尼古拉斯·奥托 - 一位商人，成为第一台量产四冲程内燃机的发明者
人生道路的开始
尼古拉斯·奥托 (Nikolaus Otto) 对 19 世纪发动机技术的发展做出了巨大贡献。在一些出版物中，他甚至被称为汽车发动机之父，但这本质上并不完全正确。
10 年 1832 月 16 日，他出生于普鲁士小镇霍尔茨豪森。他的父亲奥古斯特·奥托（August Otto）是一位小地主兼邮局局长，他竭尽全力使儿子成为一名优秀的商人。他把孩子送到了一所真正的学校，毕业后将这个3岁的男孩安置在一家大型贸易公司。完成三年实习后，这位年轻的商人成为美因河畔法兰克福一家大型贸易企业的职员。然后，在又几家公司工作后，奥托搬到科隆，在那里继续他的商业生涯。
据普遍接受的传说，一个晴朗的日子，30 岁的尼古拉斯打开一本杂志，发现一则小广告，其中热情地描述了勒努瓦燃气发动机的优点。
这一天成为了一个转折点 故事 发动机制造——这张纸条出乎意料地触动了商人灵魂中隐藏的共鸣，很快燃气发动机就完全俘获了商人的想象力。奥托相当合理地认为，如果能够制造出一种不仅优于勒努瓦的机器，而且优于当时的蒸汽机的燃气发动机，它将引发一场真正的工业革命，并为人们带来名声和丰厚的收入。谁进行了如此大胆的事业。
最令人惊奇的是，那些年奥托不但没有见过勒努瓦发动机，甚至连最原始的技术知识都没有。很快，尽管朋友们嘲笑他的想法只是一时兴起，尼古拉斯还是命令科隆的一个车间生产勒努瓦发动机的小型模型，并将所有空闲时间都投入到这台机器的实际实验中。
于是，这位商人开始逐渐变成一名研究者；用他的头脑和触觉，他领悟了热机运行的奥秘。奥托的发动机确实生病了，他整夜坐着，旋转飞轮，将气体与空气以不同的比例引入气缸，并在活塞冲程的不同位置用火花点燃混合物。
突然（根据奥托的故事），在他的众多实验之一中，他将一种易燃混合物放入圆筒中，思考着，紧紧地挤压它，然后抓住自己并发出火花。然后气缸内发生强烈的爆炸，出人意料的高气压强力推动活塞，使飞轮（飞轮）快速旋转。重复这个实验后，奥托确信，如果混合物在点火前进行预压缩，那么在燃烧过程中会比未经压缩的燃烧过程中产生更多的能量，从而显着提高发动机的有用效果。据他说，一位技术文盲的科隆商人非常偶然地发现了发动机运行中的一个新冲程——在点火之前对混合物进行初步压缩。
1862 年，科隆机械师 Zonz 在奥托草图的指导下，为他制造了一台设计极其复杂的实验发动机。
在那些年里，内燃机的发明者从建造简单的单缸发动机开始了他们的研发工作。奥托设计了具有相对位置的水平气缸的四缸发动机，以及四冲程发动机。
每个气缸有两个活塞：主活塞 a，通过连杆连接至主轴，并附加一个 b，其杆穿过主活塞。气体压力传递至活塞 b，以及通过“空气缓冲区”的那个 с 移动了活塞 a。引入空气缓冲器来保护曲柄免受“爆炸冲击”。并且提供了四个气缸，以确保均匀的操作和产生更多动力的能力。
当熟悉了这台热机的工作原理后，不禁产生了强烈的好奇心：一个技术无知的商人怎么能独立想出如此复杂而荒唐的设计呢？
奥托对他的创意进行了很长一段时间的修改，但无法抑制他的脾气：混合物燃烧的爆炸性质对机械部件产生了强大的压力，发明者无法建立电机的平稳和不间断运行。
与他同时代的德国工程师 G. Guldner 后来诙谐地指出：“……知识和经验的缺陷使奥托无法评估成功的开始，从而模糊了他已经接近的努力目标，以至于他完全看不到它，偏离了他刚刚找到的有希望的道路。“。
考虑到自己走错了方向，这位焦躁不安的发明家在 1862 年放弃了预压缩的想法，第二年他提出了一种更灵活的发动机，以完全不同的原理运行，无需“压缩”。 ”中风，按照当年的分类，被称为“大气中风”。习惯了顾客的奢侈，康兹为古怪的商人设计了这台机器，奥托将其做到了一定的完美，实现了其稳定的运行。本质上，这项发明是对丹尼斯·帕平 (Denis Papin) 1688 年制造的火药机的进一步改进。
