Постановка задачи. Автомобилизм выполняет важнейшую задачу для функционирования государственной экономики. От эффективности работы автомобилей зависит стоимость перевозок грузов и пассажиров. Поэтому развитие автомобилизма определяется в значительной степени совершенством конструкции автомобиля. Развитие автомобилизации и автомобильного дела постоянно требует решения двух трудных задач, первая из которых эффективное расходование энергетических ресурсов и вторая — уменьшение вреда природе от эксплуатации автомобилей.
На долю автомобильного транспорта приходится около 17 % всего потребляемого углеводородного топлива и 23 % всех выбросов СО2 в атмосферу [1–2]. При этом тенденции улучшения конструкции автомобилей определяются законодательно нормами топливной экономичности, допустимыми выбросами вредных веществ с отработавшими газами и требованиями конструктивной безопасности [3].
Исторический обзор подтверждает, что с рождением первого бензинового автомобиля Карла Бенца (1886 год) резко обострилась борьба за лидерство между автомобилями с паровыми, электрическими, бензиновыми и дизельными двигателями. Но победа последних в этой борьбе к началу ХХ века становилась все более очевидной для автомобилистов.
В 1905 году инженер Генри Форд показал свои чертежи бензинового автомобиля выдающемуся электротехнику Томасу Эдисону, который их просмотрел и сказал: «Молодой человек, это большое дело. Занимайтесь им! Паровые автомобили не пойдут: им нужен котел и огонь. Электромобили должны держаться вблизи электростанций. Аккумуляторы — слишком тяжелы. Ваш автомобиль независим, он имеет свой собственный двигатель, которому не нужны ни огонь, ни пар, ни аккумуляторы, он не дает дыма. Работайте над ним!» Пророчество Эдисона сбылось — автомобили с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) победили конкурентов. Сегодня по дорогам мира ездят более 800 млн автомобилей, из которых 99 % приводятся в движение бензиновыми и дизельными ДВС, наиболее эффективными энергетическими установками.