Автомобильные и тракторные двигатели внутреннего сгорания имеют высокую надежность, хорошую топливную экономичность, создают необходимые тягово-сцепные свойства автомобиля и трактора в различных производственных условиях. Вместе с тем по мере роста автомобильного и тракторного парка все больше стал проявляться существенный недостаток ДВС — он оказался причиной значительного загрязнения окружающей среды. При большом скоплении автомобилей количество выбрасываемых с выхлопными газами вредных веществ становится недопустимо большим [6]. В Российской Федерации, как и в других развитых странах, двигатели автомобилей и тракторов стали главными загрязнителям атмосферы . Установлено, что во многих городах РФ вредные выбросы отработавших газов ДВС в 4–5 раз превышают загрязнение воздуха промышленными предприятиями.
В связи с этим были разработаны специальные законы и нормативные документы, ограничивающие содержание вредных веществ в отработавших газах автомобилей. Определены нормы токсичности, а также разработаны методы контроля содержания вредных веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания.
Отработавшие газы как продукты сгорания дизельного топлива и моторного масла представляют собой аэрозоль — смесь газов, паров воды, масла, несгоревшего топлива со взвешенными жидкими и твердыми частицами кокса, золы, сажи и другими частицами сложного органического и неорганического состава.
Концентрация токсичных компонентов в продуктах сгорания, выходящих из цилиндра двигателя, зависит от скорости их образования или выгорания и от времени реакции. Скорость химических реакций оценивают обычно по изменению концентрации исходных веществ или продуктов реакции. Для определения скорости химической реакции необходимо знать стадии, из которых складывается химическая реакция, или механизм реакции [1].
Окисление и горение углеводородов развивается по типу цепной реакции, причем чем сложнее молекула углеводорода, тем большее число элементарных актов составляет цепь. До настоящего времени отсутствуют четкие представления о механизме реакций окисления углеводородных топлив в процессе сгорания в цилиндрах двигателей. По этой причине нет и сколько-нибудь точных кинетических методов расчета данного процесса. В двигателестроении получили некоторое распространение энергетические методы расчета процесса сгорания, основанные на определении скорости выгорания топлива с использованием опытных коэффициентов (продолжительности сгорания, показателя процесса сгорания). Однако они позволяют рассчитывать только индикаторную диаграмму давления в цилиндре в процессе сгорания. По этой диаграмме (или в процессе ее расчета) могут быть определены текущие значения температуры газа в зоне продуктов сгорания, свежей смеси (или воздуха) и средняя температура в камере сгорания.