理论教育 柴油发动机:经济高效、环保首选的动力来源

柴油发动机:经济高效、环保首选的动力来源

时间:2023-07-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于这个问题,至少有两个人值得怀疑,阴谋论的说法并非完全没有根据,反过来还有助于我们理解1892年狄塞耳发明柴油发动机的经济意义。今天,最好的柴油发动机效率是50%。除了使用比汽油精炼程度更低的柴油外,柴油发动机释放的烟雾更少,所以不太可能引起爆炸。相比小汽车,柴油发动机更广泛应用在重型运输车上。

柴油发动机:经济高效、环保首选的动力来源

晚上10点,鲁道夫·狄塞耳吃完晚饭后刚回到他在德累斯顿轮船的小卧室里休息。德累斯顿号此时正从比利时穿过英吉利海峡。他把睡衣放在床上,但狄塞耳并没有换上睡衣。身为发动机的发明人,狄塞耳在他制造的发动机上刻上了自己的名字。面对沉重的债务以及即将到期的巨额利息,他一直处在揪心和惶恐当中,他根本还不起这笔债务。1913年9月29日,他在日记中标下预示不祥兆头的符号“X”。

在这趟旅途之前,狄塞耳已经收集了他可用的现金,并把它连同他的文件胡乱地塞进袋子里。他将袋子给了他的妻子,告诉她一个星期过后才能打开袋子;他妻子似乎没怎么怀疑他的嘱咐。狄塞耳走出了他的小屋。他把外套折叠起来,然后将它整齐地放在轮船的甲板上。他仰头望着桅杆,然后低头看着轮船下方翻滚的黑色漩涡,继而跳了下去。

他要干吗?虽然关于鲁道夫·狄塞耳最后时光的描述有多个版本,但以上的描述似乎是最令人信服的,不过这样的描述仍然是个猜测。阴谋论者们猜测狄塞耳被劫持了。但是谁可能对贫穷发明家的死亡感兴趣?对于这个问题,至少有两个人值得怀疑,阴谋论的说法并非完全没有根据,反过来还有助于我们理解1892年狄塞耳发明柴油发动机的经济意义。

让我们再了解一下相关事件的背景。1872年,其时产业经济的状况是,蒸汽仍然为火车和工厂提供动力,而城市的交通离不开马。那年秋天,马流感使美国的城市交通陷入瘫痪。杂货店的货架上空空无物,酒吧里啤酒桶空空如也,垃圾堆得满大街都是。一个50万人口的城市需要10万匹马维持城市的运转,每一匹马每天至少要拉走35磅(15.88千克)的粪肥和1加仑(3.79升)的尿液。如果有一台能买得起的、可靠的小型发动机代替马的劳力,那绝对是天赐之物。

蒸汽机便是这样一个备选之物,其时以蒸汽为动力的汽车性能不错。另一备选之物是内燃机,早期的内燃机以汽油、天然气甚至是火药燃料。在鲁道夫·狄塞耳还是一名学生时,这两种引擎的效率都很低,它们只能将大约10%的热量转化为有用功

慕尼黑皇家巴伐利亚理工学院的热力学演讲改变了狄塞耳这位年轻人的人生轨迹,该讲座探讨了发动机效率极限的理论问题。对比讲座中热能定率标准,实践中10%的效率看起来非常低,狄塞耳对如何使发动机尽可能接近100%的效率目标一直痴迷地进行研究。当然,在实践中实现100%效率是不可能的——但是他第一台发动机的效率却超过了25%,是当时最先进发动机效率的两倍。今天,最好的柴油发动机效率是50%。

汽油发动机压缩燃料和空气的混合物,然后使用火花塞点燃它们。但压缩混合物太多,可能会过早自燃,导致发动机爆震不稳定。而柴油机仅靠压缩空气来避免这个问题,更重要的是使空气足够热,以便在喷射燃料时点燃燃料。这使得发动机效率更高,压缩的程度越高,所需燃料越少。任何研究购买汽车的人都会熟悉柴油发动机性价比的平衡——它们往往购买成本更高,但运行起来更经济。

不幸的是,狄塞耳发动机的早期型号可靠性不足,削弱了它的效率优势。客户接二连三地向他投诉产品质量的问题,要求退货退款。面对这样的诉求,这位发动机的发明家陷入他无法逃脱的资金黑洞。具有讽刺意味的是,现代经济中最直接、实用的机器之一的发明者是因为鼓舞人心的演讲而不是出于赚钱的目的而研发发动机的,这样也好,因为他没怎么赚到钱。