这位发明家对自己的成功感到非常高兴，于 1864 年赶紧在英国、比利时、法国和德国为其创意申请了专利。
重大的决定
然后奥托面临着未来人生道路的选择。摆在他面前的有两条路：他要么继续做商人，把精力集中在专利交易上；要么继续做生意。或者建立生产并销售最终产品——新发动机，同时对其进行进一步改进。
尼古拉斯选择了第二条路；他无法再想象自己的生活不不断摆弄机械装置。正是在这样的情况下，32岁的尼古拉斯·奥托(Nikolaus Otto)的命运发生了决定性的转变，坚定地走上了从商人到设计师的艰难道路。
奥托并不傻，他确实评估了自己的技术水平，意识到自己无法独自完成自己计划中的事情，必须让受过技术教育的人参与进来。命运眷顾了这位发明家：1864年31月，他结识了XNUMX岁的德国工程师欧根·兰根(Eugen Langen)，当时的兰根不仅在炼油厂拥有丰富的生产经验，还拥有众多的发明，为工程师带来了可观的收入。兰根与奥托不同，并不是一个热心的梦想家，他走的是逐渐掌握技术的道路，在这种活动中看到的不仅是创作需求的满足，还有物质生活的改善。
同年，合伙人创立了 Otto & Co. 公司，合法地保障了这两位才华横溢的人才的创造性结合，其中一位充满创意，另一位巧妙地实施了这些想法。
兰根以前从未从事过发动机工作，但这只会有利于整体事业——工程师灵活的头脑，不受既定设计方案的束缚，从来没有抛弃他的同伴有时相当奢侈的想法，把它们作为幻想提前写下来。一切都经过仔细研究和双重检查。此外，兰根还出资创办了一部新作品，并成为了它的第一任导演。
随后，历史莫名其妙地把尤金·兰根抛到了幕后，让他扮演了奥托助手的角色，这是根本错误的。这是两位并肩前行的同志，共同开辟了全球发动机制造的新道路。此外，正是由于兰根的精力和他在工程界的众多人脉，他的合伙人创办的企业才没有消亡，尽管有时离消亡并不遥远。在上世纪初的技术文献中，他们联合活动的成果被正确地称为“奥托-兰根发动机”。
于是，在科隆的一个租用的车间里，实验开发工作开始了，但仅仅两年后（1866-1867），通过合作伙伴的共同努力，就可以销售几台“商业”大气发动机。
与此同时，公司的财务状况每况愈下，破产显然已经开始迫在眉睫。尽管发动机具有良好的特性，但无法组织大规模销售；当年，该行业仍然完全由蒸汽机和不完善的勒努瓦发动机主导，生产工人由于思维惯性，并不着急取代低效率但经过时间考验的发动机。
发明者需要向全世界大声宣布他们的新热机，但如何才能让潜在的买家听到他们的声音并相信这项发明的有用性呢？
运气和世界声誉
然后，同志们采取了绝望的一步：他们在 1867 年在巴黎举行的第二届世界博览会上展示了他们的创作。
他们的燃气发动机本质上是 Barsanti-Matteucci 设计的 1854 型号实验发动机的进一步改进，采用没有顶盖（头部）的垂直气缸。启动之初，活塞位于气缸底部。在飞轮旋转的带动下，它向上移动，并在自身下方吸入照明气体和空气的混合物。然后，在其行程的1/10时，阀芯关闭进口，同时打开“点火通道”，其中有一个带有明火的燃烧器。结果，富含气体的混合物立即被点燃，活塞在0,2...0,3秒内飞了起来。
然后大气压力试图消除活塞下方形成的真空，将其向下移动，然后它返回到原来的位置（这还受到其重力的促进）并通过一个复杂的机构，该机构是一个齿轮，一个垂直的齿条，耦合离合器和附加杠杆齿轮引起驱动轴旋转。当气缸内压力与大气压力比较时，排气门打开，活塞脱离驱动机构，在重力作用下缓慢下降，将废气排出。然后阀门关闭，回到原来位置的活塞通过巧妙的耦合机构连接到飞轮，帮助飞轮开始下一个循环。
