2.1 启动发动机
2.1.1 从点火开始
驾驶员用钥匙打开车门，坐到驾驶座上。接着将钥匙插入方向盘旁边的钥匙孔，向右转动。这样一来，就给汽车通了电。我们将这个动作称为点火。
之所以最先给汽车通电，是为了启动发动机、使用车内的空调和音响等电器。点火可以让汽车接入主电源。
智能钥匙系统
如今，从小型汽车到高级汽车，都采用了利用电波的电子钥匙（即智能钥匙）。当汽车的信号接收器收到钥匙发出的电波时，系统会通过判断信号和预先设定好的识别代码（ID代码）是否一致，来决定是否开启车门。如果手持电子钥匙离开车数米，车门会自动上锁。
每当钥匙的信号发送器和汽车的信号接收器之间传递信号时，识别代码会自动更新，并在下次传递前保持不变。因其组合数量有一亿之多，从而加强了汽车的防盗性能。
使用电子钥匙，就不需要通过将钥匙插进钥匙孔来开关车门。将电子钥匙拿进车内，按下发动机启动按钮，或者转动发动机启动把手，即可点火。
想要开启空调时，可以在点火后打开空调开关。同样，想要启动发动机时，只需将转至点火位置的钥匙再往右转一下，即可启动发动机。
众所周知，发动机是汽车的心脏，而汽车是燃烧汽油的（照片2.1）。那发动机为什么需要通电呢？实际上是为了在最开始时，让汽油进入发动机内的气缸。用电推动起动机转动，使发动机空转，从而将汽油导入气缸。
照片2.1 汽油发动机
※照片由丰田汽车提供
2.1.2 四冲程发动机的结构
下面我就来解释一下启动发动机后，是如何将汽油吸入发动机内的气缸的。为了解释这一结构，我需要先讲解一下发动机是如何工作的。
发动机内有气缸和活塞（图2.1），活塞与连杆相接，连杆连接着活塞和曲轴。活塞在气缸中进行上下往复运动，带动连杆，从而使曲轴转动，这就是发动机的基本结构。曲轴的转动沿着传递路径（将在第3章中进行介绍），最终到达轮胎（车轮）。这样一来，发动机的转动带动轮胎旋转，从而驱动汽车。
下面我想简单介绍一下活塞的往复运动。活塞的往复运动包括“进气”、“压缩”、“膨胀”和“排气”四个行程（冲程）（图2.2）。因为有四个冲程，所以我们称这类发动机为四冲程发动机。在这一过程中活塞上下往复，带动曲轴转动。
图2.2 四冲程发动机
※重复进气、压缩、膨胀、排气四个行程
首先是“进气”。在这一阶段，空气与汽油混合后的混合气体被吸入气缸，我们称之为进气行程。此时，气缸中的活塞向下运动。
接着是“压缩”。此时降至下止点的活塞逐渐上升，压缩气缸中的混合气体，我们称之为压缩行程。
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。我们称这一过程为膨胀行程。
最后是“排气”。在这一阶段，混合气体燃烧后残留的煤烟被排出气缸，我们称之为排气行程。此时，在膨胀行程中降至下止点的活塞再次上升，并随其上升向外排出煤烟。排气结束时会返回到最初的进气行程，再次重复压缩、膨胀、排气和进气，带动活塞上下运动。
在四冲程发动机中，直至四个行程全部完成，活塞总共上下往复了两次。活塞在进气时下压，压缩时上升，膨胀时下压，排气时上升。活塞上下往复两次，带动曲轴转动两次。也就是说，四冲程发动机每燃烧一次混合气体，活塞往复两次，曲轴转动两次*1。即燃烧一次转动两次。这就是四冲程发动机。
*1 除四冲程发动机之外，还有活塞每往复一次、曲轴转动一次就燃烧一次的二冲程发动机。在二冲程中，膨胀行程和活塞下压的进气行程同时进行，排气行程与活塞上升的压缩行程同时进行。与四冲程不同，二冲程一边向外排出燃烧的残渣（煤烟），一边压缩混合气体，这一行程被称为”扫气“。二冲程发动机具有体积小、能量大的优点，但另一方面也容易造成混合气体和废气的混合。
2.1.3 将活塞的上下运动转化为曲轴的旋转
在四个行程的反复中，活塞的上下往复是如何转化为曲轴和轮胎的旋转运动的呢？让我来解释一下。
在这一过程中，气缸、活塞、连杆和曲轴发挥了重要作用。正如图2.1所介绍的，连杆连接着气缸内的活塞和曲轴。而将活塞的往复运动转化为旋转运动的关键，就是这四个零件中的曲轴。
