发动机有害物质的排出量取决于混合气形成条件、燃烧室的燃烧条件和排气系统的反应条件。

1.一氧化碳的形成

一氧化碳（CO）是碳氢燃料在燃烧过程中的中间产物，燃料不完全燃烧导致CO的产生。

对于汽油机，如果空气量充分（过量空气系数α≥1），理论上不会产生CO；但实际上，排气中都存在0.01%～0.5%的CO。原因是：燃烧室内的局部区域存在α＜1的过浓区；部分未燃碳氢化合物在排气过程中未完全燃烧；已经生成的一小部分CO₂分解成为CO和H₂O；气温低或者滞留时间短暂等，燃烧不能完全进行，也会产生CO。

2.碳氢化合物的形成

碳氢化合物（HC）主要是未燃或未完全燃烧的燃油、机油及其裂解产物。

在任何工况下，汽油机排气中总含有一定量的HC，其排放量远大于柴油机。其中：55%～65%经由排气管排出；20%～25%从曲轴箱通风口逸出；15%～20%由燃油供给系统和油箱蒸发逸出。

缸壁的激冷作用是产生HC的重要原因。发动机通过火焰传播使燃油燃烧，但紧靠缸壁的气体层（0.05～0.5mm）因低温缸壁的冷却作用，火焰传播不到，从而使这层混合气随废气排出。此外，火焰不能在激冷缝隙内传播，一般在小于1mm的缝隙内（如活塞顶部与第一道气环之间的空隙）的混合气不能完全燃烧。

燃油不完全燃烧与混合气形成条件、燃烧室内的燃烧条件、膨胀行程的温度条件及排气系统的反应条件有密切关系。HC中既有未燃燃料，也有燃料不完全燃烧的产物和部分被分解的产物，所以一切妨碍燃料燃烧的条件都是HC形成的原因。(www.daowen.com)

3.氮氧化物（NO_x）的形成

氮氧化物（NO_x）是燃料在高温燃烧过程中氧与氮化合反应生成的产物，其成分包括：NO、NO₂、N₂O、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅等。在发动机废气中，NO占绝大部分（约占99%），而NO₂的含量较少（约占1%）。NO排入大气后，进一步氧化成NO₂。

燃烧气体的温度和氧的浓度是影响NO_x浓度的重要原因。温度越高，氧越富足，则NO_x浓度越大。此外，高温持续时间也是NO_x生成的重要影响因素。

4.微粒（PM）的形成

微粒一般由三部分组成，即炭烟、可溶性有机成分和硫酸盐。

汽油机与柴油机所排放的微粒不同，汽油机排出的微粒主要是铅化物、硫酸盐以及一些低分子物质，只有技术状况变坏，机油窜入燃烧室燃烧时，才有大量炭烟排出。柴油机排出的微粒是类似石墨形式的含碳物质（炭烟），并凝聚和吸附了相当数量的高分子可溶性有机物和SO₂等，这些有机物包括未燃的燃油、机油及其不同程度的氧化和裂解产物。柴油机排出的微粒物浓度一般要比汽油机高30～80倍。

炭烟是微粒的主要组成部分，是碳氢化合物燃料在高温、局部缺氧的条件下，经过热裂解、脱氢，再经聚合、环构化合进一步脱氢形成的具有多环结构的不溶性炭烟晶核，然后经不断聚集、成长所形成的炭烟微粒。