Теория автомобилей и двигателей

В.П. ТАРАСИК
М.П. БРЕНЧ
ТЕОРИЯ
АВТОМОБИЛЕЙ
И ДВИГАТЕЛЕЙ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
2-е издание, исправленное
Москва
ИНФРА-М
202

УДК 621.43(075.8)
ББК 31.365я73
 
Т19
Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия специальных предметов Минского государственного автомеханического колледжа;
Красневский Л.Г., доктор технических наук, заместитель директора 
Научного центра проблем механики машин Национальной академии 
наук Беларуси;
Богданович А.В., доктор технических наук, доцент, директор Лидского колледжа Гродненского государственного университета имени 
Янки Купалы
Тарасик В.П.
Т19 
 
Теория автомобилей и двигателей : учебное пособие / В.П. Тарасик, 
М.П. Бренч. — 2-е изд., испр. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 448 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат). 
ISBN 978-5-16-006210-5 (print)
ISBN 978-5-16-101224-6 (online)
Изложены основные положения теории автомобилей и теории автомобильных двигателей. Рассмотрены рабочие процессы автомобильных 
двигателей внутреннего сгорания и их технические характеристики. Дано 
математическое описание процессов движения автомобилей, приведены 
нормативные значения показателей оценки  их качества и эффективности. 
Предметный указатель позволяет легко ориентироваться в тексте. 
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 23.03.02 
«Наземные транспортно-технологические комплексы».
УДК 621.43(075.8)
ББК 31.365я73
ISBN 978-5-16-006210-5 (print)
ISBN 978-5-16-101224-6 (online)
© Тарасик В.П., Бренч М.П., 2013
© ООО «Новое знание», 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................................................................. 7
Список сокращений ...................................................................... 9
РАЗДЕЛ I. ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Глава 1. Основы технической термодинамики и гидродинамики .... 12
1.1. Систематизация и классификация тепловых
двигателей ................................................................................... 13
1.2. Параметры состояния рабочего тела
и законы идеальных газов ......................................................... 21
1.3. Первый закон термодинамики .......................................... 26
1.4. Термодинамические процессы в идеальных газах ........... 30
1.5. Второй закон термодинамики и термодинамические
циклы ........................................................................................... 38
1.6. Основы гидродинамики ..................................................... 41
Глава 2. Термодинамические циклы двигателей внутреннего
сгорания ....................................................................................... 49
2.1. Теоретические циклы поршневых тепловых двигателей .... 50
2.2. Действительные рабочие циклы поршневого
теплового двигателя .................................................................... 54
2.3. Показатели мощности и экономичности ......................... 67
2.4. Характеристики двигателей ................................................ 72
2.5. Испытания двигателей ........................................................ 78
Глава 3. Смесеобразование в двигателях .................................... 84
3.1. Карбюрация ......................................................................... 85
3.2. Впрыск бензина .................................................................. 96
3.3. Смесеобразование в дизелях .............................................. 98
Глава 4. Кинематика и динамика поршневых двигателей
внутреннего сгорания ................................................................. 109
4.1. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного
механизма .................................................................................. 110
4.2. Уравновешивание двигателя ............................................ 119
4.3. Порядок работы двигателей ............................................. 126


	

Глава 5. Пути улучшения показателей двигателя .................... 133
5.1. Тепловой баланс двигателя .............................................. 133
5.2. Пути повышения мощности и улучшения
экономичности автомобильных двигателей ........................... 137
5.3. Экологические показатели работы двигателя ................. 141
РАЗДЕЛ II. ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ
Глава 6. Взаимодействие автомобиля с внешней средой ......... 150
6.1. Эксплуатационные свойства автомобиля ....................... 151
6.2. Факторы воздействий на механизмы автомобиля .......... 153
6.3. Физические процессы при прямолинейном
движении колеса ....................................................................... 156
6.4. Скорость колеса и автомобиля ........................................ 164
6.5. Сопротивление качению колеса ...................................... 168
6.6. Уравнения движения колеса ............................................ 174
6.7. Сцепление колеса с дорогой ............................................ 179
6.8. КПД трансмиссии ............................................................. 186
6.9. Система сил и моментов, действующих
на автомобиль при прямолинейном движении ..................... 188
6.10. Уравнение прямолинейного движения автомобиля ..... 194
6.11. Нормальные реакции дороги ......................................... 197
Глава 7. Тягово-скоростные свойства автомобиля ................... 202
7.1. Оценочные показатели ..................................................... 202
7.2. Динамическая характеристика автомобиля .................... 207
7.3. Тягово-скоростные свойства автопоезда ......................... 214
7.4. Разгон автомобиля ............................................................ 218
7.5. Преодоление подъемов ..................................................... 225
7.6. Мощностной баланс автомобиля ..................................... 228
Глава 8. Тормозные свойства автомобиля ................................ 235
8.1. Тормозные системы автомобиля и виды торможений .... 235
8.2. Оценочные показатели тормозных свойств
автомобиля ................................................................................ 237
8.3. Уравнение движения автомобиля при торможении ...... 241
8.4. Способы торможения автомобиля ................................... 249
8.5. Распределение тормозных моментов между мостами
автомобиля ................................................................................ 251

