In een ideale, 100 procent efficiënte verbrandingsmotor zou de brandstof verbranden om alleen kooldioxide en waterdamp te geven. In de praktijk zijn motoren natuurlijk verre van efficiënt en het verbrandingsproces. produceert ook koolmonoxide, stikstofoxiden en onverbrande koolwaterstoffen, evenals kooldioxide en waterdamp.
Ford CVH Magere motor
Deze bijproducten van de verbranding worden als onderdeel van de uitlaatgassen van de auto uitgestoten naar de atmosfeer waar ze vervuiling veroorzaken.
In de afgelopen jaren hebben de publieke bezorgdheid over luchtverontreiniging en de op handen zijnde EEG-wetgeving ter bestrijding van verontreiniging ertoe geleid dat autofabrikanten manieren proberen te vinden om het niveau van deze gassen in de uitlaatgassen van auto's te verlagen.
Er zijn twee basisbenaderingen om schadelijke uitlaatemissies te verminderen:het gebruik van magere motoren of het bevestigen van katalysatoren aan het uitlaatsysteem.
Magere motoren zijn ontworpen om een lager niveau van schadelijke uitstoot te produceren door een betere controle van de verbranding en een volledigere verbranding in de motorcilinders.
Katalysatoren zuiveren de uitlaatgassen die uit de motor komen. Katalysatoren zijn de oudste van de twee systemen en worden al enkele jaren in de VS en Japan gebruikt.
Katalysatoren worden door de autofabrikant achter de motor in het uitlaatsysteem gemonteerd. Het ziet eruit als een licht gezwollen geluiddemper en bevat een fijne metalen of keramische honingraat, bedekt met platina of een verwant metaal, waarover de uitlaatgassen stromen.
Het platina zet een chemische reactie op gang waarbij de schadelijke uitlaatgasbestanddelen worden omgezet in onschadelijke stikstof, kooldioxide en waterdamp.
Het probleem met katalysatoren is dat ze het motorvermogen ondermijnen en het brandstofverbruik verminderen. Ze leiden ook tot hogere onderhoudskosten.
Een ander nadeel is dat het katalysatorsysteem loodvrije benzine nodig heeft om goed te kunnen werken, omdat eventueel lood in de uitlaatgassen de efficiëntie van de katalysator snel aantast. En sommige Europese landen, zoals Groot-Brittannië, hebben geen of zeer weinig afzetmogelijkheden voor loodvrije benzine, met weinig hoop om in de nabije toekomst een uitgebreid netwerk op te zetten voor de distributie van de nieuwe brandstof.
De magere verbrandingsmotor van Ford, gebaseerd op de CVH, heeft een niervormige verbrandingskamer - het lijkt eerder op een halfronde kamer die niet in het midden is.
Dit type ontwerp zorgt voor een goede ademhaling en het verbeterde 'squish'-effect betekent dat de brandstof en lucht goed worden gemengd voor ontsteking. Het mengsel wordt omhoog en zijwaarts in de niervorm van de kamer geduwd, in plaats van alleen maar in het meer regelmatige halfrond van het eerdere ontwerp te worden geduwd.
Deze problemen hebben autofabrikanten gedwongen om elders te zoeken naar manieren om de uitlaatemissies te verminderen. De meest voor de hand liggende manier om de uitstoot te verminderen, is om in de eerste plaats minder brandstof te verbranden.
Dit vereist een verbetering van de thermische efficiëntie, die nu zeer moeilijk te bereiken is omdat alle gemakkelijk beschikbare routes al zijn geïmplementeerd.
Een resterende mogelijkheid is om een 'armer' mengsel te produceren, namelijk het verminderen van het aandeel brandstof in het brandstof/luchtmengsel dat de motor binnenkomt.
Benzine brandt het beste in een standaard automotor wanneer het wordt gemengd met lucht in de verhoudingen 14,7:1 - bijna 15 delen lucht op elk deel benzine. In de praktijk varieert de mengselsterkte tussen ongeveer 13:1 en 16:1, afhankelijk van het toerental van een motor en zijn belasting op dat moment. Bij deze mengsels produceren motoren vrij hoge niveaus van schadelijke uitlaatgassen, vooral tijdens de eerste acceleratie.
Wanneer u probeert af te wijken van de ideale brandstof/luchtverhouding, wordt het draaien van de motor beïnvloed - als de motor te veel brandstof krijgt, produceert hij rook, slijt hij snel en is hij duur in gebruik. Als de motor gereedschapsloos draait, wordt de verbranding extreem variabel van de ene cyclus tot de volgende, stijgt de uitlaatgastemperatuur vanwege de aanhoudende vlammen van 'late-burn'-cycli en begint de motor vaak over te slaan. Al deze resulteren in hoge koolwaterstoffen in de uitlaatgassen.
