Автомобільний двигун являє собою періодично діючу машину, в якій займання і згоряння палива, перемішаного з повітрям, і перетворення частини теплової енергії, що виділилася, в механічну роботу відбувається безпосередньо в циліндрах. При цьому робота газів в циліндрі двигуна за допомогою кривошипно-шатунного механізму перетворюється на механічну роботу на колінчастому валу і передається в трансмісію автомобіля.
У бензиновому двигуні змішання палива з повітрям та утворення однорідної суміші відбувається в основному поза циліндром, займання суміші викликається електричним розрядом, а зміна потужності здійснюється зміною кількості суміші, що надходить у циліндри. Енергія, що міститься в бензині, може бути ефективно реалізована тільки при швидкому займанні та своєчасному згорянні суміші. А це можливо тільки в тому випадку, якщо бензин знаходиться в однорідній суміші з повітрям у певній пропорції.
Зміна потужності в бензинових двигунах з іскровим запалюванням в основному відбувається за рахунок зміни кількості суміші, що надходить у циліндри, що реалізується зміною величини прохідного перерізу впускного тракту за допомогою дросельної заслінки (ДЗ). При повністю відкритій ДЗ необхідно мати збагачену суміш для отримання максимальної потужності двигуна. При часткових прикриттях ДЗ у широкому діапазоні використовуються збіднені суміші для отримання найбільшої економічності двигуна (і автомобіля) з урахуванням стійкої та надійної роботи двигуна. При сильному прикритті ДЗ різко погіршуються умови займання та згоряння у циліндрах двигуна. Тому для надійної та стійкої роботи двигуна, а також для підвищення його економічності доводиться знову збагачувати суміш до складу, що характеризується значеннями СОТ у межах (13,5…14,0):1. Таким чином, робота бензинового двигуна з іскровим запалюванням можлива в порівняно вузькому діапазоні складів суміші, що визначається на більшості режимів зміною СОТ в межах (13,4...17,5):1.
Різні режими роботи двигуна вимагають різних співвідношень «повітря-паливо». Так, наприклад, збагачена суміш із співвідношенням 13,4:1 забезпечує найбільш швидке згоряння палива та отримання найбільшої потужності. Однак, недолік повітря в цьому випадку не дозволяє повно використовувати енергію палива: у продуктах згоряння з'являються оксид вуглецю (СО) і вільний водень (Н2). Частина теплоти палива просто не виділяється. Робота на таких складах суміші характеризується низькою економічністю, а також підвищеною токсичністю газів, що відпрацювали (ОГ). До останніх при таких складах суміші відносяться оксид вуглецю (СО) і вуглеводні, що не згоріли (СН). Подальше збагачення суміші призводить не тільки до подальшого погіршення економічності та збільшення токсичності ОГ, але і зменшення потужності двигуна. Збагачені суміші використовуються для отримання максимальної потужності двигуна, розгону автомобіля, а також для запуску холодного двигуна. В останньому випадку значне перезбагачення вихідної суміші використовується тільки для того, щоб у циліндрах двигуна отримати суміш з відповідним парозмістом, придатну для займання.
На більшості режимів роботи використовується суміш збідненого складу з повітропаливним ставленням (СОТ) приблизно (16,5...17,5):1. Робота таких складах суміші забезпечує двигуну найбільшу економічність (найменша кількість палива на одиницю проведеної роботи), але з дозволяє реалізувати максимальну потужність двигуна. Такі суміші використовуються на режимах часткових навантажень, коли максимальна потужність і не потрібна. Крім того, робота на таких складах суміші частково знижує токсичність ОГ: практично немає оксиду вуглецю (СО). Однак (особливо при незначному збіднінні, коли СОТ становить приблизно 15,5:1) зростає вміст оксидів азоту в ОГ (1ЧОХ), які за шкідливим впливом на організм людини не поступаються (і навіть перевершують) вплив СО та СН. При сильному збіднінні суміші (СОТ>18:1) різко зменшується швидкість згоряння, з'являються пропуски запалювання, робота двигуна стає нестійкою. В результаті погіршується економічність двигуна, а в ОГ зростає кількість незгорілих вуглеводнів (СН).
З точки зору хімії процес згоряння є реакцією окислення компонентів палива. Бензин є сумішшю вуглеводнів (СН), що містить за масою приблизно 15 % водню і 85 % вуглецю, при повному окисленні яких утворюються вуглекислий газ (СО2) і водяна пара (Н2О). Ці хімічні реакції окислення відбуваються із теплоти. Теоретично для окислення компонентів 1 кг палива мінімально потрібно приблизно 14,9 кг повітря. Таку суміш називають «стехіометричною». Якщо кількість повітря, що припадає на 1 кг палива більше або менше зазначеної величини, то суміш називають відповідно збідненою (бідною) або збагаченою (багатою).