新浪科技综合@还在考驾照的你知道汽车是怎么动起来的吗？新浪科技综合2020-08-17 11:05:110阅
来源：中科院物理所
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图1/28《极速车王》片段最近小编看了一部与造车和赛车有关的电影后热血沸腾 ， 不禁想问问大家：
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图2/28《头文字D》截图然而小编作为一个刚拿到驾照的新司机 ， 以为自己是这样开车的：
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图3/28实际上是这样开车的：
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图4/28想必有不少小伙伴也像我一样 ， 曾挣扎于侧方位停车和练车时必遇烈日炎炎的苦涩 。 不过你们有没有好奇过 ， 汽车是怎样动起来的？
简单来说 ， 汽车运动是发动机将其它形式的能量（如热能、电能）转换为机械能来为汽车提供动能的 。 我们先来带着一个问题来探讨下发动机的前世今生 ， 下列选项中是哪位发明家最先发明了发动机？
A 。卢森堡的艾蒂安·勒努瓦
B 。法国的阿尔方斯·比奥·德罗夏
C 。德国的尼古拉斯·奥古斯特·奥托
答案
A
出生于卢森堡的勒努瓦在1859年发明了二冲程燃气发动机 ， 二冲程发动机是指活塞每上下往复一次 ， 燃烧一次 。 不过他发明的是燃气发动机 ， 其所用燃料不是汽油等液体 ， 而是气体 。
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图5/28二冲程发动机工作原理 | 来源：A 。Schierwagen 1863年 ， 法国人阿尔方斯·比奥·德罗夏发明了四冲程发动机 ， 它也是燃气发动机 。 在13年后 ， 即1876年 ， 德国的尼古拉斯·奥托以蒸汽机为基础 ， 根据德罗夏提出的原理发明了实用的单缸四冲程煤气发动机 ， 主要作为工厂的动力来源 。 1879年 ， 德国的卡尔·本茨（没错 ， 就是那个大名鼎鼎的奔驰公司创始人）试验成功二冲程汽油发动机 ， 并利用其制造出了最早的汽车——一辆三轮汽车 。 1885年 ， 戴姆勒将四冲程汽油机装在了自行车上从而发明了摩托车…
发动机在被发明后的一两百年里 ， 进行了很多次的改进 ， 如今汽车的发动机主要是四冲程发动机 。 发动机内有气缸和活塞 ， 活塞与连杆相接 ， 连杆连接着活塞和曲轴 。 活塞在汽缸中进行上下往复运动 ， 带动连杆 ， 从而使曲轴转动 ， 这就是汽车运动的基本工作原理 。
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图6/28汽车动力转动系 | 图源：《汽车是怎样跑起来的》活塞的往复运动包括进气、压缩、膨胀和排气四个冲程 ， 这也是四冲程的来源 。 其原理如图所示 ， 首先是进气 ， 空气与汽油混合后的混合气体被吸入汽缸 ， 活塞向下运动；接着是压缩 ， 降至下止点的活塞逐渐上升 ， 压缩汽缸中的混合气体；然后是膨胀 ， 活塞升至上止点时 ， 压缩后的混合气体被点燃 ， 开始迅速燃烧 ， 随后 ， 气体膨胀下压活塞；最后是排气 ， 此时活塞再次上升 ， 并随其上升向外排出混合气体燃烧后残留的煤烟 。 排气结束后会返回到最初的进气过程 ， 再次重复压缩、膨胀、排气和进气 。
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图7/28四冲程发动机工作原理几种常见的发动机工作示意图：
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图8/28直列式发动机——L4发动机 ， 汽缸肩并肩地排成一排
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图9/28水平对置式发动机——汽缸排列在发动机相对的两个平面上
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图10/28V型发动机——V6发动机 ， 汽缸排列在成一定角度的两个平面上发动机做功带动曲轴转动为汽车的运动提供了驱动力——扭矩 ， 扭矩是使物体发生转动的一种特殊的力矩 。 在物理学里 ， 作用力促使物体绕着转动轴或支点转动的趋向 ， 称为力矩也就是扭转的力 ， 力矩能够使物体改变其旋转运动 。 力矩等于径向矢量r与作用力F的外积：
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图11/28简略地说 ， 力矩是一种施加于好像螺栓或飞轮一类的物体的扭转力 。 例如 ， 用扳手的开口箝紧螺栓或螺帽 ， 然后转动扳手 ， 这动作会产生力矩来转动螺栓或螺帽 。
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图12/28力矩与作用力的关系 | 来源：wiki发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩 ， 它反映了汽车在一定范围内的负载能力 。 外部的扭矩叫转矩或者叫外力偶矩 ， 由摩擦力等产生；内部的叫内力偶矩或者叫扭矩 ， 由发动机工作产生 。
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