汽车、蒸汽机、内燃机、奥托

是谁发明了发动机

汽车的诞生

最早的热机原理是我国的走马灯，走马灯也是涡轮机的萌芽。值得中国人（学

机械的）注意的是：往复式活塞内燃机的主要机构都是中国最先发明的！比如：缸体---中国

最先制造的大炮于1332年铸成，往复活塞、曲柄连杆机构、飞轮等都是我国首创。

火药内燃机虽然没有搞成功，但是为未来的蒸汽机产生了巨大的促进作用。

1．1769年法国人NJ居纽制造了世界上第一辆蒸汽车驱动三轮汽车。1804年脱威迪克设计

制造了第一辆蒸汽汽车。

2．1879年德国工程师卡尔.本茨[注1]首先试验成功台二冲程试验性发动机。

3．1986年国际汽车产业界推举德国戴姆勒――奔驰汽车公司主办国际汽车百年圣诞庆贺的

盛典，并公认国际汽车产业界汽车发明家是创办奔驰汽车公司的卡尔.本茨先生。所以人们一

般把1886年称作为汽车元年。

4. 1872年，戴姆勒设计出四冲程发动机。 戈特利布〃戴姆勒Gottlieb Daimler(1834-1900)，

德国工程师和发明家,现代汽车工业的先驱者之一。

【注1】卡尔·本茨

（Karl Benz,1884-1929）是现代汽车工业的先驱者之一，人称“汽

车之父”。

1844年，本茨以遗腹子的身份出生于德国，父亲原是一位火车司机，但在他出世前的1843年因

发生事故去世了。从中学时期，本茨就对自然科学产生了浓厚的兴趣，1860年进入卡尔斯鲁厄综合科技

学校学习。在这所学校，他较为系统地学习了机械构造、机械原理、发动机制造、机械制造经济核算等课

程，为他日后的发展打下了良好基础。在经历过学徒工、服兵役、娶妻生子等人生经历后，他于1872年

组建了“奔驰铁器铸造公司和机械工场”，专门生产建筑材料。由于当时建筑业不景气，本茨工场经营困

难，面临倒闭危险，万般无奈之际，他决定制造发动机获取高额利润以摆脱困境。于是，他领来了生产奥

托四冲程煤气发动机的营业执照，经过一年多的设计与试制，于1879年12月31日制造出第一台单缸煤

气发动机（转速为200转/分，功率约为0.7千瓦）。不过，这台发动机并没有使奔驰摆脱经济困境，他

依然面临着破产的危险，生活十分艰苦。但是，清贫的生活并没有改变本茨投身发动机研究的决心，经过

多年努力，他终于研制成单缸汽油发动机，并将客观存在安装在自己设计的三轮车架上。

取得了世界上第一个“汽车制造专利权”

