引擎非常簡單。讓我來解釋。
過去，我們需要一種東西來取代馬匹。動物在農業和運輸工作上相當有用，但牠們需要餵食且會排泄，有時還會死亡（不過牠們能自我繁殖，這是很大的優點）。1908年，亨利·福特推出T型車的那一年，紐約市就有約12萬匹馬。這些馬每天在曼哈頓未鋪設的街道上排放約250萬磅的馬糞。汽車的出現，原本是為了減少污染，這對現今的氣候行動者來說是一個新穎的概念。
那麼，如何製造一種可攜帶的燃料燃燒裝置（即汽車移動性），能產生比馬匹更多的動力來完成有用的工作呢？就像電腦因為晶體管、純度足夠的矽和光刻技術的臨界質量而誕生一樣，內燃機則是從19世紀末的火砲和蒸汽機演變而來。
首先，我們需要能爆炸的東西。19世紀火藥隨處可見，但它是一次性燃燒的批次過程，即使有人將其裝入帶鉛彈頭的彈殼中。液體燃料較容易搬運和控制，因此考慮了多種可燃液體。可行的選項包括煤油（不易汽化）以及琴酒或伏特加（意外地是很好的燃料且有趣的品質控制），但最終汽油因多種實際原因勝出。汽油易燃且相對容易製造，儲存方便且不會在地球常見溫度下結冰，這些優點使其成為首選。
汽油最有用的特性之一是即使空氣與燃料混合比例偏差達100%，仍能燃燒。一份汽油與八份空氣混合即可良好點燃，空氣量增加一倍也能燃燒。汽油對氧氣分子混合的容忍度很高；我曾用Windex瓶隨意噴灑汽油進入進氣歧管，汽車仍能行駛。
早期的化油器只是讓進氣空氣通過一池汽油，汽油蒸發進入氣流形成可燃混合氣。後來我們學會調配汽油的蒸發特性，匹配引擎進氣行程產生的壓力（也稱真空）。我們製造了利用文丘里管內部低壓區「汽化」汽油的化油器。這種穩健的技術至今仍在許多引擎中使用。燃油噴射的重大進步則類似電子控制的Windex瓶，將燃料精確噴入燃燒室（無論是噴入進氣口或汽缸內，如缸內直噴技術）。
既然我們有了強力且實用的燃料，不會在零下零度結冰，且夏天仍可使用，我們只需要一個裝置來捕捉其化學能量。
點燃汽油會產生熱能，但我們必須巧妙地捕捉這些能量。我們可以直接在開放容器中燃燒汽油，但產生的能量很弱，幾乎不比煤或木頭好多少。然而，如果我們先壓縮空氣與燃料混合物，動力會呈指數增加，這成為內燃機的基礎之一：在爆炸前先壓縮混合氣（火藥也喜歡被緊密壓縮，這點任何拆解過鞭炮並點燃過的孩子都知道）。
活塞與汽缸是理想的壓縮裝置，我們從火砲和蒸汽機借鑑而來。火砲教會我們製造能承受高壓（約1萬磅/平方英吋，約1812年戰爭時期）的光滑膛線。外燃蒸汽機教我們如何用活塞和汽缸進行壓力循環，並配備曲軸和控制閥。曲軸與閥門讓我們能將內燃機的工作腔分為四個階段：A) 進氣；B) 壓縮；C) 爆炸；D) 排氣。這對19世紀的火砲操作員來說很熟悉，他們在大型武器中緩慢且笨拙地執行這四個步驟，只不過用的是火藥和砲彈，砲彈類似我們的活塞。
活塞在汽缸內向下移動，吸入空氣，完成第一個步驟。化油器會自動將汽油混入空氣中。接著活塞封閉汽缸，將混合氣壓縮到我們想要的壓力（T型車約4比1，賽車引擎可達16比1）。例如，我們將500立方公分的空氣與汽油蒸氣壓縮到50立方公分（10比1壓縮比），使燃料分子緊密排列，準備引發連鎖反應。
