内燃机

存量创新阶段开启

发布时间:2025/3/28 10:53:50   
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当英国铁路投资逐渐落下帷幕,城市化(投资)拐点出现后,储蓄开始向利润单向转化,市场开始陷入自我弱化的自锁之中。在自锁的市场之中,创新开始由车间转变至实验室和垄断企业,创新的方向开始由“从无到”有转变为“从有到优”,创新服务的对象开始由大众需求变为小众需求,创新开始由增长创新变为存量创新。需求依然是创新的方向,但微量需求却无法催使技术走出实验室,技术更多充当贵族和有钱人奢侈的玩具。

年,英国人约瑟夫·威尔森·斯旺(JosephWilsonSwan)开始研究电灯。年,他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利,并开始在英国建立公司,在各家庭安装电灯。但显然这家公司服务的群体主要是贵族和富裕阶层,因此,并未形成大规模需求的拉动环境。以下是欧洲人在电力方面的技术创新成果。

年,英国化学家戴维将铂丝通电发光。

年,戴维发明了电烛,利用两根碳棒之间的电弧照明。

法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时,线路内就会有电流产生,这个效应叫电磁感应,发明了第一台发电机。

年,法国人毕克西发明了手摇式直流发电机,其原理是通过转动永磁体使磁通发生变化而在线圈中产生感应电动势,并把这种电动势以直流电压形式输出。

年,英国库克和惠斯通设计制造了第一个有线电报,且不断加以改进,发报速度不断提高。

年,亨利·戈培尔使用一根炭化的竹丝,放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持小时,但是并没有即时申请设计专利。

年,英国人约瑟夫·威尔森·斯旺(JosephWilsonSwan)开始研究电灯。

年,德国的西门子发明了自励式直流发电机。

年,比利时的格拉姆制成了环形电枢,发明了环形电枢发电机。这种发电机是用水力来转动发电机转子的,经过反复改进,于年得到了3.2KW的输出功率。

年,约瑟夫·威尔森·斯旺以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利,并开始在英国建立公司,在各家庭安装电灯。

年,加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气,以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明,于年把专利卖给托马斯·爱迪生。

年,法国人德普勒发现了远距离送电的方法。

欧洲人几乎准备好了所有通往电力时代的材料,但却无法率先进入电器时代,就如同法国人更早就知道可以制造出蒸汽机,却无法将蒸汽机量产一样。因为成熟的蒸汽机、煤气资源、健全的交通、健全的城市化设备让欧洲的领先变为包袱(负债),电力应用不能产生大量拉动微量的环境,只能产生微量拉动微量的创新,即高溢价、服务少数人的创新,这对社会效率的提升作用是微乎其微的。

从第二次工业革命(创新)另外一个重要商品,汽车-内燃机的角度看,欧洲人也同样准备好了所有技术,但在这一领域的增量创新依然是只开花不结果,我们先来看一下欧洲在内燃机和汽车领域的存量创新进程。

年,英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力,并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。年,英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。

19世纪中期,科学家完善了通过燃烧煤气,汽油和柴油等产生的热转化机械动力的理论,这为内燃机的发明奠定了基础。之后人们又提出过各种各样的内燃机方案,但在十九世纪中叶以前均未付诸实用。直到年,法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构,设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环,这台煤气机的热效率为4%左右。

英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩,随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用,并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。年,法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后,提出提高内燃机效率的要求,这就是最早的四冲程工作循环。

年,德国发明家奥托(Otto)运用罗沙的原理,创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦(4.4马力)的四冲程内燃机,仍以煤气为燃料,采用火焰点火,转速为.7转/分,压缩比为2.66,热效率达到14%,运转平稳。在当时,无论是功率还是热效率,它都是最高的。奥托内燃机获得推广,性能也在提高。年单机功率达到11~15千瓦(15~20马力),到年又提高到千瓦。由于压缩比的提高,热效率也随之增高,年热效率为15.5%,年已高达20~26%。年,英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机,并在巴黎博览会上展出。

随着石油的开发,比煤气易于运输携带的汽油和柴油引起了人们的注意,首先获得试用的是易于挥发的汽油。年,德国的戴姆勒(Daimler)创制成功第一台立式汽油机,它的特点是轻型和高速。当时其他内燃机的转速不超过转/分,它却一跃而达到转/分,特别适应交通动输机械的要求。~年,汽油机作为汽车动力运行成功,大大推动了汽车的发展。同时,汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高。不久汽油机又用作了小船的动力。

年,法国人N·J·居纽制造了用煤气燃烧产生蒸汽驱动的三轮汽车。但是这种车的时速仅4公里,而且每15分钟就要停车向锅炉加煤,非常麻烦。后来车在一次行进中撞到砖墙上,碰得支离破碎。