（1886年1月29日）。

1893年，本茨研制成功了性能更先进的“维克托得亚”牌汽车。它采用本茨专利的3升发动机，方向盘安装在汽车中部。尽管该车性能先

进，但由于价格高达3875马克，因而很少有人购买得起，成为公司的滞销品。这样，这种在技术上为奔驰带来了极高荣誉的汽车，在经济上并没

有给他多大的好处。后来，本茨听从了商人的建议，于1894年开发生产了便宜的“自行车”（定价2000马克）。这种“自行车”销路很好，在一

年时间内就销出了125辆。由于是世界上第一种批量生产的机动车，因而给奔驰带来了较高的利润。后来，奔驰又对前期生产的“维克托得亚”牌

汽车进行了改进，将车箱座位设计成面对面的18个，它因此成为了世界上第一辆公共汽车。

在发明汽车的过程中，卡尔·本茨的勇气令人十分钦佩：

首先，他甘心清苦，埋头于自己的发明工作。

其次，他果敢地摒弃了在技术上已十分成熟的蒸汽机而选用了自己并不被人看好的作动力，反映了他在观念上的巨大转变。

内燃机

再次，他既能开发生产反映汽车技术最高水平的“高档车”，又能及时调整产品结构，组织生产适销对路的“普通车”，为公司赢得可观

的利润，说明他既有，又。

工程师的基本素质有企业家的经营技巧

内燃蒸汽机的历史：惠更斯

最初的热机是火药内燃机，由荷兰物理学家在1680年

提出的。这种发动机是利用火药的爆燃来推动活塞做功。但是，这种机械只停留在理论上，

并没有搞出来。值得中国人（学机械的）注意的是：往复式活塞内燃机的主要机构都是中国

最先发明的！比如：缸体---中国最先制造的大炮于1332年铸成，往复活塞、曲柄连杆机构、

飞轮等都是我国首创。

火药内燃机虽然没有搞成功，但是为未来的蒸汽机产生了巨大的促进作用。

1690年，惠更斯的助手佩本设计出了用蒸汽做功的活塞式发动机，这个发动机尚不能

用于实际生产，作为工业动力源。

1698年，英国的军事工程师萨弗里发明了一个使用蒸汽为矿井抽水的机器，它可以抽

出地下10米深的水。这台机器实际上就是第一台用于工业生产的蒸汽机。

1711年，纽可门（英国）制造出更好的抽水蒸汽机，其性能有了较大的突破。从1772

年起，几乎全英国的矿井都使用这种蒸汽抽水机。

1768年，英国技工瓦特发明了热效率更高的近代蒸汽机，因此被人们誉为“蒸汽机的

发明人”。

总的来说，蒸汽机是产生于18世纪的英国。但是，蒸汽机存在着体积庞大，热效率不

高的缺陷。

由于19世纪中叶卡诺（法国人）、迈尔（德国）、格罗夫（英国）、焦耳（英国）、克劳

修斯（德国）、汤姆生（英国）等人提出并完善了热力学，同时用钢铁制造的精密机械已经

开始出现，从而解决了制造精密圆柱体和螺丝等零件的问题，使得内燃机的研制进程大大加

快。

1860年，法国人雷诺制造出第一台可以实用的内燃机。这是一台二冲程、无压缩、电

点火的煤气机。

1862年，法国工程师德罗沙提出等容燃烧的四冲程循环原理，加上这个时候转炉、平

炉炼钢法已经相继出现，为内燃机制造提供了可靠的原材料----低碳素钢。

1872年，德国钟表匠雷特曼制成了第一台四冲程煤气内燃机。

1876年，德国人奥托研制成功一台热效率达到14%的往复式活塞四冲程内燃机，此后，

奥托又把内燃机的热效率提高的20%以上，这种内燃机，就是现在的汽油发动机的雏形。奥

托也被称为“四冲程内燃机发明人”。四冲程内燃机的发明者——德国人奥托（Otto，

1832—1891)

