轮子上的科学

如果没有汽车和摩托车，世界将会怎样？这一点很难想象，其实这些机器在我们人类历史上存在的时间并不长。今天，我们想要启动一辆汽车或摩托车，只要拧一下钥匙就可以办到。可是，汽车是怎么发动起来的呢？如何让上百个机器零件一起工作，带动着轮子转动呢？

内燃发动机

内燃发动机相当于汽车的心脏，是它制造出热能，使车辆运行起来。在发动机内部，燃料和氧气会发生燃烧反应。在19世纪，那个蒸汽发动机的时代里，这是一门新的科学。与内燃发动机相比，蒸汽发动机相当于“外燃发动机”，因为它是利用外火点燃时释放的热量而产生动力的。

1886年德国人戈特利布·戴姆勒（1834—1900年）制造了世界上第一台汽油动力摩托车。他当时将一个内燃机安置在一台木制自行车上。

为了给汽车和摩托车提供驱动力，发动机要释放能量。内燃发动机从燃烧燃料的过程中获取能量。这些燃料包括汽油、柴油、生物油（从植物或动物废物中提取而制成的）。发动机“点火”后，燃料先被喷进发动机内，然后被电子火花“嘭”的一声点燃，内燃机每秒钟要发生几百次小型的爆炸，并不断向下推动连接着杠杆的活塞，杠杆又推动曲柄，曲柄与发动机连接汽车轮子的部分相连，就这样汽车开始运动了。

这一过程通常分四个阶段：

1.活塞向下推动燃料和空气的混合物，使之进入气缸（发动机筒状的部分）。

2.混合物被活塞来回压缩（挤压）。

3.火花点燃（爆炸）燃料，推动活塞向下作用。

4.活塞再次向上运动，将燃烧的气体推出。这称作排出气体。

这种发动机叫四冲程发动机。这里的“四”指的是活塞上下运动完成一个循环的运动次数。

冷却

所有的内燃过程发生时，发动机都会变得非常热。有时它们的温度能够达到大约2000℃。这时必须进行冷却处理，否则发动机会融化或者着火。

有三种方法可以冷却发动机：

液体冷却——水通过发动机的连接管将热量带走，再由散热器将其冷却。

气体冷却——气缸外经常会有风扇，空气吹动这些风扇使发动机冷却。

润滑剂冷却——油可以让发动机的零件运行更加流畅从而降低摩擦热量。

如果没有水冷却、气体冷却或油冷却，内燃发动机会很快过热，甚至会发生爆炸。

当赛车冷却系统出现问题的时候，赛车会着火。

吉普车要爬上这样的坡，需要很大的扭力。

扭力

你可能听到司机或工程师谈到过扭力。什么是扭力呢？扭力是一种 “转动的力量”。扭力的大小直接影响汽车的性能（提速的能力）和推动力。

这些都是扭力：

如果你用一个扳子，去拧紧一个螺栓，那么你就是在使用扭力。

扳子越长，扭力越大。

发动机的扭力越大，它加在轮子上的转动力就越大。

挡位调节

你是否曾想过为什么驾驶员总是更换车排挡？当然，除非他们驾驶的是全自动汽车，不需要来回更换车排挡。汽车的排挡可以增大或减小发动机的扭力。这就意味着改变车挡就会改变扭力。因此，当汽车或摩托车爬一个比较陡峭的山坡时，驾驶员会把车挡调到较低的挡位（1挡或2挡）。这样就增大了扭力，并且使轮子转动得更慢，车子就容易爬上山了。

要让车启动需要很大的力。车挡可以大大增强汽车运行的扭力。车挡能够降低发动机的速度，但同时增大它的“转动力”，这样汽车就开动了。一旦汽车行驶起来，驾驶员就将车排挡换到高位。因为让汽车保持运行状态要比发动状态更省力，所以发动机将扭力调到一个相对小的挡位，汽车以平稳的速度前进，并且扭力很小，燃料消耗得就更少。

（选摘自辽宁少年儿童出版社 《我们身边的高科技·极速行驶》）

挡位就是边缘带齿的轮子。这些齿与其他轮子上的齿传递动力和改变速度。