輪子上的科學

如果沒有汽車和摩托車，世界將會怎樣？這一點很難想象，其實這些機器在我們人類歷史上存在的時間并不長。今天，我們想要啟動一輛汽車或摩托車，只要擰一下鑰匙就可以辦到。可是，汽車是怎么發動起來的呢？如何讓上百個機器零件一起工作，帶動著輪子轉動呢？

內燃發動機

內燃發動機相當于汽車的心臟，是它制造出熱能，使車輛運行起來。在發動機內部，燃料和氧氣會發生燃燒反應。在19世紀，那個蒸汽發動機的時代里，這是一門新的科學。與內燃發動機相比，蒸汽發動機相當于“外燃發動機”，因為它是利用外火點燃時釋放的熱量而產生動力的。

1886年德國人戈特利布·戴姆勒（1834—1900年）制造了世界上第一臺汽油動力摩托車。他當時將一個內燃機安置在一臺木制自行車上。

為了給汽車和摩托車提供驅動力，發動機要釋放能量。內燃發動機從燃燒燃料的過程中獲取能量。這些燃料包括汽油、柴油、生物油（從植物或動物廢物中提取而制成的）。發動機“點火”后，燃料先被噴進發動機內，然后被電子火花“嘭”的一聲點燃，內燃機每秒鐘要發生幾百次小型的爆炸，并不斷向下推動連接著杠桿的活塞，杠桿又推動曲柄，曲柄與發動機連接汽車輪子的部分相連，就這樣汽車開始運動了。

這一過程通常分四個階段：

1.活塞向下推動燃料和空氣的混合物，使之進入氣缸（發動機筒狀的部分）。

2.混合物被活塞來回壓縮（擠壓）。

3.火花點燃（爆炸）燃料，推動活塞向下作用。

4.活塞再次向上運動，將燃燒的氣體推出。這稱作排出氣體。

這種發動機叫四沖程發動機。這里的“四”指的是活塞上下運動完成一個循環的運動次數。

冷卻

所有的內燃過程發生時，發動機都會變得非常熱。有時它們的溫度能夠達到大約2000℃。這時必須進行冷卻處理，否則發動機會融化或者著火。

有三種方法可以冷卻發動機：

液體冷卻——水通過發動機的連接管將熱量帶走，再由散熱器將其冷卻。

氣體冷卻——氣缸外經常會有風扇，空氣吹動這些風扇使發動機冷卻。

潤滑劑冷卻——油可以讓發動機的零件運行更加流暢從而降低摩擦熱量。

如果沒有水冷卻、氣體冷卻或油冷卻，內燃發動機會很快過熱，甚至會發生爆炸。

當賽車冷卻系統出現問題的時候，賽車會著火。

吉普車要爬上這樣的坡，需要很大的扭力。

扭力

你可能聽到司機或工程師談到過扭力。什么是扭力呢？扭力是一種 “轉動的力量”。扭力的大小直接影響汽車的性能（提速的能力）和推動力。

這些都是扭力：

如果你用一個扳子，去擰緊一個螺栓，那么你就是在使用扭力。

扳子越長，扭力越大。

發動機的扭力越大，它加在輪子上的轉動力就越大。

擋位調節

你是否曾想過為什么駕駛員總是更換車排擋？當然，除非他們駕駛的是全自動汽車，不需要來回更換車排擋。汽車的排擋可以增大或減小發動機的扭力。這就意味著改變車擋就會改變扭力。因此，當汽車或摩托車爬一個比較陡峭的山坡時，駕駛員會把車擋調到較低的擋位（1擋或2擋）。這樣就增大了扭力，并且使輪子轉動得更慢，車子就容易爬上山了。

要讓車啟動需要很大的力。車擋可以大大增強汽車運行的扭力。車擋能夠降低發動機的速度，但同時增大它的“轉動力”，這樣汽車就開動了。一旦汽車行駛起來，駕駛員就將車排擋換到高位。因為讓汽車保持運行狀態要比發動狀態更省力，所以發動機將扭力調到一個相對小的擋位，汽車以平穩的速度前進，并且扭力很小，燃料消耗得就更少。

（選摘自遼寧少年兒童出版社 《我們身邊的高科技·極速行駛》）

擋位就是邊緣帶齒的輪子。這些齒與其他輪子上的齒傳遞動力和改變速度。