Концентрация оксида углерода СО в отработавших газах зависит главным образом от состава топливовоздушной смеси. Бензиновые двигатели при больших нагрузках и на режиме холостого хода работают на богатой смеси (при коэффициенте избытка воздуха а< 1), в которой не хватает кислорода для полного окисления топлива, и объемная концентрация СО достигает 6 %. Если двигатель (бензиновый или дизельный) работает на обедненной смеси (при а > 1), то сгорание происходит при избытке кислорода, и объемная концентрация СО невелика (0,2…0,3 %).

Образование углеводородов (токсичных веществ) при сгорании жидкого топлива (бензина) в двигателе с принудительным воспламенением связано с замедлением химических реакций в тонком слое топливовоздушной смеси у поверхности стенок камеры сгорания в результате теплоотдачи от смеси к стенке и вызванной этим понижением температуры смеси. В продуктах реакций появляются токсичные углеводороды — продукты неполного окисления и разложения топлива. К углеводородам относят также пары бензина, которые попадают в отработавшие газы в случае пропусков воспламенения топлива в одном или нескольких цилиндрах.

С отработавшими газами выбрасывается 60 % всего объема выделяемых автомобилями с бензиновыми двигателями углеводородов, картерных газов 20 %, паров бензина, вытекающих через вентиляционное отверстие топливного бака и из карбюратора, то же 20 %. В отработавших газах дизелей в 2…3 раза меньше, чем бензиновых двигателей.

Азот, химически инертный при атмосферных условиях, реагирует с кислородом при температуре свыше 2000 К; в результате реакций образуются оксид азота NO и диоксид NO2, их условно обозначают NO*. Местная температура газов в камере сгорания дизельных двигателей достигает 2500 К, а двигателей с принудительным воспламенением 3000 К, так что выбросы оксидов азота достаточно велики у разных типов двигателей.

Отработавшие газы при большом содержании сажи вытекают из выпускной трубы автомобиля в виде черного дыма, который ограничивает видимость на дорогах. Поэтому сажу относят к токсичным веществам, хотя она не обладает токсическим действием. Сажа, кроме того, адсорбирует и выносит из цилиндра в атмосферу бензопирен — полициклический углеводород ароматического ряда, обладающий канцерогенным действием. Концентрацию сажи в отработавших газах измеряют двумя способами. Дымомером измеряют относительную оптическую плотность газов в процентах путем просвечивания. Фильтрованием отработавших газов получают массу сажи в единице объема (г/м3).

Чтобы оценить степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами токсичных веществ, следует определить суммарное количество выбросов с отработавшими газами в конкретных условиях эксплуатации автомобиля и оценить объем атмосферного воздуха, с которым перемешиваются токсичные вещества.

Во многих странах действуют ограничения на выбросы токсичных веществ автомобильными двигателями. В нашей стране соответствующие нормы введены с 1 января 1975 г. Важную роль в деле охраны окружающей среды в нашей стране играет принятый в 1980 г. Закон об охране атмосферного воздуха.

Предельные концентрации токсичных веществ в атмосферном воздухе городов ограничены санитарными нормами, которые принято выражать в г/м3 (мг/м3; мг/л).

Нормы на выбросы токсичных веществ автомобильными двигателями назначают, учитывая санитарные нормы, суммарный объем выбросов токсичных веществ и закономерности воздухообмена на улицах городов, которые зависят от городского ландшафта и планировки улиц, климата, направления и силы ветра и т. п. Учитывают также технические и экономические возможности уменьшения токсичных выбросов до установленных норм.

В промышленно развитых странах действуют нормы на выбросы токсичных веществ: оксида углерода СО, углеводородов СН и оксидов азота NO* с отработавшими газами автомобильных двигателей с принудительным воспламенением. С целью уменьшения выбросов свинца в несколько раз уменьшена предельная концентрация этиловой жидкости — антидетонационной присадки в бензине, а в крупных городах применение этилированного бензина запрещено.

Токсичность выбросов дизелей значительно ниже, для автомобилей с такими двигателями нормированы лишь выбросы сажи. Выбросы токсичных веществ СО, СН и NO* нормированы для дизельных автомобилей, которые работают на открытых рудниках, в карьерах и в шахтах, где воздухообмен ограничен.

Объем выбросов токсичных веществ с отработавшими газами двигателей легковых автомобилей определяют при испытаниях на стендах с беговыми барабанами. Испытания проводят по ездовому циклу, имитирующему условия эксплуатации автомобиля в городе. В ездовом цикле регламентированы вид и продолжительность каждого из режимов движения автомобиля. Нормы на выбросы токсичных веществ назначают для тех же условий испытаний. В СССР и западноевропейских странах испытания проводят по европейскому ездовому циклу. Объем токсичных выбросов определяют за одно испытание, состоящее из четырех идентичных ездовых циклов общей продолжительностью 13 мин.

Нормы выброса токсичных веществ с отработавшими газами распространяются в СССР на бензиновые автомобильные двигатели с принудительным воспламенением.

Нормы зависят от массы автомобиля, например, для автомобилей массой 850… 1020 кг они следующие: 70 г СО; 7 г СН; 10,5 г NO*. Установлена также норма на концентрацию оксида углерода СО в отработавших газах при работе прогретого двигателя на режиме холостого хода.