محرك أوتو

محرك أوتو هو محرك احتراق داخلي كبير ثابت أحادي الأسطوانة رباعي الأشواط ، صممه الألماني نيكولاس أوتو . كان محركًا منخفض السرعة، وكان يعمل فقط في شوط واحد من كل شوطين بسبب دورة أوتو ، التي صممها أوتو أيضًا.

صمّم المخترعان الألمانيان نيكولاس أوتو وشريكه يوجين لانجن ثلاثة أنواع من محركات الاحتراق الداخلي . شملت هذه النماذج محرك ضغط فاشل عام 1862، ومحركًا يعمل بالهواء المضغوط عام 1864، ومحرك دورة أوتو عام 1876 المعروف اليوم بمحرك البنزين . استُخدمت هذه المحركات في البداية في المنشآت الثابتة، إذ لم يكن أوتو مهتمًا بوسائل النقل. وقد طوّرت شركات أخرى، مثل دايملر، محرك أوتو لاستخدامه في النقل. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

كان نيكولاس أوغست أوتو، في شبابه، بائعًا متجولًا لسلسلة متاجر بقالة. وخلال رحلاته، صادف محرك الاحتراق الداخلي الذي صنعه في باريس البلجيكي جان جوزيف إتيان لينوار . في عام 1860، نجح لينوار في ابتكار محرك مزدوج الفعل يعمل بغاز الإضاءة بكفاءة 4%. وكان محرك لينوار، بسعة 18 لترًا (1100 بوصة مكعبة )، قادرًا على إنتاج 2 حصان فقط (1.5 كيلوواط ) .    

أثناء اختبار نسخة طبق الأصل من محرك لينوار عام 1861، أدرك أوتو تأثير الضغط على شحنة الوقود. وفي عام 1862، حاول أوتو إنتاج محرك لتحسين كفاءة وموثوقية محرك لينوار المتدنية. حاول ابتكار محرك يضغط خليط الوقود قبل الاشتعال، لكنه فشل، إذ لم يكن هذا المحرك يعمل لأكثر من بضع دقائق قبل أن يتعطل. وقد حاول العديد من المهندسين حل المشكلة دون جدوى. ^{[ 4 ]}

في عام 1864، أسس أوتو ويوجين لانجن أول شركة لإنتاج محركات الاحتراق الداخلي، وهي شركة NA Otto and Cie (شركة NA Otto). ونجحت شركة أوتو وشركاه في ابتكار محرك يعمل بالهواء المضغوط في العام نفسه. ^{[ 4 ]}

نفدت مساحة المصنع، فنُقل إلى بلدة دويتز بألمانيا عام 1869، حيث أُعيد تسمية الشركة إلى Gasmotoren-Fabrik Deutz (شركة دويتز لتصنيع محركات الغاز). ^{[ 4 ]}

كان غوتليب دايملر المدير التقني، وكان فيلهلم مايباخ رئيس قسم تصميم المحركات. وكان دايملر صانع أسلحة عمل سابقاً على محرك لينوار. ^{[ 5 ]}

بحلول عام 1876، نجح أوتو ولانجين في ابتكار أول محرك احتراق داخلي يقوم بضغط خليط الوقود قبل الاحتراق لتحقيق كفاءة أعلى بكثير من أي محرك تم ابتكاره حتى ذلك الوقت.

استخدم الإصدار الأول من المحرك الجوي تصميم عمود مخدد، وهو تصميم يوجين لانجن. ينقل هذا المحرك شوط القدرة إلى الأعلى باستخدام آلية تروس مسننة لتحويل الحركة الخطية للمكبس إلى حركة دورانية. كانت نسبة التمدد في هذا المحرك أكثر فعالية بكثير من تلك الموجودة في محرك لينوار لعام 1860، مما منحه كفاءته العالية .

كان محرك لينوار محركًا يحرق الوقود دون محاولة ضغط خليط الوقود أولًا. أما محرك أوتو/لانجن الجوي، فكان يعمل بكفاءة 12% وينتج 0.5 حصان (0.37 كيلوواط) عند  80  دورة في الدقيقة . في المنافسة في المعرض العالمي لعام 1867 في باريس، تفوقت بسهولة على كفاءة محرك لينوار وفازت بالميدالية الذهبية، مما مهد الطريق للإنتاج والمبيعات التي مولت أبحاثًا إضافية.

استخدم الإصدار الأول إطارًا لتثبيت الرف. وسرعان ما تم الاستغناء عنه مع تبسيط التصميم. كما استغنت المحركات اللاحقة عن الأسطوانة المخددة. استخدم المحرك الجوي نظام إشعال بالغاز، وصُنع بأحجام خرج تتراوح من 0.25 إلى 3 حصان (0.19 إلى 2.24 كيلوواط) .  