1881年，工程师克拉克研制成两个汽缸的内燃机。此后不久，汽油机正式出现了。

1897年，完全依靠压缩着火的柴油机出现了，它比汽油机机构更简单，燃料更便宜。

柴油机热效率达到26%，它的发明人是德国人狄赛尔。因此，现代汽油发动机也称为奥托发

动机，柴油机称为狄赛尔发动机。

涡轮式的和活塞式的蒸汽机，前者热机效率较高。

柴油机的发展和应用：

狄赛尔的发动机并不完善，还不能方便地利用到工业生产中，直到

20世纪20年代发明燃油喷射系统后，柴油机才开始广泛地运用到各种动力机械中！根据对燃油喷射装

置的技术要求分析，燃油喷射泵完全可以在1902年制造出来，只是当时没有人发明这个简单的装置而已。

也就是因为这样，造成了大型的战舰很少配置柴油动力的现象。实际上当时的柴油机在加上燃油泵和涡

轮增压装置以后，完全可以替代蒸汽机和汽轮机，而且采用弹性安装法以后，装备柴油机的战舰不会出

现主机过载和主轴过热的通病。柴油机的优点是省油（航程大），启动迅速（蒸汽机和汽轮机需要预先提

升蒸汽压力），缺点是机构相比之下复杂了一些（不计算汽轮机锅炉部分的情况下），但是用现代（1950

年）装备柴油机和汽轮机的舰船比较，装备柴油机的舰船维护费用比汽轮机舰船少14%左右。其次，柴

油机在没有强化的条件下（增加喷射压力是最简单的强化手段），单台推力比汽轮机要小，加速没有汽轮

机快。

1903年，柴油机用于轮船，1908年，柴油机成为潜艇主动力，1912年，柴油机驱动的远洋巨轮建

造成功。

20世纪初，往复活塞式的蒸汽机在船舶上逐渐被涡轮式的蒸汽轮机（汽轮机）取代，蒸汽轮机比活

塞式蒸汽机热效率更高（35%），单位体积能提供的推力更大，因此汽轮机到60年代一直成为大型船舶

的主要动力。同时代的柴油机因为强化程度低而主要用于中、小型船舶。汽轮机首先由法国的拉瓦尔于

1889年发明，到20世纪初，汽轮机已经能够输出6500马力，相当于4800千瓦。而实际上，当汽轮机

锅炉燃料采用煤炭、燃油混合动力，优化飞轮和传动结构后，后来的汽轮机输出功率成倍提升。

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奥托（内燃机）的简史：

岁月如流。转眼间，人类已踏过了又一个新千年的门槛，在叹息“逝者

如斯夫”的同时，人类历史是如何发展、演化的这一为无数哲人贤士拷问千番的“历史之谜”似乎愈发显现

出内在的深度和广度。对这一问题的解答千姿百态，然而，人们至少在一点上有着基本的共识，即人类

历史的发展离不开科技。科技对人类历史发展有着重要的作用。而这一作用是如何成为可能的呢?大多数

的人可能会说要靠科学家的发明和创造，而细心的人则还会指出要靠发明创造走上产业化。的确，发明

创造的产生及其产业化是科技对人类社会发生重要作用的两个不可或分的方面。可在人类历史上，这两

个方面却很少有人能够靠个人一手完成。但至少有一个人是例外。他不仅以过人的智慧开发出新兴的技

术——四冲程内燃机，而且以过人的胆识将这一新兴技术变成了一项“朝阳产业”，从而使人类历史的面貌

极大地焕然一新。这个人就是奥托。

童年时代

尼古拉·奥古斯特·奥托

(NikolausAugustOtto)是德国近代著名机械工程师，四冲程内燃机的发明

者和推广者。1832年6月l4日，奥托出生在德国霍兹豪森镇的一个工匠家庭里。他的父亲是一名制表匠，

母亲是一个普通的农民，家里的收入不高，全家过着清苦而祥和的生活。奥托是家里6个孩子之中的长

子，也许与他的父亲是一名制表工匠有关，他从懂事起就对机械很感兴趣。小时候，奥托常常一个人躲

在角落里注视着父亲工作。一堆大大小小的齿轮，皮带经过父亲的手，就变成了一台台精巧的钟表，颇

让他感到不可思议，也就是从那时起，小奥托就迷上了机械制造这门玩艺。

正当奥托准备好好学习，以后大干一番事业时，父亲却因积劳成疾而病倒了，按当时德国的传统，

家庭的重担一下子落在了作为长子的奥托的肩上。他不得不中断学业，只身前往经济繁荣的科隆，在那

里的一个小工匠铺安下身来，赚些钱养家糊口，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弃对书本的学习。他白天努力地工作，晚上则躲在被子

