任务1.1
汽车的诞生

学习目标

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纵观人类文明发展史，可以发现汽车的发明不是偶然，更不是凭借一己之力，它是人类集体智慧和劳动的结晶。人类经历了漫长的靠双足跋涉的时代后，发明了车轮和车，后来又发明了蒸汽机和内燃机，这些都为汽车的发明开辟了道路。终于在1886年，德国人卡尔·本茨发明了世界上第一辆三轮内燃机汽车。今天我们就来了解一下汽车是如何诞生的。

1.1.1 车轮和车

（1）车轮的发展

车轮是人类在搬运东西的劳动实践中逐渐发明的。随着生产工具的改进，人类猎取的东西多了，把它们运到目的地就困难了。于是有人就想出了主意，从地上拣了几根折断的粗树枝，用藤蔓将这些树枝连接在一起，然后把猎物放在上面，双手抓住两根长树枝拖着走，这比用肩扛背驮轻快多了。还有人把两根木棍并排起来，中间系一块布，双手持两棍一端，拖着另一端走。上述这些，就是人们最初发明的一种“轻橇”，它的特点是借助滑竿在地上滑动来节省体力。大约在公元前4000年，北欧人发明了更具实际意义的“橇”，人类用滑动实现了运输方式的第一次飞跃。

大约在人类发明“橇”后1000年，中亚人发明了车轮，从此人类有了一种新的移动方式，那就是用“滚动”代替“滑动”，实现了运输方式的第二次飞跃，大大提高了运输效率。最早的车轮是用粗圆木制作的（图1-1）。后来车轮的制造工艺有了很大发展，“木直中绳，车柔（róu）以为轮，其曲中规。”这是《荀子·劝学》中对古人制造车轮的描述，古时候车轮的结构大致由辋、毂、辐3部分组成（图1-2），这种结构减轻了车轮的自重又增加了强度。辋就是车轮的外圆，类似于现在的外胎，毂就是车轮中心的原木，起固定支撑作用，辐就是辋与毂之间连接的木棍。最早的车轮都是用木头制作的，并在周朝出现了用油脂做轴承的润滑材料。后来随着钢铁的出现，木轮发展成为钢制轮，外加橡胶轮胎，内充空气，车轮日臻完善。

（2）车辆的发展

车辆几乎是与车轮同时出现的，我国是最早使用车辆的国家之一。传说在5000年前，黄帝就制造了车辆，古时用“轩辕”代指车辆，所以，黄帝又称为“轩辕黄帝”。“轩”是古代一种带有帷幕而前顶较高的车，“辕”是车的纵向构件，指车前驾牲畜的两根直木。不过，黄帝造车的传说迄今尚未找到确凿的史料。

据《左传》记载，在夏朝初大禹时代，奚仲制造出世界上第一辆车（马车），设有车架、车轴、车厢，为保持平衡，采用左、右两个轮子。《墨子·非儒》中也提到“古者羿作弓，杼作甲，奚仲作车，巧垂作舟”。可见奚仲造车的说法较为可信。河南安阳殷墟遗迹中的车马表明商朝的车是单辕两轮车，甲骨文中“车”字的许多造型可为佐证（图1-3）。

当马遇见了车辆，马车出现了。马车的历史极为久远，直到19世纪，马车仍然是城市中十分重要的交通工具，其中欧洲主要使用的是四轮马车（图1-4），而中国使用的主要是两轮马车（图1-5）。春秋战国时期，马拉的兵车（图1-6）是军队的主要作战工具。各诸侯国大量制造兵车，像秦、楚等强国的兵车数量超过千辆，因此有“千乘之国”之称，这是军事实力的体现。

秦始皇在统一六国之后，为了强化国家对地方的控制能力，大力修筑“驰道”，以保证运输通畅，还实施“车同轨”，统一车辆的轮距，大大减少了运输成本，提高了运输效率，这可以说是世界上最早的车辆标准化法规。从现在的角度来看，“车同轨”使秦驰道可以通向全国各地，秦驰道类似于现在的“高速公路”。

（3）自动车辆的尝试

尽管古代的人们对车辆不断进行改进探索，但人力车或者畜力车的速度和载重量总是受到很大限制，无法满足人类的需求和生产力的发展。制造出多拉快跑的自动车辆，一直是人类的梦想。14世纪至16世纪的文艺复兴促进了欧洲的思想文化和科学技术走向繁荣，欧洲的车辆制造技术也飞速发展，欧洲人开始了制造自动车辆的大胆尝试。

