現(xiàn)實(shí)需求決定研究方向

迷上機(jī)械制造

1832年6月14日，奧托出生在德國翟茲豪森鎮(zhèn)的一個(gè)普通家庭。父親是一名制表匠，母親是農(nóng)民，全家過著雖清苦卻和諧的生活。

從懂事時(shí)起，奧托就對(duì)機(jī)械很感興趣。小時(shí)候，他常常躲在角落里注視父親工作。看著一堆大大小小的齒輪、皮帶經(jīng)過父親的手，轉(zhuǎn)眼就變成了一臺(tái)臺(tái)精巧的鐘表，這種仿佛魔術(shù)般的制造令他感到不可思議。從那時(shí)起，奧托迷上了機(jī)械制造。

不幸的是，父親積勞成疾，家庭的重?fù)?dān)全部落在了作為長子的奧托肩上。奧拓不得不中斷學(xué)業(yè)，只身前往經(jīng)濟(jì)繁榮的科隆，在一個(gè)小工匠鋪安下身，賺些錢養(yǎng)家糊口。這一干就是10年!在科隆的日子，他并未因繁忙的工作而放棄對(duì)書本的學(xué)習(xí)。他白天努力地工作，晚上則躲在被子里看有關(guān)機(jī)械方面的書籍。時(shí)間久了，他對(duì)機(jī)械制造方面的基礎(chǔ)知識(shí)有了較多且深入的認(rèn)識(shí)和了解。

1854年，一條批評(píng)蒸汽機(jī)的文章引起了奧托的注意，他對(duì)蒸汽機(jī)的改造產(chǎn)生了濃厚的興趣。蒸汽機(jī)制造中的一系列不足，使他立志要發(fā)明一種可以取代老式蒸汽機(jī)的新型動(dòng)力設(shè)備。從此，奧托走上了一條改變他的命運(yùn)，也改變?nèi)祟悮v史命運(yùn)的道路。

提出四沖程思想

18世紀(jì)后半葉，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)工業(yè)發(fā)展起到了推動(dòng)作用。但蒸汽機(jī)體積龐大，而且還必須配備大型的鍋爐。同時(shí)，由于鍋爐的制造技術(shù)粗糙，時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)，加上鍋爐需要消耗大垂的能源，因此，人們強(qiáng)烈希望能有一種小巧、方便而又安全的動(dòng)力裝置來取代它。

1860年，人們這種希望得到了初步的實(shí)現(xiàn)。法國工程師萊諾爾制造了一臺(tái)以煤氣為燃料的內(nèi)燃機(jī)。這種新型煤氣內(nèi)燃機(jī)造型小巧，比起老式的蒸汽機(jī)，它的使用方法簡單而安全，但是，由于沒有在內(nèi)燃機(jī)的機(jī)箱內(nèi)對(duì)空氣進(jìn)行必要的壓縮，所以它產(chǎn)生的熱效率并不高。1862年，法國工程師羅夏提出，內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力方式應(yīng)當(dāng)采取四沖程方式，即在四個(gè)行程內(nèi)完成一個(gè)進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣的工作循環(huán)。這是一個(gè)非常富有創(chuàng)意的想法，如果付諸實(shí)際運(yùn)用，將大大地提高內(nèi)燃機(jī)的工作熱能效率。但是，羅夏只提出了這種想法，并沒有把這種想法變成現(xiàn)實(shí)。

前人的探索，給奧托指明了前進(jìn)的方向。經(jīng)過獨(dú)自鉆研，反復(fù)研究，奧托最終也提出了內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力方式的四沖程思想，但他的設(shè)計(jì)思想要比羅夏的想法詳細(xì)而成熟得多。奧托在他的日記中這樣記載道：“一切商業(yè)上成功的內(nèi)燃機(jī)，其共同特征都包含了以下幾方面：1，空氣的壓縮；2，燃料在提高了壓力的空氣中燃燒，從而使空氣壓縮，并使空氣的溫度升高；3，已加熱的空氣膨脹到初始?jí)毫Γ㈤_始作功：4，排氣，由此完成整個(gè)循環(huán)過程。”

具體來說，內(nèi)燃機(jī)的工作原理是這樣的：煤氣與空氣混合成一種可燃性的混合氣體，然后進(jìn)入氣缸。在氣缸內(nèi)進(jìn)行空氣壓縮，使其在這種提高了壓力的空氣中燃燒，使氣缸內(nèi)的溫度升高，而后，膨脹了的空氣逐步減壓到初始狀態(tài)時(shí)的大氣壓力，并推動(dòng)氣閥運(yùn)動(dòng)，由氣閥運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量推動(dòng)機(jī)車的運(yùn)動(dòng)，最后，氣缸排出所有的氣體。這是對(duì)四沖程內(nèi)燃機(jī)原理和特征的第一次簡單而清楚的概括，人們把內(nèi)燃機(jī)的四沖程循環(huán)簡稱為“奧托循環(huán)”。

