Нейтрализация токсичных компонентов

Нейтрализация токсичных  компонентов в отработавших газах  ДВС 
 
Туда обязательно должна войти информация как по двигателям с качественным регулированием, так и с количественным. (Кстати, четко разберитесь в чем разница). Необходимо рассмотреть также методы снижения токсичности через влияние на рабочий процесс двигателя (рециркуляция, сжигание обедненных смесей, и особенно добавку воды). Все исполнительные устройства должны быть хорошо описаны, их принцип работы изучен.

Справка:

Двигатель с качественным регулированием-регулирование двигателя внутреннего сгорания, при котором изменение мощности и крутящего момента двигателя происходит вследствие изменения количества подаваемого топлива при неизменном количестве воздуха, поступающего в двигатель за один цикл, т. е. вследствие изменения коэффициента избытка воздуха.

Двигатель с количественным регулированием-регулирование двигателя внутреннего сгорания при котором изменение мощности и крутящего момента двигателя происходит вследствие изменения количества поступающего в двигатель воздуха при неизменном значении коэфф. избытка воздуха. Регулирование, близкое к количественному регулированию двигателя, применяется в авиационных двигателях легкого топлива, у которых изменение мощности и крутящего момента происходит в основном вследствие изменения давления на впуске и в небольшой мере вследствие изменения коэффициента избытка воздуха.

Образование токсичных веществ

Образование токсичных веществ - продуктов неполного сгорания и  окислов азота в цилиндре двигателя  в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предиламенный период, так и в процессе сгорания-расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

Ограничимся рассмотрением  образования продуктов сгорания углеводородных топлив. которые в настоящее время являются наиболее распространенными видами топлива для двигателей внутреннего сгорания. Основными токсичными веществами — продуктами неполного сгорания в этом случае являются сажа, углеводороды, альдегиды.

Сажа. При сгорании углеводородных топлив в различных горелках и  двигателях внутреннего сгорания в  отработавших газах может содержаться  твердый углеродный продукт в  дисперсном состоянии (сажа). Другие твердые углеродистые соединения (пироуглерод и нитевидный углерод) обычно в отработавших газах не содержатся, так как образование их происходит на твердых поверхностях  (Образование сажи представляет собой объемный процесс термического разложения  углеводородов в газовой фазе в условиях сильного недостатка окислителя )

Альдегиды. В дизелях альдегиды  образуются в период предпламенных реакций (их называют также холодным пламенем). Альдегиды и перикиси являются типичными продуктами этих реакций [2]. При образовании альдегидов выделяется тепло. В процессе самовоспламенения топлива они активной роли не играют. Как в дизелях, так и в двигателях с искровым зажиганием могут образоваться альдегиды, если часть процесса сгорания протекает при низких температурах, что наблюдается при охлаждении смеси холодными поверхностями камеры сгорания пли при сгорании очень обедненной смеси в конце процесса сгорания в двигателях с послойным смесеобразованием. В процессе сгорания, происходящем при высоких температурах, альдегиды могут сгорать.

Углеводороды. В отработавших газах двигателей содержится свыше двухсот различных углеводородов  в то же время теоретические расчеты (из условий равновесия) показывают,  что углеводороды в отработавших газах не должны содержаться. В действительности даже в двигателях с искровым зажиганием топливовоздушная смесь не является гомогенной. Температура в процессе сгорания смеси различна по объему камеры, что изменяет условия сгорания.

В ряде исследований было также  установлено, что вблизи сравнительно холодных стенок камеры сгорания происходит гашение пламени. Это приводит к замедлению или исключению реакций горения в части смеси, находящейся в зоне гашения. Фотографирование процесса сгорания в четырехтактном бензиновом двигателе через кварцевое окно в головке цилиндра позволило определить толщину зоны гашения в пределах 0,05—0,38 мм.

Методы воздействия на рабочий процесс

Двигатели с искровым зажиганием. Для уменьшения выделения токсичных веществ  двигателями с искровым зажиганием необходимо предотвратить попадание в атмосферу углеводородов, обусловленное испарением из топливной системы и выбросами с картерными газами, а также резко уменьшить содержание основных токсичных компонентов (СО, СН, NO и свинца) в отработавших газах. Главным источником выделения токсичных веществ являются отработавшие газы, причем их состав непосредственно зависит от качества смесеобразования и сгорания.

