奧托發明的發動機

如果說18世紀中葉瓦特發明的蒸汽機引起了世界性的產業革命，那麼19世紀中葉奧托發明的四行程內燃機同樣引起了世界能源動力裝置的革命，使此後的汽車奔馳在高速公路上，飛機翱翔在萬里藍天，人類真正進入了更爲自由的現代新社會。

尼古拉斯?奧古斯特?奧托1832年6月10日出生於普魯土萊茵河畔赫文茲豪森一家驛站小旅店家庭，早年經商。當時蒸汽機雖然已在德國廣泛使用，但對尚不富裕的手工業作坊和小型製造業業主來說，他們要求一種比蒸汽機體積小、不用鍋爐、運轉安全、操作方便、價格低廉、熱效率高的新型發動機。在同樣功率條件下，小蒸汽機比大蒸汽機多耗煤4～6倍，這種內在的缺陷使蒸汽機的尺寸無法縮小。因此，一些有識之士開始着手探索製造一種新的發動機。

1860年，法國人魯諾瓦爾首先製成用氣體燃料的發動機，這種煤氣發動機在結構上與蒸汽機幾乎完全一樣，當活塞到達行程中間時，用電池和感應線圈產生的高壓電火花點火。在巴黎大街上，魯諾瓦爾親自駕駛着這種發動機的“馬車”，一罐煤氣能跑兩三公里。消息轟動了巴黎，參觀訂貨的人絡繹不絕。許多專家認爲，魯諾瓦爾發動機解決了小企業的動力問題。當然也有人表示懷疑：滑閥控制進氣和排氣，還要用水冷卻，以致燃料消耗率比蒸汽機高，熱效率也只有5%。儘管如此，因爲體積小，不用鍋爐，魯諾瓦爾發動機受到中小企業普遍歡迎，英國和美國也開始試驗製造。

這一消息同時引起奧托的注意，因爲他在早先就已開始構思發明新型發動機了。魯諾瓦爾發動機無疑是出色的小型動力機，然而，作爲在街道上行駛的“馬車”動力，煤氣供應就成了問題。當時石油已被發現，並廣泛地採用來點燈，奧托也知道，只要用簡單地引火辦法，就能將石油或酒精蒸汽引爆。於是他首先想到採用液體燃料。他畫了一張簡圖，製成一個汽化器，從外殼加熱酒精，再將產生的氣體送進氣缸。實際上發動機與氣體發生裝置是各自獨立的，說明問題並沒有實際解決。於是奧托進入了具體實驗。他把自己所有的魯諾瓦爾發動機定時機構加以改造，調正了燃氣的混合比，也變動了點火時間，他發現，更多的混合氣進入氣缸，點火後就形成激烈的引爆，從而轉速加快，曲軸就不止轉一圈了。這個現象啓發了奧托。他想，要是讓一個行程進氣，一個行程壓縮，第三個行程點火發動。最後一個行程用來把燃燒廢氣排出氣缸，不也行嗎?奧托的四行程構思是內燃機技術的一個重大突破。

1862年的新年，世界上第一個四循環發動機被研製成功。接着，奧托又運用大氣壓原理對他的四循環發動機進行改造，使其運轉得更爲平穩和順利。在1867年的巴黎世界博覽會上，奧托的發動機以其性能優良、燃料消耗少獲得金獎。從此以後，大量的訂貨單源源不斷地送到奧托的辦公室，發動機遠銷到美國、俄國和澳大利亞。

1874年，奧托原來的專利已經到期了，要想繼續在發動機市場保持優勢，必須對發動機做獨具特色的改進，取得新的專利。

奧托爲此一直沒有中斷實驗。他曾經試驗過液壓傳動機構，用泵壓送煤氣和空氣，但都沒有成功。經過反覆揣摩和觀察，奧托又回到基本問題上來，那就是濃混合氣的爆發力怎樣才能充分轉變成輸出功，怎樣確保稀薄的混合氣能可靠的點燃。

一個陰霾的冬日下午，奧托站在自己辦公室窗前，眺望萊茵河彼岸工廠的煙囪冒出滾滾的濃煙和逐漸消散在天空深處的煙靄。他心中不禁想到：在煙囪出口處，煙是濃黑的，在微風中，濃煙逐漸淡薄、消散，由黑而灰，最後與天空融爲一體。黑黑的濃煙正猶如剛爆發的濃混合氣，把混合氣吸入氣缸後，由於有空氣和殘餘廢氣，混合氣和煙一樣將變爲淡薄，而進氣口恰似煙囪的出口，在這裏的濃混合氣是可以點燃的，這樣，既可保證氣缸中混合氣全部點燃，又可因存在稀薄氣體的緩衝而減弱爆發力的衝擊。