一、汽车的进化史

（一）蒸汽机时代

提到汽车，不得不提到“蒸汽机之父”詹姆斯·瓦特（James Watt），正是有了他发明的“瓦特蒸汽机”，人类才掀起了“第一次工业革命”的浪潮。瓦特随后研究制造了齿轮联动装置、连柄曲杆结构、离心调速器等，并对蒸汽机进行多次改造，完全替代了当时的“纽科门蒸汽机”。

在1769年，一名法国的陆军技术军官尼古拉斯·居纽（Nicolas Cugnot）大尉在政府的支持下试制成功一台三轮蒸汽机车。

随后在1804年，理查德·特里维希克（Richard Trevithick）发明制造了世界上第一台实用型轮轨蒸汽机车，这是真正的第一台实用性轮轨蒸汽机车（图1-1）。

而后，在1825年，英国嘉内爵士（Goldsworthy Gurney）制成了第一辆蒸汽公共汽车，1831年嘉内利用这辆车开始了世界上最早的公共汽车运营业务（图1-2）。

随着瓦特蒸汽机的广泛应用，19世纪中叶，在欧洲和美国，人们对蒸汽机车的研发和制造达到了高潮。蒸汽机被广泛应用在各类火车、轮船、公共汽车等交通运输工具上，出现了一个蒸汽机车的全盛时期 ^［1］ 。但是蒸汽机车存在笨重、惯性大、制动困难、转向不灵敏、运行时需要大量的水和煤、锅炉气压高易爆炸、车轴易断裂、易熄火、行车受天气影响大、舒适性差、污染大、启动缓慢（耗时30～45min）及热效率低（10%左右）等缺点。迫于各种问题，19世纪中叶后，蒸汽机车日趋衰落，人们需要一种新的、更稳定、更可靠的产品替代蒸汽机车 ^［2］ 。

（二）内燃机时代

蒸汽机把锅炉中开水产生的蒸汽送进气缸，来推动机械结构发生运动做功，因此蒸汽机又被称为外燃机。这样的过程必定导致热能大量损失，热效率极低。如果能让气体燃料直接在气缸内燃烧，通过气体膨胀力推动活塞做功，则可大大提升热效率，在这一思想的指导下，内燃机诞生了 ^［3］ 。

内燃机的诞生是当时许多科学家不懈努力的结果。经历了如下4个阶段：

1．奠定基础

早在1670年，荷兰的物理学家、数学家和天文学家惠更斯（Christiaan Huygens）尝试让火药在气缸内燃烧，制成了使气体膨胀推动活塞做功的机械，并绘制了原理图。但由于火药危险性过大，并且在当时这种机械没有很好的应用领域，因此这项发明并未得到重视，但其却为内燃机的问世打下了基础。

2．引入气体燃料

1794年，英国的斯特里特（Streete）首次提出燃料与空气混合形成可燃混合气的原理。1801年，法国化学家菲利普·勒本（Philippe Lebon）采用经煤干馏得到的煤气和氢气作燃料，制成了将煤气和氢气与空气混合后点燃产生膨胀力推动活塞的发动机，这项发明被誉为内燃机发展史上开拓性的一步。

3．内燃机问世

1859年，比利时工程师艾蒂安·勒努瓦（Étienne Lenoir）创制成功了二冲程卧式内燃机。1862年，法国科学家德罗夏（Alphonse Beau de Rochas）在卡诺（Nicolas Léonard Sadi Carnot）热力学研究的基础上提出了四冲程内燃机工作原理，但他当时并未制造实体四冲程内燃机，而只是完成了设计工作。德国发明家奥托（Nikolaus Otto）提出了内燃机四冲程理论——奥托循环。奥托循环的一个周期是由吸气、压缩、膨胀做功和排气四个活塞行程构成，这为现代内燃机的发明奠定了理论基础。1876年，根据奥托循环，奥托设计制成了世界上首台水平四冲程往复活塞式内燃机（图1-3）。不过，此台内燃机以煤气为燃料，体积较大，质量较重，还不能用在汽车上。

4．完善与应用

1885年，两位曾为奥托工作的德国工程师卡尔·本茨（Karl Benz）与戈特利布·戴姆勒（Gottlieb Daimler）各自独立发明汽油内燃机。戴姆勒与其助手威廉·迈巴赫（Wilhelm Maybach）一起改进开发出世界上第一台化油器式电点火小型汽油机，转速可达到创纪录的750r/min，这是世界上第一台立式发动机，取名为“立钟”，戴姆勒将其安装在一台自行车上。这实际上是世界上第一辆摩托车（图1-4），因此，戴姆勒又被称为“摩托车之父”。在同一时期内，另一位奥托的下属，现代汽车工业的先驱者之一，被称为“汽车之父”的卡尔·本茨也在进行着他的研究。1879年，卡尔·本茨研制成功火花塞点火内燃机。随后他又将内燃机改进为汽油发动机。1885年，卡尔·本茨制造了世界上第一辆三轮汽油车，车上装有3个实心橡胶轮胎车轮及一个卧置单缸二冲程汽油发动机。卡尔·本茨于1886年1月29日向德国皇家专利局申报专利并获得批准，因此1月29日被认为是世界汽车诞生日，1886年为世界汽车诞生年。这辆汽车就是大名鼎鼎的“奔驰1号”，现保存在梅塞德斯奔驰博物馆内（图1-5）。