1420年，英国人发明了一种滑轮车（图1-7）——人坐在车内，借用人力使绳子不停地转动滑轮，从而提供前进所需的动力。车虽然动了起来，但由于人力有限，这辆车的速度不能充分地得以提升，比步行还要慢。1600年，荷兰人西蒙·斯蒂芬制造了一辆双桅风帆车（图1-8），其依靠风能驱动，对风向和风力的要求比较严格。1649年，德国的一个钟表匠汉斯·赫丘制造了一辆发条车（图1-9），但是这辆发条车的速度不到1.6km/h，而且每前进230m，就必须把钢制发条卷紧一次，这个工作的强度太大了，所以发条车也没有能够得到发展。

以上关于“自动车辆”的尝试，都因为存在种种问题而失败了，其实问题的关键就在于缺少长效而稳定的动力装置。

1.1.2 蒸汽机的发明

蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械能的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引发18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。

16世纪末到17世纪后期，英国的采煤业已发展到相当大的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而采煤现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。现实的需要促使许多人致力于“以火提水”的探索和尝试，如英国的萨弗里、纽科门等人。

终于在1696年，萨弗里制成了世界上第一台实用的蒸汽提水机（图1-10），在1698年取得名为“矿工之友”的英国专利。萨弗里的蒸汽提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过6m。为了从几十米深的矿井汲水，需要将蒸汽提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的。

1705年，纽科门发明了大气式蒸汽机，用以驱动单独的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机（图1-11）。这种蒸汽机先在英国、后来在整个欧洲得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在制造。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时会在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量。因此，这种蒸汽机只在煤价低廉的产煤区得以推广。

1763年，英国人詹姆斯·瓦特（图1-12）开始针对纽科门大气式蒸汽机的缺点研制新的蒸汽机，并在1776年研制出世界上第一台真正意义上的动力机械——蒸汽发动机（图1-13），这是历史性的进展，而自动车辆诞生也因此有了可能。

1.1.3 蒸汽机汽车的发明

1763年，法国的技术军官尼古拉斯·古诺所在的兵工厂生产了一种炮身由生铁铸成的大炮，但它需要几匹强壮的马才能拉动。古诺希望将蒸汽力作为拉大炮车辆的牵引力。经过6年的努力，古诺于1769年制成了他设想中的蒸汽机汽车（图1-14）。蒸汽机汽车的车身是很重的木制框架，前面支撑着一个锅炉，锅炉后面是两个汽缸，锅炉产生的蒸汽送进汽缸，推动着装在里面的活塞上下运动，再通过曲柄把活塞的运动传给装在车框架下面的前轮，推动前轮转动而使车辆前进。古诺的蒸汽机汽车的速度只有4km/h，比马车慢得多，而且蒸汽机汽车走了15min就得停下来，因为锅炉产生的蒸汽已经用完了。只有下车给锅炉添水加煤，等到锅炉里重新喷出蒸汽以后，车才能继续前进。遗憾的是，在后来的试车过程中，古诺的蒸汽机汽车因撞墙而损坏，这也被认为是世界上第一起机动车事故。

1.1.4 内燃机的发明

鉴于蒸汽机过于笨重、启动慢和热效率低等问题，在17世纪末就已经有人提出制造内燃机的想法。经过150多年的不懈努力，终于在19世纪中叶，人们看到了内燃机出现的曙光。

1862年，法国工程师罗夏在本国科学家卡诺研究热力学的结论的基础上，提出了四冲程内燃机的工作原理：活塞下移，进燃气；活塞上移，压缩燃气；点火，气体迅速燃烧膨胀，活塞下移做功；活塞上移，排出废气。4个冲程周而复始，推动机器不停地运转。罗夏提出了四冲程内燃机的理论，而将这一理论变为现实的是德国发明家尼古拉斯·奥托（图1-15）。

1876年，奥托设计并制成了第一台四冲程内燃机（图1-16）。这台内燃机使用煤气作为燃料，采用火焰点火。它具有体积小、转速快和热效率高等优点，其工作原理与现代内燃机的工作原理已经非常接近，它是第一台能代替蒸汽机的实用内燃机。为了纪念奥托的发明，内燃机工作过程中的进气、压缩、做功、排气4个冲程的循环方式被称为“奥托循环”。

