Lean-burn là quá trình đốt cháy nhiên liệu với lượng không khí dư thừa trong động cơ đốt trong (lượng không khí nhiều hơn mức cần thiết để đốt cháy một lượng nhiên liệu). Trong động cơ xăng, tỷ lệ không khí : nhiên liệu để có thể đốt cháy tối ưu là 14.7:1, tức là cứ 1 lượng nhiên liệu thì cần 14.7 lượng không khí để đốt cháy hoàn toàn lượng nhiên liệu đó ( tỷ lệ tính theo khối lượng). Đối với động cơ đốt nghèo (lean-burn), tỷ lệ này có thể là 65: 1. Lượng không khí dư thừa trong động cơ đốt nghèo tạo ra ít hydrocacbon hơn so với tiêu chuẩn. Tỷ lệ không khí/nhiên liệu cao cũng có thể được sử dụng để giảm tổn thất do các hệ thống quản lý công suất động cơ khác gây ra như tổn thất tiết lưu.
Nếu động cơ đốt trong hoạt động hiệu quả 100%, nhiên liệu sẽ đốt cháy và chỉ tạo ra carbon dioxide (CO2) và nước. Nhưng thực tế là, động cơ kém hiệu quả hơn rất nhiều và quá trình đốt cháy cũng tạo ra carbon monoxide (CO), oxit nitơ (NOx) và hydrocacbon chưa cháy ngoài CO2 và hơi nước.
Để tăng hiệu quả nhiên liệu, cũng như giảm lượng khí thải độc hại này, hai cách tiếp cận cơ bản đã được sử dụng: Sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải, bộ chuyển đổi xúc tác làm sạch khí thải từ động cơ; động cơ đốt nghèo tạo ra mức khí thải thấp hơn bằng cách kiểm soát quá trình đốt cháy tốt hơn và đốt cháy nhiên liệu hoàn toàn hơn bên trong xi lanh động cơ.
Chế độ đốt nghèo là một cách để giảm tổn thất do tiết lưu (họng hút). Động cơ trên một chiếc xe thông thường có kích thước đủ để cung cấp công suất mong muốn cho việc tăng tốc, nhưng phải hoạt động tốt dưới điểm đó trong hoạt động ở tốc độ ổn định bình thường. Thông thường, công suất bị giảm bằng cách đóng một phần van tiết lưu (bướm ga). Tuy nhiên, công tác bổ sung đã được thực hiện trong việc bơm không khí qua van tiết lưu làm giảm hiệu quả. Nếu tỷ lệ nhiên liệu/không khí giảm, thì công suất thấp hơn có thể đạt được khi bướm ga gần mở hoàn toàn và hiệu quả trong quá trình lái xe bình thường (dưới khả năng mô-men xoắn cực đại của động cơ) có thể cao hơn.
Chúng ta đều biết rằng hỗn hợp không khí nhiên liệu (hòa khí) loãng hơn là một động cơ tiết kiệm. Nhưng vấn đề là, nếu hỗn hợp quá loãng, động cơ sẽ không cháy được, và nồng độ nhiên liệu thấp hơn dẫn đến công suất đầu ra ít hơn.
Các động cơ Lean-burn khắc phục những vấn đề này bằng cách sử dụng một quy trình trộn hiệu quả cao. Các piston có hình dạng đặc biệt được sử dụng cùng với các ống nạp được định vị và đặt góc để phù hợp với các piston. Ngoài ra, các cổng vào của động cơ có thể được tạo hình để gây ra “xoáy” – một kỹ thuật vay mượn từ động cơ diesel phun trực tiếp. Xoáy dẫn đến sự hòa trộn hoàn toàn hơn giữa nhiên liệu và không khí cho phép đốt cháy hoàn toàn hơn, và trong quá trình này làm giảm chất ô nhiễm mà không làm thay đổi đầu ra.
Nhược điểm của công nghệ đốt nghèo là tăng lượng khí NOx thải ra (do nhiệt và áp suất xi lanh cao hơn) và dải công suất RPM hơi hẹp hơn (do tốc độ đốt cháy hỗn hợp nghèo chậm hơn). Để giải quyết những vấn đề này, các động cơ đốt nghèo có hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp chính xác, hệ thống quản lý động cơ được điều khiển bằng máy tính phức tạp và bộ chuyển đổi xúc tác phức tạp hơn để giảm lượng khí thải NOx hơn nữa.
Động cơ đốt nghèo tiên tiến ngày nay, cả xăng và diesel, đạt được hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu đáng chú ý trong cả điều kiện lái xe trong thành phố và đường cao tốc. Ngoài ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu, thiết kế của động cơ đốt nghèo nhẹ hơn dẫn đến công suất mô-men xoắn cao so với đánh giá mã lực. Đối với người lái xe, điều này không chỉ có nghĩa là tiết kiệm ở bơm nhiên liệu mà còn là trải nghiệm lái xe bao gồm một chiếc xe tăng tốc nhanh chóng với ít khí thải độc hại hơn từ ống xả.
