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奧托發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)
如果說(shuō)18世紀(jì)中葉瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)引起了世界性的產(chǎn)業(yè)革命，那么19世紀(jì)中葉奧托發(fā)明的四行程內(nèi)燃機(jī)同樣引起了世界能源動(dòng)力裝置的革命，使此后的汽車奔馳在高速公路上，飛機(jī)翱翔在萬(wàn)里藍(lán)天，人類真正進(jìn)入了更為自由的現(xiàn)代新社會(huì)。
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(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)雖然已在德國(guó)廣泛使用，但對(duì)尚不富裕的手工業(yè)作坊和小型制造業(yè)業(yè)主來(lái)說(shuō)，他們要求一種比蒸汽機(jī)體積小、不用鍋爐、運(yùn)轉(zhuǎn)安全、操作方便、價(jià)格低廉、熱效率高的新型發(fā)動(dòng)機(jī)。在同樣功率條件下，小蒸汽機(jī)比大蒸汽機(jī)多耗煤4～6倍，這種內(nèi)在的缺陷使蒸汽機(jī)的尺寸無(wú)法縮小。因此，一些有識(shí)之士開(kāi)始著手探索制造一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)。
1860年，法國(guó)人魯諾瓦爾首先制成用氣體燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，這種煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上與蒸汽機(jī)幾乎完全一樣，當(dāng)活塞到達(dá)行程中間時(shí)，用電池和感應(yīng)線圈產(chǎn)生的高壓電火花點(diǎn)火。在巴黎大街上，魯諾瓦爾親自駕駛著這種發(fā)動(dòng)機(jī)的“馬車”，一罐煤氣能跑兩三公里。消息轟動(dòng)了巴黎，參觀訂貨的人絡(luò)繹不絕。許多專家認(rèn)為，魯諾瓦爾發(fā)動(dòng)機(jī)解決了小企業(yè)的動(dòng)力問(wèn)題。當(dāng)然也有人表示懷疑：滑閥控制進(jìn)氣和排氣，還要用水冷卻，以致燃料消耗率比蒸汽機(jī)高，熱效率也只有5%。盡管如此，因?yàn)轶w積小，不用鍋爐，魯諾瓦爾發(fā)動(dòng)機(jī)受到中小企業(yè)普遍歡迎，英國(guó)和美國(guó)也開(kāi)始試驗(yàn)制造。
這一消息同時(shí)引起奧托的注意，因?yàn)樗谠缦染鸵验_(kāi)始構(gòu)思發(fā)明新型發(fā)動(dòng)機(jī)了。魯諾瓦爾發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)疑是出色的小型動(dòng)力機(jī)，然而，作為在街道上行駛的“馬車”動(dòng)力，煤氣供應(yīng)就成了問(wèn)題。當(dāng)時(shí)石油已被發(fā)現(xiàn)，并廣泛地采用來(lái)點(diǎn)燈，奧托也知道，只要用簡(jiǎn)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(jiǎn)圖，制成一個(gè)汽化器，從外殼加熱酒精，再將產(chǎn)生的氣體送進(jìn)氣缸。實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)與氣體發(fā)生裝置是各自獨(dú)立的，說(shuō)明問(wèn)題并沒(méi)有實(shí)際解決。于是奧托進(jìn)入了具體實(shí)驗(yàn)。他把自己所有的魯諾瓦爾發(fā)動(dòng)機(jī)定時(shí)機(jī)構(gòu)加以改造，調(diào)正了燃?xì)獾幕旌媳�，也變�?dòng)了點(diǎn)火時(shí)間，他發(fā)現(xiàn)，更多的混合氣進(jìn)入氣缸，點(diǎn)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(gè)現(xiàn)象啟發(fā)了奧托。他想，要是讓一個(gè)行程進(jìn)氣，一個(gè)行程壓縮，第三個(gè)行程點(diǎn)火發(fā)動(dòng)。最后一個(gè)行程用來(lái)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(jī)技術(shù)的一個(gè)重大突破。
1862年的新年，世界上第一個(gè)四循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)被研制成功。接著，奧托又運(yùn)用大氣壓原理對(duì)他的四循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，使其運(yùn)轉(zhuǎn)得更為平穩(wěn)和順利。在1867年的巴黎世界博覽會(huì)上，奧托的發(fā)動(dòng)機(jī)以其性能優(yōu)良、燃料消耗少獲得金獎(jiǎng)。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(dòng)機(jī)遠(yuǎn)銷到美國(guó)、俄國(guó)和澳大利亞。
1874年，奧托原來(lái)的專利已經(jīng)到期了，要想繼續(xù)在發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)保持優(yōu)勢(shì)，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做獨(dú)具特色的改進(jìn)，取得新的專利。
奧托為此一直沒(méi)有中斷實(shí)驗(yàn)。他曾經(jīng)試驗(yàn)過(guò)液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用泵壓送煤氣和空氣，但都沒(méi)有成功。經(jīng)過(guò)反復(fù)揣摩和觀察，奧托又回到基本問(wèn)題上來(lái)，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(diǎn)燃。
一個(gè)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(fēng)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(jìn)氣口恰似煙囪的出口，在這里的濃混合氣是可以點(diǎn)燃的，這樣，既可保證氣缸中混合氣全部點(diǎn)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(dòng)機(jī)制造廠根據(jù)他的請(qǐng)求，為奧托的新構(gòu)想建立了專門試驗(yàn)室，配備了制造“高壓發(fā)動(dòng)機(jī)”的專門技術(shù)。1876年5月初，新發(fā)動(dòng)機(jī)制造成功。這次奧托發(fā)明的核。心是點(diǎn)火平穩(wěn)的爆發(fā)和可靠的點(diǎn)火，這是多年來(lái)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(wèn)題的解決鋪平了道路。奧托把過(guò)氣道加長(zhǎng)，又改造了氣缸蓋，使混合氣充分形成。從熱力學(xué)角度看，點(diǎn)火前壓縮，使燃燒得以在較高溫度下進(jìn)行，熱效率可以大大提高。
以后，奧托又發(fā)現(xiàn)了電磁點(diǎn)火裝置，并取得了專利。
從此，內(nèi)燃機(jī)銷往全世界，幾年間，數(shù)萬(wàn)臺(tái)的內(nèi)燃機(jī)制造還供不應(yīng)求，“奧托發(fā)動(dòng)機(jī)”和“奧托循環(huán)”在全世界傳播開(kāi)來(lái)，為19世紀(jì)的汽車、飛機(jī)時(shí)代鋪平了道路。
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