Природа образования СО, СН, N0, содержащихся в отработавших газах, различна, поэтому при рассмотрении возможностей воздействия на рабочий процесс двигателя разделим токсичные компоненты на группы: 1) продукты неполного сгорания (СО и СН); 2 )окислы азота; 3)соединения свинца.

Анализ физико-химических основ образования и выделения  СО и СН показывает,  что основными  причинами, приводящими к появлению  их в отработавших газах двигателя, являются недостаток  кислорода. Наличие в цилиндре зон пониженной температуры, в которых происходит или обрыв цепей окисления углеводородов, или очень существенное замедление реакций; вялое сгорание или даже пропуски воспламенения в отдельных циклах.

Недостаток кислорода  в процессе сгорания может быть обусловлен как регулировкой карбюратора (или системы подачи топлива) на обогащенную смесь, так и низким качеством смесеобразования (неоднородность топливовоздушной смеси, наличие жидкой пленки топлива во впускном трубопроводе, неоднородность распределения топлива по отдельным цилиндрам многоцилиндрового двигателя, цикловая неоднородность).

Объем газа в зоне гашения  зависит от размеров цилиндра, степени  сжатия, формы камеры сгорания, наличия вытеснителей. Кроме того, в отдельных элементах объема камеры сгорания вследствие неоднородности состава топливовоздушная смесь может оказаться вне пределов воспламеняемости. Это также приводит к появлению зон пониженной температуры с высоким содержанием углеводородов.

Таким образом, для уменьшения выделения токсичных продуктов неполного сгорания с отработавшими газами необходимо:

обеспечивать работу двигателя  на различных эксплуатационных режимах на обедненной смеси;

улучшать качество смесеобразования (гомогенизацию смеси, распределение  топливовоздушной смеси по отдельным  цилиндрам, циклам);

уменьшать объем топливовоздушной смеси или топлива в зоне гашения;

уменьшать цикловую неравномерность, повышая качество смесеобразования или совершенствуя систему зажигания;

не допускать сильного разбавления топливовоздушной смеси  остаточными газами.

Расчетно-экспериментальное  исследование образования N0 в цилиндре двигателей показало, что максимальные достигнутые в процессе сгорания концентрации N0 во всех случаях (за исключением работы двигателя на богатой смеси) сохраняются неизменными в процессе расширения и выпуска. Поэтому единственная возможность сократить выделение N0 заключается в том, чтобы предотвратить или уменьшить окисление азота в зоне продуктов сгорания в период сгорания.

Установлено, что количество образовавшейся N0 является функцией от температуры, концентрации молекулярного  и атомарного кислорода, а также от времени реакции. На общее время реакции, которое определяется главным образом частотой вращения коленчатого вала двигателя и продолжительностью процесса сгорания, воздействовать можно лишь в ограниченных пределах. Для существенного уменьшения выделения N0 практически имеются два пути: снижение температур в процессе сгорания и проведение его с недостатком кислорода в зоне сгорания. Возможна также комбинация этих двух методов.

Снизить температуры в  камере сгорания и в зоне продуктов  сгорания можно одним из приведенных  способов.

1. Увеличением или уменьшением а относительно величины, при которой имеет место максимальная температура. По данным рис. 20 видно, что максимальная температура (с учетом диссоциации) соответствует ал;0,9. Необходимо учитывать, что при изменении а изменяется и концентрация кислорода, что влияет на выделение N0. Поэтому максимальная концентрация NO.xимеет место при a= 1,05-1,10 (рис. 32, б).
2. Увеличением в цилиндре двигателя инертной доли заряда, не участвующей в процессе сгорания, но забирающей часть теплоты от сгорания топлива (например, увеличением количества остаточных газов в цилиндре, добавкой к воздуху воды и т. д.).
3. Уменьшением опережения зажигания, что приводит к сгоранию топлива при больших объемах цилиндра, а следовательно, при меньших температурах.

