Dans un moteur à combustion interne idéal, efficace à 100 %, le carburant brûlerait pour ne produire que du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. Dans la pratique, bien sûr, les moteurs sont loin d'être efficaces et le processus de combustion. produit également du monoxyde de carbone, des oxydes d'azote et des hydrocarbures imbrûlés, ainsi que du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau.
Moteur à mélange pauvre Ford CVH
Ces sous-produits de la combustion sont expulsés avec les gaz d'échappement de la voiture dans l'atmosphère où ils polluent.
Ces dernières années, l'inquiétude du public concernant la pollution atmosphérique et l'imminence des lois antipollution de la CEE ont conduit les constructeurs automobiles à essayer de trouver des moyens de réduire le niveau de ces gaz dans les gaz d'échappement des voitures.
Il existe deux approches de base pour réduire les émissions d'échappement nocives :utiliser des moteurs à mélange pauvre ou fixer des convertisseurs catalytiques au système d'échappement.
Les moteurs à mélange pauvre sont conçus pour produire un niveau inférieur d'émissions nocives grâce à un meilleur contrôle de la combustion et à une combustion plus complète à l'intérieur des cylindres du moteur.
Les convertisseurs catalytiques nettoient les gaz d'échappement provenant du moteur. Les catalyseurs sont les plus anciens des deux systèmes et sont utilisés aux États-Unis et au Japon depuis quelques années.
Les convertisseurs catalytiques sont montés par le constructeur automobile en aval du moteur dans le système d'échappement. Il ressemble à un silencieux légèrement gonflé et contient un fin nid d'abeille en métal ou en céramique, recouvert de platine ou d'un métal apparenté, à travers lequel les gaz d'échappement s'écoulent.
Le platine initie une réaction chimique dans laquelle les composants nocifs de l'échappement sont convertis en azote, dioxyde de carbone et vapeur d'eau inoffensifs.
Le problème avec les convertisseurs catalytiques est qu'ils sapent la puissance du moteur et réduisent l'économie de carburant. Ils entraînent également une augmentation des coûts de maintenance.
Un autre inconvénient est que le système catalytique a besoin d'essence sans plomb pour fonctionner correctement, car tout plomb dans les gaz d'échappement ruine rapidement l'efficacité du catalyseur. Et certains pays européens, comme la Grande-Bretagne, n'ont pas ou très peu de débouchés pour l'essence sans plomb, avec peu d'espoir d'établir un réseau global de distribution du nouveau carburant dans un avenir proche.
Le moteur à mélange pauvre de Ford, basé sur le CVH, a une chambre de combustion en forme de haricot — elle ressemble plutôt à une chambre hémisphérique décentrée.
Ce type de conception assure une bonne respiration, et l'effet « squish » amélioré signifie que le carburant et l'air seront bien mélangés pour l'allumage. Le mélange est forcé vers le haut et latéralement dans la forme de rein de la chambre, plutôt que d'être simplement poussé dans l'hémisphère plus régulier de la conception précédente.
Ces problèmes ont obligé les constructeurs automobiles à chercher ailleurs des moyens de réduire les émissions de gaz d'échappement. Le moyen le plus évident de réduire les émissions est de commencer par consommer moins de carburant.
Cela nécessite une amélioration de l'efficacité thermique, qui est aujourd'hui très difficile à atteindre car toutes les voies facilement disponibles ont déjà été mises en œuvre.
Une possibilité restante est de produire un mélange "plus pauvre", c'est-à-dire de réduire la proportion de carburant dans le mélange carburant/air entrant dans le moteur.
L'essence brûle mieux dans un moteur de voiture standard lorsqu'elle est mélangée à de l'air dans les proportions 14,7:1 - près de 15 parties d'air pour chaque partie d'essence. En pratique, la force du mélange varie entre environ 13:1 et 16:1, en fonction de la vitesse d'un moteur et de sa charge à ce moment. À ces mélanges, les moteurs produisent des niveaux assez élevés d'émissions de gaz d'échappement nocifs, en particulier lors de l'accélération initiale.
