第1章 汽車行進的原理
01-08 妨礙汽車行進的因素有輪胎變形、大氣壓力與摩擦
～行車阻力～
行車阻力包含許多，主要有輪胎的滾動阻力與空氣阻力。
輪胎是橡膠材質，在汽車行駛中，胎面與路面接觸時會變得扁平，離開路面後又恢復原狀。胎面之所以一會兒變形，一會兒恢復原狀，是因為某種力量作用的緣故。而這個力量稱為「輪胎的滾動阻力」。輪胎在變形或復原時，輪胎的橡膠材質內部會發生摩擦，產生摩擦熱，使動能轉變成熱能。
空氣阻力包含壓力阻力與摩擦阻力。汽車前進時，汽頭壓擠前方空氣使前方的氣壓升高，而前方空氣隨即回壓車體。至於車體後方，由於車體已經離開剛剛的位置，所以車體後方的氣壓會降低，產生拉回車體的力量。上述回壓車體與拉回車體的作用力都屬於「壓力阻力」。另外，汽車行進會也與空氣發生摩擦，產生摩擦阻力。在日常生活中，我們不會特別感覺到自己正與空氣發生摩擦。但是，摩擦阻力與速度的平方成正比。因此速度愈高的物體，受到摩擦阻力影響的程度也就愈大。
我們也可以把汽車爬坡時發生的爬坡阻力，或是加速時發生的加速阻力視為汽車的行進阻力。汽車爬坡時，車體重量之中，與路面水平的分力會成為阻礙汽車行進的力量，稱為「爬坡阻力」或「坡度阻力」。汽車下坡時，由於負爬坡阻力作用，行車阻力因而得以降低。
最後再來討論看似有助於汽車行進的慣性作用。事實上，當汽車加速時，由於慣性作用會維持原有速度，所以反倒成為行車阻力，也就是所謂的「加速阻力」或「慣性阻力」。
01-09 引擎的運作會經由兩個階段轉換能量
～熱機與內燃機～
汽車的動力源自「引擎」。引擎是將燃料的化學能量轉換為動能的機械裝置，轉換過程包含兩道程序：首先將化學能量轉換成熱能，接著再將熱能轉換為動能。將熱能轉換為動能，以產生動力的機械裝置稱為「熱機」。
以日常生活現象「瓦斯爐把水壺內的水燒開時，壺嘴蓋會喀答喀答地掀動」為例，掀動壺嘴蓋的是從瓦斯爐產出的熱能（由瓦斯的化學能量轉換而來）轉換成足以將壺嘴蓋掀開的動能。相同的道理，假如我們在壺嘴前放置一只風車，那麼風車就會被蒸氣的噴射氣流所吹動。
熱機包含許多種類，汽車引擎幾乎都是應用「汽缸與活塞」。在日常生活中也接觸得到構造類似且容易理解的物品，例如注射針筒。注射針筒的筒身好比汽缸，可以推進抽出的活塞好比汽車汽缸的活塞。假如以注射針筒比喻汽缸與活塞，那麼就是在筒身連接針頭處塞住的狀態下，燃料在筒身內部燃燒，燃料燃燒產生的二氧化碳以及沒有被燃料燃燒消耗的剩餘空氣受熱膨脹，膨脹的氣體推擠活塞。以上就是汽車引擎運作的基本原理。由於最終產生動能的機關的內部正是燃燒場所，因此這種熱機又可稱為「內燃機」。順帶一提，蒸汽火車的動力來源，也就是蒸汽引擎，由於燃燒場所設計在最終產生動能的機構外部，所以又可稱為「外燃機」。
01-13 燃料所產生的能源無法全數轉換為動能
～熱效率～
汽車引擎將燃料的化學能量轉換為動能的過程中，必定伴隨能量的「損失」，而且損失龐大。
在燃料燃燒時，一旦發生不完全燃燒現象，除了燃料的部分能量會跑到燃燒後的廢氣中，還會產生餘燼。像這樣燃料從化學能量轉變為熱能的過程中，所發生的損失稱為「未燃損失」。
汽缸內部產生的熱能也會溫熱汽缸本體。若放任熱能加熱汽缸，將會導致汽缸過熱，並產生問題，因此有必要幫汽缸設置降溫工程。這種降溫捨棄熱能就稱為「冷卻損失」。此外，燃燒所產生的廢氣溫度比引擎進氣的溫度還高，廢氣的排出也會導致溫度的捨棄，稱為「排氣損失」。
扣除以上損失所剩餘的能量會被轉換成動能，但可惜的是無法全數轉換成為引擎的輸出馬力。原因在於除了燃燒與膨脹行程以外，引擎還必須耗費動能牽引活塞運動，產生「活塞損失」（pumpingloss）。詳細情形本書將利用下一章詳盡說明。此外，連內部零件相互摩擦也會使動能轉變成熱能，產生「摩擦損失」。所以，最後得扣除以上這些損失所剩餘的動能，才會是引擎真正輸出的動能。
