新的发动机

还有一项创新部分归功于德国高水平的技术教育和研究，那就是内燃机。^[6]然而，与工业化学一样，我们需要注意到内燃机的部分理论基础是在法国奠定的，尤其要归功于萨迪·卡诺（Sadi Carnot）。此外值得一提的法国人是艾蒂安·勒努瓦（Étienne Lenoir），他制造了一台实验性发动机。在德国，尼古拉斯·奥古斯特·奥托（Nikolaus August Otto）和尤金·兰根（Eugen Langen）于1864年开设了一家工厂，制造他们自己设计的燃气发动机。这些发动机以城市供应的公共煤气为燃料，用持续燃烧的小火苗来点火。它们适合那些需要比蒸汽机更小、更便宜的动力来源的作坊老板，在10年内售出了5000台。到1877年，奥托旗下公司的团队［当时包括戈特利布·戴姆勒（Gottlieb Daimler）和威廉·迈巴赫（Wilhem Maybach）］已经开发出了一种由燃气驱动的四冲程发动机，它更省钱、噪声更小，绰号无声奥托（Silent Otto）。同时，在1869年，克罗斯利（Crossley）兄弟公司购买了在英国制造奥托发动机的权利，到1900年就已经制造了成千上万台（图10.2）。与德国一样，这种燃气发动机通常由小企业使用，有时以发生炉煤气（producer gas）为燃料——这种煤气是由厂区的小型工厂以煤制成的。它们也被用来为没有公共电力供应的工厂和机构发电。但是，对煤气燃料的依赖仍被视为发展的局限和阻碍。

图10.2　奥托发明的那种燃气发动机正在驱动一个小型发电机（画面右侧装置）。该发动机有一个单缸（画面左侧装置），由克罗斯利兄弟公司于英国制造［摘自梅科克，《电灯原理与供电系统》，铁桥谷博物馆提供］(https://www.daowen.com)

为了替代煤气，奥托曾尝试用苯来做发动机的燃料。但实际上是戴姆勒和迈巴赫——他们在1880年与奥托决绝地分道扬镳——开发了第一个符合要求的使用液体燃料的内燃机，并于1883年获得专利。这种内燃机比奥托发动机每分钟150转的速度快得多，而更高的转速和液体燃料的使用使其更适用于运输业。在两年内，戈特利布·戴姆勒和卡尔·本茨各自独立制造了先驱性质的汽车。

与前文提到的化学和电力方面的创新相比，发动机方面的这些发展更依赖于车间里的实战经验，而非实验室的实验。不过，德国理工学院教授的机械工程理论以及热力学知识也是非常重要的——例如鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）就认为，他能发明发动机，要归功于他在慕尼黑理工学院的求学经历。1878年，他听说那里有一个关于卡诺定理（Carnot's theorem）的讲座，其中涉及发动机气缸中气体膨胀的理想条件。正如他后来所写的那样，在他完成剩下的课程并开始他的职业生涯时，这个关于理想条件的设想“始终跟随着我”。同时，他的工作还涉及对冰箱的研究。最终，在1893年，他带着“难以言喻的喜悦”想出了一个可以近似达到卡诺理想条件的可行的发动机方案，申请了专利并写了一篇关于该主题的论文。不久之后，他就职的奥格斯堡蒸汽机厂根据他的理念建造了第一台柴油机（diesel engine）。^[7]

技术史中的很大一部分被视为工业发展史，由经济史学家撰写，因此，我们特别注意以经济为目的的创新，其成功依赖于削减成本、提高生产效率和盈利能力。面对狄塞尔的发明时，人们也很容易落入此类认知的窠臼。在一次启发他思考这个问题的讲座中，他的老师曾说过，蒸汽机只能将“燃料热值的6%—10%”转化为有用的动力！因此，我们可以认为狄塞尔的动机是为了节省燃料和削减成本。当然，如果不是因为柴油机提供了足够的经济优势来说服奥格斯堡公司［后来的瑞士苏尔寿公司（Sulzer company），狄塞尔与该公司也有密切的联系］着手进行开发，我们可能永远都不会听说过有这种引擎。但是，如果这样就断定市场因素是鲁道夫·狄塞尔巧思的核心，那就大大误解了技术中创新思维的诞生过程了。狄塞尔自己写道，整整14年，他沉迷于这个理想的发动机循环的概念——“它支配着我的存在”，他心无旁骛，最终这个概念才开花结果，化为一个实用的发动机。这是被一个梦想慑住心神的人才能说出的话，而非仅仅认识到了什么市场机会。