Уменьшить поступление кислорода  в зону реакции (при использовании в качестве окислителя атмосферного воздуха) можно только одним путем: общим или местным обогащением смеси. При этом будет также изменяться и температура сгорания.

Уменьшение концентрации кислорода и увеличение концентрации продуктов полного сгорания в выпускной системе свидетельствуют о том, что в ней происходят окислительные реакции.

Поэтому повышение температуры  газов в конце   процесса расширения из-за изменения угла опережения зажигания может существенно уменьшить концентрацию СН. Концентрация СО при этих условиях также может быть несколько уменьшена.

Влияние угла опережения зажигания  на концентрацию NO_. При работе двигателя на обедненных углеродом  смесях , уменьшением угла опережения зажигания резко снижается концентрация NO в отработавших газах. Это связано с понижением максимальной температуры цикла, которая в данном случае ограничивает выход окислов азота. При работе двигателя на обогащенных смесях углеродом выход окислов азота   ограничивается   недостатком свободного кислорода   в продуктах сгорания.

На выделение токсичных  веществ двигателем с искровым зажиганием большое влияние оказывают состав смеси и угол опережения зажигания. Подбирая оптимальные в отношении токсичности значения указанных параметров, можно значительно уменьшить выделение токсичных веществ. Это в равной мере относится и к карбюраторным двигателям, и к двигателям с непосредственным впрыском. 

При повышении степени сжатия двигателя с искровым зажиганием токсичность отработавших газов несколько возрастает из-за повышения концентраций окислов азота (при регулировках на обедненную смесь) и несгоревших углеводородов.

В дизелях, особенно без наддува, коэффициент избытка воздуха  при работе дизеля по нагрузочной  характеристике изменяется в широких  пределах; объясняется это качественным регулированием. 

У дизеля с наддувом концентрация окислов азота в отработавших газах при номинальной нагрузке почти в 2 раза меньше, чем у дизеля без наддува. Это можно объяснить следующими причинами. Дизель с наддувом имеет большую по сравнению с дизелем без наддува продолжительность впрыска топлива (при одинаковых конструктивных параметрах топливной аппаратуры). Чем позже топливо сгорает в процессе расширения, тем ниже максимальная температура цикла. Кроме того, при растягивании процесса сгорания по времени увеличивается теплоотдача от газов к стенкам, что также понижает температуру цикла. Чем ниже максимальная температура цикла при постоянном коэффициенте избытка воздуха, тем меньше окислов азота образуется в процессе сгорания топлива.

Содержание сажи в отработавших газах дизеля с наддувом в 3 раза больше, чем у дизеля без наддува. Это объясняется 88тем, что у дизеля, форсированного по наддуву, ввиду более  высоких значений давления и температуры  конца сжатия меньше период задержки воспламенения. Значит большее количество топлива впрыскивается в зону сгорания и сгорает в диффузионном пламени при недостатке кислорода. Это приводит к образованию большого количества сажи и уменьшает образование окислов азота у дизеля с наддувом.

Повышенное содержание сажи в отработавших газах дизеля с  наддувом, по сравнению с вариантом  без наддува, указывает на то, что  при форсировании дизеля по наддуву  необходимы более тщательная доводка  процесса смесеобразования и сгорания, усиление перемешивания горючей смеси при сгорании в целях лучшего выгорания сажи.

Необходимо отметить, что  образование N0 в цилиндре дизеля зависит главным образом от локальных условии, т. е. от температуры и состава смеси в зоне сгорания основной массы топлива.

