汽車、蒸汽機、內燃機、奧托

是誰發明了發動機

汽車的誕生

最早的熱機原理是我國的走馬燈，走馬燈也是渦輪機的萌芽。值得中國人（學

機械的）注意的是：往復式活塞內燃機的主要機構都是中國最先發明的！比如：缸體---中國

最先制造的大炮于1332年鑄成，往復活塞、曲柄連桿機構、飛輪等都是我國首創。

火藥內燃機雖然沒有搞成功，但是為未來的蒸汽機產生了巨大的促進作用。

1．1769年法國人NJ居紐制造了世界上第一輛蒸汽車驅動三輪汽車。1804年脫威迪克設計

制造了第一輛蒸汽汽車。

2．1879年德國工程師卡爾.本茨[注1]首先試驗成功臺二沖程試驗性發動機。

3．1986年國際汽車產業界推舉德國戴姆勒――奔馳汽車公司主辦國際汽車百年圣誕慶賀的

盛典，并公認國際汽車產業界汽車發明家是創辦奔馳汽車公司的卡爾.本茨先生。所以人們一

般把1886年稱作為汽車元年。

4. 1872年，戴姆勒設計出四沖程發動機。 戈特利布〃戴姆勒Gottlieb Daimler(1834-1900)，

德國工程師和發明家,現代汽車工業的先驅者之一。

【注1】卡爾·本茨

（Karl Benz,1884-1929）是現代汽車工業的先驅者之一，人稱“汽

車之父”。

1844年，本茨以遺腹子的身份出生于德國，父親原是一位火車司機，但在他出世前的1843年因

發生事故去世了。從中學時期，本茨就對自然科學產生了濃厚的興趣，1860年進入卡爾斯魯厄綜合科技

學校學習。在這所學校，他較為系統地學習了機械構造、機械原理、發動機制造、機械制造經濟核算等課

程，為他日后的發展打下了良好基礎。在經歷過學徒工、服兵役、娶妻生子等人生經歷后，他于1872年

組建了“奔馳鐵器鑄造公司和機械工場”，專門生產建筑材料。由于當時建筑業不景氣，本茨工場經營困

難，面臨倒閉危險，萬般無奈之際，他決定制造發動機獲取高額利潤以擺脫困境。于是，他領來了生產奧

托四沖程煤氣發動機的營業執照，經過一年多的設計與試制，于1879年12月31日制造出第一臺單缸煤

氣發動機（轉速為200轉/分，功率約為0.7千瓦）。不過，這臺發動機并沒有使奔馳擺脫經濟困境，他

依然面臨著破產的危險，生活十分艱苦。但是，清貧的生活并沒有改變本茨投身發動機研究的決心，經過

多年努力，他終于研制成單缸汽油發動機，并將客觀存在安裝在自己設計的三輪車架上。

取得了世界上第一個“汽車制造專利權”