如图2.3所示，曲轴是一根凹凸不平的轴。凸出的部分连接着连杆的一端，连杆负责将活塞的运动传递至曲轴。活塞上下运动带动连杆上下运动。接着，连杆下压曲轴的尾部，曲轴开始旋转。这样一来，活塞的往复运动就转化为了曲轴的旋转运动。
让我们再具体看一下。当活塞下压时曲轴的凸出部分也跟着下压，活塞上升时凸出部分也随之向上旋转。接着，活塞再次下压，曲轴的凸出部分也随之旋转下压。这样就形成了曲轴的旋转运动。曲轴凹凸不平的形状有利于其旋转。
2.1.4 启动发动机前先使曲轴转动
到此为止，想必你已经明白了活塞的往复会带动曲轴旋转了吧。也可以说只有曲轴持续旋转，活塞才能不断进行往复运动。如果曲轴不旋转，就无法吸入混合气体，更不能使活塞上升、压缩混合气体。正是因为有了曲轴的旋转，活塞才能上升、压缩、燃烧，完成四个冲程。
那么，怎样才能启动四冲程发动机呢？这就回到了启动发动机时为何需要通电这一话题。为了开始进气和压缩这两个行程，必须利用外部力量促使活塞上下运动，开启四冲程。也就是说，启动时需要有一个相反的动作，即先用起动机促使曲轴旋转，再带动活塞上下运动。
为使曲轴旋转，需要利用蓄电池带动起动机转动。这就是我在本章开头讲到“点火后，再往右拧一下钥匙”时汽车内部发生的动作。
起动机的转动带动曲轴旋转，活塞进而开始往复运动*2。接着，发动机开始空转。活塞下压时发动机内气缸中的气压下降，产生吸力，从而将空气和汽油混合后的混合气体吸入气缸中。随即进入最开始的进气行程。
*2 连接起动机和发动机的曲轴的，是一种叫“飞轮”的圆盘。我在第2章的后半部分会介绍它的结构。
发动机真是个奇妙的装置：逆于常序启动发动机，发动机启动后又以常序驱动汽车。接下来将要介绍的蓄电池也运用了类似的可逆原理。
2.1.5 用蓄电池供电
之前已经讲过，启动发动机时，需要使用起动机带动曲轴旋转。给起动机供电的电源，就是蓄电池。蓄电池多位于发动机室中，也有一些汽车将其置于后备箱里。
图2.4展示了蓄电池的结构。树脂外壳中排放着薄而平的铅板，铅板浸泡在稀释过的硫酸（稀硫酸溶液）中。蓄电池利用铅板和硫酸间的化学反应来放电。铅和硫酸反应生成硫化铅，产生电子从而放电。
图2.4 蓄电池的结构
※利用化学反应，反复充电放电
蓄电池就是这样利用化学反应来放电的装置。当化学反应的次数达到一定数量时，蓄电池就无法放电了。因此，需要经常给蓄电池充电。反向进行铅板和稀硫酸溶液之间的化学反应，将蓄电池还原至本来的状态。如果不充电，蓄电池就无法放电，即处于所谓的“瘫痪”状态。
给蓄电池充电使用的是交流发电机，它是一种依靠发动机动力运转的发电机。启动发动机后，交流发电机持续发电。将其产生的电通入蓄电池，就能保证蓄电池持续放电。
就像我在讲曲轴时所说的那样，蓄电池也是利用可逆原理发挥其作用的。
讲到这里，可能有人会问：既然有了发电机，那发动机启动后不就不需要蓄电池了吗？这样讲也有道理。
但是，交流发电机是小型发电机，其发电能力无法满足汽车全部的用电需要。不仅发动机点火时需要强劲的电力，汽车上还有数量众多的电器，如空调、音响、导航、电动车窗、雨刮器、前灯、刹车灯等也同样需要。
蓄电池对汽车来说意义非凡，汽车依赖蓄电池。你可以把交流发电机看作是防止蓄电池“瘫痪”的装置。
如前所述，如今的汽车配备了数量众多的电器，因此需要使用容量更大的蓄电池。除了这些必要的电器外，如果还想增加其他装置，就需要考虑蓄电池的容量了。电力不足可能会使蓄电池无法给点燃混合气体的火花塞供电，从而导致发动机停止工作。
在雨夜里你可能会遇到这种情况：开着前灯、雨刮器、空调和导航，一边听着耗电量大的音响，一边在堵车的道路上缓慢前行。这时就有可能会出现交流发电机供不上电、行驶中蓄电池“瘫痪”的状况。此时， 你只需关闭其中任何一个正在耗电的电器即可。
让我们从发动机启动开始，再确认一遍汽车的发动顺序。蓄电池放电，转动起动机，起动机带动发动机空转，发动机进入进气行程开始启动。发动机启动后，只需将向右拧至启动电动机状态的钥匙再往左拧一下，即可点火。
