Коротко — что такое «сгорание при недостатке кислорода»: в зоне горения нет достаточно кислорода для полной окислительной реакции CxHy → CO2 + H2O. В таких условиях образуются частичные продукты окисления, сажа и необгоревшее топливо. Ниже — развернуто и по пунктам.

Какие продукты образуются

Оксид углерода $CO$. Токсичен, легко образуется при частичном окислении углерода в топливе $C+1/2O2\to CO$.Сажа $твёрдыйуглерод$ и частицы $PM$: мелкие углеродные частицы, включающие поверхностные PAH $полициклическиеароматическиеуглеводороды$. Образуются в топливонесмешанных / топливонасыщенных зонах при пиролизе.Неполностью сгоревшие углеводороды $UHC,NMHC$: отдельные молекулы топлива и продукты частичной окисления $алканы,алкены,ароматическиесоединения$.Лёгкие кислородсодержащие органические соединения: альдегиды $напримерформальдегид$, кетоны, кислоты — особенно при низкотемпературном окислении.Водород $H2$ и другие восстановленные формы водорода/углерода в малых количествах.Пониженное количество CO2 $посравнениюсполнойконверсиейтоплива$.Если в топливе или смазке есть сера — SO2/SO3 и сульфатные частицы; продукты сгорания азота $NOx$ обычно меньше при обеднённом кислороде, но их образование зависит от температуры и локальных условий.Токсичные и канцерогенные компоненты: бензол, формальдегид, ацролеин, PAH и др.

Как это влияет на эффективность и выбросы

Потери эффективности: неполное сгорание — прямой расход топлива без полезного преобразования в работу → снижение тепловой эффективности и мощности двигателя.Рост потребления топлива при попытке поддерживать мощность.Повышение механических/тепловых потерь в будущем: отложения сажи на свечах зажигания, клапанах, в камере сгорания, на форсунках и в выпуске ухудшают работу и увеличение трения/нагрева.Экологические и здоровье-риски: CO — опасен при вдыхании; UHC и PAH — предшественники озонно‑смоговых реакций и канцерогенны; PM — вызывает респираторные и сердечно‑сосудистые заболевания; сажа и неполно сгоревшие углеводороды влияют на климат.Снижение эффективности каталитического нейтрализатора $принасыщении/загрязнении$ и риск его повреждения; серосодержащие продукты могут отравлять катализаторы.

Почему такое происходит в двигателе $типичныепричины$

Богатая смесь $избытоктопливаотносительнопоступающегокислорода$.Плохое распыление/атомизация топлива, крупные капли → плохое смешивание.Низкая температура сгорания $холодныйстарт,чрезмернаяохлаждающаясистема,теплозаглубление$ — химия замедлена.Локально богатые зоны в камере сгорания $особенновдизеляхприплохомсмешивании$.Недостаточная подача воздуха $засорённыйвоздушныйфильтр,проблемыстурбонаддувом$.Неправильная фаза впрыска/зажигания, неисправные форсунки, свечи, датчики.Избыточный EGR $замедляетокислениеиможетувеличитьсажуприизбытке$.

Меры и технологии, которые снижают образование токсичных соединений
А) Стабилизация и оптимизация процесса горения

Поддержание правильного соотношения воздух/топливо $\lambda \approx 1длябензиновыхТРКстрехходовымкатализатором$. Использование широкополосного датчика λ и замкнутого контура управления.Инжекционная стратегия: высокое давление впрыска, мелкая капельность, точная фаза впрыска, многостадийные впрыски $пилот/основной/пост$, улучшенные сопла форсунок → лучшее перемешивание и более полное сгорание.Улучшение распыления и перемешивания: проектирование камеры сгорания $вихри,swirl/tumble$, оптимизация клапанной фазировки, турбонаддув/интеркулер для увеличения доступного кислорода.Поддержание высокой локальной температуры сгорания $принеобходимости$: ускоренный розжиг, подогрев каталитического нейтрализатора для холодного пуска $close-coupledcatalyst$, облегчение холодного старта.