（1886年1月29日）。

1893年，本茨研制成功了性能更先進的“維克托得亞”牌汽車。它采用本茨專利的3升發動機，方向盤安裝在汽車中部。盡管該車性能先

進，但由于價格高達3875馬克，因而很少有人購買得起，成為公司的滯銷品。這樣，這種在技術上為奔馳帶來了極高榮譽的汽車，在經濟上并沒

有給他多大的好處。后來，本茨聽從了商人的建議，于1894年開發生產了便宜的“自行車”（定價2000馬克）。這種“自行車”銷路很好，在一

年時間內就銷出了125輛。由于是世界上第一種批量生產的機動車，因而給奔馳帶來了較高的利潤。后來，奔馳又對前期生產的“維克托得亞”牌

汽車進行了改進，將車箱座位設計成面對面的18個，它因此成為了世界上第一輛公共汽車。

在發明汽車的過程中，卡爾·本茨的勇氣令人十分欽佩：

首先，他甘心清苦，埋頭于自己的發明工作。

其次，他果敢地摒棄了在技術上已十分成熟的蒸汽機而選用了自己并不被人看好的作動力，反映了他在觀念上的巨大轉變。

內燃機

再次，他既能開發生產反映汽車技術最高水平的“高檔車”，又能及時調整產品結構，組織生產適銷對路的“普通車”，為公司贏得可觀

的利潤，說明他既有，又。

工程師的基本素質有企業家的經營技巧

內燃蒸汽機的歷史：惠更斯

最初的熱機是火藥內燃機，由荷蘭物理學家在1680年

提出的。這種發動機是利用火藥的爆燃來推動活塞做功。但是，這種機械只停留在理論上，

并沒有搞出來。值得中國人（學機械的）注意的是：往復式活塞內燃機的主要機構都是中國

最先發明的！比如：缸體---中國最先制造的大炮于1332年鑄成，往復活塞、曲柄連桿機構、

飛輪等都是我國首創。

火藥內燃機雖然沒有搞成功，但是為未來的蒸汽機產生了巨大的促進作用。

1690年，惠更斯的助手佩本設計出了用蒸汽做功的活塞式發動機，這個發動機尚不能

用于實際生產，作為工業動力源。

1698年，英國的軍事工程師薩弗里發明了一個使用蒸汽為礦井抽水的機器，它可以抽

出地下10米深的水。這臺機器實際上就是第一臺用于工業生產的蒸汽機。

1711年，紐可門（英國）制造出更好的抽水蒸汽機，其性能有了較大的突破。從1772

年起，幾乎全英國的礦井都使用這種蒸汽抽水機。

1768年，英國技工瓦特發明了熱效率更高的近代蒸汽機，因此被人們譽為“蒸汽機的

發明人”。

總的來說，蒸汽機是產生于18世紀的英國。但是，蒸汽機存在著體積龐大，熱效率不

高的缺陷。

由于19世紀中葉卡諾（法國人）、邁爾（德國）、格羅夫（英國）、焦耳（英國）、克勞

修斯（德國）、湯姆生（英國）等人提出并完善了熱力學，同時用鋼鐵制造的精密機械已經

開始出現，從而解決了制造精密圓柱體和螺絲等零件的問題，使得內燃機的研制進程大大加

快。

1860年，法國人雷諾制造出第一臺可以實用的內燃機。這是一臺二沖程、無壓縮、電

點火的煤氣機。

1862年，法國工程師德羅沙提出等容燃燒的四沖程循環原理，加上這個時候轉爐、平

爐煉鋼法已經相繼出現，為內燃機制造提供了可靠的原材料----低碳素鋼。

1872年，德國鐘表匠雷特曼制成了第一臺四沖程煤氣內燃機。

1876年，德國人奧托研制成功一臺熱效率達到14%的往復式活塞四沖程內燃機，此后，

奧托又把內燃機的熱效率提高的20%以上，這種內燃機，就是現在的汽油發動機的雛形。奧

托也被稱為“四沖程內燃機發明人”。四沖程內燃機的發明者——德國人奧托（Otto，

1832—1891)