里看有关机械方面的书籍。时间久了，他对于机械制造方面的基础知识，有了较多且深入的认识和了解，

这也更加坚定了他儿时的兴趣。这段艰苦地求学、工作与生活，在他的记忆中留下了深刻的印象，也培

养了他不屈不挠的奋斗精神，为他日后战胜一个又一个的困难奠定了良好的基础。

1854年，就在奥托22岁时，一条对当时被炒得沸沸扬扬的蒸汽机的批评文章引起了他的注意。也

就是从这一年起，奥托对蒸汽机的改造产生了浓厚的兴趣。蒸汽机制造中的一系列不足，使他立志要发

明一种可以取代老式蒸汽机的新型动力设备。从此，奥托走上了一条改变他的命运，也改变了人类历史

命运的不归之路。

动力工程史上新的一页

作为一种强大的动力机械，蒸汽机出现在18世纪后半叶。当时它的体积很大，而且还需要配有锅炉

这一令人感到棘手的庞然大物。同时，由于当时制造锅炉的技术还比较粗糙，锅炉时有爆炸的危险，加

上锅炉需要消耗大量的能源，且需要解决能源燃烧产生的烟气的排放等等一系列的复杂的问题，因此，

人们一方面不得不继续使用蒸汽机，另一方面更加强烈地希望能有一种小而方便、安全又可靠的动力装

置来取代它。1860年，人们这种希望得到了初步的实现。法国工程师莱诺尔制造了一台以煤气为燃料的

内燃机。这种新型煤气内燃机造型小巧，比起老式的蒸汽机，它的使用方法简单而安全，但美中不足的

是，由于没有在内燃机的机箱内对空气进行必要的压缩，所以它产生的热效率并不高。但是，这毕竟走

出了老式蒸汽机的模式，开启了内燃机研制工作的第一步。之后，1862年，法国工程师罗夏提出，内燃

机的动力方式应当采取四冲程方式，即在四个行程内完成一个进气、压缩、燃烧膨胀和排气的工作循环，

并且取得了这一内燃机设计方式的发明权专利。这可是一个非常富有创意的想法，如果付诸实际运用，

将大大地提高内燃机的工作热能效率，从而弥补莱诺尔内燃机的不足。但是，罗夏只是提出了这样一个

想法，而并没有真正把这一想法变成现实，造出一台样机，从而使这种想法在很长的时间里不为人所知，

他本人也与成功女神失之交臂。

成功女神所垂青的往往是那些坚忍不拔、努力不懈的人。虽然奥托对罗夏的想法不甚了解，但此前

许多人的探索，给在内燃机研制道路上一度彷徨不前的奥托指明了前进的方向。他在周围环境和条件都

不是很好的情况下，独自钻研，反复研究，最终也提出了内燃机动力方式的四冲程思想。由于奥托的这

种想法一开始就是以实践运用为目的的，因此，他的设计思想还要比罗夏的想法详细而成熟得多。奥托

在他的日记中这样记载道：“一切商业上成功的内燃机，其共同特征都包含了以下几方面：1．空气的压缩；

2．燃料在提高了压力的空气中进行燃烧，从而使空气压缩，并使空气的温度升高；3．已加热的空气膨

胀到初始压力，并开始作功；4．排气，由此完成整个循环过程。”而具体来说，这一原理是这样的：在煤

气进入气缸之前，先与空气混合成一种可燃性的混合气体，然后进入气缸，在气缸内进行空气压缩，使

其在这种提高了压力的空气中进行燃烧，这样使气缸内的温度升高，而后，膨胀了的空气逐步减压到初

始状态时的大气压力，并推动气阀运动，由气阀运动产生的能量推动机车的运动，最后，气缸排出所有

的气体。这是对四冲程内燃机原理和特征的第一次简单而清楚的概括，因此，人们把内燃机的四冲程循

环亲切地简称为“奥托循环”。采用这种循环原理的内燃机用蒸汽液体或气体作燃料，由两个介于两等容

