内燃机的回归

内燃机的故事体现了一项创新通常所具有的特性：以失败为特征的漫长且久远的史前史，以可承受性的改善（其特征是同时申请专利和展开竞争）为标志的短暂的时期，以及以反复试验为特征的演进式改善的后续故事。1870年，一个法籍瑞士火炮军官不仅取得了专利，而且还建造了一台可以通过爆炸来产生运动的机器。艾萨克·德·里瓦兹（Isaac de Rivaz）建造了一个轮式“手推车”，它上面安装了一个立式气缸，气缸里装有混合的氢气和氧气，并且通过电火花点火引爆。在爆炸让活塞返回原来的位置之前，下降的气缸产生的重量通过滑轮系统驱动着手推车前进。就像7年后所建造的一个更大的气缸一样，它真的有效，但是却不能指望它跟蒸汽机车抗衡。

1860年，也就是宾夕法尼亚州第一口油井塌陷1年后，让·约瑟夫·艾蒂安·勒努瓦（Jean Joseph Étienne Lenoir）设计了一款用汽油驱动的内燃机并取得了专利，到1863年，他建造了一台转速非常慢的内燃机，它用了3个小时的时间才在巴黎郊外走了9000米。它被称为马拉车，是安装在一台三轮车上的货车。它效率极其低下，主要是因为在气缸中没有对空气进行压缩。

随后两次失败接踵而至。产生蒸汽的外燃机仍然是运输领域的主导，显然它很快就会拿下公路和铁路。到19世纪80年代，制造和出售蒸汽汽车的公司在美国和欧洲如雨后春笋般涌现出来，因为在即将来临的这个新的世纪，汽车市场中对蒸汽主导地位的主要威胁似乎可能来自刚刚出炉的电动汽车。1896年上市的斯坦利蒸汽车（Stanley Steamer）是最畅销的，并且在10年后创造了每小时127英里的全世界最快行驶速度。然而就在几年的时间里，内燃机这个不被看好的东西把专家们挑落马下，并且征服了一切。蒸汽汽车和电动汽车被载入史册。

内燃机背后的核心发明是压缩和点火的奥托循环，它共有四步。首先是燃料和空气进入气缸，其次是活塞压缩空气和燃料的混合物，再次是点火驱动动力冲程，最后是活塞排出燃烧后产生的气体。尼古拉斯·奥托（Nikolaus Otto）是一个杂货推销员，在对勒努瓦的蒸汽机尝试加以改进16年后，他于1876年想到了这种设计。一路上，他高歌猛进，制造和销售固定式发动机，扩张了他的公司——道依茨（Deutz）公司，至今仍是一个顶尖的发动机制造商。

虽然奥托卖了很多台发动机，但是他对研发汽车不感兴趣，所以他的两个员工戈特利布·戴姆勒（Gottlieb Daimler）和威廉·迈巴赫（Wilhelm Maybach）离开了他，并且开始为汽车制造汽油发动机。在19世纪80年代，法国、英国和其他地方的很多人也贡献了自己的发明，但卡尔·本茨（Karl Benz）是第一个在1886年批量生产一辆整车的人。本茨是一个生活在德国南部的非常有天赋的工程师，在一个前店后厂的自行车商店工作，他设计了一个三轮车（更像是一辆自行车而非马车）。根据他家族的传说，1888年，本茨的妻子贝尔莎（Bertha）在没有知会本茨的情况下把车开了出去，她把他们的两个儿子放到了车上，非常缓慢地从曼海姆（Mannheim）一路开到了普福尔茨海姆（Pforzheim），沿途补充的燃料是从药店买来的汽油，这段路程全程将近100公里。到1894年，本茨已经卖出了100多辆奔驰汽车（Motorwagen）。

同时，迈巴赫和戴姆勒都各自独立地完善了四冲程发动机，其速度要比本茨的快很多，也能提供更大的动力。在法国，埃米尔·勒瓦索（émile Levassor）获得了制造戴姆勒发动机的许可，并且迅速地开始了在汽车设计上的创新，其中包括前置发动机以及散热器，戴姆勒反过来又仿效了勒瓦索的设计。