1881年，工程師克拉克研制成兩個汽缸的內燃機。此后不久，汽油機正式出現了。

1897年，完全依靠壓縮著火的柴油機出現了，它比汽油機機構更簡單，燃料更便宜。

柴油機熱效率達到26%，它的發明人是德國人狄賽爾。因此，現代汽油發動機也稱為奧托發

動機，柴油機稱為狄賽爾發動機。

渦輪式的和活塞式的蒸汽機，前者熱機效率較高。

柴油機的發展和應用：

狄賽爾的發動機并不完善，還不能方便地利用到工業生產中，直到

20世紀20年代發明燃油噴射系統后，柴油機才開始廣泛地運用到各種動力機械中！根據對燃油噴射裝

置的技術要求分析，燃油噴射泵完全可以在1902年制造出來，只是當時沒有人發明這個簡單的裝置而已。

也就是因為這樣，造成了大型的戰艦很少配置柴油動力的現象。實際上當時的柴油機在加上燃油泵和渦

輪增壓裝置以后，完全可以替代蒸汽機和汽輪機，而且采用彈性安裝法以后，裝備柴油機的戰艦不會出

現主機過載和主軸過熱的通病。柴油機的優點是省油（航程大），啟動迅速（蒸汽機和汽輪機需要預先提

升蒸汽壓力），缺點是機構相比之下復雜了一些（不計算汽輪機鍋爐部分的情況下），但是用現代（1950

年）裝備柴油機和汽輪機的艦船比較，裝備柴油機的艦船維護費用比汽輪機艦船少14%左右。其次，柴

油機在沒有強化的條件下（增加噴射壓力是最簡單的強化手段），單臺推力比汽輪機要小，加速沒有汽輪

機快。

1903年，柴油機用于輪船，1908年，柴油機成為潛艇主動力，1912年，柴油機驅動的遠洋巨輪建

造成功。

20世紀初，往復活塞式的蒸汽機在船舶上逐漸被渦輪式的蒸汽輪機（汽輪機）取代，蒸汽輪機比活

塞式蒸汽機熱效率更高（35%），單位體積能提供的推力更大，因此汽輪機到60年代一直成為大型船舶

的主要動力。同時代的柴油機因為強化程度低而主要用于中、小型船舶。汽輪機首先由法國的拉瓦爾于

1889年發明，到20世紀初，汽輪機已經能夠輸出6500馬力，相當于4800千瓦。而實際上，當汽輪機

鍋爐燃料采用煤炭、燃油混合動力，優化飛輪和傳動結構后，后來的汽輪機輸出功率成倍提升。

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奧托（內燃機）的簡史：

歲月如流。轉眼間，人類已踏過了又一個新千年的門檻，在嘆息“逝者

如斯夫”的同時，人類歷史是如何發展、演化的這一為無數哲人賢士拷問千番的“歷史之謎”似乎愈發顯現

出內在的深度和廣度。對這一問題的解答千姿百態，然而，人們至少在一點上有著基本的共識，即人類

歷史的發展離不開科技。科技對人類歷史發展有著重要的作用。而這一作用是如何成為可能的呢?大多數

的人可能會說要靠科學家的發明和創造，而細心的人則還會指出要靠發明創造走上產業化。的確，發明

創造的產生及其產業化是科技對人類社會發生重要作用的兩個不可或分的方面。可在人類歷史上，這兩

個方面卻很少有人能夠靠個人一手完成。但至少有一個人是例外。他不僅以過人的智慧開發出新興的技

術——四沖程內燃機，而且以過人的膽識將這一新興技術變成了一項“朝陽產業”，從而使人類歷史的面貌

極大地煥然一新。這個人就是奧托。

童年時代

尼古拉·奧古斯特·奧托

(NikolausAugustOtto)是德國近代著名機械工程師，四沖程內燃機的發明

者和推廣者。1832年6月l4日，奧托出生在德國霍茲豪森鎮的一個工匠家庭里。他的父親是一名制表匠，

母親是一個普通的農民，家里的收入不高，全家過著清苦而祥和的生活。奧托是家里6個孩子之中的長