年,德国工程师卡尔·本茨(KarlBenz),首次试验成功一台二冲程试验性发动机。年10月,他创立了“本茨公司和莱茵煤气发动机厂”,年,他在曼海姆制成了第一辆本茨专利机动车,该车为三轮汽车,采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机,此车具备了现代汽车的一些基本特点,如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。年的1月29日,德国工程师卡尔·本茨为其机动车申请了专利。同年11月,卡尔·本茨的三轮机动车获得了德意志专利权。这就是公认的世界上第一辆现代汽车。由于上述原因,人们一般都把年作为汽车元年,也有些学者把卡尔·本茨制成第一辆三轮汽车之年(年),视为汽车诞生年。年,英国的巴特勒也发明了装有汽油发动机的汽车。此外,意大利的贝尔纳也发明了汽车,俄国的普奇洛夫和伏洛波夫两人发明了装有内燃机的汽车。所以,汽车并非独创,之所以将这一荣誉授予卡尔.本茨原因在于奔驰的成功。

年,德国工程师狄塞尔(Diesel)受面粉厂粉尘爆炸的启发,设想将吸入气缸的空气高度压缩,使其温度超过燃料的自燃温度,再用高压空气将燃料吹入气缸,使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机(柴油机)于年研制成功,为内燃机的发展开拓了新途径。狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环,以求获得最高的热效率,但实际上做到的是近似的等压燃烧,其热效率达26%。压缩点火式内燃机的问世,引起了世界机械业的极大兴趣,压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎。

年,本茨研制成功了性能先进的“维克托得亚”牌汽车。它采用本茨专利的3升发动机,方向盘安装在汽车中部。尽管该车性能先进,但由于价格高达马克(1英镑=5美元=2金马克),因而很少有人购买得起,成为公司的滞销品。这种在技术上为奔驰带来了极高荣誉的汽车,在经济上并没有给他多大的好处。后来本茨听从了商人的建议,于年开发生产了“便宜”的汽车(定价0马克)。这种“汽车”销路相对变好,在一年时间内就销出了辆。由于是世界上第一种批量生产的机动车,因而给奔驰带来了较高的利润。但这种汽车依然显然依然是贵族和富人的奢侈品。0金马克对大众来说依然是高不可攀的,所以,这种汽车只能成为贵族的奢侈品和蒸汽机的补充,基本未能走出奢侈品的阶段。高社会运行成本自锁了欧洲汽车进入福特模式的轨道。

需要我们认识的是:(1)汽车并非教科书所言是某人的发明,而是群体智力的结果,本茨只是在前人的基础上改进了汽车[马车车身加汽油机动力组合],否则,一个破产的小企业主,以老婆嫁妆和首饰为基础就可以凭空发明汽车显然是奇迹,但真实的创新并无奇迹,成熟的马车技术、蒸汽车、内燃机技术和其他机械装置是汽车的产生只是组装工作。(2)并非本茨本人不想生产满足大众需求的汽车,而是真实的客观是:在基本完成铁路投资之后,欧洲(旧大陆)的消费者基本只能解决温饱问题,并不具有和汽车消费对接的能力。因此,汽车这一开启下一阶段的创新产物在旧欧洲同样是只能开花,不能结果。这和蒸汽机在法国最先出现,却不能在法国结果是同样的原因。成熟市场,人们的净收入与生活支出之比呈现递减趋势(月光、月亏),消费能力被锁死,另一方面,企业的生产成本却不断上升,真正的供求是不能形成有效对接的。也就是说,市场创新并不允许在一个地区持续进行,领先地区完成一个阶段创新后,必然会进行存量创新阶段,存量创新的成果将为下一个地区创新创造所有技术储备和发展方向。

创新在地理上完成的一般规律:(1)先低成本,后高成本;在英法德俄四国四国中,英国的煤炭埋藏最浅,便于开采,又靠近海岸,易于运输,所以英国在煤炭的利用方面最早取得了突破性的发展。法国煤炭匮乏,水力资源开发较好,煤炭钢铁相对价格较高,煤炭资源主要依靠进口,高煤炭价格使关键创新技术难以走出实验室;德国的煤炭资源状况最好,不仅储量丰富,而且靠近它的传统工业区,所以德国统一后工业化最为迅猛,到第一次世界大战前,德国已经超过英法两国,成为欧洲最大的工业国。俄国的煤炭资源丰富,但不便于开采和运输,加上经济长期落后,工业化的起点很低,发展缓慢,直到铁路大规模的修建后经济才开始起飞,到两次世界大战期间,俄国的资源优势才终于体现出来,成为欧洲最大、世界第二大工业国。(2)先下游(平原),后上游(山区)。下游消费地人口数量更多,相对效率更高,发展速度更快,饱和时间更短,因此,(1)下游地区的饱和周期与上游地区的上升周期重合。(2)上游地区多山地,煤炭、矿石资源相对丰富;(3)上游地区土地产出有限,使人们更容易专注于某一领域生产;(4)上游对下游输出商品,满载顺流而下,能耗更低。(5)上游地区内部运输成本较高,有强烈的改进运输成本的要求。以上几个因素决定:内燃机汽车会最先出现在德国莱茵河上游地区。随着时间的积累,最终这些地区会将固有产业的技术推向极致,最终输出奢侈品,如米兰的时装、瑞士的钟表、莱茵河支流上的斯特加特的奔驰,多瑙河支流之上的慕尼黑的宝马。西欧是工业革命的中心,阿尔卑斯山脉两侧盛产奢侈品。这一逻辑同样适合于农业社会的创新,西湖的龙井、景德镇的陶瓷、云南的普洱、云南白药、贵州茅台都是在这一逻辑下发生的。



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