ما الذي جرى قبل محرك بنز؟

مرّت مركبة كارل بنز ذات المحرك Patent-Motorwagen عام 1886 إلى التاريخ كنقطة ميلاد السيارة، لكن الطريق إلى ذلك المحرك الأسطوري كان حكاية كاملة من العزيمة والتجريب. فبدون مركبة دي ريفاز الهيدروجينية عام 1806، وصعود صمويل براون للتلة عام 1826، ومركبة لينوار Hippomobile، ودورة أوتو رباعية الأشواط، لم يكن محرك بنز البنزيني سيأتي أبداً. هذه هي حكاية تلك السلسلة من البداية إلى النهاية.

كيف وُلدت فكرة دفع المكبس بالانفجار؟

كانت الآلات البخارية في مطلع القرن التاسع عشر في كل مكان: تدير المصانع والسفن، بل وأول المركبات البرية أيضاً. لكن ثمة مشكلة واحدة - مرجل البخار كان ثقيلاً واستغرق تسخينه ساعات. فماذا لو احترق الوقود داخل الأسطوانة نفسها بدلاً من المرجل الخارجي؟ من هذا السؤال تحديداً وُلدت فكرة محرك الاحتراق الداخلي. أي نقل النار إلى المحرك ذاته، وكأنك بدلاً من وضع القدر على الموقد، تضع الموقد تحت القدر.

أول من نفّذ هذه الفكرة بجدية كان ضابط المدفعية فرانسوا إسحاق دي ريفاز. فبالنسبة لشخص قادم من عالم الأسلحة والبارود، لم يكن التفكير في أن الانفجار قادر على دفع المكبس أمراً عسيراً؛ فالمدفع يعمل على ذلك أصلاً. ركّب في عام 1807 المحرك الذي كان يعمل عليه منذ 1804 في مركبة، وسافت أول مركبة بمحرك احتراق داخلي في التاريخ مسافة قصيرة.

هيدروجين في منطاد وشرارة في بطارية فولتا

كان محرك دي ريفاز يضم من وجهة نظر اليوم مفاهيم حديثة إلى حد مذهل: الهيدروجين كوقود، وشرارة كهربائية للاشتعال. كان خليط الهيدروجين والأكسجين يُخزَّن في منطاد، وتشعل بطارية فولتا الشرارة، فينطلق المكبس إلى الأعلى. أما ما بعده فكان شاقاً ميكانيكياً: كانت الصمامات تُفتح وتُغلق يدوياً، إذ لم تكن هناك آلية توقيت. وكان المكبس النازل يدير العجلات عبر نظام بكرة مسننة.

حصل هذا المخترع السويسري من أصل فرنسي في 30 يناير 1807 في باريس على براءة اختراعه رقم 731 حصل على براءة اختراعه وسجّلها أيضاً في كانتون فاليه. وواصل التطوير كمهندس مهووس، وفي عام 1813 أنتج آلة ضخمة: طولها ستة أمتار، وعجلاتها قطرها متران، ووزنها حوالي طن واحد . سافت في فيفي مسافة 26 متراً على طريق بميل 9% محمّلة بـ300 كيلوغرام وأربعة ركاب - وكانت سرعتها 3 كم/س . كانت تتقدم في كل شوط بـ4-6 أمتار فقط؛ يصعب ألا تقول: لو نهضت ومشيت لسبقتها.

والأسوأ من ذلك أن أحداً لم يأخذه على محمل الجد. كانت الأوساط العلمية في ذلك الوقت تجادل بأن محرك الاحتراق الداخلي لن يتجاوز المحرك البخاري أبداً. لقد أثبت التاريخ من كان محقاً، لكن الأمر احتاج نصف قرن. ملاحظة: في العام نفسه، 1807، حصل إخوة نييبس على براءة اختراع لمحرك Pyreolophore القادر على تحريك قارب بjet الماء - وما هو التصميم الأول فعلاً ما زال موضع نقاش حتى اليوم.

صامويل براون والعناد في مواجهة المنحدر: محرك الغاز عام 1826

جأت الخطوة التالية من إنجلترا. حصل المهندس صامويل براون على براءة اختراع لمحرك الاحتراق الداخلي في 4 ديسمبر 1823. وكان نهجه مختلفاً عن ريفاز: فقد كيّف محركاً بخارياً قديماً من طراز Newcomen ليحرق الغاز. كان محركه يعمل بالهيدروجين ويستخدم غرف احتراق منفصلة؛ وكان في الواقع تصميماً من نوع الغاز-التفريغ يعتمد إلى حد ما على التفريغ.

كان عرض براون من أجرأ الحملات التسويقية في تاريخ المحركات. في 27 مايو 1826 ركّب محركه على عربة وصعد بمنحدر Shooter's Hill في لندن صعوداً. ورغم أنه قد يبدو اليوم كأن أحداً التقط صورة لسيارة وتوقف على التل، إلا أنه كان أداءً بلا مثيل في ذلك العصر. ومع ذلك لا تُعتبر مركبة براون سيارة عملية - بل كان عرضاً ومحاولة إثبات. لكن الإثبات اكتمل: عندما يقع الاحتراق داخل الأسطوانة، تستطيع المركبة التحرك فعلاً.