奧托在完成了對(duì)這一原理的初步設(shè)計(jì)后，很快就設(shè)計(jì)和制造出了世界上第一臺(tái)四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)樣機(jī)，它是至今已生產(chǎn)出數(shù)以億計(jì)的四沖程內(nèi)燃機(jī)的樣機(jī)。這臺(tái)內(nèi)燃機(jī)性能可靠，熱效率高，運(yùn)行噪音小，在燃料消耗等許多方面都要比萊諾爾式內(nèi)燃機(jī)好出許多。所以，盡管這種最初型號(hào)的內(nèi)燃機(jī)在外觀上還存在著一些缺陷，但一經(jīng)面世，立即贏得了人們對(duì)它的高度評(píng)價(jià)。

內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)化

從1861年到1864年，奧托陸續(xù)發(fā)明了多種內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)，并在一些國家和地區(qū)相繼取得了發(fā)明專利。很多國家的政府和公司派代表到奧托的實(shí)驗(yàn)室參觀和學(xué)習(xí)，一方面向他求教，另一方面與他洽談合作意向。在這種形勢(shì)的推動(dòng)之下，奧托開始考慮內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

但是，因資金困難，奧托有心無力。這時(shí)，德國工業(yè)家蘭根伸出了慷慨之手，提供資金，于1864年9月成立了“奧托商會(huì)”，由奧托提供主要的技術(shù)支持。由此，奧托走上了內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)化的道路。

1872年，為了擴(kuò)大內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)，奧托又在產(chǎn)業(yè)化的道路上邁進(jìn)一步，與蘭根合作，成立了德意志煤氣內(nèi)燃機(jī)股份有限公司。經(jīng)營工作占用了奧托很多的時(shí)間，于是他開始大量地招賢納能。隨著德國著名企業(yè)管理學(xué)家戴姆帶著一：L-tt年輕的工程技術(shù)專家加入奧托的公司，情況出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。奧托有了充足的時(shí)間，可以更加精神百倍地投入繁忙的研發(fā)工作中。經(jīng)過幾年的努力，1875年，奧托的公司終于完成了四沖程內(nèi)燃機(jī)全套設(shè)計(jì)工作，四沖程內(nèi)燃機(jī)由此變得更加精巧耐用、高效可靠。1877年8月4日，奧托取得了這項(xiàng)劃時(shí)代內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的專利權(quán)。同年，在法國巴黎舉辦的萬國博覽會(huì)上，奧托的四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)獲得了公認(rèn)的金獎(jiǎng)。

一個(gè)動(dòng)力新時(shí)代的來臨!在以后的大約十幾年時(shí)間內(nèi)，這種內(nèi)燃機(jī)幾乎壟斷了全歐洲內(nèi)燃機(jī)市場。有統(tǒng)計(jì)資料顯示出，在19世紀(jì)60年代，萊諾爾式內(nèi)燃機(jī)的使用量大約只有100臺(tái)左右，使用范圍有限，而奧托式內(nèi)燃機(jī)則被大量而廣泛地使用著，僅在歐洲大陸就有1000臺(tái)之多。在以后的10年時(shí)間內(nèi)，依照其方法生產(chǎn)的各式內(nèi)燃機(jī)，竟高達(dá)5萬余臺(tái)，總馬力達(dá)20萬匹以上。

1891年1月26日，奧托因突發(fā)性心臟病在德國科隆去世，享年59歲。

奧托有著非凡的工程師的頭腦，但他的工作信條并不是以自身的能力為依據(jù)。他始終信奉的是：根據(jù)科學(xué)和人們的需要來確定自己的研究課題。現(xiàn)實(shí)的需要，是他一切思考的根本出發(fā)點(diǎn)。

奧托是繼瓦特之后又一名偉大的動(dòng)力工程學(xué)家。四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)是繼蒸汽機(jī)出現(xiàn)之后，人類機(jī)械史上、動(dòng)力工程領(lǐng)域當(dāng)中的又一巨大貢獻(xiàn)。奧托循環(huán)是當(dāng)今世界上所有內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)和制造都必須遵循的基本熱力循環(huán)方式，它的出現(xiàn)，為后來人類動(dòng)力工程事業(yè)的蓬勃發(fā)展帶來了前所未有的契機(jī)。輪船的發(fā)明、汽車的制造，乃至飛機(jī)的出現(xiàn)，都與此有著莫大的關(guān)系。