简单地说，该机器是一台燃气发动机，当活塞向下运动时，做有用功，当活塞向上运动时，驱动轴和轮子脱开，靠惯性旋转。
有趣的是，发明人放弃了勒努瓦之前使用的用火花点燃混合物的方法，而是使用与发动机使用相同气体的“引燃器”进行点火。
由此可见，该发动机设计复杂，齿轮众多，点火系统不完善，难怪它的分配遇到如此巨大的困难。
第一个副本上的速度（功率）调节是通过减少气体供应来实现的；后来添加了一种方法来改变混合物的成分。
由于发动机中的热气体起到了辅助作用——它们向上推动活塞，并且由于大气压力而进行做功冲程，因此它作为第一台批量生产的大气内燃机而载入史册。
这台美观大方的机器给参观者留下了不愉快的印象：它的运转伴随着地狱般的噪音和可怕的轰鸣声，看起来快要发疯、四分五裂。
奥托和兰根在他们的热机附近的一个展览上
如果朗根技术学校的同学、法国人雷洛没有提议对展会上展出的机器进行对比测试，那么世界发动机制造将会走上一条什么样的道路尚不得而知。它们投入运行，了解了特性，然后突然意外地发现奥托-兰根机器的经济效益约为 14%，而勒努瓦发动机的经济效益不超过 4,6%。研究还发现，一台新发动机产生1马力小时的有用功需要消耗0,8立方米的照明气体，而勒努瓦发动机则消耗3马力小时。
这些数字是无情的，评审团主要由法国工程师组成，他们历来不喜欢德国人和他们的所有产品，被迫将奥托-兰根大气发动机称为展会上展示的 14 台热机中最好的，并授予它金奖勋章。
此前默默无闻的发明家一夜成名，他们的公司开始接到订单，到 1867 年底，他们成功制造并销售了 22 台发动机。合作伙伴们开始呼吸更加顺畅，在距离科隆不远的戴茨小镇，他们建立了自己的机器制造生产厂。
新业务进展困难，需要大量资金，而资金却一直短缺。为了实现他们的计划，合伙人被迫吸引新的合伙人加入企业，仅以资本参与企业，最终于 1872 年 XNUMX 月成立了 Gasmotoren-Fabrik Deutz 股份公司（道依茨燃气发动机工厂） ），有时被非正式地称为“Otto-Deutz”。
事实证明，发明的发动机并不方便。垂直放置的气缸和高架机架在安装时需要 1,5 升电机。和。天花板高度不低于3,5 m，而且由于整机尺寸随着功率的增加而增大，现有生产设施天花板高度的限制成为新发动机在大型工厂和工厂使用的天然障碍。工厂。有时甚至需要在机房的天花板上打一个洞，让高耸的轨道穿过去。然而，在后来的商用发动机上，齿条被直接将活塞功传输到传动带的装置所取代。
这种设计的另一个大缺点是功率低——无法制造功率超过 3 马力的可靠发动机。和。失败的。
于是，在电机的世界里，慢慢地建立了一种平衡：蒸汽机在大型企业中站稳了脚跟，功率约为12马力的勒努瓦发动机。和。平均功率为 0,5...3 升的自然吸气式 Otto-Langen 发动机。和。 （轴每分钟40-100转）广泛应用于小型工业——印刷厂、车间，也可用作水泵发动机，总产量超过1台。
第一批量产四冲程发动机的诞生
很快，在兰根的倡议下，戈特利布·戴姆勒被邀请到迅速扩张的新生产线担任技术总监，并带来了年轻的技术员威廉·迈巴赫。
这是尼古拉斯一生中第二个重大决定：戴姆勒巧妙地开始做正事，确定了提高发动机可靠性和提高制造质量的主要目标。他坚持更换设备，解雇粗心的工人，用经验丰富的工匠取而代之，并指示迈巴赫专注于简化发动机设计。
就这样，工厂逐渐组建了一支由才华横溢的德国工程师和机械师组成的友好、紧密的团队，能够解决任何复杂的技术问题。
这些任务的出现并不慢......
