狄塞尔与汽车工业的创新历程

1.奥托与四冲程内燃机

作为一种强大的动力机械，蒸汽机出现在18世纪后半叶。此后，随着工业化的不断发展，各国对动力的需求逐步增加，在以前没有使用过蒸汽机的地区和行业中，也出现了蒸汽机；那些急于补充水力供应不足或者想使用更可靠的动力供应代替水力设施的企业，也都采用了蒸汽机。而且蒸汽机在那些已经熟悉了这种动力的企业中的使用更加普及了。一家大型钢铁厂或者机械厂可能会使用十几台不同功率的蒸汽机，以便驱动鼓风机，转动轧铁机，驱动蒸汽锤，为多样化的机床提供动力，提升起重机以及驱动其他超越自然力的机械装置。1850年以后，德国的蒸汽机安装量出现了跳跃式发展：1849年到1861年间增长了5倍，而后在1861年到1878年间增长了7倍。这种高增长与煤铁产量的大幅上升结合在一起，预示了一个新的工业巨人的诞生。（波斯坦等，2002）425-427

但是蒸汽机的缺点也是显而易见的，它的体积庞大，而且必须配有可能随时爆炸的锅炉，锅炉的烟气排放也是让人头疼的问题。因此，在使用蒸汽机的同时，科学家一直在探索更加轻便、安全、可靠的动力装置。1859年，法国工程师勒努瓦（Lenoir，Jean Etienne，1822—1900）制造了一台以煤气和空气混合燃烧的两冲程内燃机。勒努瓦的内燃机被用来为印刷机、抽水机或工作母机提供动力。但由于没有在内燃机的机箱内对空气进行必要的压缩，它的煤气消耗量太大，热效率并不高，长时间运行后它的噪声会很大。（Georgano，1990）9虽然勒努瓦的内燃机不具有商业竞争力，但提供了一种设计模式，从那以后许多工程师和科学家都致力于更优越内燃机的开发。最关键的理论贡献是法国人罗夏（Alphonse Beau de Rochas，1815—1893）在1862年做出的，他设计的四冲程汽缸从那时起就成为行业标准。但直到1867年，德国人奥托（Nikolaus August Otto，1832—1891）将这种四冲程汽缸与空气压缩结合起来，生产出第一台煤气内燃机以前，这一原理并没有得到有效利用。（波斯坦等，2002）482

1864年，奥托与工程师兰根（Carl Langen，1833—1895）在科隆成立了世界上第一家内燃机厂——奥托及伙伴公司（N.A.Otto & Cie）。1867年，在巴黎举办的世界博览会上，奥托展示了四冲程内燃机并获金奖。1869年，奥托将伙伴公司迁往道依茨（Deutz），并于1972年更名为道依茨煤气内燃机厂（Gasmotorenfabrik Deutz）。迈巴赫（August Maybach，1846—1929）和戴姆勒（Gottlieb Daimler，1834—1900）等一批优秀的企业管理人员和工程技术专家的加入使公司实力大增。1876年，道依茨公司正式投产奥托的四冲程内燃机。奥托内燃机具有诸多优点，它的工作效率更高，特别是对间歇性工作或者非满负荷工作来说尤其如此——这种情况在小企业中是很常见的。它更清洁而且易于自动添加燃料，劳动成本因此大大节约。它的燃料（煤气）一般可以作为其他工业生产——比如说炼焦和钢铁冶炼——的副产品而生产出来，其成本远比有意识地从煤炭中蒸馏出来便宜，或者比煤炭本身还要便宜。（波斯坦等，2002）482-483在短短几年内，道依茨公司制造的3.5万台机器便在世界各地的工厂里工作起来。大约从1885年起，奥托内燃机开始占据主导地位。由于它的表现如此优越，以至于在1889年一次国际性展览会上展出的全部53台内燃机当中，除4台外都采用了奥托四冲程循环。（辛格等，2004）109