过程之间的可逆绝热过程所组成。这种内燃机的负荷调节，即产生能量的多少，通常是借助控制进入气

缸内的可燃性气体的数量来完成的，且点火方式也比较特殊，即通过采用外来火焰或电火花的方式来实

现点火的，因而点火的时间可以控制。这些是构成四冲程循环的最基本特征，由于把燃料的利用率提高

到了最大限度，因此，人们又把它称之为“理想循环”。

由于以上对内燃机四冲程循环原理的设计详细，且实际操作性强，因此，奥托在完成了对这一原理

的初步设计后，仅仅花费了很少的时间，就设计和制造出了世界上第一台四冲程循环内燃机样机。这台

内燃机，性能可靠，热效率高，运行噪音小，在燃料消耗等许多方面都要比莱诺尔式内燃机好出许多。

所以，尽管这种最初型号的内燃机在外观上还存在着一些缺陷，但一经面世，立即赢得了人们对它的高

度评价。奥托的内燃机热效率比以往的四冲程循环发动机的热效率提高了两倍(约14％)，其热效率更是

莱诺尔式发动机的4倍。可以说，奥托的发动机达到了具有非常实用的价值。

奥托循环是当今世界上所有内燃机设计和制造都必须共同遵循的基本热力循环方式，它的出现，为

后来人类动力工程事业的蓬勃发展带来了前所未有的契机。轮船的发明、汽车的制造，乃至飞机的出现，

都与此有着莫大的关系。这，不能不说是人类动力科学史上的一大创举。

内燃机技术走向产业化

如果说奥托以他的内燃机发明，掀开了人类动力工程史上新的一页的话，那么随后，他将自己的发

明产业化的努力，则为这一页书写了更多，更精彩的内容。他与许多取得成功的发明家一样，在取得初

步的成功之后，继续探索，精益求精，更加用心地考虑怎样进一步发展、完善他的发明成果，使这种新

款式的内燃机在使用过程中更加有效，更加安全而方便。

他拿出销售四冲程循环内燃机样机后积攒下来的钱作资金，扩充了研究用房，添置了许多新型的实

验设备，并邀来了更多的研究能手，开始埋头于制作更加完善的内燃机的工作当中。从1861年到1864

年这短短的3年中，奥托又陆续进行了多种内燃机制造技术的发明，并在德国以及其他一些国家和地区

相继取得了发明专利。所有的这一切使奥托名声大噪，不少国家的政府和公司纷纷派代表到奥托的实验

室参观和学习，一方面向他求教，另一方面与他进行合作意向的洽谈。在这种形势的推动之下，奥托开

始考虑把他的实验室进一步扩充为生产性的单位，将原来定做式小批量的内燃机制造升级为近代式的工

厂化生产。然而，把内燃机产业化的做法，对于此时经验和资金俱缺的奥托来讲，实在是太困难了。踌

躇满志却又力不从心的他，只好徘徊在理想与现实之间。对于理想，他只能期望，而不敢奢望。正在此

时，当时德国著名的工业家兰根伸出了慷慨的援助之手。由他提供大部分的资金，而由奥托提供主要的

技术支持，以奥托的名字命名的“奥托商会”于1864年9月正式成立了。由此，奥托走上了内燃机产业化

的道路。也从此，四冲程循环内燃机不仅从理论的设计成为了现实，而且从实验室的模型变成了社会化

的产品。

1872年，为了扩大内燃机的生产，奥托又在产业化的道路上迈进一步，继续与兰根合作，成立了德

意志煤气内燃机股份有限公司，他就任第一任经理，兰根为副经理。经营工作占去了奥托不少的研究时

间，使以理论见长的他开初感到颇不适应。他开始大量地招贤纳能。随着德国著名企业管理学家戴姆带

着一大批年轻的工程技术专家加入奥托的公司，情况出现了向好的方面的转机。奥托更加精神百倍地投

