燃焼室内で何が起こっているのか、排気バルブから何が出ているのかを理解することは、排出ガスや運転性を解決するために重要です問題。また、最近のエンジンでは、失火や排出ガスの問題の診断がますます困難になっています。スパークプラグが燃料に点火した瞬間に何が起こったのか、そして何が起こるのかを理解する必要があります。また、エンジニアが完璧な燃焼イベントを作成しようとしたときに何を考えていたかを知る必要があります。
内燃機関は決して完璧ではありませんが、私たちは非常に近づいています。過去25年間で、エンジンは排出量だけでなく出力の面でも進歩しました。 10年以内に製造されたエンジンは、今日私たちが目にしているより希薄な燃焼イベントによって破壊されていたでしょう。これは、燃料インジェクターポートをシリンダーに移動し、燃焼イベントを完了することで可能になりました。
2016年の自然吸気エンジンの中には、12：1の圧縮比を持つものがあります。 1964年、426クライスラーHEMIの圧縮比は10.25：1でした。 1960年代のエンジンビルダーは、12：1の圧縮比エンジンでHEMIを構築できましたが、「レースガス」が必要であり、キャブレター、バルブトレイン、または点火システムの誤動作により、ハートビートでエンジンが破壊される可能性が常にありました。それがあまりにも痩せて走り、爆発の問題があった場合。最新のエンジンでは、ポンプガスとキャストピストンを使用して12：1を達成できますが、排出量は非常に少なく、排出量は80,000マイル保証されています。
何が変わりましたか？エンジニアは、高速度カメラとコンピューターモデルのおかげで、燃焼室内で何が起こっているかをこれまで以上によく知っています。また、マイクロプロセッサの計算速度は15年前よりもはるかに高速です。このモジュールは、これまで以上に多くのセンサー入力を処理しながら、火花と燃料をより速く変更できます。これにより、ほぼ完璧な燃焼イベントが実現しました。
完璧な内燃機関は、正確な量の燃料と空気を燃焼室に入れることができます。混合気が適切にかき混ぜられ、ピストンが正しい位置にあるとき、火花核はそのピークに達するでしょう。火炎面は均等に広がり、乱流と戦う必要はありません。
完璧な燃焼イベントが発生した場合、副産物として水と二酸化炭素しか得られません。未燃の燃料や酸素はありません。また、適切な温度で発生するため、酸化物（高温によってオンになる「過活性」酸素）が窒素や炭素と結合して一酸化窒素（NOx）や一酸化炭素（CO）を形成することはありません。この完璧な車には、排出ガス制御装置は必要ありません。
まだそこにいないので、排気ガス再循環システム（EGR）、二次空気注入、触媒コンバーターがあります。
理論的には、スパークプラグは100年間変更されていません。実際には、これらはエンジンで最も進化したコンポーネントの1つです。今日の最新のエンジンでは、火花が発生する領域は電極のはるかに小さくて細かい部分ですが、プラグのギャップはほとんど同じです。
しかし、最大の変化は、エンジンのサイズが縮小されているものの、25年前の2倍の複雑さを備えているため、最新のスパークプラグの配置と直径です。
フォード5.4トリトンV8のスパークプラグは取り外しが難しいため、誰もが不満を言っていますが、そもそもなぜそこに取り付けられたのかと尋ねる人はほとんどいません。 Tritonのスパークプラグは長くて狭いので、電極は排気バルブと吸気バルブの近くに完全に配置され、カムシャフト、バルブ、吸気ポートの邪魔にならないように配置されています。フォードは、電極ストラップを組み込んだシンブル付きの12mmプラグを使用しました。配置は、火炎面が燃焼室全体に均等に広がり、すべての燃料を燃焼させるように、コンピューターモデリングを使用して決定されました。これは、触媒コンバーターが未燃炭化水素を処理する必要がないことを意味します。
EGRシステムは、温度を制御するために少量の不活性ガスを燃焼室に入れます。通常、排気ガスは燃焼しないため、燃焼温度が下がり、エンジンからのNOx排出量が減少します。
燃焼室内で物が約1,300°Cまたは2,500°Fの温度に加熱されると、酸素と窒素が互いに結合し始め、NOxとCOを形成します。
排気ガスを燃焼室に入れることにより、空気と燃料の混合物は不活性な排気ガスによって水をまきます。これにより、燃焼プロセスが遅くなり、燃焼温度がNOxが形成されないレベルまで低下します。
排気カムシャフトと吸気カムシャフトの両方でバルブタイミングが可変の新しい車両では、タイミングを調整して、排気バルブを介した吸気ストローク中に少量の排気ガスがチャンバーに吸い戻されるようにすることができます。これは、カムシャフトのタイミングとリフトを作動させることによって行われます。何年にもわたって、車両はカムシャフトをより速く前進および減速させることができ、アクチュエーターはより大きな回転度を持っています。
完全燃焼イベントの問題は、エンジンと気温の広い範囲で発生する必要があることです。最新のエンジンは、コールドスタート時の始動と排出ガスの制御にまだ苦労しています。
二次空気噴射システムは、外気を排気流に送り込むため、未燃燃料を燃焼させることができます。初期のシステムには、ベルト駆動のエアポンプがありました。新しい吸引システムは、排気パルスによって生成された真空を使用して、パイプに空気を引き込みます。最新のシステムは、電気モーターを使用して空気を送り出します。これらのシステムは、触媒コンバーターの寿命にとって重要です。
理想的な条件下では、三元触媒はNOx排出量の50％から95％、および未燃燃料の99.9％を削減できます。これは汚染物質の最後の停留所であり、排出システムの上流センサーが危険にさらされた場合、テールパイプの排出が増加する前に、それだけを補うことができます。
高排出ガス車を適切に診断するには、エンジニアのように考える必要がある場合があります。最新のエンジンは、感知、制御、適応できるため、爆発と究極の燃料効率の間の不規則なエッジで動作することができます。
センシング部分は、上流と下流の酸素センサーのように、車両にもっと多くのセンサーがあることを意味します。これらのセンサーはより感度が高く、より多くの解像度を示すことができます。また、情報を処理するモジュールは、情報をすばやく使用して、燃料トリム、スパークカーブ、バルブタイミングを計画することができます。
可変バルブタイミング、電子点火、直接噴射により、燃焼イベントの制御が容易になりました。これらの技術により、正しい混合気が燃焼室内にあり、最適なタイミングで点火されて、最も効率的で強力な燃焼イベントが実現します。
最新のエンジンは、燃焼イベントをほぼリアルタイムで検知して制御することにより、燃料品質、周囲温度、ドライバーの要求などの条件によりよく適応することもできます。