loại hoặc gốm tốt, được phủ bằng bạch kim hoặc kim loại có liên quan, qua đó khí thải sẽ chảy qua.
Bạch kim bắt đầu một phản ứng hóa học trong đó các thành phần khí thải độc hại được chuyển hóa thành nitơ vô hại, carbon dioxide và nước.
Vấn đề với bộ chuyển đổi xúc tác là chúng làm hỏng công suất động cơ và làm giảm khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Chúng cũng dẫn đến tăng chi phí bảo trì.
Một nhược điểm khác là hệ thống xúc tác cần xăng không chì để hoạt động hiệu quả, bởi vì bất kỳ lượng chì nào trong khí thải sẽ nhanh chóng làm hỏng hiệu suất của chất xúc tác. Và một số quốc gia châu Âu, chẳng hạn như Anh, không có hoặc có rất ít cửa hàng bán xăng không chì, với rất ít hy vọng thiết lập mạng lưới toàn diện để phân phối nhiên liệu mới trong tương lai gần.
Động cơ đốt mỏng của Ford, dựa trên CVH, có một buồng đốt hình quả thận - nó trông giống như một buồng bán cầu lệch tâm.
Kiểu thiết kế này đảm bảo khả năng thở tốt và hiệu ứng 'kêu' tăng cường có nghĩa là nhiên liệu và không khí sẽ được trộn đều để đánh lửa. Hỗn hợp được ép lên và sang một bên thành hình quả thận của buồng, thay vì chỉ được đẩy vào bán cầu đều đặn hơn như thiết kế trước đó.
Những vấn đề này đã buộc các nhà sản xuất ô tô phải tìm cách khác để giảm lượng khí thải. Con đường rõ ràng nhất để giảm lượng khí thải là đốt cháy ít nhiên liệu hơn ngay từ đầu.
Điều này đòi hỏi phải cải thiện hiệu suất nhiệt, điều này hiện rất khó đạt được vì tất cả các tuyến sẵn có đã được thực hiện.
Một khả năng còn lại là tạo ra hỗn hợp 'nạc hơn', cụ thể là giảm tỷ lệ nhiên liệu trong hỗn hợp nhiên liệu / không khí đi vào động cơ.
Xăng đốt cháy tốt nhất trong động cơ ô tô tiêu chuẩn khi nó được trộn với không khí theo tỷ lệ 14,7:1 - gần 15 phần không khí cho mỗi một phần xăng. Thực tế, cường độ hỗn hợp thay đổi trong khoảng 13:1 và 16:1, tùy thuộc vào tốc độ của động cơ và tải của nó tại thời điểm đó. Ở những hỗn hợp này, động cơ tạo ra lượng khí thải độc hại khá cao, đặc biệt là trong quá trình tăng tốc ban đầu.
Khi bạn cố gắng di chuyển ra khỏi tỷ lệ nhiên liệu / không khí lý tưởng, hoạt động của động cơ sẽ bị ảnh hưởng - nếu động cơ được nạp quá nhiều nhiên liệu, nó sẽ tạo ra khói, hao mòn nhanh và chạy tốn kém. Nếu động cơ được tạo ra để chạy quá khô, quá trình đốt cháy trở nên cực kỳ thay đổi từ chu kỳ này sang chu kỳ khác, nhiệt độ khí thải tăng lên do ngọn lửa tồn tại từ các xe 'cháy muộn' và động cơ bắt đầu cháy sai thường xuyên. Tất cả những điều này dẫn đến lượng hydrocacbon cao trong khí thải.
Để khắc phục những khó khăn trong việc làm cho một động cơ hoạt động tốt trên các hỗn hợp lỏng hơn, hỗn hợp không khí / nhiên liệu cần được trộn đều hơn và thời gian thực tế cũng như quá trình đốt cháy cần phải được kiểm soát rất tốt.
Để đạt được mục tiêu này, một số nhà sản xuất ô tô đang lắp đặt hệ thống quản lý động cơ trong đó các thiết bị điện tử tinh vi kiểm soát cả hệ thống đánh lửa và phân phối nhiên liệu. Điều này giúp bạn có thể đảm bảo rằng bugi đánh lửa vào đúng thời điểm để đốt cháy nhiên liệu / khí nạp mới, nếu không thì có thể bắt lửa.