入繁忙的管理和研究开发工作当中了。经过多年刻苦紧张的努力，到1875年，奥托的公司终于完成了四

冲程内燃机全套设计工作，四冲程内燃机由此变得更加精巧耐用、高效可靠。1877年8月4日，奥托取

得了这项划时代内燃机技术的专利权。同年，在法国巴黎举办的万国博览会上，奥托的四冲程循环内燃

机获得了公认的金奖。人们真实地感到一个动力新时代的来临!在以后的大约十几年时间内，这种内燃机

几乎垄断了全欧洲内燃机市场。有统计资料显示出，在19世纪60年代，莱诺尔式内燃机的使用量大约

只有100台左右，使用范围有限，而奥托式内燃机则被大量而广泛地使用着，仅在欧洲大陆就有1000

台之多。在以后的10年时间内，依照其方法生产的各式内燃机，竟高达5万余台，总马力达20万匹以

上。这在很大意义上奠定了奥托在内燃机行业中的开创者地位。

奥托的努力为他赢得了许多的荣誉。柏林大学为了表彰他在内燃机研制方面的突出贡献，授予他荣

誉工程学博士学位。这大大地弥补了他在年少时读书不多的遗憾，更加坚定他锐意进取。更加精益求精

的信心和决心。奥托没有陶醉于已有的成就，反而把荣誉锁进了记忆的最深处，创新的愿望变得从来没

有过的强烈。1877年，在制造出四冲程内燃机之后，奥托又努力对内燃机进行了一系列改进，并且又取

得了与此相关的多项专利。这其中包括多膨胀煤气内燃机，以及为完全排出残留在汽缸内的气体而安装

的特殊泵等延用至今天的发明。

1891年1月26日，奥托因突发性心脏病在德国科隆去世，享年59岁。热爱奥托的科隆市民为他

举行了隆重的葬礼。能赢得这么多人的理解和支持，他应该会含笑于九泉吧!

永侦铭记的回忆

奥托走完了他并不长的人生之路，但他留给人们的记忆却实在是太多了。这当中，他的精神品质是

最值得人们铭记的。奥托虽然有着非凡的工程师的头脑，但他的工作信条并不是以自身的能力为依据。

他始终信奉的是：根据科学和人们的需要来确定自己的研究课题。现实的需要，是他一切思考的根本出

发点。奥托之所以如此执著地研制内燃机，也就在于时代的发展．科技的进步和工业革命在欧洲的兴起、

人们对于动力的渴求。他在晚年曾这样回忆自己所走过的道路：“别人认为我研制内燃机做出了很了不起

的贡献，但我不这么看，如果我有这样的贡献，那也是我脚下的土地所给予的。”从这些谦虚的语言中，

我们也就不难领会奥托的为人了。

由于奥托的崇高品质和对人类历史作出的伟大贡献，许多企业和个人都要求他去演讲，并介绍他的

研究成果，研究方法、经验及体会：奥托总是非常乐意地答应了下来。在他看来，只要是对人类有好处，

而自己又力所能及的，就应当尽力去满足这种要求。正是出于这种信念，奥托在平时总是不断向自己提

出问题，并通过自己的努力和思考去解答别人提出的问题，哪怕是在他后来健康受到威胁的时候，他仍

坚持不懈地研究着各种对世人有意义的问题。

奥托是继瓦特之后又一名伟大的动力工程学家。他发明的四冲程循环内燃机，是继蒸汽机出现之后，

人类机械史上，动力工程领域当中的又一巨大贡献。奥托以他多年的执著追求，把他的发明创造产业化

的努力，极大地推进了人类文明前进的步伐。虽然，在他的事业、生活道路上也充满了坎坷与艰辛，但

他以自己的生命为代价、以世人的幸福为追求目标，实现了对自己、对科学的一次又一次跨越，在当代

人类文明的进程当中，在机械行业的飞速发展当中，没有哪一项成果，进展是能与奥托的名字分开的。

是他，开创了人类文明的一个新时代。