新业务就像一台润滑良好的发动机，迅速蓄势待发，汽车一天比一天可靠，订单像秋天的落叶一样纷至沓来。 Evgeniy Langen 早已不再从事设计活动，开始专注于拓展自己的业务。奥托一头扎进了公司的贸易活动，实质上成为了一名商业总监。
然后突然出人意料地发现，回到自己从小学习的专业并没有带来满足，没有像火花可燃混合物一样点燃大脑，没有让灵魂进入异常紧张的状态。创造力，一种最高奉献的状态。这位老牌工程师固执地拒绝成为一名商人。
一有空闲时间，这个令人尊敬的43岁男人就像个男孩一样跑到实验实验室，迅速用手抓起他最喜欢的铁片，再次无可救药地将他那身昂贵的新西装沾上油污——如果不设计发动机，他就无法生存。他所有的思绪都时刻系在这个地方，在这里，铁制热机在他的双手培育下，正在缓慢而稳定地进一步完善。
1874 年的一个晴朗的日子，这位焦躁不安的发明家的记忆中突然浮现出一幅景象：12 年前，当他还是一位年轻的商人时，他如何被一台四冲程发动机折磨，无法弄清楚为什么它顽固地拒绝使用。工作。现在情况发生了变化：奥托拥有良好的技术知识和丰富的实践经验，最重要的是，他拥有一支由专业发动机制造商组成的设计团队。
发明人决定再试一次，他的第一步就是发现了532年4月1874日的第XNUMX号专利（下文将讨论）。
奥托，1876
随后公司团队被赋予了新的重要任务，团队也没有让人失望。
结果，1876年，在尼古拉斯·奥托、戈特利布·戴姆勒、威廉·迈巴赫、赫尔曼·舒姆和许多其他名字没有载入史册的德国机械师的共同努力下，开发、制造了非常著名的燃气发动机并进行了测试，随后在世界发动机制造史上引起了轰动，其基本设计图成为当今汽车发动机开发的基础。
随后，通过分析奥托532年第1877号专利的描述部分，研究人员得出结论，当时奥托还没有认识到压缩可燃混合物的明显好处，他选择了四冲程冲程来改善发动机的均匀性。只有在建造第一个原型之后，人们才清楚地意识到，这种技术解决方案的主要优点根本不是平衡，而是由于可燃混合物的预压缩冲程而将有效效率提高到 17%。
尽管如此，有一个历史事实：在 N. Otto 的领导下，一个紧密的团队经过两年的紧张工作，于 1878 年在巴黎世界博览会上诞生了一个新的单展示了采用“火焰传递”点火方式的气缸四冲程燃气发动机，并以“新奥托”之名载入史册。
与以前的自然吸气发动机不同，新发动机采用卧式气缸，采用十字头式曲柄机构（飞轮4冲程2转），具有噪音低、运转平稳性好、“单位功率”显着增大的特点。 。
气体通过三个管子供应到发动机：第一个管子提供其供应以形成气体-空气充量，由活塞吸入气缸；第三个管子提供气体。第二供应气体至位于气缸外部的点燃的燃烧器；第三个气体供应至位于线轴中的点火室。可移动阀芯本身是一个非常复杂的部件，执行混合物形成的功能，取代了进气阀（后来出现），并且还具有点火室，其中首先形成富含气体的混合物，然后当阀芯移动时，混合物被燃烧器火焰点燃，其进一步运动连接到气缸并点燃其中所含的贫燃气-空气混合物。这就是“火焰传递”原理，此类点火系统的名称由此而来。
机器的速度通过“跳闪”调节——离心调节器关闭气阀，气流被阻挡，活塞驱动空气，直到速度降低到所需值。
从今天的角度来看，这样的设计似乎很原始，但在早年，这款发动机确实引起了轰动，被认为是自瓦特时代以来发动机制造领域最伟大的发明，并为参与其创作的年轻设计师们带来了荣耀。他们的前景广阔。
随后，在德国发动机制造大巢中孕育的雏鹰戴姆勒和迈巴赫独立起飞，为世界带来了属于自己的化油器汽油发动机，代表了德国奥托发动机理念的最终发展。 1878 年型号。
后来，Otto-Deitz 工厂开始生产排量为 0,17-0,5 升的紧凑型立式燃气发动机。 pp.，称为“矮人”（Zwergmotor）。它们简单、便宜，最初没有带气门正时阀芯，适合小工匠。
1878 年型号的串联卧式发动机的功率为 1-4 升。 pp.，他们的最佳经济效益为12%。将力从活塞传递到轴的简化机构不再阻碍由于尺寸增加而导致功率的增加，并且在 1880 年，该工厂已经为消费者提供了 15-20 马力的发动机，1880 年 - 80 年高达 1889 马力- 100 年达到 1893 升 - 达到 200 升。和。高达 600 升。和。 - 1898 年。独立专家对 1886 年生产的电机进行的实验表明，其效率有所提高，在 14...18 rpm 时效率提高了 140...180%。
因此，奥托发动机不仅将勒努瓦发动机赶出了生产，而且开始在广泛的战线上攻击蒸汽机。
命运的意外打击
看来现在尼古拉斯·奥托可以在他的余生中沐浴在当之无愧的名声的温暖光芒中。但命运却另有安排。
