第六卷 能量的規律 第36章 從蒸汽機到內燃機
通過對熱機的研究，人們總結出了熱力學第一定律和第二定律，它說明了熱運動的一般規律，但是熱運動的本質是什麼呢？
從19世紀中期起，科學家們通過對氣體分子運動的研究，對熱現象進行微觀解釋，使熱學進人到分子運動的水平。
通過對熱力學和熱學的研究，提高了蒸汽機的效率，但是蒸汽機本身有難以克服的缺點。
由於蒸汽機的鍋爐需承受重壓，必須用結實的材料製造，使蒸汽機很笨重；蒸汽機操縱複雜。鍋爐的燃燒需有經驗的人專門看管；蒸汽機啟動慢，不能隨意停止；蒸汽機鍋爐容易爆炸，危險性大。
更大的缺點是蒸汽機的熱效率低，一般隻有5%～8%，最好的也不超過10%～13%。由於蒸汽機的鍋爐和汽缸是分離的，鍋爐在外麵燃燒，把燃料的熱能傳給蒸汽機後再轉化為機械功，這種外部燃燒的熱損失較高，因此蒸汽機的效率難以提高。
在蒸汽機發展的同時，有人開始研究把外燃改為內燃，也就是不用蒸汽做工作介質，利用燃燒後的煙氣直接推動活塞運動，把鍋爐和汽缸合並起來，這就是內燃機。
1794年，英國工程師斯垂特在研究瓦特蒸汽機的基礎上，製造了一台笨拙的內燃機，需要用人力把空氣壓人汽缸，然後噴人液體燃料，鬆節油或板油，再點火。
1799年，法國工程師藍蓬提出了以煤氣作為燃料，用電火花來點火的內燃機設計方案。
其後，英國工程師賴特設計爆發式內燃機，意大利工程師巴爾桑第研製自由活塞式內燃機，等等。
到1860年，法國工程師雷諾終於製成第一台實用的爆發式內燃機。這是一台單缸雙動發動機，以煤氣為燃料，活塞在它的前半衝程吸入煤氣和空氣的混合氣，接著用電火花點燃，於是膨脹氣體推動活塞完成後半個衝程。汽缸的另半部進行同樣的過程，將活塞推回。
這台內燃機的熱效率隻有4%，電火花點火也不可靠，但它第一次成為帶動其他機構的動力機。歐美報刊紛紛介紹，促進了內燃機的發展步伐。
雷諾內燃機的使用，使人們開始探索內燃機理論。卡諾在研究熱力學時曾涉及到內燃機的基本原理，提出了壓縮點火的可能性。
1862年，法國工程師德羅夏發表了內燃機理論，闡述了取得最高效率和最佳經濟性能所需要的條件。他明確指出，要製造性能好的內燃機，必須使氣體盡快膨脹到最大，並盡量提高膨脹的初始壓力，如不能很好地滿足這些要求，就會浪費大量氣體。
德羅夏提出了實現這些要求的具體步驟，就是把活塞運動分為四個衝程：
吸收衝程：活塞下移，汽缸形成真空，並吸入油氣燃料；
壓縮衝程：活塞上移，壓縮進人汽缸的油氣；
爆發衝程：當活塞升到頂端時，電火花引爆油氣，氣體迅速燃燒膨脹，活塞下移帶動傳動機作功；
排氣衝程：活塞再次上升時，把燃盡的氣體排出汽缸，回到第一衝程開始前的狀態。
這種發動機就是四衝程內燃機，在當時是不浪費氣體的最好的內燃機，以後的內燃機大多利用這個原理。
德羅夏提出四個衝程，隻對內燃機理論作出了貢獻，並沒有實際製造出內燃機。他的理論發表在法國的一家地方刊物上，並沒有引起人們的重視。
當時，德國的奧古斯特·奧托也想發明比蒸汽機性能更好的內燃機，煞費苦心地進行設計和研製，但進展不大。一個偶然的機會，他發現了德羅夏的論文，覺得很有道理，便按德羅夏的理論進行研製。
1876年，奧托成功地製造了第一台四衝程內燃機，並取得了專利權，因此通常把內燃機的發明歸功於他。奧托內燃機體積小，重量輕，消耗的煤氣少，功率也比較大，在1878年巴黎萬國博覽會上展出，受到極高的評價。
自此，越來越多的工廠采用這種發動機來代替蒸汽機。內燃機的曆史從此開始。
但是奧托煤氣內燃機有許多不便之處，不能作為船舶、車輛等運輸機械的動力。
1859年，美國的賓夕法尼亞州打出了世界上第一口油井。此後，石油產量不斷提高，汽油、煤油、柴油逐漸成為廣泛應用的新燃料。
1883年德國工程師完成了汽油內燃機，1885年英國的普雷斯特曼研製出煤油內燃機，1892年德國人狄塞爾製造了第一台自動點火的柴油內燃機。
內燃機的發明，產生了動力機的一次新革命。內燃機不僅效率高，而且種類多，用途廣泛，它推動了交通運輸業革命，使汽車和飛機製造業迅速發展起來；引起了農業生產的機械化變革......