Lorsque vous essayez de vous éloigner du rapport carburant/air idéal, le fonctionnement du moteur est affecté - si le moteur reçoit trop de carburant, il produit de la fumée, s'use rapidement et coûte cher à faire fonctionner. Si l'on fait tourner le moteur à vide, la combustion devient extrêmement variable d'un cycle à l'autre, la température des gaz d'échappement s'élève à cause de la persistance des flammes des cycles de "combustion tardive" et le moteur se met à avoir des ratés fréquents. Tout cela entraîne des niveaux élevés d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement.
Pour surmonter les difficultés à faire fonctionner correctement un moteur avec des mélanges plus pauvres, le mélange air/carburant doit être mélangé plus intimement et le moment de l'allumage et le processus de combustion doivent être contrôlés très finement.
À cette fin, certains constructeurs automobiles installent des systèmes de gestion du moteur où une électronique sophistiquée contrôle à la fois l'allumage et les systèmes d'alimentation en carburant. Cela permet de s'assurer que les bougies d'allumage s'allument juste au bon moment pour allumer une nouvelle charge de carburant/air, qui autrement pourrait être réticente à s'enflammer.
Sont également en cours de développement des pièces de moteur constituées de nouveaux matériaux plus résistants à la chaleur, tels que des pistons en céramique. Mais la plupart des développements consistent à s'assurer que l'air et le carburant sont bien mélangés.
En réduisant la proportion de carburant dans le mélange entrant dans le moteur, les constructeurs automobiles ont rencontré des problèmes de ratés d'allumage et de combustion incomplète qui ont, dans certains cas, augmenté plutôt que diminué la consommation de carburant.
Pour contourner ces problèmes, l'industrie a essayé différentes façons de "remuer" le mélange juste avant l'allumage, dans le but de favoriser une combustion plus rapide et plus complète.
Il existe trois façons principales d'agiter le mélange. Tout d'abord, les orifices d'admission du moteur peuvent être façonnés pour provoquer un tourbillon - une technique empruntée aux moteurs diesel à injection directe. Deuxièmement, un déflecteur, ou "clôture", autour duquel le mélange doit s'écouler, peut être positionné à proximité de la ou des soupapes d'admission. Et troisièmement, la chambre de combustion elle-même peut être rendue plus petite que l'alésage du cylindre pour créer ce que l'on appelle un effet "squish" - sous la compression du piston à venir, le mélange carburant / air doit se presser dans la chambre de combustion, ce qui augmente la densité de les gouttelettes de carburant dans la chambre.
Déterminer la meilleure façon de concevoir le moteur pour qu'il puisse faire face à des mélanges de carburant très pauvres est un processus très difficile. Une partie du problème consiste à essayer de voir ce qui se passe réellement à l'intérieur d'une chambre de combustion lorsque le mélange carburant/air brûle, en particulier lorsque l'accélérateur est rapidement ouvert ou fermé.
Ainsi, les chercheurs utilisent maintenant une fenêtre en quartz dans la chambre de combustion, combinée à une caméra cinématographique et à une programmation informatique complexe, pour voir exactement ce qui se passe à l'intérieur. À partir de là, ils peuvent dire comment et où la flamme se propage, ce qui donne une indication de l'intensité de la combustion du mélange.
La génération actuelle de moteurs à mélange pauvre fonctionne avec des rapports d'environ 17:1 ou 18:1, et la prochaine génération devrait fonctionner avec des rapports moyens de 20:1 ou 22:1.
Mais la technologie lean-bum a encore du chemin à parcourir avant de répondre pleinement aux lois proposées par la CEE. Certains constructeurs proposent d'utiliser une combinaison d'un catalyseur et d'un moteur à mélange pauvre pour répondre aux exigences de la nouvelle réglementation.
Comme le CVH de Ford, le moteur Fiat 2 litres CHT est dérivé d'un moteur existant, le Fiat twin-cam, un design qui existe depuis quelques années. CHT signifie Controlled High Turbulence, qui décrit comment l'air et le carburant sont soigneusement mélangés avant la combustion. Monté dans le collecteur d'admission est un volet papillon. A plein régime, le papillon est ouvert et le mélange carburant/air suit son parcours normal le long du collecteur d'admission jusqu'aux chambres de combustion. Mais à faible régime, une connexion à la manette des gaz ferme le papillon (à part une petite découpe qui laisse passer une partie du mélange). La majeure partie du mélange carburant / air est forcée le long d'un passage différent et plus étroit vers les chambres, ce qui fait que le mélange s'écoule plus rapidement. Grille de turbulence 
