内燃机的诞生,奥古斯特

内燃机的诞生,奥古斯特。  61. 尼考罗斯·奥古斯特·奥托
[美]迈克尔·H·哈特 著 苏世军 周宇 译

内燃机以及汽车的发明是一段很难说清的历史,在科技史上,常常有同一发明被不同科学家同步发明出来的例子,最后成就到底属于谁,就要看谁的贡献大,而不是谁想得早。

从远古至今,我们一直希望使用人体之外的物体帮助我们工作;希望发明一种工具代替我们劳作;希望制造一种机械可以利用自然界的资源把人类自身或其他东西从A处运送到B处;希望我们能方便而可控的使用这种机械;希望我们可以拥有使用更少的资源成本,可以更舒适的达到目的工具;希望该系统能够更自动、智能、安全。

公元1832~公元1891

在发明内燃机的这些人中,首先值得一提的是比利时工程师艾蒂安·勒努瓦,1860年,他以蒸汽机为蓝本,发明了一台可实用的内燃机,获得了专利并批量地生产了。但是勒努瓦内燃机的效率仅有2%~3%,因此在商业上没有竞争力,对后世的内燃机也没有产生太大的影响。

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法国发明家尼考罗斯·奥古斯特·奥托在1876年制造出第一台四部冲程内燃机,那就是至今已生产出数以亿计的四部冲程内燃机的样机。

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于是,汽车按照这种渐进的逻辑诞生,至今仍然发展着。在这篇文章里,小编着重介绍一下安装在汽车上的最重要的机械装置——发动机。

内燃机是一种用途非常广泛的机器:它驱动车辆和船只;它可以在工业的许多领域里使用;它是发明飞机必不可少的条件(到1939年第一架喷气式飞机飞上蓝天为止,所有的航空飞行都是用奥托四步冲程内燃机做动力)。但是内燃机最最重要的用途是驱动汽车。

蒂安·勒努瓦

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在奥托的内燃机发明以前,人们就为制造汽车做了很多尝试。有些发明家如西格弗里德·马库斯(1875年)、埃特时纳·勒内瓦尔(1862年)和尼古拉斯·约瑟夫·卡格诺特(约1769年)甚至成功地制造出能跑的样机。但是由于没有适当类型的引擎──重量小功率大的引擎,这些样机都没有实用价值。但是在奥托发明出四部冲程引擎还不到十五年的时间里,有两位发明家卡尔·本兹和戈特利布·戴姆勒各自都制造出实用而畅销的汽车。从那时以来许多其它类型的引擎也用来驱动汽车。用蒸汽、电磁或其它手段来驱动汽车将来终究会显示出无比的优越性,这是无可非议的。但是在过去一个世纪里制造出的数以亿万计的汽车中有百分之九十九是使用四部冲程内燃机。柴油机使用的四部冲程基本上与奥托冲程相似,但是输入燃料的间隔不同,它是一种有独到之处的内燃机,用来驱动许多卡车、公共汽车和轮船。

今天我们使用的各种内燃机,它的发明者另有其人,就是在热机这个领域大家经常要提到的奥托。内燃机做功的过程被称为“奥托循环”,今天汽车用的发动机和很多其他的内燃机,都被称为“奥托式发动机”,他的名字便永远地和内燃机联系在一起了。

老式蒸汽机

一般认为绝大多数发明(除重要的武器和爆炸物之外)都有益于人类。例如,没有人会建议我们放弃冰箱和青霉素或严格限制对它们的使用。然而私人普遍使用汽车的弊病显而易见;它们引起噪音和空气污染,消耗绝无仅有的燃料资源,每年造成可怕的伤亡人数。

奥托的全名是尼古拉斯·奥托,他是19世纪下半叶德国的工程师和发明家。奥托制造并改进了压缩四冲程内燃机。奥托内燃机的能量转化率很高,超过了10%,高于当时效率最高的蒸汽机,因此在随后的17年里,他卖出了5万多台四冲程内燃机,而更早发明内燃机的勒努瓦一辈子只卖出700台。