相對於燃料的化學能量，引擎輸出動能所占的比例稱為「熱效率」。傳統汽油引擎的熱效率大約是30％，拜現代節省油耗技術提升所賜，現代引擎的熱效率已普遍提升至35％，部分車種甚至已提升至40％。即便如此，引擎燃料的能量損失還是高達60％！
第2章 引擎的基本機械原理
02-01 不將活塞的往復運動轉換成迴轉運動，就無法應用
～曲軸機構～
例如汽油引擎所採用的往復式引擎，雖然已經藉由活塞執行往復運動產生力量，但是汽車行進還需要輪胎作迴轉運動才能行駛。因此，往復式引擎內存在有「曲軸」與「連桿」，以便將往復運動轉換成迴轉運動。曲軸是很基本的機械機構，許多機械都需要它。為了方便讀者理解曲軸機構的結構與原理，本單元將以日常生活常見的腳踏車的腳踏板為例，為各位說明。
從正側方觀察騎腳踏車的人踩踏板的模樣便可發現，雖然膝蓋多少會往左右移動，但就整體而言仍屬於重複往上或往下的往復運動。因此我們可以將膝蓋視為活塞，小腿相當於連桿，腳踏板與迴轉軸相連的部分則相當於曲軸。
腳將踏板往下踩的時候，膝蓋會隨之下降。當腳踏板隨之畫大圓圈時，迴轉軸的「鍊輪齒」（外圈披掛鍊條的齒輪）也會隨之旋轉，如此便可將直線運動轉變成迴轉運動。當腳踏板下降到最低位置時，腳就沒有辦法再往下踩。在一般的騎乘情況下，腳並不會固定在踏板上，但是這裡假設腳是固定在踏板上，所以當腳踩到最低位置以後，會把踏板牽引上去。換句話說，在膝蓋上升時，會帶動鍊輪齒旋轉。只要連續重複以上動作，往復運動就能轉變為迴轉運動。
在一般的騎乘情況下，當一隻腳踩到最低位置時，另一隻腳剛好會上升到最高位置。當上升到最高位置的腳接著往下踩時，即可繼續迴轉運動，而下降到最低位置的另一隻腳就會被踏板往上帶。由此可知，曲軸也是可以將迴轉運動轉換成往復運動的機構。
01-08 妨礙汽車行進的因素有輪胎變形、大氣壓力與摩擦
～行車阻力～
行車阻力包含許多，主要有輪胎的滾動阻力與空氣阻力。
輪胎是橡膠材質，在汽車行駛中，胎面與路面接觸時會變得扁平，離開路面後又恢復原狀。胎面之所以一會兒變形，一會兒恢復原狀，是因為某種力量作用的緣故。而這個力量稱為「輪胎的滾動阻力」。輪胎在變形或復原時，輪胎的橡膠材質內部會發生摩擦，產生摩擦熱，使動能轉變成熱能。
空氣阻力包含壓力阻力與摩擦阻力。汽車前進時，汽頭壓擠前方空氣使前方的氣壓升高，而前方空氣隨即回壓車體。至於車體後方，由於車體已經離開剛剛的位置，所以車體後方的氣壓會降低，產生拉回車體的力量。上述回壓車體與拉回車體的作用力都屬於「壓力阻力」。另外，汽車行進會也與空氣發生摩擦，產生摩擦阻力。在日常生活中，我們不會特別感覺到自己正與空氣發生摩擦。但是，摩擦阻力與速度的平方成正比。因此速度愈高的物體，受到摩擦阻力影響的程度也就愈大。
我們也可以把汽車爬坡時發生的爬坡阻力，或是加速時發生的加速阻力視為汽車的行進阻力。汽車爬坡時，車體重量之中，與路面水平的分力會成為阻礙汽車行進的力量，稱為「爬坡阻力」或「坡度阻力」。汽車下坡時，由於負爬坡阻力作用，行車阻力因而得以降低。
最後再來討論看似有助於汽車行進的慣性作用。事實上，當汽車加速時，由於慣性作用會維持原有速度，所以反倒成為行車阻力，也就是所謂的「加速阻力」或「慣性阻力」。
01-09 引擎的運作會經由兩個階段轉換能量
～熱機與內燃機～
汽車的動力源自「引擎」。引擎是將燃料的化學能量轉換為動能的機械裝置，轉換過程包含兩道程序：首先將化學能量轉換成熱能，接著再將熱能轉換為動能。將熱能轉換為動能，以產生動力的機械裝置稱為「熱機」。