2.戴姆勒、本茨与汽油内燃机

当然，奥托内燃机并非完美无瑕，它的可移动性差，往往被束缚在煤气的供应地。对于大多数企业来说，这并不是一个严重问题，但煤气确实不适合用作运输动力燃料。而液体燃料——主要是指石油及其精炼制品——却克服了煤气的弱点。（波斯坦等，2002）483此后，戴姆勒、本茨（Karl Benz，1844—1929）和狄塞尔等人成功地将液体燃料引入内燃机。

戴姆勒于1880年离开道依茨公司，在斯图加特购置了一处地产，将其中一处小花园改造成车间。此后不久，迈巴赫也来到这里，他们着手研究如何更好地驱动奥托内燃机。经过长时间探索，他们将目光投向石油的副产品上，比如润滑油、煤油和当时只能在药店买到的汽油。1885年，他们制造了一台0.246升的卧式汽油内燃机，它的独特之处在于新安装的汽化器可以使汽油与空气混合而成为内燃机燃料。同年稍晚些时候，他们又制造了一台更大的立式汽油内燃机。因为戴姆勒认为它的样子像一台老式摆钟，所以就给它取名为“老爷钟”（Standuhr）。还是在1885年，戴姆勒将一个小尺寸的汽油内燃机创造性地安装到一辆木质自行车上，世界上第一辆摩托车就此问世了。戴姆勒曾驾驶着这辆名为“骑车”（Reitwagen）的摩托车以每小时12千米的速度沿着内卡尔河（Neckar）行驶了3千米。（Georgano，1990）913

1886年，戴姆勒和迈巴赫将一台“老爷钟”内燃机安装到一辆马车上，它的速度达到每小时16千米，这是世界上首辆由内燃机驱动的四轮交通工具。1889年，戴姆勒和迈巴赫又制造出一辆汽车，迈巴赫在这辆车上安装了四速齿轮传动装置，从此滑动齿轮系统正式引入到汽车制造中。戴姆勒希望他的内燃机能够发挥更大的作用，为此他先后试着将内燃机安装到船、有轨电车、手推车以及气球上。(www.zuozong.com)

1890年，戴姆勒内燃机公司（Daimler Motoren Gesellschaft，DMG）成立，迈巴赫担任总设计师。戴姆勒公司主要为陆地、水上及航空运输提供小型高速内燃机，这一理念也体现在戴姆勒为公司设计的三叉戟标志上。迈巴赫不愧为一位卓越的工程师，他发明了蜂窝式散热器、喷嘴化油器、菲尼克斯（Phoenix）式内燃机、四缸汽车内燃机，并对传动系统进行了改进。1900年，迈巴赫设计了一辆具有里程碑式意义的汽车——梅赛德斯（Mercedes 35 hp），这是第一辆现代意义上的汽车，它的长轴距、流线型轮廓、蜂窝式散热器、低发动机罩、定位板式换挡装置、斜置转向系统、尺寸相同的前后车轮以及轻量化等特点成为此后汽车工程设计的标杆。

当时，戴姆勒公司的主要竞争对手是成立于1883年的奔驰公司（Benz & Company Rheinische Gasmotoren-Fabrik）。奔驰公司的主要创始人本茨是最早从事两冲程内燃机研究的工程师之一，他早在1879年就获得了两冲程内燃机的发明专利，此后又陆续获得加速器系统、电池打火系统、火花塞、汽化器、离合器、变速挡和水散热器的专利。1885年，奔驰公司制造出一辆三轮汽车。1886年，本茨取得了“用汽油作为燃料的汽车”的专利权。此后，他改用戴姆勒公司生产的内燃机制造和出售奔驰汽车。作为世界上第一个销售汽车的人，他的首批25辆汽车的市场反应并不好。这不仅是因为当时只有到药店才能买到汽油，而且这种汽车在上坡时需要人推。1894年，奔驰公司成功推出改进的维罗（Velo）型汽车，该车总共售出1200辆，这在当时是个庞大的数字，维罗型汽车算得上是第一款大量生产的汽车。

奔驰公司和戴姆勒公司在一战期间都获得了较大发展。一战后，德国的经济持续衰退。1923年，奔驰公司生产了1382辆汽车，而戴姆勒公司仅生产了1020辆。1926年，两家公司合并为戴姆勒-奔驰公司（Daimler-Benz AG），主要生产梅塞德斯-奔驰汽车，汽车标牌采用戴姆勒公司的三叉戟标志。