Б) Аппаратные и конструктивные решения

Для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском — бензиновые фильтры частиц $GPF/GDI–PF$ и оптимизация впрыска, чтобы снизить образование PM.Для дизелей — дизельные сажевые фильтры $DPF$ + Diesel Oxidation Catalyst $DOC$ для окисления CO и HC и сжигания сажи $регенирация$.Трёхходовые каталитические нейтрализаторы $TWC$ для бензиновых двигателей — эффективно преобразуют CO, HC и NOx при λ≈1.Для кузовных режимов с обеднённым зарядом $lean-burn$ — LNT $leanNOxtrap$ или SCR $SelectiveCatalyticReduction$ + DOC/DPF комбинации $таккакTWCнеработаетприобеднённойсмеси$.Системы вторичного впрыска воздуха в выпускной тракт $secondaryairinjection$ для ускорения окисления CO/HC при холодном запуске.

В) Топливо и присадки

Использование низкосернистого топлива $уменьшаетотравлениекатализаторовиобразованиесульфатов$.Добавки-кислородсодержащие компоненты $этанол,метанол,ETBEит.п.$ могут улучшать полноту сгорания и снижать сажу.Присадки, уменьшающие образование отложений и улучшающие распыление.

Г) Управление и диагностика

Регулярная диагностика и обслуживание: чистые воздушные и топливные фильтры, исправные свечи/форсунки, корректные датчики $MAF,MAP,O2$, чистые каталитические нейтрализаторы.Электронное управление двигателем $ECU$ с адаптивными картами зажигания/впрыска, контролем фаз газораспределения и регенерацией DPF.Контроль EGR: оптимизация соотношения — EGR снижает NOx, но при избытке повышает сажу; нужен баланс и управление.

Специфика по типам двигателей

Бензиновые $SI$ двигатели: при богатой смеси возрастает CO и HC; триходовой катализатор при λ ≈ 1 наиболее эффективен. Современные GDI-двигатели склонны к образованию PM → используют GPF.Дизели $CI$: работают обычно на обеднённой смеси, но локально есть богатые зоны → образование сажи и CO в этих зонах. Основные меры — улучшение впрыска $high‑pressurecommon-rail$, рециркуляция выхлопных газов с контролем, DOC + DPF + SCR, низкосернистое топливо.Холодный запуск — характерная причина повышенного CO и HC; решения — близко расположенный катализатор, система вторичного воздуха, топливо‑/зажигание‑стратегии прогрева.

Важные компромиссы

Борьба с сажей иногда повышает NOx $инаоборот$. Поэтому практические решения комбинируют оптимизацию сгорания и эффективную пост‑обработку выхлопа $DOC/DPF/SCR$.Повышение температуры сгорания улучшает окисление CO/HC, но может увеличить образование термического NOx — нужно балансировать $EGR,фазированиегазораспределения,SCR$.

Практические рекомендации для снижения токсичных продуктов

Поддерживать двигатель в исправном состоянии: своевременное ТО, чистые фильтры, проверка форсунок и свечей.Настроить ECU и датчики $широкополосныйлямбда‑зонд$ для правильного управления λ.Использовать современные системы впрыска $высокоедавление$, подходящие послеочистки $TWC/DPF/DOC/SCR$ и низкосернистое топливо.Для производителей — внимание к конструкции камеры сгорания и дизайну форсунок для лучшего смешивания.Для холодных пусков — быстрый прогрев катализатора $close-coupled$, вторичный воздух и корректные стратегии впрыска.

Вывод: при недостатке кислорода образуются CO, сажа, UHC, альдегиды и другие токсичные компоненты — это снижает КПД двигателя и резко ухудшает токсичность и здоровье‑экологические показатели выхлопа. Снижение образования этих соединений достигается сочетанием оптимизации процесса горения $смесь,впрыск,перемешивание,температура$, хорошей эксплуатации и эффективной пост‑обработки выхлопных газов $катализаторы,DPF,SCRит.п.$.