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奧托發(fā)明的發(fā)動機
如果說18世紀中葉瓦特發(fā)明的蒸汽機引起了世界性的產(chǎn)業(yè)革命，那么19世紀中葉奧托發(fā)明的四行程內(nèi)燃機同樣引起了世界能源動力裝置的革命，使此后的汽車奔馳在高速公路上，飛機翱翔在萬里藍天，人類真正進入了更為自由的現(xiàn)代新社會。
尼古拉斯?奧古斯特?奧托1832年6月10日出生于普魯土萊茵河畔赫文茲豪森一家驛站小旅店家庭，早年經(jīng)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(yè)作坊和小型制造業(yè)業(yè)主來說，他們要求一種比蒸汽機體積小、不用鍋爐、運轉(zhuǎn)安全、操作方便、價格低廉、熱效率高的新型發(fā)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(nèi)在的缺陷使蒸汽機的尺寸無法縮小。因此，一些有識之士開始著手探索制造一種新的發(fā)動機。
1860年，法國人魯諾瓦爾首先制成用氣體燃料的發(fā)動機，這種煤氣發(fā)動機在結(jié)構(gòu)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(yīng)線圈產(chǎn)生的高壓電火花點火。在巴黎大街上，魯諾瓦爾親自駕駛著這種發(fā)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(luò)繹不絕。許多專家認為，魯諾瓦爾發(fā)動機解決了小企業(yè)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%。盡管如此，因為體積小，不用鍋爐，魯諾瓦爾發(fā)動機受到中小企業(yè)普遍歡迎，英國和美國也開始試驗制造。
這一消息同時引起奧托的注意，因為他在早先就已開始構(gòu)思發(fā)明新型發(fā)動機了。魯諾瓦爾發(fā)動機無疑是出色的小型動力機，然而，作為在街道上行駛的“馬車”動力，煤氣供應(yīng)就成了問題。當時石油已被發(fā)現(xiàn)，并廣泛地采用來點燈，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。于是他首先想到采用液體燃料。他畫了一張簡圖，制成一個汽化器，從外殼加熱酒精，再將產(chǎn)生的氣體送進氣缸。實際上發(fā)動機與氣體發(fā)生裝置是各自獨立的，說明問題并沒有實際解決。于是奧托進入了具體實驗。他把自己所有的魯諾瓦爾發(fā)動機定時機構(gòu)加以改造，調(diào)正了燃氣的混合比，也變動了點火時間，他發(fā)現(xiàn)，更多的混合氣進入氣缸，點火后就形成激烈的引爆，從而轉(zhuǎn)速加快，曲軸就不止轉(zhuǎn)一圈了。這個現(xiàn)象啟發(fā)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(fā)動。最后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(gòu)思是內(nèi)燃機技術(shù)的一個重大突破。
1862年的新年，世界上第一個四循環(huán)發(fā)動機被研制成功。接著，奧托又運用大氣壓原理對他的四循環(huán)發(fā)動機進行改造，使其運轉(zhuǎn)得更為平穩(wěn)和順利。在1867年的巴黎世界博覽會上，奧托的發(fā)動機以其性能優(yōu)良、燃料消耗少獲得金獎。從此以后，大量的訂貨單源源不斷地送到奧托的辦公室，發(fā)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(jīng)到期了，要想繼續(xù)在發(fā)動機市場保持優(yōu)勢，必須對發(fā)動機做獨具特色的改進，取得新的專利。
奧托為此一直沒有中斷實驗。他曾經(jīng)試驗過液壓傳動機構(gòu)，用泵壓送煤氣和空氣，但都沒有成功。經(jīng)過反復揣摩和觀察，奧托又回到基本問題上來，那就是濃混合氣的爆發(fā)力怎樣才能充分轉(zhuǎn)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，最后與天空融為一體。黑黑的濃煙正猶如剛爆發(fā)的濃混合氣，把混合氣吸入氣缸后，由于有空氣和殘余廢氣，混合氣和煙一樣將變?yōu)榈�，而進氣口恰似煙囪的出口，在這里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沖而減弱爆發(fā)力的沖擊。[-(@_@)-]
發(fā)動機制造廠根據(jù)他的請求，為奧托的新構(gòu)想建立了專門試驗室，配備了制造“高壓發(fā)動機”的專門技術(shù)。1876年5月初，新發(fā)動機制造成功。這次奧托發(fā)明的核。心是點火平穩(wěn)的爆發(fā)和可靠的點火，這是多年來未解決的課題，把混合氣分成濃厚層和稀薄層的構(gòu)思，為問題的解決鋪平了道路。奧托把過氣道加長，又改造了氣缸蓋，使混合氣充分形成。從熱力學角度看，點火前壓縮，使燃燒得以在較高溫度下進行，熱效率可以大大提高。
以后，奧托又發(fā)現(xiàn)了電磁點火裝置，并取得了專利。
從此，內(nèi)燃機銷往全世界，幾年間，數(shù)萬臺的內(nèi)燃機制造還供不應(yīng)求，“奧托發(fā)動機”和“奧托循環(huán)”在全世界傳播開來，為19世紀的汽車、飛機時代鋪平了道路。
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