四冲程内燃机的发明人——[德国]奥托(1832～1891)

　　岁月如流。转眼间，人类已踏过了又一个新千年的门槛，在叹息“逝者如斯夫”的同时，人类历史是如何发展、演化的这一为无数哲人贤士拷问千番的“历史之谜”似乎愈发显现出内在的深度和广度。对这一问题的解答千姿百态，然而，人们至少在一点上有着基本的共识，即人类历史的发展离不开科技。科技对人类历史发展有着重要的作用。而这一作用是如何成为可能的呢?大多数的人可能会说要靠科学家的发明和创造，而细心的人则还会指出要靠发明创造走上产业化。的确，发明创造的产生及其产业化是科技对人类社会发生重要作用的两个不可或分的方面。可在人类历史上，这两个方面却很少有人能够靠个人来一手完成。但至少有一个人是例外。他不仅以过人的智慧开发出新兴的技术——四冲程内燃机，而且以过人的胆识将这一新兴技术变成了一项“朝阳产业”，从而使人类历史的面貌极大地焕然一新。这个人就是奥托。

　　童年时代

　　尼古拉•奥古斯特•奥托(Nikolaus August Otto)是德国近代著名机械工程师，四冲程内燃机的发明者和推广者。1832年6月14日，奥托出生在德国霍兹豪森镇的一个工匠家庭里。他的父亲是一名制表匠，母亲是一个普通的农民，家里的收入不高，全家过着清苦而祥和的生活。奥托是家里6个孩子之中的长子，也许与他的父亲是一名制表工匠有关，他从懂事起就对机械很感兴趣。小时候，奥托常常一个人躲在角落里注视着父亲工作。一堆大大小小的齿轮、皮带经过父亲的手，就变成了一台台精巧的钟表，颇让他感到不可思议。也就是从那时起，小奥托就迷上了机械制造这门玩艺。

　　正当奥托准备好好学习，以后大干一番事业时，父亲却因积劳成疾而病倒了，按当时德国的传统，家庭的重担一下子落在了作为长子的奥托的肩上。他不得不中断学业，只身前往经济繁荣的科隆，在那里的一个小工匠铺安下身来，赚些钱养家糊口，而且一干就是10年。在科隆的日子里，他并未因繁忙的工作而放弃对书本的学习。他白天努力地工作，晚上则躲在被子里看有关机械方面的书籍。时间久了，他对于机械制造方面的基础知识，有了较多且深入的认识和了解，这也更加坚定了他儿时的兴趣。这段艰苦地求学、工作与生活，在他的记忆中留下了深刻的印象，也培养了他不屈不挠的奋斗精神，为他日后战胜一个又一个的困难奠定了良好的基础。

　　1854年，就在奥托22岁时，一条对当时被炒得沸沸扬扬的蒸汽机的批评文章引起了他的注意。也就是从这一年起，奥托对蒸汽机的改造产生了浓厚的兴趣。蒸汽机制造中的一系列不足，使他立志要发明一种可以取代老式蒸汽机的新型动力设备。从此，奥托走上了一条改变他的命运，也改变了人类历史命运的不归之路。

　　动力工程史上新的一页

　　作为一种强大的动力机械，蒸汽机出现在18世纪后半叶。当时它的体积很大，而且还需要配有锅炉这一令人感到棘手的庞然大物。同时，由于当时制造锅炉的技术还比较粗糙，锅炉时有爆炸的危险，加上锅炉需要消耗大量的能源，且需要解决能源燃烧产生的烟气的排放等等一系列的复杂的问题，因此，人们一方面不得不继续使用蒸汽机，另一方面更加强烈地希望能有一种小而方便、安全又可靠的动力装置来取代它。1860年，人们这种希望得到了初步的实现。法国工程师莱诺尔制造了一台以煤气为燃料的内燃机。这种新型煤气内燃机造型小巧，比起老式的蒸汽机，它的使用方法简单而安全，但美中不足的是，由于没有在内燃机的机箱内对空气进行必要的压缩，所以它产生的热效率并不高。但是，这毕竟走出了老式蒸汽机的模式，开启了内燃机研制工作的第一步。之后，1862年，法国工程师罗夏提出，内燃机的动力方式应当采取四冲程方式，即在四个行程内完成一个进气、压缩、燃烧膨胀和排气的工作循环，并且取得了这一内燃机设计方式的发明权专利。这可是一个非常富有创意的想法，如果付诸实际运用，将大大地提高内燃机的工作热能效率，从而弥补莱诺尔内燃机的不足。但是，罗夏只是提出了这样一个想法，而并没有真’ 正把这一想法变成现实，造出一台样机，从而使这种想法在很长的时间里不为人所知，他本人也与成功女神失之交臂。

　　成功女神所垂青的往往是那些坚忍不拔、努力不懈的人。虽然奥托对罗夏的想法不甚了解，但此前许多人的探索，给在内燃机研制道路上一度彷徨不前的奥托指明了前进的方向。他在周围环境和条! 件都不是很好的情况下，独自钻研，反复研究，最终也提出了内燃机动力方式的四冲程思想。由于奥托的这种想法一开始就是以实践运用为目的的，因此，他的设计思想还要比罗夏的想法详细而成熟得多。奥托在他的日记中这样记载道：“一切商业上成功的内燃机，其共同特征都包含了以下几方面：1．空气的压缩；2．燃料在提高了压力的空气中进行燃烧，从而使空气压缩，并使空气的温度升高；3．已加热的空气膨胀到初始压力，并开始作功；4．排气，由此完成整个循环过程。”而具体来说，这一原理是这样的：在煤气进入气缸之前，先与空气混合成一种可燃性的混合气体，然后进入气缸，在气缸内进行空气压缩，使其在这种提高了压力的空气中进行燃烧，这样使气缸内的温度升高，而后，膨胀了的空气逐步减压到初始状态时的大气压力，并推动气阀运动，由气阀运动产生的能量推动机车的运动，最后，气缸排出所有的气体。这是对四冲程内燃机原理和特征的第一次简单而清楚的概括，因此，人们把内燃机的四冲程循环亲切地简称为“奥托循环”。采用这种循环原理的内燃机用蒸汽液体或气体作燃料，由两个介于两等容过程之间的可逆绝热过程所组成。这种内燃机的负荷调节，即产生能量的多少，通常是借助控制进入气缸内的可燃性气体的数量来完成的，且点火方式也比较特殊，即通过采用外来火焰或电火花的方式来实现点火的，因而点火的时间可以控制。这些构成四冲程循环的最基本特征，由于把燃料的利用率提高到了最大限度，因此，人们又把它称之为“理想循环”。

　　由于以上对内燃机四冲程循环原理的设计详细，且实际操作性强，因此，奥托在完成了对这一原理的初步设计后，仅仅花费了很少的时间，就设计和制造出了世界上第一台四冲程循环内燃机样机。这台内燃机，性能可靠，热效率高，运行噪音小，在燃料消耗等许多方面都要比莱诺尔式内燃机好出许多。所以，尽管这种最初型号的内燃机在外观上还存在着一些缺陷，但一经面世，立即赢得了人们对它的高度评价。奥托的内燃机热效率比以往的四冲程循环发动机的热效率提高了两倍(约14％)，其热效率更是莱诺尔式发动机的4倍。可以说，奥托的发动机达到了具有非常实用的价值。

　　奥托循环是当今世界上所有

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