Для уменьшения выделения  окислов азота в настоящее  время широко применяется рециркуляция отработавших газов. При этом уменьшается максимальная температура цикла. В карбюраторных двигателях снижение температуры происходит вследствие уменьшения цикловой подачи топлива (уменьшается заряд свежей топливовоздушной смеси), а также из-за большей удельной теплоемкости продуктов сгорания по сравнению с воздухом. В дизелях снижение температуры происходит главным образом по второй причине. Кроме того, наличие продуктов сгорания в цилиндре оказывает некоторое влияние на процесс сгорания. Уменьшение, температуры влияет также на концентрацию атомарного кислорода, что, в свою очередь, снижает скорость реакции образования NO. Ранее отмечалось, что основной реакцией образования является реакция окисления азота атомарным кислородом. Известно, что продолжительность первой фазы сгорания в карбюраторных двигателях в большой степени зависит от различных факторов, чем продолжительность основной фазы .Предполагая, что рециркуляция отработавших газов влияет только на первую фазу, определили из условия равенства опытных и расчетных концентраций N0 изменение начала видимого сгорания. Максимальное изменение в моменте начала видимого сгорания составляет около 3° поворота коленчатого вала.

Для карбюраторных двигателей известны две принципиально возможные  системы рециркуляции: с подачей  газов во впускной трубопровод в  процессе наполнения (обычная схема) и с подачей газов в цилиндр в конце процесса наполнения.

Существуют различные  схемы перепуска рециркулируемых  газов во впускной трубопровод, но обычно газы во впускной трубопровод подаются за дроссельной заслонкой, чтобы не нарушать процесс смесеобразования в   карбюраторе.

Количество перепускаемых  во впускную систему отработавших газов регулируется в зависимости от режима работы двигателя (от концентрации окислов азота). Максимальный перепуск соответствует режимам работы при открытой дроссельной заслонке.

При карбюраторном смесеобразовании введение рециркуляции отработавших газов во впускной трубопровод приводит также к уменьшению наполнения топливовоздушной смесью, т. е. к уменьшению цикловой подачи топлива.

При рециркуляции вследствие разбавления топливовоздушного  заряда продуктами сгорания процесс  сгорания протекает несколько хуже, концентрации СО и СН в отработавших газах немного увеличиваются. Необходимо предпринимать специальные меры для их уменьшения. снижение N0 при сочетании рециркуляции   и   изменения опережения зажигания обеспечивает   лучшую   экономичность двигателя, чем при изменении только угла опережения зажигания. Специальные исследования показали , что перепуск части отработавших газов во впускную систему не только уменьшает выделение NO, но и существенно снижает износ поршневых колец двигателя. При работе двигателя   практически   на любом установившемся режиме перепуск   12%   отработавших газов во впускную систему уменьшал износ поршневых колец примерно на 90%. Рециркуляция 12% отработавших газов при работе двигателя в условиях, имитирующих городское движение, привела к уменьшению износа поршневых колец примерно на 50%. Износ поршневых колец зависит от максимальной температуры цикла. Однако физическая сущность процессов, приводящих к уменьшению износа, пока еще не объяснена. Возможно, это связано с уменьшением коррозионного износа колец из-за уменьшения концентрации N0.

При работе двигателя на этилированном  бензине в системе рециркуляции и камере сгорания образуются отложения (нагар), которые содержат главным образом свинец, но точный состав их неизвестен. Отложения в калиброванных отверстиях системы перепуска приводят к нарушению ее нормальной работы.

Для улучшения эффективных  показателей двигателя целесообразно отработавшие газы подавать в цилиндр в конце процесса наполнения. При этом будет происходить как бы наддув отработавшими газами. 

При подаче отработавших газов на впуск было получено в  некоторых случаях существенное уменьшение выделения N0, однако при  этом ухудшаются эффективные показатели дизелей (за исключением режимов  малых нагрузок). Уменьшение выделения NO на 50% сопряжено для предка мерного дизеля с ухудшением экономичности, примерно на 7%.

Наибольшее относительное  уменьшение концентрации NО наблюдается при малых и средних нагрузках. При больших нагрузках эффект от рециркуляции отработавших газов значительно меньше (снижение выделения NO в 2—2,5 раза). Кроме того, рециркуляция увеличивает расход топлива и выделение окиси углерода.

Опыты показали , что рециркуляция отработавших газов в двухкамерных дизелях меньше влияет на выделение NO , чем в однокамерных. Это подтверждается результатами исследований дизеля с вихревой камерой .С увеличением нагрузки эффективность действия рециркуляции отработавших газов на выделение NO уменьшается и при нагрузке свыше 75% номинальной становится практически равной нулю. Эффективность рециркуляции зависит также от угла опережения впрыска топлива.