إتيان لينوار: أول نجاح تجاري وHippomobile

من هنا تبدأ الأمور في الجدّية. أنشأ المهندس البلجيكي-الفرنسي إتيان لينوار، بالمحرك الذي طوره بين 1858 و1860، أول محرك احتراق داخلي حقق نجاحاً تجارياً. كان محرك غاز ثنائي الشوط دون ضغط ويشتعل بشمعة الإشعال، وصار عام 1860 هو العام الذي ذُكر فيه محرك لينوار بوصفه أول محرك احتراق داخلي. كان هناك طلب حقيقي على هذه المحركات في باريس؛ حتى عام 1865 بِيع نحو 143 محركاً، وبعض الحسابات ترفع العدد الإجمالي المبيع مع المحركات غير المخصصة للمركبات إلى 350-400 - وسبب الفرق هو ما يُحتسب: محركات المركبات أم كل محركات غاز لينوار.

لكن ما سجّل اسم لينوار في التاريخ لم يكن المحرك بل المركبة التي رُكب عليها. في عام 1863 قدّم Hippomobile: مركبة ثلاثية العجلات تحمل محركها الخاص. كان محركه أحادي الأسطوانة، 2543 سم مكعب سعته، وبقوة 1,5 حصان فقط. في النسخة الأولى كان الوقود هو الهيدروجين المنتج بالتحليل الكهربائي للماء؛ ثم انتُقل إلى وقود مشتق من البترول وأُضيف كربوريتر بدائي. ويُعتبر حتى من قبل البعض، وإن كان بشكل مثير للجدل، أول سيارة. وفي الوقت نفسه يشكّل تغيير الوقود مفارقة طريفة: فكرة أول مركبة هيدروجينية تعود إلى عام 1806، ثم يعود لينوار لاحقاً إلى وقود البنزين، واليوم يُتحدث مجدداً عن محركات الهيدروجين - التاريخ يرسم أحياناً دائرة كاملة.

أما المشكلة فكانت واضحة منذ البداية: محرك لينوار كان غير كفوء. بسبب غياب الضغط، كان معظم الوقود يضيع هباءً، إذ كان يُهدر بمعدل يقارب النصف. فكّر هكذا: فكرة الاشتعال من الداخل كانت صحيحة، لكن لا بد من ضغط الخليط قبل الاشتعال - وإلا فإن الانفجار يبقى ضعيفاً. ومن سيجتاز هذا الحد كان قد بدأ العمل في الجانب الآخر، في كولونيا.

أوتو ولانغن: ثورة الكفاءة ودورة الأشواط الأربعة

في عام 1864 أسس نيكولاوس أوتو ويوجين لانغن في كولونيا شركة N. A. Otto & Co.، أول شركة محركات احتراق داخلي في العالم. وبعد ثلاث سنوات، في عام 1867، قدما محركهما الغوي الحرّ الحركة (ذو المكبس الحر). وكان منطق عمل هذا المحرك ذكيًا للغاية: يدفع الاحتراق المكبس إلى الأعلى، ثم أثناء نزوله يُستغل تأثير التفريغ لإنجاز الشغل. وقد حاز الجائزة الكبرى في المعرض العالمي بباريس عام 1867، ونال لقب أكثر المحركات الغازية كفاءة حتى ذلك الحين. كما كان أول محرك يدخل الإنتاج التسلسلي بنجاح - ولا يزال أحد إصداراته البالغة قدرتها نحو 0.5 حصان يعمل حتى اليوم، وهذا في حد ذاته انتصار هندسي.

لكن كان في ذهن أوتو فكرة أكبر. فقد صنع محركه الأول في عام 1861، وبحلول نهاية ذلك العام توصل إلى فكرة الدورة الرباعية الأشواط. وفي عام 1876 أنجز أخيرًا أول محرك احتراق داخلي يضغط الوقود - وهي دورة أوتو التي لا تزال تحمل اسمه حتى اليوم. ما الفرق؟ ضغط الخليط يضاعف قوة الانفجار. بتشبيه بسيط: كأنك بدلًا من نفخ بالون قليلًا وفرقغه، تنفخه حتى النهاية ثم تفرقعه. في الاختبارات الأولى تعطل المحرك بعد بضع دقائق، وتفككت الشراكة بين أوتو ولانغن، لكن الفكرة قد نجحت. وتُركت التصاميم القديمة غير الضاغطة سريعًا؛ وبت ذلك حلّت مشكلة انخفاض الكفاءة الممتدة منذ زمن لينوار.

