Побочные продукты работы бензинового двигателя включают окись углерода, окислы азота и углеводороды (несгоревшие соединения топлива), каждый из которых является загрязняющим веществом. Чтобы контролировать загрязнение воздуха в результате этих выбросов, правительства устанавливают стандарты качества и проводят инспекции для обеспечения соблюдения стандартов. Стандарты становятся все более строгими, а оборудование, необходимое для их соблюдения, — все более сложным.
Были успешно внедрены различные модификации двигателя, изменяющие характеристики выбросов. К ним относятся измененные соотношения воздух-топливо, пониженные степени сжатия, замедленные фазы зажигания, уменьшенные отношения поверхности камеры сгорания к объему, а также более жесткие производственные допуски. Для улучшения управляемости («отзывчивости») в некоторых моделях в воздухоочиститель подается подогретый воздух из теплообменника на выпускном коллекторе.
Нежелательное испарение углеводородов бензина в воздух контролируется путем герметизации топливного бака и выпуска воздуха из бака через сепаратор паров жидкости в канистру, содержащую активированный уголь. Во время работы двигателя эти пары десорбируются и сгорают в двигателе.
Среди устройств контроля выбросов, разработанных в 1970-х годах, были каталитические нейтрализаторы (устройства, способствующие сгоранию углеводородов в выхлопе), системы рециркуляции выхлопных газов, коллекторные реакторы, впрыск топлива и унифицированные элементы зажигания.
Каталитический нейтрализатор состоит из изолированной камеры, содержащей пористый слой или подложку, покрытую каталитическим материалом, через которую должны проходить горячие выхлопные газы перед выбросом в атмосферу. Катализатор представляет собой один из различных оксидов металлов, обычно платины или палладия, которые нагреваются выхлопными газами до температуры около 500 °C (900 °F). При этой температуре несгоревшие углеводороды и монооксид углерода подвергаются дальнейшему окислению, а оксиды азота химически восстанавливаются во второй камере с другим катализатором. Проблемы с катализаторами связаны с их непереносимостью этилированного топлива и необходимостью предотвращать перегрев.
Рециркуляция выхлопных газов — это метод борьбы с оксидами азота, которые образуются в результате химической реакции азота и кислорода при высоких температурах во время сгорания. Уменьшение концентрации этих элементов или снижение температуры в пиковом цикле приводит к уменьшению количества образующихся оксидов азота. Для этого отработавшие газы направляются из выпускного коллектора во впускной коллектор. Это разбавляет поступающую топливно-воздушную смесь и эффективно снижает температуру сгорания. Объем рециркуляции зависит от положения дроссельной заслонки, но в среднем составляет около 2 процентов.
Реакторы с коллектором представляют собой увеличенные и изолированные выхлопные коллекторы, в которые подается воздух и в которых выхлопные газы продолжают гореть. Эффективность таких устройств зависит от количества выделяемого тепла и продолжительности нахождения газа в коллекторе. Для обеспечения долговечности при высоких рабочих температурах (около 1 300 °C [около 2 300 °F]) используются нержавеющая сталь и керамические материалы.
Впрыск топлива, заменяющий карбюратор, практически повсеместно используется для снижения токсичности выхлопных газов. Точная дозировка топлива для каждого цилиндра позволяет обеспечить химически правильное соотношение воздуха и топлива в двигателе. Это устраняет колебания между цилиндрами и тенденцию к тому, что цилиндры, наиболее удаленные от карбюратора, получают меньше топлива, чем требуется. В продаже имеются различные системы дозирования и управления. На некоторых автомобилях используется система впрыска с выдержкой времени, при которой небольшое количество бензина впрыскивается в каждый цилиндр или отверстие впускного клапана во время такта впуска поршня.
В некоторых системах впрыска с таймером отдельные насосы на каждом впускном клапане регулируются (таймер) микропроцессором, который отслеживает разрежение во впуске, температуру двигателя, температуру окружающего воздуха и положение дроссельной заслонки и соответствующим образом регулирует время и продолжительность впрыска.
В начале XXI века в США автомобили проезжали более 3,2 триллиона миль в год. За 30 лет этот показатель увеличился более чем на 58 %.
