Двигатели внутреннего сгорания применяются практически во всех видах транспортных средств и остаются основным типом мобильных тепловых двигателей благодаря своей автономности, экономичности и надежности. Как основной источник энергии для транспортных средств двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются и основным потребителем топлив, при сгорании которых образуются вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу. ДВС играют существенную роль в загрязнении окружающей среды. В крупных городах они являются одним из главных источников токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу с отработавшими газами (ОГ). Так, доля автомобильного транспорта в выбросе вредных веществ составляет в США 60,6%, в Англии — 33,5%, во Франции — 32% [1, 2]. В табл. 1 приведены данные по Российской Федерации на конец ХХ века, характеризующие общее потребление топлива различными видами транспорта, и выбросы вредных веществ с ОГ ДВС. Из данных табл. 1 следует, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы ОГ вносят ДВС автомобильного и автотракторного назначения.
В настоящее время отечественный автомобильный парк ежегодно выбрасывает в атмосферу 13–15 млн т оксидов углерода и 1,2–1,5 млн т оксидов азота. При этом до 22% всех выбросов диоксида углерода, около 50% веществ, вызывающих кислотность атмосферы, и 60–90 % смога приходится на эмиссию вредных веществ с ОГ транспортных средств. Особенно тяжелая экологическая обстановка складывается в крупных городах. Например, в Москве годовые суммарные выбросы вредных веществ автотранспортом достигают 1,7 млн т. Данные о загрязнении атмосферы ДВС, работающими на нефтяных топливах — бензине и дизельном топливе, приведены в табл. 2 [1].
Отработавшие газы ДВС, в частности дизелей, представляют собой сложную многокомпонентную смесь газов, паров, капель жидкостей и дисперсных твердых частиц. Всего ОГ ДВС содержат около 280 компонентов, среди которых можно выделить содержащиеся в воздушном заряде азот N2 и кислород O2, продукты полного сгорания топлива (диоксид углерода СO2 и водяной пар H2O), вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха при высоких температурах (оксиды азота NОx), продукты неполного сгорания топлива (монооксид углерода CO, углеводороды CHx, дисперсные твердые частицы, основным компонентом которых является сажа), а также оксиды серы, альдегиды, продукты конденсации и полимеризации (табл. 3) [1, 3–6]. Кроме продуктов сгорания топлива ОГ содержат продукты сгорания смазочного масла и вещества, образующиеся из присадок к топливу и маслу. В незначительных количествах (1–2 %) ОГ содержат водород H2 и инертные газы — аргон Ar и др.