以煤气为燃料的内燃机虽然比蒸汽机具有更强的优越性，但在社会化大生产情况下，仍不能满足交通运输业的高速、轻便等要求。因为它以煤气为燃料，需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤气的热值低（1.75×10 ⁷ ～2.09×10 ⁷ J/m ³ ），故以煤气为燃料的内燃机转速慢，功率小。到19世纪下半叶，随着石油工业的兴起，用石油产品取代煤气作为燃料已成为必然趋势。

1883年，德国人戈特利布·戴姆勒在好朋友威廉·迈巴赫的帮助下，在奥托四冲程内燃机的基础上，使用汽油作为燃料，改进开发了第一台汽油机（图1-17）。后来他们还制成了世界上第一台轻便小巧的化油器式、电点火的小型汽油机，其转速达到了当时创纪录的750r/min，汽油则成为汽车的一种理想的动力源。

1897年，德国工程师鲁道夫·狄塞尔（图1-18）摘取了“柴油机发明者”的桂冠，他成功试制出世界上第一台柴油机（图1-19）。狄塞尔经过多年研究，于1892年提出压燃式内燃机原理，为柴油机的诞生奠定了理论基础。后来狄塞尔经过多年的不懈努力，克服了重重困难，终于在一片质疑声中将柴油机变为现实。柴油机是动力工程方面的又一项伟大的发明，它的油耗比汽油机低了约1/3，是汽车的又一颗机能良好的“心脏”。后人为了纪念狄塞尔的功绩，将柴油机称为“狄塞尔”（英语中的diesel即为柴油机的意思）。现在你仍可以在许多汽车后面看到DIESEL的字样，表示这是一辆柴油发动机汽车。

1.1.5 第一辆汽车的诞生

世界上最早的实用汽车是由德国的两名工程师几乎同时宣布制成的。卡尔·本茨发明了三轮汽车，戈特利布·戴姆勒造的是四轮汽车，他们二人都被世人尊称为“汽车之父”。

1.卡尔·本茨的第一辆汽车

1886年，卡尔·本茨（图1-20）在德国曼海姆制成了世界上第一辆三轮汽车（图1-21）。1886年1月29日，本茨正式取得德国的汽车专利证书（图1-22），这一天也被公认为汽车的诞生日。

2.戈特利布·戴姆勒的第一辆汽车

1881年，戈特利布·戴姆勒（图1-23）与威廉·迈巴赫合作开办了当时的第一家汽车工厂，开始研究一种“轻便快速”发动机的设计方案。1883年8月15日，他们合作发明了第一台汽油发动机。但是，戴姆勒并没有就此满足，他想创造一种“所有车辆都能使用的自动推进器”。终于在1885年，他又研制出车用立式单缸汽油机，功率达到了1.1马力（1马力≈735W）。

1886年，戴姆勒又将马车加以改善，增添了传动、转向等必备机构，并为其安上一台1.5马力的汽油发动机，使其成为世界上第一辆没有马拉的“马车”——汽车，其车速约为14.4km/h。第一辆实用汽车终于诞生了，如图1-24所示。

实践体验

寻找汉字中的“车”文化

汉字的发展已有千年的历史，是中华文明中不可缺少的重要部分，是中华民族智慧的结晶。汉字是一种神奇的文字，本身形象如画，形、音、意融合。请同学们运用所学知识，并查阅字典等资料，每人找出10个以“车”字为偏旁的汉字，填在表1-1中，并标注它们的读音，说明它们的释义，例如“南辕北辙”中的“辕”与“辙”，以此来感受汉字中的“车”文化。

思考与练习

一、选择题

1.现代第一辆四轮汽车的发明者是______。

A.本茨

B.波尔舍

C.戴姆勒

D.迈巴赫

2.第一辆蒸汽机汽车是_____发明的。

A.本茨

B.古诺

C.戴姆勒

D.奥托

3.汽车诞生于______。

A.美国

B.德国

C.日本

D.法国

4.据《左传》记载，_____制造了世界上第一辆车。

A.奚仲

B.黄帝

C.大禹

D.管仲

5.在古代车辆中，_____就是车轮中心的原木，起固定支撑作用。

A.辋

B.毂

C.辅

D.轴

二、简答题

1.汽车的诞生日是哪天？简述汽车诞生的历史条件。

2.简述内燃机发明的历史过程。

3.简述詹姆斯·瓦特研制出蒸汽发动机的历史意义。 X4wxlUAERvKTCHAf6Uyxz1IVI/vUn9MQNwuFiQPatoAIlDZyfkZX6RzlpU8oSjIk