	


8.6. Снижение эффективности тормозной системы
при постоянном распределении тормозных моментов ......... 254
8.7. Регулирование тормозных моментов ............................... 256
8.8. Особенности торможения автопоезда ............................. 269
8.9. Понятие об экспертизе дорожно-транспортного
происшествия ............................................................................ 271
Глава 9. Топливная экономичность автомобиля ....................... 276
9.1. Оценочные показатели топливной экономичности ....... 276
9.2. Уравнения расхода топлива .............................................. 280
9.3. Топливная характеристика автомобиля .......................... 284
9.4. Топливная экономичность автопоезда ............................ 286
9.5. Расход топлива в ездовом цикле ...................................... 288
9.6. Влияние конструктивных и эксплуатационных
факторов на тягово-скоростные свойства и топливную
экономичность автомобиля ..................................................... 295
Глава 10. Криволинейное движение автомобиля ...................... 306
10.1. Условия осуществления поворота .................................. 308
10.2. Боковой увод колеса ....................................................... 312
10.3. Кинематика поворота автомобиля ................................. 317
10.4. Система сил и моментов, действующих на автомобиль
при криволинейном движении ................................................ 321
Глава 11. Устойчивость автомобиля ......................................... 331
11.1. Оценочные показатели устойчивости ............................ 332
11.2. Поперечная устойчивость автомобиля .......................... 333
11.3. Влияние конструктивных и эксплуатационных
факторов на поперечную устойчивость автомобиля ............. 337
11.4. Занос мостов автомобиля ............................................... 342
11.5. Поворачиваемость автомобиля ...................................... 347
11.6. Стабилизация управляемых колес ................................. 353
11.7. Колебания управляемых колес ....................................... 358
Глава 12. Управляемость автомобиля ....................................... 365
12.1. Оценочные показатели управляемости автомобиля ..... 365
12.2. Траекторная управляемость автомобиля ........................ 367
12.3. Определение показателей управляемости
автомобиля ................................................................................ 373


	

Глава 13. Проходимость автомобиля ........................................ 391
13.1. Профильная проходимость ............................................. 392
13.2. Опорно-сцепная проходимость ...................................... 400
13.3. Влияние конструктивных и эксплуатационных
факторов на проходимость автомобиля .................................. 403
Глава 14. Плавность хода автомобиля ..................................... 412
14.1. Оценочные показатели плавности хода ........................ 413
14.2. Колебания автомобиля ................................................... 417
14.3. Влияние конструктивных и эксплуатационных
факторов на плавность хода автомобиля ................................ 425
Ответы к задачам ........................................................................ 432
Приложение. Ограничения на осевые нагрузки АТС .............. 436
Литература .................................................................................. 438
Предметный указатель ............................................................... 440