Очевидно, на концентрацию окислов  азота при рециркуляции отработавших газов большое влияние оказывает способ смесеобразования, коэффициент избытка воздуха, температура перепускаемого газа.

Применение рециркуляции приводит к существенному увеличению дымности, а также содержания продуктов неполного сгорания в отработавших газах.

Эффективность добавления воды к воздуху или топливу для  улучшения различных показателей  двигателей внутреннего сгорания изучается в течение многих лет . Применение воды рассматривается в данном разделе главным образом с точки зрения уменьшения выделения окислов азота, снижение которых является наиболее трудной задачей.

Добавление воды к топливовоздушному  заряду приводит к снижению максимальной температуры сгорания, что обусловлено затратами на испарение воды и нагрев ее паров (удельная теплоемкость водяного пара выше теплоемкости воздуха).

Присадку воды к воздуху  можно осуществить впрыском как во впускной трубопровод, так и в цилиндр. Последнее значительно усложняет системы впрыска, но позволяет осуществлять впрыск в локальные объемы заряда, что может дать больший эффект в снижении выделения окислов азота

При впрыске во впускной трубопровод  происходит также увеличение коэффициента наполнения цилиндра из-за некоторого охлаждения воздуха (или смеси) на впуске в цилиндр. Как для дизелей, так и для карбюраторных двигателей, вода может быть добавлена к топливу с образованием водно-топливных эмульсий. Расчеты равновесного состава продуктов сгорания углеводородных топлив, выполненные как для впрыска воды, так и без него, показали, что впрыск воды не изменяет равновесных концентраций NO. Поэтому при впрыске воды концентрация N0 в цилиндре двигателя снижается только вследствие уменьшения максимальной температуры.

При использовании впрыска  воды несколько уменьшаются требования к октановому числу топлива.

При добавке воды к бензину  ее содержание в эмульсии обычно не превышает 15% , хотя стабильные водно-бензиновые эмульсии могут содержать до 40% воды.

Добавление воды к бензину  более резко повышает его октановое число, чем впрыск воды во впускной трубопровод . Кроме того, исследования, проведенные при сгорании водно-бензиновых эмульсий с помощью меченых атомов, показали, что кислород воды, содержащейся в эмульсин, участвует в процессе сгорания топлива.

При работе на топливоводяных эмульсиях удельный эффективный расход топлива несколько уменьшается . Уменьшение расхода топлива наблюдается при содержании в нем 7— 15% воды и не превышает 4% . Однако срок службы деталей топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы уменьшается.

На выделение токсичных  веществ  двигателями влияет большое число различных факторов: режим работы, температура деталей камеры сгорания, нагарообразование, износ цилиндропоршневой группы, состояние топливоподающей системы и системы зажигания.

серьезное внимание при уменьшении токсичности двигателей надо уделять  переходным режимам; торможению и замедлению. Очевидно также, что соответствующей  организацией движения автомобильного транспорта в городах можно добиться значительного уменьшения загрязнения атмосферы.

в чистом виде влияние частоты вращения коленчатого вала на выброс токсичных веществ при испытании многоцилиндровых серийных двигателей не представляется возможным. Это связано с тем, что при работе двигателя по скоростным характеристикам изменяется ряд параметров, определяющих протекание рабочего процесса .

В процессе эксплуатации двигателя  на стенках камеры сгорания образуется нагар. При работе на этилированных бензинах нагар практически не влияет на выделение окиси углерода и окислов азота, но увеличивает (на 5—10%) концентрацию в отработавших газах несгоревших углеводородов в зависимости от типа двигателя, условий работы и состава топлива. При работе двигателя на неэтилированном бензине образование нагара практически не влияет на концентрацию СН в отработавших газах. Возможно, соединения свинца, содержащиеся в нагаре при работе двигателя на этилированном бензине, оказывают ингибирующее действие на реакции окисления углеводородов.

