大家都知道,柴油发动机大范围的应用于重型车辆、军用车辆、农业机械以及轨道机车等等,也有一些乘用车在使用这项技术。我们也可以用上柴油发动机,真心要感谢这一位德国汽车先驱,Rudolf Diesel(鲁道夫·狄赛尔)。
1858年3月18日,Rudolf Diesel出生于法国巴黎,在他的三个兄弟姐妹当中排行老二。Rudolf的父母均为德裔移民,父亲Théodor Diesel(西奥多·狄塞尔)只是一名装订师,母亲Elise Strobel(埃莉斯·史特博)原本是纽伦堡腰带制造商和服饰经销商的千金,但由于父亲在生意场的失败,家道中落的Elise只能以合伙人的身份来谋生。不过在丈夫Théodor创办小型皮革工坊之后,家里的日子总算是好了起来。
图:Théodor Diesel和Elise Strobel夫妻。他们两个在穷困潦倒的情况下依然抚养了3个孩子,不然我们也特别难看到现在的柴油发动机。
正当家庭逐渐走入正轨的时候,普法战争爆发,法国当局驱逐所有外国人,Diesel家庭被迫在1870年9月离开法国,前往英国伦敦。不过在来到伦敦几周之后,Théodor和Elise发现积蓄即将见底,为了减缓经济压力,两夫妻决定将Rudolf暂时送回德国,由Rudolf Diesel的姨父Christoph Barnickel和阿姨Barbara “Betty” Barnickel共同抚养。在奥格斯堡生活期间,Christoph将Rudolf送入自己就职的Königliche Kreis-Gewerbeschule Augsburg(奥格斯堡皇家贸易学校),12岁的Rudolf得以继续完成学业。
三年后,Rudolf以全班第一的成绩毕业,随后前往隔壁新开设的皇家工业学院(今奥德斯堡应用技术大学)进修。1875年,Rudolf从皇家工业学院毕业,前往慕尼黑高等工业学院继续进修。在校期间,Rudolf凭借优异的成绩,被AMIV(Akademischer Maschinen-Ingenieur-Verein,直译为学术机械工程师协会,为校内社团)吸纳为成员,并获得了学校颁发的奖学金。尽管父母希望Rudolf直接投入社会,但为儿子的前途,他们还是同意Rudolf入学,随后决定出售在法国的一切资产,来到慕尼黑与Rudolf团聚。
图:Rudolf的母校慕尼黑高等工业学院,今天这间学校已经变成了世界名校:慕尼黑工业大学(TMU)。
Rudolf在学校跟随恩师Carl von Linde(卡尔·冯·林德)学习制冷技术,还听了他的蒸汽机讲座,这次的讲座改变了Rudolf Diesel的医生。不过由于经常接触低温,Rudolf不幸患上了伤寒,没办法完成学业,von Linde便安排Rudolf前往位于瑞士的Sulzer AG(苏尔寿公司,瑞士跨国工业集团)实地学习冰淇淋机的制造。Rudolf不负众望,在学到了冰淇淋机的制造之后,回到慕尼黑工业学院补考,并以建校以来最好的成绩通过了考试,成功毕业。
图:Rudolf的恩师Carl von Linde(卡尔·冯·林德),是德国的制冷工业和低温技术先驱,同时也创办了Linde AG(林德集团,为全球最大的工业气体集团)。另外von Linde还把Rudolf Diesel介绍给Heinrich von Buz,这一点很重要,后面会提到。
毕业以后,Rudolf决定与恩师von Linde前往巴黎创立林德冰淇淋机工厂,次年Rudolf凭借自身努力,成为该工厂的厂长。在任职厂长期间,Rudolf会见了Maschinenfabrik Augsburg(奥格斯堡机械制造厂)的掌门人Heinrich von Buz(海因里希·冯·布兹),双方决定展开合作,建设透明冰淇淋瓶的测试设施。这些技术在1881年的9月和10月,分别通过了英国和法国的专利申请。
图:时任奥格斯堡机械制造厂掌门人的Heinrich von Buz(海因里希·冯·布兹,1833.9.17-1918.1.8)。在Heinrich的两次帮助下,Rudolf成功积累了制冷以及制造压燃式内燃机的经验。
正当事业丰收之时,Rudolf也迎来了美满的爱情。他在慕尼黑期间,结识了Martha Flasche(玛莎·弗拉什),并与之结婚。随后的日子里,Rudolf与Martha生下了3个孩子,分别是长子Rudolf Diesel Jr(小鲁道夫·狄塞尔)、女儿Heddy Diesel(海蒂·狄塞尔)以及次子Eugen Diesel(尤金·狄塞尔)。
图:Diesel一家的全家福。在这些小朋友当中,坐在右边的男孩是Rudolf Diesel Jr(小鲁道夫·狄塞尔),中间的男孩为Eugen Diesel(尤金·狄塞尔),两兄弟中间的女孩则是Heddy Diesel(海蒂·狄塞尔)。
