汽车如何跑起来？
什么是汽车?
对大多数人来说，汽车可以被定义为一个金属盒子，能把你从一个地方带到另一个地方。在科学术语中，汽车是一种机器，它们的发动机在封闭的容器中燃烧燃料，捕捉燃料释放的大部分热能，并将其转化为机械能，驱动汽车前进。
每辆车的盖子下都有一个发动机，这是发动机的核心部分。当你的身体需要能量时，你会补充食物。当你的汽车需要能量时，你需要“喂”它汽油。就像你能将食物转化为能量，汽车发动机也能将汽油转化为能量。如果观察汽车的发动机，你会看到它的主要部件是气缸，燃料就在里面燃烧。
气缸由金属制成，是密封的，但在另一端，有像自行车打气筒一样能上下滑动的活塞。在每个气缸的顶部，还有两个阀门。进气阀允许燃油和空气进入气缸；排气阀则让废气排出。顶部还有一个火花塞，可以产生火花来点燃燃料。在气缸的底部，活塞附在一个不断转动的轴上，这个轴叫做“曲轴”，曲轴带动汽车的齿轮箱，齿轮箱又带动车轮转动。
汽车发动机通过不断重复4个步骤来发动车子，这个过程又称“四冲程循环”。四个冲程分别是吸气、压缩、点火和排气冲程，让我们仔细看看每个阶段发生了什么。
吸气冲程：当我们发动汽车时，发动机内的曲轴会开始转动，将活塞向下拉，进口阀门随之打开，让燃料-空气的混合物注入汽缸。
压缩冲程：进气阀关闭。活塞移回气缸，压缩燃料-空气混合物，使其更易燃。当活塞到达气缸顶部时，火花塞便会被点着。
点火冲程：火花塞产生的火花点燃并引爆气体。爆炸的力量推动活塞下降。
排气冲程：此时排气阀打开，曲轴继续转动，活塞再次被推回到气缸上。这就迫使废气(燃料燃烧时产生的)通过排气出口排出。
整个循环重复进行，总体示意图如下：
汽车无疑是个伟大的发明，但它也带来了其他问题。汽车使用的汽油、煤油和柴油都是从石油中分离出来的，开采石油是非常昂贵的，也可能对环境带来破坏，在分配石油带来的财富上也可能有些地区造成巨大的冲突。另外，燃料燃烧时释放的二氧化碳也是种温室气体，会产生温室效应，而全球变暖的问题正日趋严重。为此，人类研究出了新型发动机，比如使用清洁能源的电动汽车，或者使用电力和汽油混合动力的混合动力汽车。
那么，为什么我们仍然还在使用汽油呢？因为它们每千克（或每升）所含的能量几乎比任何其他物质都要多。电池在环保方面的确更好，但目前还是石油燃料燃烧的效率更高。
无论怎样，发动机在不断发展，所支持的燃料也越来越清洁、高效。想一想，当你到了可以驾驶汽车的年纪时，发动机又会是什么样子的呢？
作者：董依明
审稿：于颖卓
中科院地理科学与资源研究所博士
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