理想的な100％効率の内燃機関では、燃料が燃焼して二酸化炭素と水蒸気だけを生成します。もちろん、実際には、エンジンは効率的で燃焼プロセスにはほど遠いです。また、一酸化炭素、窒素酸化物、未燃炭化水素、二酸化炭素、水蒸気も生成します。
フォードCVHリーンバーンエンジン
これらの燃焼副産物は、自動車の排気ガスの一部として大気中に放出され、そこで汚染を引き起こします。
近年、大気汚染に対する国民の関心と差し迫ったEEC汚染防止法により、自動車メーカーは自動車の排気ガス中のこれらのガスのレベルを下げる方法を模索しています。
有害な排気ガスを削減するには、リーンバーンエンジンを使用する方法と、排気システムに触媒コンバーターを取り付ける方法の2つの基本的なアプローチがあります。
リーンバーンエンジンは、より優れた燃焼制御とエンジンシリンダー内でのより完全な燃焼により、有害な排出物のレベルを下げるように設計されています。
触媒コンバーターは、エンジンからの排気ガスを浄化します。触媒は2つのシステムのうち古いものであり、米国と日本で数年間使用されています。
触媒コンバーターは、排気システムのエンジンの下流にある自動車メーカーによって取り付けられています。わずかに膨らんだサイレンサーのように見え、プラチナまたは関連金属でコーティングされた微細な金属またはセラミックのハニカムが含まれており、排気ガスが流れます。
プラチナは化学反応を開始し、有害な排気成分が無害な窒素、二酸化炭素、水蒸気に変換されます。
触媒コンバーターの問題は、エンジン出力を低下させ、燃費を低下させることです。また、メンテナンスコストの増加にもつながります。
もう1つの欠点は、排気ガス中の鉛が触媒の効率をすぐに損なうため、触媒システムが適切に機能するために無鉛ガソリンを必要とすることです。また、英国などの一部のヨーロッパ諸国では、無鉛ガソリンの販売店がないか、ごくわずかであり、近い将来に新しい燃料を配布するための包括的なネットワークを確立する見込みはほとんどありません。
CVHをベースにしたフォードのリーンバーンエンジンには、腎臓の形をした燃焼室があります。これは、中心から外れた半球型燃焼室のように見えます。
このタイプの設計は良好な呼吸を保証し、強化された「スキッシュ」効果は、燃料と空気が点火のために十分に混合されることを意味します。混合物は、以前の設計のより規則的な半球に押し込まれるだけでなく、チャンバーの腎臓の形に押し上げられて横向きになります。
これらの問題により、自動車メーカーは排気ガスを削減する方法を他の場所で探す必要があります。排出量を削減するための最も明白な方法は、そもそも燃料の燃焼を減らすことです。
これには熱効率の改善が必要ですが、すぐに利用できるすべてのルートがすでに実装されているため、これを達成するのは非常に困難です。
残りの可能性の1つは、「リーナー」混合気を生成することです。つまり、エンジンに入る燃料/空気混合気の燃料の割合を減らすことです。
ガソリンは、14.7：1の割合で空気と混合されると、標準的な自動車のエンジンで最もよく燃焼します。これは、ガソリンの1部ごとに約15部の空気です。実際には、混合気の強さは、エンジンの速度とそのときの負荷に応じて、約13：1から16：1の間で変化します。これらの混合気では、エンジンは、特に初期加速時に、かなり高レベルの有害な排気ガスを排出します。
理想的な空燃比から離れようとすると、エンジンの運転に影響が出ます。エンジンに燃料を供給しすぎると、煙が発生し、すぐに摩耗し、運転に費用がかかります。エンジンをツールで作動させると、燃焼はサイクルごとに非常に変動し、「後期燃焼」サイクルからの炎が持続するために排気ガス温度が上昇し、エンジンは頻繁に失火し始めます。これらはすべて、排気ガスに高レベルの炭化水素をもたらします。
より希薄な混合物でエンジンをうまく作動させることの難しさを克服するために、空気/燃料混合物をより密接に混合する必要があり、実際の火花のタイミングと燃焼プロセスを非常に細かく制御する必要があります。
この目的のために、一部の自動車メーカーは、高度な電子機器が点火システムと燃料供給システムの両方を制御するエンジン管理システムを採用しています。これにより、スパークプラグが適切なタイミングで点火して、新しい燃料/空気チャージに点火することが可能になります。そうしないと、点火するのを嫌がる可能性があります。
また、セラミック製のピストンなど、耐熱性に優れた新素材のエンジン部品も開発中です。しかし、ほとんどの開発は、空気と燃料が十分に混合されていることを確認することに取り組んでいます。
エンジンに入る混合気中の燃料の割合を減らす際に、自動車メーカーは失火や不完全燃焼の問題に遭遇し、場合によっては、燃料消費量が減少するのではなく増加しました。
これらの問題を回避するために、業界は、より速い燃焼とより完全な燃焼を促進することを目的として、点火の直前に混合物を「攪拌」するさまざまな方法を試みました。
混合物を攪拌する主な方法は3つあります。まず、エンジンのインレットポートはスワールを引き起こすように形作ることができます-直接噴射ディーゼルエンジンから借りた技術です。第二に、混合物がその周りを流れなければならないデフレクター、または「フェンス」は、入口弁または複数の弁の近くに配置され得る。そして第三に、燃焼室自体をシリンダーボアよりも小さくして、「スキッシュ」効果として知られているものを作り出すことができます-次のピストンからの圧縮の下で、燃料/空気混合物はそれ自体を燃焼室に押し込む必要があり、これにより密度が増加しますチャンバー内の燃料液滴。
非常に希薄な燃料混合物に対処できるようにエンジンを設計するための最良の方法を見つけることは、非常に難しいプロセスです。問題の一部は、燃料と空気の混合物が燃焼しているとき、特にスロットルが急速に開閉しているときに、燃焼室内で実際に何が起こっているかを確認しようとしていることです。
そのため、研究者たちは現在、燃焼室でクォーツウィンドウを使用し、シネカメラと複雑なコンピュータープログラミングを組み合わせて、内部で何が起こっているかを正確に確認しています。これにより、炎がどこにどのように広がっているかがわかり、混合物がどれだけ完全に燃焼しているかがわかります。
現世代のリーンバーンエンジンは約17：1または18：1の比率で稼働し、次世代は平均20：1または22：1の比率で稼働する必要があります。
しかし、リーンバム技術は、提案されているEEC法を完全に満たす前に、まだいくらかの方法があります。一部のメーカーは、新しい規制の要求を満たすために、触媒とリーンバーンエンジンの組み合わせを使用することを提案しています。
フォードのCVHと同様に、フィアット2リッターCHTエンジンは、既存のエンジンであるフィアットツインカムから派生しています。数年前から出回っているデザイン。 CHTはControlledHighTurbulenceの略で、燃焼前に空気と燃料が完全に混合される方法を表します。インレットマニホールドにはバタフライフラップが取り付けられています。フルスロットルでは、バタフライは開いており、燃料と空気の混合気は、インレットマニホールドに沿って燃焼室に至る通常のルートをたどります。しかし、軽いスロットルでは、スロットルへの接続が蝶を閉じます（混合物の一部を通過させる小さな切り欠きは別として）。燃料/空気混合気のほとんどは、チャンバーへの別の狭い通路に沿って強制され、混合気の流れが速くなります。 タービュランスグリッド 