以日常生活現象「瓦斯爐把水壺內的水燒開時，壺嘴蓋會喀答喀答地掀動」為例，掀動壺嘴蓋的是從瓦斯爐產出的熱能（由瓦斯的化學能量轉換而來）轉換成足以將壺嘴蓋掀開的動能。相同的道理，假如我們在壺嘴前放置一只風車，那麼風車就會被蒸氣的噴射氣流所吹動。
熱機包含許多種類，汽車引擎幾乎都是應用「汽缸與活塞」。在日常生活中也接觸得到構造類似且容易理解的物品，例如注射針筒。注射針筒的筒身好比汽缸，可以推進抽出的活塞好比汽車汽缸的活塞。假如以注射針筒比喻汽缸與活塞，那麼就是在筒身連接針頭處塞住的狀態下，燃料在筒身內部燃燒，燃料燃燒產生的二氧化碳以及沒有被燃料燃燒消耗的剩餘空氣受熱膨脹，膨脹的氣體推擠活塞。以上就是汽車引擎運作的基本原理。由於最終產生動能的機關的內部正是燃燒場所，因此這種熱機又可稱為「內燃機」。順帶一提，蒸汽火車的動力來源，也就是蒸汽引擎，由於燃燒場所設計在最終產生動能的機構外部，所以又可稱為「外燃機」。
01-13 燃料所產生的能源無法全數轉換為動能
～熱效率～
汽車引擎將燃料的化學能量轉換為動能的過程中，必定伴隨能量的「損失」，而且損失龐大。
在燃料燃燒時，一旦發生不完全燃燒現象，除了燃料的部分能量會跑到燃燒後的廢氣中，還會產生餘燼。像這樣燃料從化學能量轉變為熱能的過程中，所發生的損失稱為「未燃損失」。
汽缸內部產生的熱能也會溫熱汽缸本體。若放任熱能加熱汽缸，將會導致汽缸過熱，並產生問題，因此有必要幫汽缸設置降溫工程。這種降溫捨棄熱能就稱為「冷卻損失」。此外，燃燒所產生的廢氣溫度比引擎進氣的溫度還高，廢氣的排出也會導致溫度的捨棄，稱為「排氣損失」。
扣除以上損失所剩餘的能量會被轉換成動能，但可惜的是無法全數轉換成為引擎的輸出馬力。原因在於除了燃燒與膨脹行程以外，引擎還必須耗費動能牽引活塞運動，產生「活塞損失」（pumpingloss）。詳細情形本書將利用下一章詳盡說明。此外，連內部零件相互摩擦也會使動能轉變成熱能，產生「摩擦損失」。所以，最後得扣除以上這些損失所剩餘的動能，才會是引擎真正輸出的動能。
相對於燃料的化學能量，引擎輸出動能所占的比例稱為「熱效率」。傳統汽油引擎的熱效率大約是30％，拜現代節省油耗技術提升所賜，現代引擎的熱效率已普遍提升至35％，部分車種甚至已提升至40％。即便如此，引擎燃料的能量損失還是高達60％！
第2章 引擎的基本機械原理
02-01 不將活塞的往復運動轉換成迴轉運動，就無法應用
～曲軸機構～
例如汽油引擎所採用的往復式引擎，雖然已經藉由活塞執行往復運動產生力量，但是汽車行進還需要輪胎作迴轉運動才能行駛。因此，往復式引擎內存在有「曲軸」與「連桿」，以便將往復運動轉換成迴轉運動。曲軸是很基本的機械機構，許多機械都需要它。為了方便讀者理解曲軸機構的結構與原理，本單元將以日常生活常見的腳踏車的腳踏板為例，為各位說明。
從正側方觀察騎腳踏車的人踩踏板的模樣便可發現，雖然膝蓋多少會往左右移動，但就整體而言仍屬於重複往上或往下的往復運動。因此我們可以將膝蓋視為活塞，小腿相當於連桿，腳踏板與迴轉軸相連的部分則相當於曲軸。
腳將踏板往下踩的時候，膝蓋會隨之下降。當腳踏板隨之畫大圓圈時，迴轉軸的「鍊輪齒」（外圈披掛鍊條的齒輪）也會隨之旋轉，如此便可將直線運動轉變成迴轉運動。當腳踏板下降到最低位置時，腳就沒有辦法再往下踩。在一般的騎乘情況下，腳並不會固定在踏板上，但是這裡假設腳是固定在踏板上，所以當腳踩到最低位置以後，會把踏板牽引上去。換句話說，在膝蓋上升時，會帶動鍊輪齒旋轉。只要連續重複以上動作，往復運動就能轉變為迴轉運動。
在一般的騎乘情況下，當一隻腳踩到最低位置時，另一隻腳剛好會上升到最高位置。當上升到最高位置的腳接著往下踩時，即可繼續迴轉運動，而下降到最低位置的另一隻腳就會被踏板往上帶。由此可知，曲軸也是可以將迴轉運動轉換成往復運動的機構。