Om de moeilijkheden te overwinnen om een motor goed te laten draaien op armere mengsels, moet het lucht/brandstofmengsel intiemer worden gemengd en moeten de eigenlijke vonktiming en het verbrandingsproces zeer nauwkeurig worden gecontroleerd.
Hiertoe passen sommige autofabrikanten motormanagementsystemen toe waarbij geavanceerde elektronica zowel de ontsteking als de brandstoftoevoer regelt. Dit maakt het mogelijk om ervoor te zorgen dat de bougies op het juiste moment ontsteken om een nieuwe brandstof-/luchtlading te ontsteken, die anders niet zou kunnen ontsteken.
Ook in ontwikkeling zijn motoronderdelen gemaakt van nieuwe materialen die een grotere hittebestendigheid hebben, zoals zuigers van keramiek. Maar de meeste ontwikkeling gaat om ervoor te zorgen dat de lucht en de brandstof goed worden gemengd.
Bij het verminderen van het aandeel brandstof in het mengsel dat de motor binnenkomt, hebben autofabrikanten problemen ondervonden met overslaan en onvolledige verbranding, die in sommige gevallen het brandstofverbruik eerder verhoogden dan verlaagden.
Om deze problemen te omzeilen, heeft de industrie verschillende manieren geprobeerd om het mengsel vlak voor de ontsteking te `roeren', met als doel een snellere verbranding en een meer volledige verbranding te bevorderen.
Er zijn drie manieren om het mengsel te roeren. Ten eerste kunnen de inlaatpoorten van de motor worden gevormd om werveling te veroorzaken - een techniek die is ontleend aan dieselmotoren met directe injectie. Ten tweede kan een deflector, of 'hek', waar het mengsel omheen moet stromen, worden geplaatst nabij de inlaatklep of -kleppen. En ten derde kan de verbrandingskamer zelf kleiner worden gemaakt dan de cilinderboring om een zogenaamd 'squish'-effect te creëren - onder compressie van de opkomende zuiger moet het brandstof / luchtmengsel zichzelf in de verbrandingskamer persen, en dit verhoogt de dichtheid van de brandstofdruppels in de kamer.
Het is een zeer moeilijk proces om uit te zoeken hoe de motor het beste kan worden ontworpen zodat deze kan omgaan met zeer magere brandstofmengsels. Een deel van het probleem is proberen te zien wat er werkelijk gebeurt in een verbrandingskamer wanneer het brandstof/luchtmengsel verbrandt, vooral wanneer de gasklep snel wordt geopend of gesloten.
Daarom gebruiken onderzoekers nu een kwartsvenster in de verbrandingskamer, gecombineerd met een cinecamera en complexe computerprogrammering, om precies te zien wat er binnen gebeurt. Hieraan kunnen ze zien hoe en waar de vlam zich verspreidt, wat een indicatie geeft van hoe vol het mengsel brandt.
De huidige generatie lean-burn-motoren draait op verhoudingen van ongeveer 17:1 of 18:1, en de volgende generatie zou moeten werken met verhoudingen van gemiddeld 20:1 of 22:1.
Maar de lean-bum-technologie heeft nog een lange weg te gaan voordat deze volledig voldoet aan de voorgestelde EEG-wetten. Sommige fabrikanten stellen voor om een combinatie van een katalysator en een lean-burn-motor te gebruiken om aan de eisen van de nieuwe regelgeving te voldoen.
Net als Ford's CVH is de Fiat 2-liter CHT-motor afgeleid van een bestaande motor, de Fiat twin-cam, een ontwerp dat al enkele jaren bestaat. CHT staat voor Controlled High Turbulence, wat beschrijft hoe de lucht en brandstof grondig worden gemengd voor verbranding. In het inlaatspruitstuk is een vlinderklep gemonteerd. Bij volgas is de vlinderklep open en volgt het brandstof/luchtmengsel zijn normale route langs het inlaatspruitstuk naar de verbrandingskamers. Maar bij lichte gasklep sluit een verbinding met de gasklep de vlinder (afgezien van een kleine uitsparing die een deel van het mengsel doorlaat). Het grootste deel van het brandstof/luchtmengsel wordt langs een andere, smallere doorgang naar de kamers gedwongen, waardoor het mengsel sneller gaat stromen. Turbulentieraster 