子，也許與他的父親是一名制表工匠有關，他從懂事起就對機械很感興趣。小時候，奧托常常一個人躲

在角落里注視著父親工作。一堆大大小小的齒輪，皮帶經過父親的手，就變成了一臺臺精巧的鐘表，頗

讓他感到不可思議，也就是從那時起，小奧托就迷上了機械制造這門玩藝。

正當奧托準備好好學習，以后大干一番事業時，父親卻因積勞成疾而病倒了，按當時德國的傳統，

家庭的重擔一下子落在了作為長子的奧托的肩上。他不得不中斷學業，只身前往經濟繁榮的科隆，在那

里的一個小工匠鋪安下身來，賺些錢養家糊口，而且一干就是10年。

在科隆的日子里，他并未因繁忙的工作而放棄對書本的學習。他白天努力地工作，晚上則躲在被子

里看有關機械方面的書籍。時間久了，他對于機械制造方面的基礎知識，有了較多且深入的認識和了解，

這也更加堅定了他兒時的興趣。這段艱苦地求學、工作與生活，在他的記憶中留下了深刻的印象，也培

養了他不屈不撓的奮斗精神，為他日后戰勝一個又一個的困難奠定了良好的基礎。

1854年，就在奧托22歲時，一條對當時被炒得沸沸揚揚的蒸汽機的批評文章引起了他的注意。也

就是從這一年起，奧托對蒸汽機的改造產生了濃厚的興趣。蒸汽機制造中的一系列不足，使他立志要發

明一種可以取代老式蒸汽機的新型動力設備。從此，奧托走上了一條改變他的命運，也改變了人類歷史

命運的不歸之路。

動力工程史上新的一頁

作為一種強大的動力機械，蒸汽機出現在18世紀后半葉。當時它的體積很大，而且還需要配有鍋爐

這一令人感到棘手的龐然大物。同時，由于當時制造鍋爐的技術還比較粗糙，鍋爐時有爆炸的危險，加

上鍋爐需要消耗大量的能源，且需要解決能源燃燒產生的煙氣的排放等等一系列的復雜的問題，因此，

人們一方面不得不繼續使用蒸汽機，另一方面更加強烈地希望能有一種小而方便、安全又可靠的動力裝

置來取代它。1860年，人們這種希望得到了初步的實現。法國工程師萊諾爾制造了一臺以煤氣為燃料的

內燃機。這種新型煤氣內燃機造型小巧，比起老式的蒸汽機，它的使用方法簡單而安全，但美中不足的

是，由于沒有在內燃機的機箱內對空氣進行必要的壓縮，所以它產生的熱效率并不高。但是，這畢竟走

出了老式蒸汽機的模式，開啟了內燃機研制工作的第一步。之后，1862年，法國工程師羅夏提出，內燃

機的動力方式應當采取四沖程方式，即在四個行程內完成一個進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣的工作循環，

并且取得了這一內燃機設計方式的發明權專利。這可是一個非常富有創意的想法，如果付諸實際運用，

將大大地提高內燃機的工作熱能效率，從而彌補萊諾爾內燃機的不足。但是，羅夏只是提出了這樣一個

想法，而并沒有真正把這一想法變成現實，造出一臺樣機，從而使這種想法在很長的時間里不為人所知，

他本人也與成功女神失之交臂。

成功女神所垂青的往往是那些堅忍不拔、努力不懈的人。雖然奧托對羅夏的想法不甚了解，但此前

許多人的探索，給在內燃機研制道路上一度彷徨不前的奧托指明了前進的方向。他在周圍環境和條件都

不是很好的情況下，獨自鉆研，反復研究，最終也提出了內燃機動力方式的四沖程思想。由于奧托的這

種想法一開始就是以實踐運用為目的的，因此，他的設計思想還要比羅夏的想法詳細而成熟得多。奧托

在他的日記中這樣記載道：“一切商業上成功的內燃機，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進行燃燒，從而使空氣壓縮，并使空氣的溫度升高；3．已加熱的空氣膨