不过,狄塞耳一直在琢磨如何提高发动机的性能,并且发动机的性能一直在变好,其他优势变得更加明显。柴油发动机可以使用比汽油发动机更重的燃料——特别是被称为“柴油”的较重燃料。除了使用比汽油精炼程度更低的柴油外,柴油发动机释放的烟雾更少,所以不太可能引起爆炸。这使得它对军事运输特别有吸引力,毕竟,谁也不想让炸弹意外地爆炸。到了1904年,狄塞耳已经将发动机安装到法国的潜艇上。

这使我们想到有关鲁道夫·狄塞耳死亡的第一个阴谋论。1913年的欧洲,战争的阴影正在加快逼近,囊中羞涩的德国人正前往伦敦索求经济援助。一家报纸头条肆意推测“发明家投海自杀以停止向英国政府出售专利”。(www.daowen.com)

在第一次世界大战结束之后,狄塞耳的发明才真正开始实现其商业潜力。相比小汽车,柴油发动机更广泛应用在重型运输车上。第一台柴油车出现于20世纪20年代,在20世纪30年代首次出现了柴油火车;到了1939年,装配柴油发动机的船舶运载了全球1/4的海洋货物。第二次世界大战后,随着柴油发动机的动力越来越强劲、效率越来越高,越来越多大船装配柴油发动机。从这个意义上来说,狄塞耳发明了全球贸易的引擎。

燃料占世界货物运输成本的70%左右。由此我们可以看到为什么科学家瓦茨拉夫·斯米尔(Vaclav Smil)认为,如果全球化是由蒸汽而不是柴油所驱动,那么贸易增长的速度要慢得多。

经济学家布莱恩·阿瑟(Brian Arthur)对此并不十分赞同。阿瑟认为内燃机在20世纪的兴起只是“路径依赖”的一个例子,这是一个自我加强的循环;在这个循环当中,以现有的投资和基础设施为基础,我们会以某种方式按部就班地做事;要是我们从头开始,以不同的方式去做,也会陷入路径依赖的循环当中。阿瑟在1914年晚些时候认为,蒸汽至少可以与原油一样为汽车提供动力——但石油行业的日益增长确保了人们投入内燃机改进的资金要比蒸汽机更多。如果对两者的研究与开发投入同等的资金,谁也无从知道技术突破会在哪里发生;也许今天的我们会在未来开下一代蒸汽动力的汽车。

或者,如果鲁道夫·狄塞耳随心所欲,也许全球经济将会靠花生来运转。

狄塞耳的名字已经成为原油衍生物的代名词,但他设计的发动机,可以使用煤粉到植物油等各种燃料。1900年,在巴黎世博会上,他展示了一种以花生油为燃料的发动机模型。几年过去了,他成了这项事业的福音传道者。在1912年,他去世前一年,狄塞耳预测植物油将成为与石油产品具有同等地位的重要燃料。

如此看来,花生农场主要比油田的所有者拥有更为诱人的前景,而这样美好的前景随着鲁道夫·狄塞耳的死亡而消失了。因此,第二个阴谋论在当时报纸以轰动性的标题“石油信托巨头的代理人是杀人凶手”发表头条文章,引发了人们广泛的臆测。

最近生物柴油又被重新提起。生物柴油的污染要比石油的污染少,但人们对它仍有些争议——它与农业存在竞争关系,会推高食品的价格。在鲁道夫的柴油时代,这不是一个令人担忧的问题,因为当时人口少得多,气候更可以预测。而令他很兴奋的是,他的发动机可以帮助发展农业经济,帮助穷人脱贫。今天世界看起来有多不同,如果过去一百年里最宝贵的土地不位于可以钻探石油的地方,而是在可以种植花生的地方,那么如今的世界又会有一番什么样的景象?

我们现在只能猜测——就像我们永远不会知道鲁道夫·狄塞耳经历了什么事情。当时他的尸体与另一艘船在水中漂泊,10天后才被发现,尸体解剖的惨况令人不忍直视;事实上,船员们也不愿将尸体放在船上运回去。他们从狄塞耳的夹克中取走了他的钱包、小刀和眼镜盒,狄塞耳的儿子后来证实这些东西确实是他的。而这位伟大发明家的尸体被船员抛回了大海

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