Одним из основных источников загрязнения воздушного бассейна является автомобильный транспорт. В 1990 году выбросы вредных веществ от автотранспорта в стране, по оценкам, составили 35 млн.т. За истекшее десятилетие доля этих выбросов в общем объеме загрязнения атмосферы увеличилась с 35% до 38%. Это во многом объясняется тем, что оснащенность стационарных источников загрязнения газо-пылеулавливающими установками возрастает, в то время как автомобили практически не оснащаются системами нейтрализации отработавших газов.
По данным Госгидромета СССР в 190 городах выбросы автотранспорта составляли более 50% валового выброса загрязняющих веществ в атмосферу. К ним относятся, в частности, Сочи (90%), Симферополь (84%), Ташкент (78%), Москва (72%), Харьков (68%), Санкт-Петербург (61%) и многие другие.
Существует два типа двигателей внутреннего сгорания-бензиновый или карбюраторные и дизельный. Работа первого осуществляется следующим образом: с помощью нагнетателя воздуха поступает в специальное устройство - карбюратор, находящийся вне двигателя. Под действием энергии воздушного потока происходит распыление жидкого топлива (бензина). Образовавшаяся система - диспергированные капли жидкого топлива в дисперсионной среде - воздухе представляют собой топливно-воздушную смесь. Несмотря на то, что в действительности эта система гетерогенна, т. е. состоит из жидкой и газообразной фаз, в теории процессов горения ее считают гомогенной с достаточной степенью точности. Попадая через впускной клапан цилиндра при движении поршня вниз, смесь занимает весь предоставленный ей объем. Затем при закрытых клапанах идет сжатие топлива до критического давления, а затем ее воспламенение от искры электросвечи. В этих условиях происходит мгновенное возгорание топлива, сопровождающееся выделением большого количества энергии. Газообразные продукты горения, являясь носителем этой энергии, начинают с большой силой действовать на поршень. По мере продвижения поршня вниз, объем цилиндра увеличивается, и давление газов падает. Таким образом, полезную работу газы уже совершили. Теперь последним этапом одного цикла работы двигателя является удаление газов из объема цилиндра. Это происходит при открывании выхлопного клапана и сопровождается движением поршня вверх.
У двигателей с внешним смесеобразованием, в частности бензиновых двигателях, наибольшая доля вредных выбросов приходится на оксид углерода, в то время как у двигателей с внутренним смесеобразованием (дизелей) - на сажу. Это объясняется существенным различием организации процессов смесеобразования и сгоранию. Если у двигателя с внешним смесеобразованием процессов сгорания в цилиндре можно рассматривать как горение гомогенной смеси, то в цилиндрах дизеля осуществляется гетерогенное сгорание, качество которого зависит от характеристик впрыска топлива, формы камеры сгорания, интенсивности смесеобразования и т. д. Оксид углерода является основным промежуточным продуктом сложного многостадийного процесса горения углеводородных топлив. Сухие (без водяных паров) оксид углерода и кислород взаимодействуют крайне медленно. Но так как в камере сгорания всегда имеется водяной пар, то оксид углерода реагирует с гидроксильной группой, появляющейся в результате прохождения цепной реакции.
CO + H2O = H2 + CO2
H2 + O2 = 2 OH-
2CO + 2OH- = 2CO2 + H2
Всего в отработавших газах обнаружено около 280 компонентов. По своим химическим свойствам, характеру воздействия на организм человека вещества, содержащиеся в отработавших картерных газах, подразделяются на несколько групп. В группу нетоксичных веществ входят азот, кислород, водород, водяные пары, а также диоксид углерода. Группу токсичных веществ составляют: оксид углерода СО, оксиды азота NOх , многочисленная группа углеводородов СmНn , включающая парафины, олефины, ароматики и другие. Далее следуют альдегиды, сажа. При сгорании сернистых топлив образуются неорганические газы - диоксиды серы и сероводород.
Особую группу составляют канцерогенные полициклические углеводороды (ПАУ), в том числе - наиболее активный бенз(а)пирен, являющийся индикатором присутствия канцерогенов в отработавших газах.
Действие токсичных компонентов отработавших газов на человеческий организм разнообразно, от индивидуальных незначительных неприятных ощущений до раковых заболеваний. Степень их воздействия зависит от их концентрации в атмосфере, состояния человека и индивидуальных особенностей.
Влияние отдельных компонентов на организм человека изучено довольно полно. Практически для каждого компонента установлена ПДК. Учитывая все это, необходимым является нахождение методов и способов, как уменьшения токсичности, так и полной нейтрализации выхлопов двигателей внутреннего сгорания.