1765年,经过瓦特改良了的,广泛使用的活塞式蒸汽机,推动了开始于18世纪中叶的欧洲工业革命。随后日子里,一些人不满蒸汽机的笨重,希望解决掉蒸汽机上沉重的锅炉,从而可以有更灵活的应用,于是他们打起了气缸的注意,甚至有人试想将炸药置于气缸中,爆炸推动活塞。显然这种方法不成功,但却引发了一系列“缸内燃烧做功”的想法。当人们发现可燃气体和空气以一定比例混合后,点燃后会爆炸,产生很大的压强和膨胀。如果这个程度可以控制得当的话,会是一种很好的能源技术。于是内燃机的时代来了。

显然要是汽车不给我们带来许多益处的话,我们决不会想忍受它们的折磨。私人汽车比公共交通工具具有无限的灵活性。例如,与乘火车和地铁不同,乘自己的汽车会使你随心所欲,想什么时间走就什么时间走,想到哪儿去就到哪儿去,还可以坐至家门,它又快又舒适,携带行李方便极了。它们给我们选择在哪儿居住和怎样打发时光的范围扩展得空前广泛起来,大大增加了个人的自由。

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所有这些益处是否值得社会为汽车所付出的代价,人们对此可能会有各种不同的看法,但是没有人会否认汽车对我们的文明世界产生了一种重大的影响。仅就美国在使用的一亿多辆汽车来说,它们每年运行乘客的行程将近两万亿英里──比步行、飞机、火车、轮船及所有其它类交通工具的里程的总和还要多。

奥托式发动机

必赢手机登录网址,1824年 物理学家卡诺建立卡诺循环模型将热力学与动力联系起来,并设计理想状态下的卡诺热机,为提高内燃机效率指明了方向。

为了适应汽车的需要,我们建设了大量的停车场和无尽的高速公路,沿途周围的整个风光也为之一新。反过来汽车为我们带来了从前世世代代都难以梦想到的灵活性,大多数有汽车的人现在举手可得的活动范围和便利条件比没有汽车不知要大上多少倍,它扩大了我们选择生活和工作地点的范围。由于有了汽车,先前只是市区居民才可能享有的许多便利现在郊区居民也同样可以得到(这也许是近几十年来美国郊区得以发展而与此同时市区衰落的主要潜在因素)。

更重要的是奥托内燃机催生了后来汽车、飞机和很多其他机械发动机。事实上,早在奥托之前,法国工程师已经提出了内燃机的四冲程循环理论,只不过没有引起人们的注意。是奥托重新研发、制造并改进了四冲程内燃机。

1858年 勒努瓦发明了一款二冲程煤气发动机。该发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽,使用电池和感应线圈产生电火花,用电火花将混合气点燃爆发。遗憾的是,这台煤气机气缸中,混合气体并未压缩便点燃做功,导致能量转换效率底下。

尼考罗斯·奥古斯特·奥托于1832年出生在法国霍尔照森·镇。他在襁褓时父亲就去世了。奥托读书时是一个出色的学生,但却在十六岁从中学辍学,参加了工作,获得了经商的经验。一时他在一个小镇上的一家杂货店工作,随后在法兰克福市当一名店员,接着又成为一名推销员。

因此,奥托在内燃机上的发明具有革命性,理应获得专利,而德国一开始也确实授予了他专利,但是这项专利不久就被他的一个同事、德国另一位大发明家戴姆勒给推翻了。戴姆勒这个举动背后的目的是想将来另立门户,独立研发新的发动机,担心奥托的那些专利阻碍自己的事业发展。

