四冲程内燃机发明人：世界100位科学家

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(NikolausAugustOtto)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内燃机设计和制造都必须共同遵循的基本热力循环方式，它的出现，为后来人类动力工程事业的蓬勃发展带来了前所未有的契机。轮船的发明、汽车的制造，乃至飞机的出现，都与此有着莫大的关系。这，不能不说是人类动力科学史上的一大创举。(www.xing528.com)

内燃机技术走向产业化

如果说奥托以他的内燃机发明，掀开了人类动力工程史上新的一页的话，那么随后，他将自己的发明产业化的努力，则为这一页书写了更多、更精彩的内容。他与许多取得成功的发明家一样，在取得初步的成功之后，继续探索，精益求精，更加用心地考虑怎样进一步发展、完善他的发明成果，使这种新款式的内燃机在使用过程中更加有效，更加安全而方便。

他拿出销售四冲程循环内燃机样机后积攒下来的钱作资金，扩充了研究用房，添置了许多新型的实验设备，并邀来了更多的研究能手，开始埋头于制作更加完善的内燃机的工作当中。从1861年到1864年这短短的3年中，奥托又陆续进行了多种内燃机制造技术的发明，并在德国以及其他一些国家和地区相继取得了发明专利。所有的这一切使奥托名声大噪，不少国家的政府和公司纷纷派代表到奥托的实验室参观和学习，一方面向他求教，另一方面与他进行合作意向的洽谈。在这种形势的推动之下，奥托开始考虑把他的实验室进一步扩充为生产性的单位，将原来定做式、小批量的内燃机制造升级为近代式的工厂化生产。然而，把内燃机产业化的做法，对于此时经验和资金俱缺的奥托来讲，实在是太困难了。踌躇满志却又力不从心的他，只好徘徊在理想与现实之间。对于理想，他只能期望，而不敢奢望。正在此时，当时德国著名的工业家兰根伸出了慷慨的援助之手。由他提供大部分的资金，而由奥托提供主要的技术支持，以奥托的名字命名的奥托商会于1564年9月正式成立了。由此，奥托走上了内燃机产业化的道路。也从此，四冲程循环内燃机不仅从理论的设计成为了现实，而且从实验室的模型变成了社会化的产品。1872年，为了扩大内燃机的生产，奥托又在产业化的道路上迈进一步，继续与兰根合作，成立了德意志煤气内燃机股份有限公司，他就任第一任经理，兰根为副经理。经营工作占去了奥托不少的研究时间，使以理论见长的他开初感到颇不适应。他开始大量地招贤纳能。随着德国著名企业管理学家戴姆带着一大批年轻的工程技术专家加入奥托的公司，情况出现了向好的方面的转机。奥托更加精神百倍地投入繁忙的管理和研究开发工作当中了。经过多年刻苦紧张的努力，到1875年，奥托的公司终于完成了四冲程内燃机全套设计工作，四冲程内燃机由此变得更加精巧耐用、高效可靠。1877年8月4日，奥托取得了这项划时代内燃机技术的专利权。同年，在法国巴黎举办的万国博览会上，奥托的四冲程循环内燃机获得了公认的金奖。人们真实地感到一个动力新时代的来临!在以后的大约十几年时间内，这种内燃机几乎垄断了全欧洲内燃机市场。有统计资料显示出，在19世纪60年代，莱诺尔式内燃机的使用量大约只有100台左右，使用范围有限，而奥托式内燃机则被大量而广泛地使用着，仅在欧洲大陆就有1000台之多。在以后的10年时间内，依照其方法生产的各式内燃机，竟高达5万余台，总马力达20万匹以上。这在很大意义上奠定了奥托在内燃机行业中的开创者地位。

奥托的努力为他赢得了许多的荣誉。柏林大学为了表彰他在内燃机研制方面的突出贡献，授予他荣誉工程学博士学位。这大大地弥补了他在年少时读书不多的遗憾，更加坚定他锐意进取、更加精益求精的信心和决心。奥托没有陶醉于已有的成就，反而把荣誉锁进了记忆的最深处，创新的愿望变得从来没有过的强烈。1877年，在制造出四冲程内燃机之后，奥托又努力对内燃机进行了一系列改进，并且又取得了与此相关的多项专利。这其中包括多膨胀煤气内燃机，以及为完全排出残留在汽缸内的气体而安装的特殊泵等延用至今天的发明。

1891年1月26日，奥托因突发性心脏病在德国科隆去世，享年59岁。热爱奥托的科隆市民为他举行了隆重的葬礼。能赢得这么多人的理解和支持，他应该会含笑于九泉吧!

永值铭记的回忆

奥托走完了他并不长的人生之路。但他留给人们的记忆却实在是太多了。这当中，他的精神品质是最值得人们铭记的。奥托虽然有着非凡的工程师的头脑，但他的工作信条并不是以自身的能力为依据。他始终信奉的是：根据科学和人们的需要来确定自己的研究课题。现实的需要，是他一切思考的根本出发点。奥托之所以如此执著地研制内燃机，也就在于时代的发展、科技的进步和工业革命在欧洲的兴起、人们对于动力的渴求。他在晚年曾这样回忆自己所走过的道路：别人认为我研制内燃机做出了很了不起的贡献，但我不这么看。如果我有这样的贡献，那也是我脚下的土地所给予的。从这些谦虚的语言中，我们也就不难领会奥托的为人了。

由于奥托的崇高品质和对人类历史作出的伟大贡献，许多企业和个人都要求他去演讲，并介绍他的研究成果、研究方法、经验及体会。奥托总是非常乐意地答应了下来。在他看来，只要是对人类有好处，而自己又力所能及的，就应当尽力去满足这种要求。正是出于这种信念，奥托在平时总是不断向自己提出问题，并通过自己的努力和思考去解答别人提出的问题，哪怕是在他后来健康受到威胁的时候，他仍坚持不懈地研究着各种对世人有意义的问题。

奥托是继瓦特之后又一名伟大的动力工程学家。他发明的四冲程循环内燃机，是继蒸汽机出现之后，人类机械史上、动力工程领域当中的又一巨大贡献。奥托以他多年的执著追求，特别是把他的发明创造产业化的努力，极大地推进了人类文明前进的步伐。虽然，在他的事业、生活道路上也充满了坎坷与艰辛，但他以自己的生命为代价、以世AM幸福为追求目标，实现了对自己、对科学的一次又一次跨越。在当代人类文明的进程当中，在机械行业的飞速发展当中，没有哪一项成果、进展是能与奥托的名字分开的。是他，开创了人类文明的个新时代。