Cũng đang trong quá trình phát triển các bộ phận động cơ được làm bằng vật liệu mới có khả năng chịu nhiệt cao hơn, chẳng hạn như pít-tông làm bằng gốm sứ. Nhưng hầu hết các quá trình phát triển đều đi vào đảm bảo rằng không khí và nhiên liệu được trộn đều.
Khi giảm tỷ lệ nhiên liệu trong hỗn hợp đi vào động cơ, các nhà sản xuất ô tô đã gặp phải vấn đề đốt cháy sai và đốt cháy không hoàn toàn, trong một số trường hợp, làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu thay vì giảm.
Để giải quyết những vấn đề này, ngành công nghiệp đã thử nhiều cách khác nhau để `` ủ '' hỗn hợp ngay trước khi đánh lửa, với mục đích thúc đẩy quá trình cháy nhanh hơn và cháy hoàn toàn hơn.
Có ba cách chính để khuấy hỗn hợp. Đầu tiên, các cửa vào của động cơ có thể được tạo hình để gây ra xoáy - một kỹ thuật vay mượn từ động cơ dẫn động trực tiếp. Thứ hai, một bộ làm lệch hướng, hoặc 'hàng rào', xung quanh đó hỗn hợp chảy nhanh, có thể được đặt gần van đầu vào hoặc các van. Và thứ ba, bản thân buồng đốt có thể được làm nhỏ hơn lỗ khoan xi lanh để tạo ra cái được gọi là hiệu ứng 'squish' - dưới sức nén từ piston sắp tới, hỗn hợp nhiên liệu / không khí phải tự ép vào buồng đốt, và điều này làm tăng mật độ của các giọt nhiên liệu trong buồng.
Tìm ra cách tốt nhất để thiết kế động cơ để nó có thể đối phó với các hỗn hợp nhiên liệu rất nhỏ là một quá trình rất khó khăn. Một phần của vấn đề là cố gắng xem điều gì xảy ra bên trong buồng đốt khi hỗn hợp nhiên liệu / không khí đang cháy, đặc biệt là khi bướm ga được mở hoặc đóng nhanh chóng.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu hiện đang sử dụng một cửa sổ thạch anh trong buồng đốt, kết hợp với một máy quay phim và lập trình máy tính phức tạp, để xem chính xác những gì đang diễn ra bên trong. Từ đó, họ có thể biết được ngọn lửa đang phát ra như thế nào và ở đâu, điều này cho biết mức độ cháy hoàn toàn của hỗn hợp.
Thế hệ động cơ đốt cháy tinh gọn hiện tại chạy trên tỷ lệ khoảng 17:1 hoặc 18:1 và thế hệ tiếp theo sẽ chạy với tỷ lệ trung bình là 20:1 hoặc 22:1.
Nhưng công nghệ lean-bum vẫn còn một số chặng đường trước khi nó đáp ứng đầy đủ các luật EEC đã đề ra. Một số nhà sản xuất đang đề xuất sử dụng kết hợp chất xúc tác và động cơ đốt cháy tinh gọn để đáp ứng nhu cầu của các quy định mới.
Giống như CVH của Ford, động cơ Fiat 2 lít CHT được lấy từ động cơ hiện có, Fiat cam đôi, một thiết kế đã được khoảng vài năm. CHT là viết tắt của Kiểm soát độ hỗn loạn cao, mô tả cách không khí và nhiên liệu được trộn đều trước khi đốt cháy. Được gắn trong ống góp đầu vào là một cánh bướm. Khi hết ga, bướm ga mở và hỗn hợp nhiên liệu / không khí đi theo tuyến đường bình thường dọc theo đường ống dẫn vào đến các buồng đốt. Nhưng ở mức ga nhẹ, một kết nối với bướm ga sẽ đóng bướm (ngoài một vết cắt nhỏ cho phép một phần hỗn hợp đi qua). Hầu hết hỗn hợp nhiên liệu / không khí bị ép dọc theo một lối đi khác, hẹp hơn đến các khoang làm cho hỗn hợp chảy nhanh hơn. Lưới nhiễu loạn 
Hướng dẫn cho người mới bắt đầu về hệ thống xả
Động cơ quay | Cơ khí tự động 101
Cách động cơ xe hoạt động
An Engine là gì? - Các loại động cơ khác nhau