ПРЕДИСЛОВИЕ
Теория автомобилей и двигателей является одной из базовых
дисциплин, которые определяют профессиональный фундамент
знаний отраслевого специалиста. Ее изучение основывается на
знаниях из курсов физики, математики, технической механики,
устройства автомобиля и основ гидравлики, пневматики и тепломеханики. Расположение и объем материала в учебном пособии
соответствует рекомендациям примерных тематических планов
по предметам «Теория автомобилей и двигателей», «Теория, конструкция, расчет и проектирование двигателей внутреннего сгорания», «Конструкция, теория и основы расчета автомобиля».
Учебный материал поделен на два раздела. Раздел «Теория
автомобильных двигателей» написан кандидатом технических
наук, доцентом М.П. Бренчем. Цель данного раздела — дать учащимся системные знания, позволяющие выбрать двигатель для
заданного транспортного средства, оценить его работоспособность и экономичность, организовать оптимальные условия эксплуатации с учетом специфики показателей двигателя. Задачи
изучения этого раздела следующие:
 ознакомление с принципами систематизации и классификации двигателей автомобилей;
 изучение теории рабочих процессов теплового поршневого
двигателя внутреннего сгорания (ДВС);
 изучение вопросов кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма ДВС;
 ознакомление с методами определения скоростных и нагрузочных характеристик ДВС при испытаниях на специальных
стендах;
 ознакомление с нормативными документами по ограничению выбросов вредных веществ при работе двигателя;
 развитие навыков и умений при расчетах и анализе качественных показателей рабочего процесса ДВС и экспериментальных характеристик двигателей.
Раздел «Теория автомобиля» написан доктором технических
наук, профессором В.П. Тарасиком. Цель данного раздела —
дать основы знаний по выбору конструктивных параметров автомобиля, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства,
которые связаны с его движением. В нем, во-первых, рассматри




ваются вопросы общей динамики автомобиля при взаимодействии
с внешней средой, а во-вторых, на этой основе изучаются важнейшие эксплуатационные свойства автомобиля: тягово-скоростные,
тормозные, а также топливная экономичность, устойчивость,
управляемость, плавность хода и проходимость. Изучив изложенные материалы, учащийся должен уметь:
 выполнять расчеты по определению и анализу эксплуатационных свойств автомобилей;
 выбирать конструктивные параметры автомобиля, обеспечивающие заданные оценочные критерии эксплуатационных
свойств автомобиля;
 оценивать эксплуатационные свойства автомобиля по существующим нормативам.
В учебном пособии использована современная терминология,
отражены способы повышения показателей двигателя, а также
тягово-скоростных, тормозных свойств автомобиля и виброзащиты водителя, пассажиров и грузов. Отдельный параграф посвящен описанию работы двигателя с впрыском топлива. Впервые предложена методика систематизации тепловых двигателей
транспортных средств, т.е. объединения их на основе общих
признаков. Такой подход позволяет увидеть связь частных технических решений с представлением о функционировании технического объекта (в данном случае двигателя внутреннего сгорания) в целом.
Для оперативного самоконтроля в конце каждой главы приводятся контрольные вопросы и задачи. Пособие снабжено
предметным указателем, что позволяет легко ориентироваться
в тексте.
Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам —
инженеру С.И. Желубовскому и доктору технических наук, профессору Л.Г. Красневскому, а также будут признательны за все
высказанные пожелания и замечания по улучшению содержания
издания.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АБС — антиблокировочная система
АТС — автотранспортные средства
ВМТ — верхняя мертвая точка
ВФЭ — вспомогательные функциональные элементы
ГТ — газовая турбина
ГРМ — газораспределительный механизм
ГФЭ — главные функциональные элементы
ДВС — двигатель внутреннего сгорания
ДТП — дорожно-транспортное происшествие
ИДС — информационно-диагностическая система
КС — камера сгорания
КП — конечный преобразователь
КПД — коэффициент полезного действия
КШМ — кривошипно-шатунный механизм
МЦС — мгновенный центр скоростей
НМТ — нижняя мертвая точка
ОГ — отработавшие газы
ПБС — противобуксовочная система
ПДК — предельно допустимая концентрация
ПКВ — поворот коленвала
ПП — первичный преобразователь
РТ — рабочее тело
РТМ — регулятор тормозных моментов
РГП — распределитель газовых потоков
СВТ — система воспламенения топлива
СВОГ — система выпуска отработанных газов
СМ — смеситель
СПВ — система подачи воздуха
СПТ — система подачи топлива
СПТС — система поддержания теплового состояния
СПУСК — система пуска
СУПР — система управления
СУСТР — система уменьшения сил трения
УОВТ — угол опережения впрыска топлива
УОЗ — угол опережения зажигания
УУЭП — устройство улучшения экологических показателей
ЭБУ — электронный блок управления