Теоретически двигатели внутреннего сгорания, сжигая углеводородное топливо, выделяют конечный продукт в виде воды (из водорода) и двуокиси углерода (из углерода). В них нет ничего особенно вредного, хотя люди сейчас беспокоятся о долгосрочном «тепловом эффекте», связанном с влиянием увеличения двуокиси углерода (С02) в атмосфере, на мировой климат. Большинство ученых согласилось, что этот эффект существует, хотя продолжаются дебаты по вопросу, насколько это серьезно, как быстро он проявляется и насколько в этом виновны автомобили.


Помимо теплового эффекта, ситуация с выбросами в действительности не так уж проста и понятна. В этой области есть три основные проблемы. Во-первых, не все углеводороды (СН) сгорают в двигателе: некоторые попадают в атмосферу несгоревшими. Во-вторых, некоторая часть углерода не сгорает полностью до двуокиси углерода, а только до окиси углерода (СО), которая чрезвычайно ядовита. В-третьих, хотя азот, который составляет 80% воздуха, которым мы дышим, должен проходить через двигатель неизмененным, поскольку азот почти инертный газ, его маленькая часть, при высокой температуре и давлении сгорания, соединяется с кислородом, образуя смесь трех окислов азота, которые известны автомобилистам, как NOx.


В то время как вред СО очевиден, вопрос с СН и NOx более тонок. При определенных условиях они попадают в атмосферу и реагируют в присутствии солнечного света, создавая озон и «смог». Оба из них ухудшают качество воздуха, особенно для людей с проблемами дыхания, бронхитом и астмой. Кроме того, NOx также соединяется с водой, и появляются так называемые «кислотные дожди», которые вредят растениям и разрушают некоторые строительные материалы, особенно мягкие камни. Насколько может стать плохой ситуация, проявилось впервые в 50-е годы в Лос-Анджелесе. Город не только имеет большое количество автомобилей, но и находится в «чаше», образованной горами в Калифорнии, защищенный от прибрежных ветров Тихого океана, и поэтому выбросы могут задерживаться и накапливаться.


В конечном счете в конце 60-х годов штат Калифорния, а затем и США в целом, принял нормативы по ограничению количества СН, СО и NOx в отработавших газах автомобилей. Несколькими годами позже по этому пути последовали Япония и Европа. Эти ограничения со временем становились все жестче, пока не наступил момент, когда бензиновые двигатели не могли уже отвечать этим требованиям без помощи каталитических нейтрализаторов. В Европе каталитические нейтрализаторы стали обязательными для всех вновь выпускаемых автомобилей, начиная с 1993 года, и теперь их имеет большинство автомобилей, движущихся по дорогам.


Сейчас все новые автомобили должны быть сертифицированы на соответствие требованиям по содержанию вредных веществ в отработавших газах для рынков, на которых они продаются. Одной из проблем для автомобильных инженеров является то, что требования отличаются от рынка к рынку. Существуют различные дорожные тесты, которые нужно пройти, чтобы получить соответствующий сертификат. Европейский цикл — это довольно простая комбинация ускорений, замедлений и движения с постоянной скоростью, в то время как главный Американский цикл (US Federal) больше похож на запись движения в реальных условиях, в условиях городского потока и скоростных трасс. Хотя большинство людей подходят по-разному к требованиям по разрешенному количеству СН, СО и NOx, изменения испытательного цикла могут иметь огромный эффект. Например, представленные недавно Европейский цикл и цикл США больше не допускают периода прогрева двигателя до момента начала измерений, и начальная температура, при которой должны проводиться испытания, вскоре может быть снижена до отрицательной. Оба эти момента сделают намного более трудным выполнение требований по содержанию СН и СО. Начиная с 1997 года, в Европейский цикл включен высоко-скоростной режим испытаний, который усложняет выполнение требований по содержанию NOx.


Другим аспектом вредных выбросов, который скорее относится к процессу переработки нефти, является эффект серы, которая присутствует в виде примесей как в бензине, так и в дизельном топливе в концентрации от 500 частей на миллион (или больше в некоторых низкосортных топливах). Эта сера, сгорая, образует двуокись серы, которая, соединяясь с водой, образует кислотные дожди, таким же образом, как и NOx. Иногда она также реагирует с водой внутри каталитического нейтрализатора, образуя небольшое количество сернистого газа. Но наихудшим эффектом серы является то, что она «отравляет» некоторые из наиболее продвинутых приборов системы выпуска, которые мы рассмотрим в следующем разделе. По этим причинам сейчас появляются ограничения на содержание серы в топливе. Большинство конструкторов двигателей и экспертов по экологии считают, что ее должно быть в топливе не более 20 частей на миллион, а идеал, если ее вообще не будет.