1890年,Diesel一家前往柏林定居,Rudolf本人成为林德公司(Linde AG)研发部门的负责人。但由于公司不允许旗下所有员工将公司的发明弄为己用,所以Rudolf决定另外探索新领域。至于要进军什么领域,Rudolf想起了以前在慕尼黑工业学院期间,恩师Carl von Linde开展的讲座,这次讲座为学生们介绍了蒸汽机的热效率弊端,以及卡诺循环理论(Carnot Cycle)。想起这次讲座之后,Rudolf便开始了对卡诺循环理论以及发动机的研究。
图:蒸汽机属于外燃机,由于蒸汽进入气缸的时候,往往会在冷却过的气缸壁上冷凝,从而造成大量热量损失,所以当时的蒸汽机的热效率非常低,在5%左右。还有一点,卡诺循环只存在于理论当中,已经有点类似于永动机的原理,无法在现实当中付诸实践。
两年后,Rudolf完成了对卡诺循环理论的研究,并于次年(1893年)发表了一篇论文,名为《Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren》(取代现有蒸汽发动机和内燃机的合理内燃机理论设计),并由德国出版商Julius Springer(朱利叶斯·施普林格)出版。在这篇论文当中,Rudolf基于卡诺理论提出了定压加热循环原理(狄塞尔循环),成为现代柴油发动机的理论基础。该论文在随后获得了德国专利(DPR 67207)。但是在一年以后,Rudolf发现这篇论文有错误,随后开始修改论文,并重新申请专利。
在第一次实验中,由于Rudolf对压燃式内燃机结构强度的认识不足,气缸里面的零部件到处飞溅,排气管喷出滚滚浓烟,差点导致非常严重的伤亡事故。
但Rudolf认为爆炸这种“区区”小事,何足挂齿。过了一段时间以后,Rudolf开展了第二次新型发动机实验。在第二次实验中,Rudolf发现这次发动机能够运行1分钟左右,但由于运转时产生的温度过高,导致气缸融化,第二次实验宣告失败。
经历了4年的研发之后,第一台压燃式发动机终于诞生,这台发动机的总效率达到了26.7%,是蒸汽机的两倍以上。截至1898年,Rudolf Diesel已经在37个国家申请了141项专利,有很多工厂在发现了压燃式发动机的潜力之后,纷纷向Rudolf Diesel购买专利授权。最后Rudolf Diesel发明的压燃式发动机于1900年在巴黎世界博览会上亮相,获得了奥地利、法国、英格兰、苏格兰和美国等地公司的青睐,并与Rudolf签署了压燃式发动机的授权协议。通过专利许可,Rudolf赚到数百万美元,成功跻身上流社会,并成立了Dieselmotorenfabrik Augsburg(奥格斯堡狄塞尔发动机厂)。
图:在德意志博物馆展出的Motor 250/400压燃式内燃机。这款内燃机的缸径为250mm,冲程为400mm。峰值扭力为812N·m/154转,上限功率为17.8PS/154转。另外这个发动机在巴黎世博会展出期间,Rudolf采用花生油作为燃料。但那时候花生油的价格非常昂贵,很难与汽油发动机展开竞争,随后Rudolf发现了往常被人忽略的柴油,并且还发现使用柴油之后,无需任何修改,就可以让Motor 250/400平稳运行。
虽然Rudolf是个非常杰出的工程师,但他对商业运作基本一窍不通,在压燃式发动机尚未稳定运行的时候匆匆上架。这些发动机常常会出现问题,导致众多企业纷纷退货。这次Rudolf真的是伤透了心,明明是很有未来的产品,但由于自己的鲁莽,导致自己的名誉受损,甚至还让压燃式发动机在大众心目当中的形象受损,没有一个企业愿意使用自己的压燃式发动机。收入断了之后,Rudolf只能变卖自己的豪宅,回到早期穷困潦倒的状态。甚至还因为早期的过度劳累、专利纠纷等原因,Rudolf Diesel的身体健康情况开始变差。随后他便在1911年关闭了自己的发动机厂,并将手上所有专利全部抛售,不再继续研发。
1913年9月29日,55岁的Rudolf Diesel准备坐船前往伦敦参加会议以及伊普斯威奇柴油发动机工厂的落成典礼。但是在次日早上同伴准备叫醒Rudolf的时候,发现Rudolf失踪。10月10日,荷兰的船员在海上发现一具高度腐烂的男性遗体,但由于天气原因暂时无法打捞。3天后,Rudolf的小儿子Eugen前往警局辨认遗物,发现警局里这些遗物的确属于父亲。至于Rudolf的死亡动机,有人猜测是自寻短见,也有的人觉得Rudolf触及了石油公司的利益。但无论是什么原因,Rudolf真正的动机已经随着大西洋的洋流永远消失,成为了一个谜。
虽然Rudolf Diesel已经去世,但在后人的不懈努力之下,Rudolf Diesel的压燃式发动机终于成功大面积推广。后人为了纪念Rudolf Diesel,便以他的名字来为柴油和柴油发动机命名(Diese/Diesel Engine)。Rudolf Diesel在1978年被纳入了汽车名人堂(Automotive Hall of Fame),能够纳入汽车名人堂的伟人,我们自然也应该纪念他。