Температура стенок камеры сгорания (средняя) зависит от способа охлаждения двигателя (водяное или воздушное) и от наличия или отсутствия охлаждения поршня. Кроме того, на нее влияют особенности конструкции упомянутых деталей, а также температура  охлаждающей жидкости, условия окружающей среды, регулировки двигателя и режим его работы. При повышении температуры стенок улучшаются условия протекания реакций окисления топлива в пристеночных зонах (зонах гашения) и возрастают температуры газа в цилиндре (уменьшается отвод тепла в стенки). При повышении температуры охлаждающей жидкости в карбюраторном двигателе концентрация углеводородов снижается, причем тем сильнее, чем богаче смесь (больше углеводородов в объеме зоны гашения).

Специальное исследование позволило  установить, что уменьшение концентрации углеводородов при увеличении индикаторной мощности опытного одноцилиндрового карбюраторного двигателя от 1,5 до 9 кВт в значительной мере следует отнести за счет повышения температуры стенок камеры сгорания. Очевидно, температура в зоне гашения пламени существенно влияет на выделение углеводородов. Концентрация окислов азота с повышением температуры стенок возрастает. Это связано как с повышением максимальных температур цикла, так и с влиянием пограничного слоя.

При изменении температуры  охлаждающей жидкости двигателя с искровым зажиганием от 30 до 80° концентрация окислов азота возрастает на 0,05—0,07% .

Изменение параметров воздуха  на впуске (температуры t и давления р ) влияет на процесс сгорания, а следовательно, и на выделение токсичных веществ. концентрация окислов азота при работе двигателя на бедных смесях заметно возрастает при увеличении температуры до Т = 370-380 К, а затем начинает уменьшаться .

Содержание в  отработавших газах несгоревших  углеводородов зависит также от конструкции поршня и поршневых колец. Зазор между поршнем и цилиндром над первым поршневым кольцом  является дополнительным объемом зоны гашения, в котором процесс сгорания практически не происходит. Кроме того, размер замка поршневого кольца и его положение относительно свечи зажигания и выпускного клапана влияют на концентрацию СН в отработавших газах. При установке только одного компрессионного кольца содержание СН в отработавших газах снижается. Это объясняется тем, что больше несгоревшей топливовоздушной смеси прорывается в картер, вследствие чего снижается содержание СН в газах, выходящих из цилиндра.

При наличии нескольких компрессионных колеи (т. е. при более надежном уплотнении) пестревшая топливовоздушная смесь, находящаяся  в зазоре между поршнем и гильзой, а также в зазорах канавок поршневых колец, поступает в камеру сгорания и затем в выпускной трубопровод в процессе выпуска.

В результате чего содержание СН в отработавших газах возрастает. Для уменьшения объема зоны гашения в указанных зазорах целесообразно приблизить первое компрессионное кольцо к днищу поршня, спять па поршне широкую фаску, и применить поршневое кольцо специального типа. Содержание несгоревших углеводородов в отработавших газах двигателя при работе с поршнем измененной конструкции оказалось на 35—50% ниже (на различных режимах) но сравнению с двигателем, имеющим поршень обычной конструкции, но срок службы кольца измененной конструкции сократился. Таким образом, конструкция цилиндропоршневой группы двигателя с искровым зажиганием в значительной степени влияет на содержание токсичных веществ в отработавших газах.

При создании новых и совершенствовании  существующих двигателей необходимо предусматривать конструктивные меры, уменьшающие содержание токсичных веществ в отработавших газах. Однако необходимо помнить, что изменение степени сжатия и формы камеры сгорания может отразиться на удельных эффективных показателях и детонационных характеристиках двигателя. Поэтому при выборе конструктивных параметров двигателя для уменьшения его токсичности следует учитывать изменение и указанных выше характеристик.