1862年 阿尔方斯?德罗沙提出著名的等容燃烧四冲程循环:进气、压缩、燃烧膨胀、排气。但一直没有样机诞生。

约在1860年,奥托听说艾蒂安·勒努瓦(1822年-1900年)最近发明了燃气机──第一台可使用的内燃机。奥托认识到如果勒努瓦燃气机能够使用液体燃料来开动,它的用途就会大大地增多,因为在这种情况下它不必与一个煤气管道相连接。他很快就发明出一种汽化器,但是他的专利申请却被专利局否决了,因为已经有人发明出类似的装置。

在奥托的那个年代,总能找到一些类似于奥托的发明,因此戴姆勒做到这一点并不难。从这件事可以看出,很多重大发明常常是技术进步顺其自然涌现出来的结果,天才在其中的作用固然很大,但是并非少了一两个天才,发明就不会出现。

1876年 奥托制造了一台新型的,以煤气为燃料的四冲程内燃机。这台机器对汽车发动机来讲意义极大:直至现在,汽油发动机的运转仍延续这种形式——奥托循环。在后文中我们会着重介绍这种循环的特点。

奥托并没有因此而灰心丧气,而是竭尽全力改革努勒瓦燃气机。早在1861年,他就设想要制造一台基本上全新型的引擎,一种使用四部冲程的引擎(与使用两部冲程的努勒瓦原型引擎不同)。1862年2月,奥托制造出一台四部冲程引擎工作样机。他在把这台新引擎变得实用的过程中遇到了困难,特别是在点火装置方面的困难,不久便把它搁置一旁。但是他又发明了“常压引擎”,一种革新的二部冲程引擎,靠煤气做动力。

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必赢手机登录网址 7从古至今,四冲程汽油机都是按照这四个步骤运转的

1863年他获得该项革新的专利权,不久就找到了一个为他提供资助的伙伴,名叫尤金·兰根。他俩建立了一个小公司,继续改进引擎。1867年他们的二部冲程引擎在巴黎世界博览会上赢得一枚金牌。从此销路畅通;公司利润暴长。1872年他们聘请才华非凡、管理经验丰富的工程师戈特利叶博·戴姆勒帮助生产引擎。

在专利被推翻之后,奥托干脆放弃了几十项内燃机相关的专利,这使得内燃机技术得以在全世界普及并迅速被改进。需要指出的是,虽然奥托放弃了所有内燃机的专利,但他的生意并没有受到什么影响,他的发动机还是卖到了欧洲各地。

1883年 曾是奥托公司工程师的戴姆勒,和好友迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机,并以极富创意的使用白炽灯为发动机点火,这样就将发动机转数提升到了每分钟1000转。而当时奥托发动机仅为两百转。次年戴姆勒将改良了的发动机装在了自行车上,成为史上首辆摩托车。

虽然二部冲程引擎创利巨多,但是奥托还是念念不忘他最初设想的四部冲程引擎。他确信四部冲程引擎如果对燃料与空气的混合物先压缩后点火,就会比任何改进的勒努瓦二部冲程引擎在效率上都要高得多。1876年,奥托设计出来一个改进的点火系统,有了这个系统就可以制造出一台实用的四部冲程引擎。第一台这样的样机于1816年5月制造出来了,翌年就获得了一项专利权。四部冲程引擎的功率和性能具有明显的优越性,因此一下子就打入了市场,大获成功。仅在随后的十年中就销售了三万多台,各种类型的勒努瓦引擎很快就被淘汰了。

此外,放弃专利也没有影响奥托在当时人们心目中和他后来在历史上的崇高地位。这也是今天把各种内燃机统称为“奥托式发动机”的一个原因。直到1939年第一架喷气式飞机飞上蓝天之前,所有飞机使用的都是奥托四冲程内燃机。

1886年1月29日 德国的卡尔?本茨将之前自行研发的二冲程汽油发动机,安装在一辆三轮车上,并注册专利。该车具备现代汽车的一些基本特点,所以人们一致认为该车为历史上第一辆标准的汽车。

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