从蒸汽机到内燃机

　　燃烧，在人类文明进步中扮演着重要角色。从茹毛饮血到工业革命，从金属冶炼到蒸汽动力，每一次燃烧加速，都会带来改变世界的能量。

　　18世纪60年代，蒸汽机问世，由此掀起世界第一次工业革命。随着人们对效率需求越来越大，蒸汽机明显跟不上时代步伐。这时候，一位来自法国的青年萨迪·卡诺率先提出科学的热机理论，吹响了从蒸汽机向内燃机进军的号角。

　　1824年，卡诺在其弟弟帮助下，完成了《论火的动力》一书的写作。在他看来，热机工作过程本质是“做功必须在两个热源之间”，只有两个存在温度差的热源，才能将高热源的热量不断转化为有用的机械功。

　　1830年，他运用热动力学概念，重新审视自己的热机理论，并深研摩擦生热现象，以此揭示摩擦热效应的定量关系，最终计算出了热功当量数据。卡诺热力学理论的形成，为人们此后研发内燃机指明了方向。

　　随着时代进步，人们越来越认识到，蒸汽机存在天然缺陷：一方面，它体积庞大、机动性差;另一方面，它的热能要通过蒸汽介质才能转化为机械能，效率低下。这些缺陷，都与燃料必须在汽缸外部燃烧有关。

　　“如果把锅炉和汽缸合二为一，省掉蒸汽介质，让燃料燃烧膨胀的高压气体直接推动活塞做功，就能制造出一种热效率很高的新动力机。”1833年，英国人赖特在卡诺理论基础上，大胆提出直接利用燃烧压力推动活塞做功的想法。遗憾的是，空有理论的赖特并没有制造出内燃机。

　　直到1859年，法国的勒努瓦终于用前人理论，设计制造出世界上第一台可运转的内燃机。这是一台无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。

　　两年后，法国的德罗沙又公布了他的内燃机构想，并第一次提出了“四冲程原理”。同一时间，德国工程师奥托也开始着手研制内燃机。为了降低燃烧速率，奥托设计了一套装置：将气体进行分层，在燃烧室内形成浓、稀混合气区，浓混合气用于点火，继而引燃稀混合气。奥托的这种设计，实际上是内燃机关键技术的突破。

　　为验证自己的想法，奥托设计了透明气缸和手动活塞，并用烟气代替油气进行试验，以观察烟在气缸内的运动。经过几年的探索和尝试，奥托发明了四冲程内燃机。

　　这是第一台可代替蒸汽机的实用内燃机，在内燃机技术上取得了重大突破，是内燃机制造的划时代进步。突破至此，内燃机已能和蒸汽机“同台竞技”，并不断得到推广应用。但它始终是以煤气为燃料，热值仍然较低。

　　1883年，德国工程师戴姆勒在奥托循环机的基础上，成功研制出第一台四冲程往复式汽油机。这种汽油机不仅转速高，而且功率大、体积小、重量轻，特别适用于交通工具。

　　接下来，英国的滕特和卡雷特斯曼又成功研制出煤油动力机，慢慢推广应用于农业耕作。

　　再后来，德国工程师狄塞尔发明了完全靠压缩点火的柴油机。这是一种结构更简单、燃料更便宜的内燃机，广泛应用于汽车、船舶等交通工具。

　　短短几十年间，在众多科学家和工程师的努力下，内燃机从无到有、从原理到技术、从设计方案到应用推广，走完了一个重大发明历程。

　　内燃机问世至今已有100多年，因其热效率高、结构紧凑、机动性强、运行维护简便等优点，一直是人类社会不可缺少的主要动力设备。

　　图为奥托及其发明的内燃机。