壓縮好的混合氣準備爆炸，我們只需一點能量觸發。火花點火非常可控，因此成為預設點火方式。點火後，工作腔轉為捕捉爆炸力。值得一提的是，燃料也可因過度壓縮而達到臨界溫度，自行爆炸，這是魯道夫·狄塞爾的操作方式，尤其在1897年電池難以穩定產生火花時。
點火後，爆炸推動活塞向下移動。幸運的是，活塞不是像子彈或砲彈那樣的拋射物，而是由曲軸捕捉其運動能量，將活塞的線性運動轉換為旋轉運動，這正好符合我們想驅動的車輪運動。
爆炸結束且汽油燃盡後，我們必須處理燃燒後的廢氣。曲軸將活塞轉為推動器，像醫生的注射器一樣，將廢氣推出。這是透過閥門切換（打開排氣口）實現的，使汽缸轉為第四種模式，排出廢氣並準備下一次循環。
當活塞完成排氣行程到達頂端，汽缸清空，閥門交替切換，汽缸再次成為吸氣裝置，開始下一個進氣行程。就像火砲操作員一樣，我們開始下一輪。進氣與壓縮需一圈曲軸轉動，爆炸與排氣需另一圈，因此稱為四行程引擎。活塞四行程，曲軸兩轉。
當我駕駛老款MG TD在高速公路上行駛時，引擎轉速高達5500轉每分鐘。這相當於每秒92轉，四個汽缸每秒發生46次燃燒循環。考慮活塞行程，每個活塞在一小時內上下移動約37英里。相比之下，我的現代Audi A7 Quattro以1800轉每分鐘、時速75英里巡航，得益於八速變速箱與低摩擦設計。Audi的活塞行程與MG相似（約3.5英吋），但每小時只移動約12英里，因為轉速較低。這也是現代引擎能耐用至20萬英里，而非1960年代的7萬英里的原因之一。
現代引擎包覆著各種高科技，但核心仍是簡單的活塞與汽缸執行四個循環（馬自達轉子引擎是例外）。就像漫威角色鋼鐵人只是穿著許多裝備的普通人，現代引擎在高科技外衣下仍是「普通人」。我們有感測器、控制器、特殊系統和智能機構，幾乎掩蓋了引擎本質，但底層仍是曲軸、活塞、汽缸與閥門。
甚至增壓器和渦輪增壓器也像是哮喘患者的呼吸機，幫助引擎更好呼吸以提升性能。複雜性使引擎從1950年代的每公升60匹馬力提升到今天的兩倍。引擎形狀也隨時間演變，直列、水平對臥、V型和W型配置皆有市場。但自1908年以來，曲軸-連桿-活塞-汽缸頭的基礎理念未曾改變。儘管有NASA級的控制系統和高科技裝置，現代內燃機的旋轉組件仍忠於150年前的根基。
就是這麼簡單。我告訴學生，引擎只是愚蠢的空氣幫浦，我讓他們每堂課都齊聲重複這句話。吸入空氣的效率決定了爆炸能有多大。將燃料送入汽缸很容易，點火也很簡單。爆炸大小核心取決於進氣行程吸入的空氣量（技術上是捕捉的氧氣摩爾數）。
賽車隊將大部分預算花在汽缸頭優化，因為必須讓空氣進入才能運作。隨後的爆炸和活塞受壓決定可產生多少扭力，扭力對抗車輛慣性使其加速。重複過程的速度決定在一定時間內能完成多少工作（如短時間內完成加速或對抗風阻達到極速，當空氣動力馬力與引擎輸出達平衡）。
一切都很簡單。活塞在汽缸中壓縮混合氣，燃料與空氣比例可偏差達100%（8:1到16:1），點火時間可提前或延後10度，仍能啟動引擎。這種寬容度讓早期發明家有很大彈性開始實驗。
許多進步已發生，我們現在產生的動力是百年前的三倍，排放幾乎可忽略不計，但「基本原理」依舊相同。
下次你關閉循跡控制，在停車場留下幾條橡膠痕時，記得引擎下的強大動力並不神秘，向那些數百年前開創道路的火砲手和火車工程師致敬。