1900年，迈巴赫与戈特利布·戴姆勒的儿子保罗·戴姆勒（Paul Daimler）发布了一款汽车，这为汽车行业确立了从此以后开始遵循的设计标准。戈特利布·戴姆勒也于当年去世。这款原型车是专门为生活在尼斯的富有的匈牙利赛车手埃米尔·耶利内克（Emil Jellinek）制造的。这款车是以耶利内克的女儿的小名命名的，叫作梅赛德斯35hp。它看上去不再是马车和自行车后面放置的一个蒸汽机的产物了。为了防止翻车，迈巴赫让它变得更宽、更低，并且降低了重心。它有一个首次安装在前轴不锈钢底盘上的铝合金引擎，还装有获得了专利的蜂巢状水冷散热器以及阀门齿轮箱。1901年，这款车帮助耶利内克在尼斯得到了比赛的冠军，因而每个人都想订购这款车，在接下来的几年里，位于斯图加特的汽车制造厂全力以赴地生产这款汽车。

不过，耶利内克的这段插曲提醒着人们，就像计算器、移动电话和其他很多创新的早期岁月一样，在汽车行业的早期岁月里，发明者认为他们是在为中上阶层生产一种奢侈品。一个来自底特律的农民的儿子把汽车从一种奢侈品的发明变成了每个人都可以享受的创新，它成为普通人也可以买得起的一种有用之物。亨利·福特（Henry Ford）彻底改变了1908年之后的这个行业，使蒸汽汽车和电动汽车成为历史，并且让汽车成为普通大众触手可及的东西，从而在很多方面对人类的行为方式产生了深远的影响，就像蒸汽机是19世纪的代表性技术一样，汽车而不是飞机成为20世纪的代表性技术。

在开始的时候，古怪又专一的福特看起来还是一个与汽车毫不相关的落选之人。他在技术上并没有开发出什么新东西。他两度创立汽车公司，都以失败告终，因为他仅仅是试图效仿昂贵的德国和法国的设计款式。他放弃了第一个公司，又被第二个公司解雇了。他的第三次尝试是一个被称为A型车的不起眼的设计，这几乎让他倾家荡产，但卖掉的汽车数量刚好可以让他维持下去。不过在成本控制方面，他绝对是一个天才，随后他开始生产比市场上绝大多数汽车都更简单、且相对便宜的汽车，而且随着大规模量产，价格变得更加便宜。T型车，也就是著名的“廉价小汽车”（Tin Lizzie）足够结实耐用且可靠，对于需要前往城里的中西部农民来说是极具吸引力的。到1909年，福特汽车销售的速度与工厂能够生产的速度相当，而且他有着更远大的志向。因为铺好的公路很少，所以汽车的主要竞争对手仍然是马匹。福特公司在它的一则广告中说到，“拉着家用马车的老驽马的体重超过一辆福特汽车的重量。但是它的力量只有一辆福特汽车的1/20，速度既没有汽车快，也没有汽车走得远，维护成本更高，几乎和买一辆车差不多了”。

是谁发明了利用内燃机来驱动汽车？与蒸汽机和（我在本书后面会提到的）电脑一样，这没有简单的答案。福特让它变得无处不在又便宜；迈巴赫为它提供了它所有让人熟悉的特性；勒瓦索做出了关键性的转变；戴姆勒让它恰当地运转起来；本茨让它靠汽油运转；奥托设计了发动机的循环；勒努瓦制造了第一个粗糙的版本；德·里瓦兹预示着它的前景。然而，即便是这么复杂的历史还是遗漏了很多其他人的名字，詹姆斯·阿特金森（James Atkinson）、爱德华·巴特勒（Edward Butler）、鲁道夫·狄赛尔（Rudolf Diesel）、阿尔芒·标致（Armand Peugeot）以及更多、更多。创新不是一种个别的现象，而是一种集体的、渐进的和混杂的网状现象。

内燃机的成功主要是热力学上的成功。瓦科拉夫·斯米尔（Vaclav Smil）指出，关键指标是克每瓦（g/W），生产特定数量的能量需要用掉多少物质。人类和役畜大概需要1000g/W；蒸汽引擎把这个数值降到了100g/W。梅赛德斯35hp更接近于8.5g/W，福特T型车只有5g/W。而且成本还在持续下降。在1913年，一个工资达到平均水平的美国人要想买一辆T型车，他需要工作2625个小时。到2013年，就平均工资来说，这个人只需要工作501个小时（或者说是以往时长的18%）就能够买得起一辆配有安全带、气囊、侧窗玻璃、后视镜、供热系统、速度表和挡风玻璃雨刷的福特嘉年华了，而这些配置都是T型车所没有的。