脹到初始壓力，并開始作功；4．排氣，由此完成整個循環過程。”而具體來說，這一原理是這樣的：在煤

氣進入氣缸之前，先與空氣混合成一種可燃性的混合氣體，然后進入氣缸，在氣缸內進行空氣壓縮，使

其在這種提高了壓力的空氣中進行燃燒，這樣使氣缸內的溫度升高，而后，膨脹了的空氣逐步減壓到初

始狀態時的大氣壓力，并推動氣閥運動，由氣閥運動產生的能量推動機車的運動，最后，氣缸排出所有

的氣體。這是對四沖程內燃機原理和特征的第一次簡單而清楚的概括，因此，人們把內燃機的四沖程循

環親切地簡稱為“奧托循環”。采用這種循環原理的內燃機用蒸汽液體或氣體作燃料，由兩個介于兩等容

過程之間的可逆絕熱過程所組成。這種內燃機的負荷調節，即產生能量的多少，通常是借助控制進入氣

缸內的可燃性氣體的數量來完成的，且點火方式也比較特殊，即通過采用外來火焰或電火花的方式來實

現點火的，因而點火的時間可以控制。這些是構成四沖程循環的最基本特征，由于把燃料的利用率提高

到了最大限度，因此，人們又把它稱之為“理想循環”。

由于以上對內燃機四沖程循環原理的設計詳細，且實際操作性強，因此，奧托在完成了對這一原理

的初步設計后，僅僅花費了很少的時間，就設計和制造出了世界上第一臺四沖程循環內燃機樣機。這臺

內燃機，性能可靠，熱效率高，運行噪音小，在燃料消耗等許多方面都要比萊諾爾式內燃機好出許多。

所以，盡管這種最初型號的內燃機在外觀上還存在著一些缺陷，但一經面世，立即贏得了人們對它的高

度評價。奧托的內燃機熱效率比以往的四沖程循環發動機的熱效率提高了兩倍(約14％)，其熱效率更是

萊諾爾式發動機的4倍。可以說，奧托的發動機達到了具有非常實用的價值。

奧托循環是當今世界上所有內燃機設計和制造都必須共同遵循的基本熱力循環方式，它的出現，為

后來人類動力工程事業的蓬勃發展帶來了前所未有的契機。輪船的發明、汽車的制造，乃至飛機的出現，

都與此有著莫大的關系。這，不能不說是人類動力科學史上的一大創舉。

內燃機技術走向產業化

如果說奧托以他的內燃機發明，掀開了人類動力工程史上新的一頁的話，那么隨后，他將自己的發

明產業化的努力，則為這一頁書寫了更多，更精彩的內容。他與許多取得成功的發明家一樣，在取得初

步的成功之后，繼續探索，精益求精，更加用心地考慮怎樣進一步發展、完善他的發明成果，使這種新

款式的內燃機在使用過程中更加有效，更加安全而方便。

他拿出銷售四沖程循環內燃機樣機后積攢下來的錢作資金，擴充了研究用房，添置了許多新型的實

驗設備，并邀來了更多的研究能手，開始埋頭于制作更加完善的內燃機的工作當中。從1861年到1864

年這短短的3年中，奧托又陸續進行了多種內燃機制造技術的發明，并在德國以及其他一些國家和地區

相繼取得了發明專利。所有的這一切使奧托名聲大噪，不少國家的政府和公司紛紛派代表到奧托的實驗

室參觀和學習，一方面向他求教，另一方面與他進行合作意向的洽談。在這種形勢的推動之下，奧托開

始考慮把他的實驗室進一步擴充為生產性的單位，將原來定做式小批量的內燃機制造升級為近代式的工

廠化生產。然而，把內燃機產業化的做法，對于此時經驗和資金俱缺的奧托來講，實在是太困難了。躊

躇滿志卻又力不從心的他，只好徘徊在理想與現實之間。對于理想，他只能期望，而不敢奢望。正在此

時，當時德國著名的工業家蘭根伸出了慷慨的援助之手。由他提供大部分的資金，而由奧托提供主要的

技術支持，以奧托的名字命名的“奧托商會”于1864年9月正式成立了。由此，奧托走上了內燃機產業化

的道路。也從此，四沖程循環內燃機不僅從理論的設計成為了現實，而且從實驗室的模型變成了社會化

的產品。

1872年，為了擴大內燃機的生產，奧托又在產業化的道路上邁進一步，繼續與蘭根合作，成立了德