ديلامار-دوبوتفيل: المحاولات المبكرة التي وصلت إلى أربع عجلات

بعد عام 1876 جاء دور تركيب هذا المحرك في مركبة بشكل سليم. صانع الفرنسي إدوار ديلامار-دوبوتفيل في عام 1881، بالاطلاع على أعمال لينوار وأتو، أول محرك احتراق داخلي رباعي الأشواط له. وفي عام 1883 طوّر مع ليون مالاندين محرك احتراق قائمًا على محرك أوتو رباعي الأشواط، وفي العام نفسه صمم مركبة تعمل بالبنزين بمحرك احتراق داخلي.

لم تسِر الأمور بسلاسة دائمًا: في المحاولة الأولى انقسمت السيارة إلى نصفين - نعم، حرفيًا. لكن هذا الثنائي يُذكر اليوم في فرنسا كمخترع أول سيارة بأربع عجلات. ويبيّن هذا مدى دقة جدالات الريادة: هناك فروق جوهرية بين الاسم والبراءة من جهة، وبين الخروج إلى النور والصلاحية للاستخدام من جهة أخرى.

الخطوة الأخيرة لبِنز نحو البراءة: 1886

قصة كارل بنز تبدأ في الواقع قبل سبع سنوات من عام 1886. كان أول محرك بنزين ثابت له محركًا أحادي الأسطوانة ثنائي الأشواط، واشتغل لأول مرة في ليلة رأس سنة 1879 وبالنسبة إلى كيفية نشأة فكرة البنزين، فالقصة يومية إلى حد الكمال: حين رأى بنز وعاءً من البنزين يشتعل بشرارة وهو ينظف قفازاته، فكّر أن هذا السائل المتطاير يمكن استخدامه كوقود. إذاً حادث مطبخي هو الذي وجد الوقود الذي أشعل عصر السيارات.

Benz Patent-Motorwagen لصالح في 29 يناير 1886 تقدّم طلب براءة اختراع لمركبة تعمل بمحرك غازي، وحصلت على البراءة. كان المحرك البنزيني أحادي الأسطوانة رباعي الأشواط ينتج نحو 0.55 كيلوواط (0.75 حصان)، وتبلغ السرعة القصوى 16 كم/س كان ذلك. الأرقام كانت ثورية مقارنة بسرعة de Rivaz البالغة 3 كم/س، لكنها ليست مبالغاً فيها بمعايير اليوم؛ القضية الحقيقية لم تكن السرعة، بل الجمع بين العناصر. هيكل خفيف، ومحرك قوي لكن صغير، ووقود قائم على البترول - وموازنة خرج المحرك مع الدوار. عندما اجتمعت كل هذه العوامل معاً، وُلدت أول سيارة قابلة للاستخدام. يعتبر معظم المؤرخين هذه البراءة اختراع ميلاد السيارة. وبعد فترة قصيرة انضم Gottlieb Daimler إلى المشهد؛ ويراه كثير من الناس أول من اخترع محرك الاحتراق الداخلي العملي، وفي عام 1889 اخترع محرك أحربع مرات ذا أسطوانتين على شكل V، واقتحم الطريق خطوة إضافية إلى الأمام.

ماذا نرى عند النظر إلى السلسلة كاملة؟

كل اسم كان حاملاً شيئاً ما: de Rivaz أدخل النار إلى الأسطوانة، وBrown أثبت أن الحركة ممكنة، وLenoir أظهر محركاً قابلاً للبيع، وأوتو حلّ مسألة الكفاءة، وDelamare-Deboutteville انتقل إلى العجلات الأربع، وBenz جمع كل ذلك داخل مركبة واحدة. كان كل واحد منهم سيفشل في غياب الآخرين - فحتى لو كان تاريخ البراءة يحمل اسم مخترع واحد، فإن ذلك المحرك كان في الحقيقة ثمرة جهد جماعي استمر ثمانين عاماً.

لهذا السبب، في المرة القادمة التي تُدير فيها مفتاح سيارة وتسمع صوت المحرك وهو يعمل، توقف لحظة وتأمل: ذلك الصوت هو الحلقة الأخيرة من قصة طويلة جداً بدأت في عام 1807 ببالون هيدروجين. أي خطوة في هذه السلسلة وجدتموها الأكثر جرأة؟ صديقي المفضل هو خطة Benz لاستخراج فكرة الوقود البنزيني من حادثة وعاء بنزين - لكن لا يجوز أيضاً ظلم سيارة de Rivاز الهيدروجينية التي لم تحظ بأي جدية.

المصادر

• محرك دي ريفاز
• صمويل براون (مهندس)
• صمويل براون (من برومبتون)
• أول سيارة | محركات براعتنا - جامعة هيوستن
• الهيبوموبيل (Hippomobile)
• إتيان لينوار
• ميلاد فكرة: إتيان لينوار ومحرك الاحتراق الداخلي
• محرك أوتو
• محرك أوتو-لانغن الجوي
• أوتو (1832) - Energy Kids
• رواد السيارة
• ديلامار-ديبوتفيل
• سيارة بنز ذات البراءة
• نسخة مكررة من بنز باتنت موتورفاجن عام 1886
• بنز باتنت-موتورفاجن
• تاريخ السيارة - محركات البنزين