Известно большое количество разнообразных камер сгорания и в дизелях. Их можно разделить па три группы: неразделенные, разделенные и полуразделенные. Последняя группа занимает промежуточное положение между двумя  первыми. Двигатели  с разделенными камерами имеют дополнительную камеру (вихревую или предкамеру), объем которой обычно не превышает 50% объема камеры сжатия. Все топливо впрыскивается в дополнительную камеру. Для процесса смесеобразования в значительной мере используется энергия воздуха, втекающего в камеру из цилиндра с большими скоростями. Коэффициент избытка воздуха в дополнительной камере оказывается меньше единицы (зависит от объема дополнительной камеры и общего а). Сгорание топлива начинается в дополнительной камере и происходит при недостатке кислорода, что, несмотря на сравнительно высокие температуры, препятствует образованию i\O_x. Кроме того, при разделенной камере из-за большой относительной поверхности ее увеличиваются потери теплоты от газов в стенки, что также способствует уменьшению образования NО  (из-за снижения температуры). В процессе сгорания топливовоздушная смесь и продукты сгорания вытекают из дополнительной камеры  в   цилиндр, где при большом избытке воздуха, но при пониженных температурах (из-за большого а), происходит сгорание оставшегося топлива и догорание продуктов неполного сгорания. Температуры недостаточно высоки для образования больших количеств NO. но достаточны для дожигания сажи и других продуктов неполного сгорания. Последнему способствует также хорошее перемешивание в цилиндре из-за больших скоростей вытекания газа при сгорании из дополнительной камеры. 

Низкое качество смесеобразования, неравномерное распределение смеси по цилиндрам, изменение состава смеси от цикла к циклу являются одной из причин существенного увеличения выделения токсичных веществ карбюраторными двигателями. Кроме того, через зазоры между стержнями впускных клапанов и их направляющими во впускную систему двигателя, особенно на режимах с прикрытой дроссельной заслонкой, поступает масло, что влияет на состав смеси, процесс сгорания и выделение токсичных веществ.

Для улучшения качества смесеобразования исследуют возможности применения предварительного смесеобразования (получения топливовоздушной смеси в специальных устройствах);  подогрева топливовоздушной смеси во впускной системе;  использования предварительного смесеобразования и подогрева; установки двойных впускных трубопроводов; применения специальных устройств для обеднения смеси на режимах холостого хода; совершенствования карбюраторов, замены карбюраторов на системы впрыска топлива; уплотнения стержней впускных клапанов .

Предварительное смесеобразование было исследовано на одноцилиндровом  двигателе с впрыском топлива  во впускной трубопровод . Для обеспечения предварительного смесеобразования во впускную систему двигателя последовательно включали два бака. Топливо впрыскивалось во впускную систему до баков. Перемешивание топлива с воздухом улучшается из-за изменения скоростей и направления движения воздуха в баках, а также из-за увеличения времени процесса смесеобразования. Опережение зажигания подбирали из условия создания максимального давления цикла в момент, соответствующий повороту коленчатого вала на 10° .Из результат исследовании следует, что при предварительном смесеобразовании концентрация СН ниже при всех значениях а, а концентрация NO ниже только для богатых смесей.

Увеличение концентрации NO при обычной системе смесеобразования в области богатых смесей является следствием наличия обедненных зон смеси, которые появляются из-за невысокого качества смесеобразования (негомогенности смеси).

Повышение концентрации СН при  отсутствии предварительного смесеобразования возможно из-за наличия жидкого топлива на стенках камеры сгорания или увеличенной толщины слоя зоны гашения вследствие меньшей скорости распространения пламени. Рассмотренный способ улучшения смесеобразования связан, однако, с усложнением конструкции впускной системы и топливовпрыскивающей   аппаратуры.

Подогрей впускного трубопровода приводит к улучшению смесеобразования (быстрее и полнее происходит испарение топлива). При этом выделение углеводородов и окиси углерода с отработавшими газами уменьшается, но выделение окислов азота увеличивается. При работе двигателя на режимах полностью открытой дроссельной заслонки и при большой частоте вращения коленчатого вала смесеобразование в карбюраторе довольно хорошее. Поэтому влияние подогрева на выделение СО и СН на таких режимах незначительно, а мощность двигателя падает из-за уменьшения коэффициента наполнения. В целях снижения токсичности двигателя подогревать впускной трубопровод целесообразно лишь на режимах холостого хода и малых нагрузок, особенно для двигателей с воздушным охлаждением.