内燃机：推动汽车工业进步

内燃机需要化学能量密度很高的燃料，最常用的就是汽油和柴油，也可以是酒精，例如甲醇、乙醇或其他的液体燃料。

趁这个机会先澄清几个名词：石油也叫作原油，英文是petroleum，源自希腊语“石头”和“油”这两个词语。石油蕴藏在地底下的沙石中间，是黑色、稠密、可燃性很高的液体，是含有很多不同分子结构的碳氢化合物。自地下开采出来的石油按照不同的用途、经过不同的提炼过程，就成为汽油（gasoline）、柴油、煤油（kerosene）或是液化石油气（liquefied petroleum gas，简称LPG）。

大多数的小汽车都是用汽油，但也有用柴油的小汽车；很多重型的卡车、货车、坦克车则用柴油。内燃机的基本运作可以分成四步：第一步，将燃料喷入汽缸和空气混合；第二步，活塞向内推，压缩空气；第三步，燃料点燃，空气因为燃烧的高温而膨胀，把活塞向外推，因而产生机械动力；第四步，将燃烧后产生的废气（例如二氧化碳）排出。这四个步骤周而复始、循环不息。

将燃料点燃有两个方法，一是德国工程师奥托（Nicolaus Otto）在1876年发明的，他在汽缸里放一个火花塞（spark plug），电流通过火花塞会产生火花，将燃料点燃，这种内燃机称为奥托内燃机（Otto Engine）；另一种方法是法国工程师狄塞尔（Rudolf Diesel）在1892年发明的，他在活塞向内推时，利用高压压缩汽缸里的空气，当空气被压缩时温度会上升，因而把燃料点燃，这种内燃机也就称为狄塞尔内燃机（Diesel Engine）。(www.xing528.com)

因为两种内燃机的运作原理不同，要用的燃料也略有不同，在石油里提炼出来的汽油用于奥托内燃机，也就是小汽车里用的汽油内燃机；在石油里提炼出的柴油用于狄塞尔内燃机，也就是大卡车里用的柴油内燃机。“Diesel”这个名字音译是狄塞尔，意译就变成柴油了。

在内燃机汽缸循环的四个步骤中，只有在第三个步骤燃烧和膨胀时，汽缸会产生机械动力来带动车轮或者其他机器，但在其他三个步骤时，汽缸不会产生机械动力，因此为了能提供持续平稳的推动力，汽车会有4个、6个，甚至8个、12个汽缸，将汽缸燃烧和膨胀的步骤时间稍稍错开，加起来就提供了持续平稳的机械动力，这也解释了大家都知道的事情：汽车的汽缸数越多，马力越大，但是耗油越多。

内燃机毫无疑问是一个突破性且颠覆性的发明。从19世纪末期开始，汽油内燃机和柴油内燃机的技术已经逐渐发展、改进且成熟，于是带动了汽车工业的发展。到了20世纪，燃气涡轮、火箭和喷射动力机的发明，也都是内燃机基本运作原理应用的延伸。内燃机经由燃烧燃料产生一股高温、高压的空气，除了能带动活塞的运动，也可以先通过喷嘴形成一股高速空气推动涡轮叶片，也可以因为牛顿作用与反作用定律的缘故来推动火箭和喷射动力机。今日的涡轮发电机、喷射机以及探索太空的火箭，都是根据这个基本运作原理所设计的。