3.狄塞尔与柴油内燃机

德国工程师狄塞尔很早便试图改变奥托内燃机使用煤气作为燃料的缺陷。他在实验中完全舍去奥托内燃机中简陋的点火系统，通过提高内燃机的压缩比，靠压缩空气发热，喷入燃料后自燃做功。但狄塞尔必须解决燃料问题，汽油虽然容易点燃但却不适应具有很高的压缩比的压燃式内燃机。一旦把汽油雾化喷入含有高温、高压空气的燃烧室，就会发生猛烈的敲缸，甚至爆炸。后来狄塞尔选用植物油（花生油）作为燃料，但植物油点火性能不佳，燃烧不稳定，成本也太高。最终，狄塞尔将燃料锁定在石油裂解产物中一直未被重视的柴油上。相对于汽油而言，柴油性质非常稳定，比较难于点燃，在高压缩比情况下，柴油也不会出现爆震，这恰恰适合压燃式内燃机。

1892年，狄塞尔终于成功试制了一台柴油内燃机，它用气缸吸入纯空气，再用活塞强力压缩使空气体积缩小到原来的1/15左右，温度上升到500—700摄氏度，然后把雾状柴油喷入气缸与高温纯空气混合。由于这时气缸已经有了较高的温度，因而柴油喷入后会自行燃烧做功。由于狄塞尔内燃机功率大，油耗低，可使用劣质燃油，因此显示出良好的发展前景。1893年，狄塞尔开始与当时著名的机械制造商曼公司（MAN AG）的工程技术人员合作，准备将柴油内燃机进行商业化生产。1897年，曼公司（奥格斯堡机械工厂）制造出世界上第一台柴油内燃机。1899年，克虏伯公司和瑞士的苏尔寿公司（Sulzer Ltd.）开始获得专利许可生产柴油内燃机。第一艘装备柴油内燃机的船只出现在1903年。一战后，曼公司开始制造车辆用柴油内燃机。1924年，在柏林汽车展览会上，曼公司展示了世界上第一台装备柴油内燃机的卡车。不久以后，博世公司（Robert Bosch GmbH）开始生产标准泵喷油器，这为将柴油内燃机安装到轿车上创造了必要条件。实验证明，柴油内燃机更适合需要强大动力的重型机械和装甲车辆。曼公司除了生产车用柴油机以外，还研发了袖珍战列舰以及潜艇用的柴油内燃机。曼公司与莱茵钢铁公司（Rheinmetall AG）联合生产的豹式坦克（Panzerkampfwagen V“Panther”）也使用柴油内燃机。

德国的人口从1890年的4900万猛增到1919年的6600万，成为仅次于俄国的欧洲第二人口大国。它的煤产量从1890年的8900万吨上升到1914年的2.77亿吨，只落后于英国的2.92亿吨，但远远领先于奥匈帝国的4700万吨、法国的4000万吨和俄国的3600万吨。钢的产量更加惊人，1914年，德国有1760万吨的产量，比英、法、俄三国的产量总和还多。更引人注目的是德国在电力、光学和化学等新兴工业中所取得的成就。像西门子和通用这样的电气公司雇用着14.2万名工人，它们控制着欧洲的电力工业。以巴斯夫和拜耳为首的化学公司生产了世界工业染料的90%。德国在世界制造业中所占的份额（14.8%）高于英国（13.6%），是法国的1.5倍（6.1%）。从1890年到1913年，德国出口总额增加了2倍，已接近世界头号出口大国——英国。（肯尼迪，2006）长期以来，英国是德国最大的贸易伙伴，德国对英国贸易中商品结构的改变可以清晰地说明德国工业能力的提升。1870年，德国输往英国的产品中仅39.7%为工业品，原料和食品类却分别达到34.7%和25.6%。到1913年，德国出口英国的产品中工业品已占70.8%，而原料和食品类分别下降到20.4%和8.8%。（Kennedy，1980）一战前的德国已成为欧洲经济的动力源泉。