关键是，当年的专利权不仅仅让发动机专利的申请人受益。该专利对其他发明家的创造性活动产生了强烈的抑制，他们开始显着改进他有时非常不完美的创造，甚至完全改造它。然后他们真的拍了拍手，提醒他们目前此类活动只有在专利持有人同意的情况下才能进行。为了维持自己的垄断地位，他充其量只是以可观的价格出卖自己的同意，最坏的情况是拒绝。
新发动机就发生了这种情况：Deitz Gas Engine Factory JSC 不仅为发动机设计申请了专利。在 532 年 4 月 1874 日的第 XNUMX 号专利中，公司本身被转让 4循环工作原理，由尼古拉斯·奥托首次创造。未经专利持有人许可，任何人都无权制造任何四冲程发动机。
这引起了工程师们的强烈不满，他们渴望设计出比非常原始的奥托发动机技术更先进的四冲程发动机并申请专利，同时也激怒了想要生产需求量很大的四冲程发动机的机器制造商。
1882年，居住在德国、奥地利、英国、法国、比利时和意大利的愤怒的反垄断斗士联合起来，提起诉讼挑战专利权，并提交了一份从历史深处提出的文件，该文件以小版出版（300副本）在 1861 年，法国工程师 Alphonse Beau-de-Roches 编写的一本小册子中，详细介绍了通过初步压缩可燃混合物以 4 冲程运行发动机的无疑好处。
此外，事实证明，第一台实用的四冲程燃气发动机是由慕尼黑制表商 H. Reitman 于 1873 年制造的。这台发动机的内部工作过程与他于1877年获得专利的奥托发动机的过程完全一致，而且发动机的设计彼此有很大不同。这辆车作为钻床和铣床的发动机为雷特曼服务了近 8 年，其平静的运行令目击者惊叹不已。只是制表师出于天真，认为他的热机太不完美，无法申请专利，更不用说向全人类吹嘘了。
结果，30年1886月1882日，根据法院的最终判决，四冲程操作成为技术的共同财产，这无疑只使发动机工业受益，并允许同样早在1883年就分手的戴姆勒和迈巴赫兰根和奥托徒手创造，建立了自己的企业，他们于 1900 年设计了第一台汽油发动机，并于 500 年组织大规模生产配备轻型高速发动机的汽车，转速高达 900-150 rpm。 （对于当时的发动机，160-XNUMX rpm 的运转被认为是正常的）。
无论如何，事实上，只有一件事是确定的：奥托对所发生的事情非常担心，而且，尽管他的公司的事务没有因法院的判决而受到太大影响，但发明人的健康状况却受到了严重影响。被破坏了。持续四年的法律斗争，期间他不断被指控盗用他人的想法和建设性解决方案，这极大地折磨了他的神经——此后，这位发明家注定只能活五年……
17 年 19 月 1891 日至 100 日，他去世前一周，他写了最后一封信给他的同事兰根，他在信中详细概述了他在与工作人员博·德·罗查斯 (Beau de Rochas) 共同谈话的影响下产生的想法。内燃机的过程，其中活塞压缩到3个大气压的清洁空气，然后在第三冲程开始时，“燃料流”逐渐引入气缸，最终燃料自燃并以恒定的速度燃烧压力。
也就是说，尼古拉斯·奥托（如果您相信这封信的真实性）直到生命的最后几天都在思考改进发动机，并实际上提出了一个想法，一年后，即 20 年 1892 月 XNUMX 日，鲁道夫·迪塞尔在他的专利。
但在 21 年 1891 月 XNUMX 日，发明家去世了，他的想法也随之消失了，因为兰根无法理解它的重要性，并认为这是一个垂死之人头脑蒙蔽的结果……
嗯，正如经常发生的那样，发明家一去世，他就立即被宣布为伟大。奥托去世一个月后，德国工程师学会召开了一次代表大会，会上，这位发明家受到了高度赞扬，甚至被追授“博士工程师”的荣誉称号。 1892年，由于某种原因，维尔茨堡大学授予他哲学博士学位的荣誉称号，理由是“……发明了以他的名字命名的发动机，给工业带来了巨大的利益。”
为了纪念这位著名的德国同胞，强制点火的四冲程发动机仍被称为Ottomotor。
奥托去世四年后，他的朋友兼战友尤金·兰根也去世了，1900年，78岁的让·艾蒂安·勒努瓦（Jean Etienne Lenoir）平静地去世了，他并不因丑闻而闻名，而且比他的年轻同事寿命要长得多。他生命的最后几十年完全奉献给了愉快的闲散。
发动机制造领域如此动荡的 19 世纪就这样结束了……
参考文献：
Guldner G. 天然气、石油和其他内燃机。 M.，T-va I. N. Kushnerev and Co. 印刷厂，1907 年。
Shpanov N. 电动机的诞生。国家能源出版社。男，1934年。
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