意志煤氣內燃機股份有限公司，他就任第一任經理，蘭根為副經理。經營工作占去了奧托不少的研究時

間，使以理論見長的他開初感到頗不適應。他開始大量地招賢納能。隨著德國著名企業管理學家戴姆帶

著一大批年輕的工程技術專家加入奧托的公司，情況出現了向好的方面的轉機。奧托更加精神百倍地投

入繁忙的管理和研究開發工作當中了。經過多年刻苦緊張的努力，到1875年，奧托的公司終于完成了四

沖程內燃機全套設計工作，四沖程內燃機由此變得更加精巧耐用、高效可靠。1877年8月4日，奧托取

得了這項劃時代內燃機技術的專利權。同年，在法國巴黎舉辦的萬國博覽會上，奧托的四沖程循環內燃

機獲得了公認的金獎。人們真實地感到一個動力新時代的來臨!在以后的大約十幾年時間內，這種內燃機

幾乎壟斷了全歐洲內燃機市場。有統計資料顯示出，在19世紀60年代，萊諾爾式內燃機的使用量大約

只有100臺左右，使用范圍有限，而奧托式內燃機則被大量而廣泛地使用著，僅在歐洲大陸就有1000

臺之多。在以后的10年時間內，依照其方法生產的各式內燃機，竟高達5萬余臺，總馬力達20萬匹以

上。這在很大意義上奠定了奧托在內燃機行業中的開創者地位。

奧托的努力為他贏得了許多的榮譽。柏林大學為了表彰他在內燃機研制方面的突出貢獻，授予他榮

譽工程學博士學位。這大大地彌補了他在年少時讀書不多的遺憾，更加堅定他銳意進取。更加精益求精

的信心和決心。奧托沒有陶醉于已有的成就，反而把榮譽鎖進了記憶的最深處，創新的愿望變得從來沒

有過的強烈。1877年，在制造出四沖程內燃機之后，奧托又努力對內燃機進行了一系列改進，并且又取

得了與此相關的多項專利。這其中包括多膨脹煤氣內燃機，以及為完全排出殘留在汽缸內的氣體而安裝

的特殊泵等延用至今天的發明。

1891年1月26日，奧托因突發性心臟病在德國科隆去世，享年59歲。熱愛奧托的科隆市民為他

舉行了隆重的葬禮。能贏得這么多人的理解和支持，他應該會含笑于九泉吧!

永偵銘記的回憶

奧托走完了他并不長的人生之路，但他留給人們的記憶卻實在是太多了。這當中，他的精神品質是

最值得人們銘記的。奧托雖然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。

他始終信奉的是：根據科學和人們的需要來確定自己的研究課題。現實的需要，是他一切思考的根本出

發點。奧托之所以如此執著地研制內燃機，也就在于時代的發展．科技的進步和工業革命在歐洲的興起、

人們對于動力的渴求。他在晚年曾這樣回憶自己所走過的道路：“別人認為我研制內燃機做出了很了不起

的貢獻，但我不這么看，如果我有這樣的貢獻，那也是我腳下的土地所給予的。”從這些謙虛的語言中，

我們也就不難領會奧托的為人了。

由于奧托的崇高品質和對人類歷史作出的偉大貢獻，許多企業和個人都要求他去演講，并介紹他的

研究成果，研究方法、經驗及體會：奧托總是非常樂意地答應了下來。在他看來，只要是對人類有好處，

而自己又力所能及的，就應當盡力去滿足這種要求。正是出于這種信念，奧托在平時總是不斷向自己提

出問題，并通過自己的努力和思考去解答別人提出的問題，哪怕是在他后來健康受到威脅的時候，他仍

堅持不懈地研究著各種對世人有意義的問題。

奧托是繼瓦特之后又一名偉大的動力工程學家。他發明的四沖程循環內燃機，是繼蒸汽機出現之后，

人類機械史上，動力工程領域當中的又一巨大貢獻。奧托以他多年的執著追求，把他的發明創造產業化

的努力，極大地推進了人類文明前進的步伐。雖然，在他的事業、生活道路上也充滿了坎坷與艱辛，但

他以自己的生命為代價、以世人的幸福為追求目標，實現了對自己、對科學的一次又一次跨越，在當代

人類文明的進程當中，在機械行業的飛速發展當中，沒有哪一項成果，進展是能與奧托的名字分開的。

是他，開創了人類文明的一個新時代。