عندما أعادت شركة NA Otto & Cie تنظيم نفسها عام 1872 تحت اسم Gasmotoren-Fabrik Deutz ، اختارت الإدارة دايملر مديرًا للمصنع، متجاوزةً حتى أوتو نفسه، وانضم دايملر إلى الشركة في أغسطس، مصطحبًا معه مايباخ ككبير المصممين. ^{[ 6 ]} ورغم نجاح دايملر في تحسين الإنتاج، إلا أن ضعف تصميم مكبس أوتو العمودي، إلى جانب إصرار دايملر العنيد على المحركات التي تعمل بالهواء المضغوط، أدى بالشركة إلى طريق مسدود. ^{[ 7 ]}

على الرغم من نجاحها التجاري الكبير، حيث أنتجت الشركة 634 محركًا سنويًا بحلول عام 1875، ^{[ 7 ]} إلا أن محرك أوتو ولانجن قد وصل إلى طريق مسدود تقنيًا: إذ لم يُنتج سوى 3 أحصنة (2.2 كيلوواط) ، ومع ذلك كان يتطلب ارتفاعًا يتراوح بين 3 و4 أمتار (10-13 قدمًا) للتشغيل. ^{[ 7 ]} في عام 1882، وبعد إنتاج 2649 محركًا، توقف إنتاج المحركات الجوية. وكان هذا أيضًا العام الذي غادر فيه غوتليب دايملر وويلهلم مايباخ الشركة. ^{[ 4 ]}    

بعد 14 عامًا من البحث والتطوير، نجح أوتو في ابتكار محرك الاحتراق الداخلي ذي الشحنة المضغوطة في 9 مايو 1876. ابتكر أوتو طريقةً لتوزيع خليط الوقود على شكل طبقات داخل الأسطوانة، مما أدى إلى احتراق الوقود بشكل تدريجي، بدلًا من الاحتراق الانفجاري. أطلق على هذه الطريقة اسم الشحنة الطبقية. نتج عن ذلك احتراق مُتحكم به ودفع أطول للمكبس داخل الأسطوانة، بدلًا من الانفجار الذي كان يُدمر جميع المحركات التي جُرِّبت سابقًا. كان الوقود لا يزال غازًا مُشعًا، تمامًا كما كان الحال في محركات لينوار ومحركاته الجوية.

استخدم هذا المحرك أربع دورات لتوليد الطاقة، ويُعرف الآن باسم محرك دورة أوتو . وهو نفس المحرك الذي جُرِّب لأول مرة عام 1862.

وجّه أوتو اهتمامه إلى دورة الأشواط الأربعة، ويعود الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى جهود فرانز رينغز وهيرمان شوم ، اللذين انضما إلى الشركة بدعوة من غوتليب دايملر . ^{[ 7 ]} ويُقصد بدورة أوتو هذا المحرك (محرك أوتو الصامت)، وليس محرك أوتو ولانغن. كان هذا أول محرك ناجح تجاريًا يستخدم ضغطًا داخل الأسطوانة (كما حصل ويليام بارنيت على براءة اختراعه عام 1838). ظهر محرك رينغز-شوم في خريف عام 1876 وحقق نجاحًا فوريًا. ^{[ 7 ]}

كان ترتيب أسطوانات محرك الضغط أفقيًا. واعتمد على صمام تحكم منزلق مع إشعال بالغاز ، مما تغلب على المشاكل التي عجز لينوار عن حلها باستخدام الإشعال الكهربائي الذي كان غير موثوق به آنذاك. في السنوات الخمس عشرة التي سبقت تطوير محرك أوتو، لم تتجاوز قدرة المحرك 3 أحصنة (2.2 كيلوواط) . وبعد بضع سنوات من تطوير محرك أوتو، ارتفعت قدرة المحرك حتى وصلت إلى 1000 حصان (750 كيلوواط) . ^{[ 4 ]}    

تم اعتماد محرك دورة أوتو لاحقًا للعمل بالليغروين ، ثم بالبنزين والعديد من الغازات. خلال الحرب العالمية الثانية، شُغّلت محركات أوتو بأكثر من 62 نوعًا مختلفًا من الوقود، مثل غاز الخشب ، وغاز الفحم، والبروبان، والهيدروجين، والبنزين، وغيرها. يقتصر عمل هذا المحرك على أنواع الوقود الخفيفة. أما النسخة المطورة منه، والمعروفة بمحرك الديزل ، فتستطيع حرق أنواع الوقود الثقيلة والزيوت.

نشأ خلاف بين أوتو ومديره غوتليب دايملر حول التوجه المستقبلي لمحرك أوتو. فبينما كان أوتو يرغب في إنتاج محركات كبيرة للاستخدامات الثابتة، كان دايملر يطمح إلى إنتاج محركات صغيرة الحجم بما يكفي لاستخدامها في النقل. وبعد فترة من الخلاف، ترك دايملر العمل لدى أوتو عام ١٨٨٢، واصطحب معه فيلهلم مايباخ. وفي عام ١٨٨٣، ابتكر دايملر ومايباخ محركًا صغيرًا وفعالًا بقوة ٠.٥ حصان (٠.٣٧ كيلوواط) . ^{[ ٩ ]} 

في عام 1885، ابتكر دايملر ومايباخ محرك "ساعة الجد"، مستلهمين جزئيًا أفكار أوتو، وصنعا هيكلًا ثنائي العجلات حوله. ^{[ 10 ]} كان هذا أول محرك بنزين عالي السرعة. ^{[ 11 ]} وكان بول، ابن دايملر، أول من ركب هذه الدراجة النارية ، دايملر رايتفاجن ، وهي أول مركبة آلية تعمل بمحرك احتراق داخلي. ^{[ 12 ]}

واصلت شركة دويتز إنتاج المحركات الثابتة الكبيرة، بينما اتجهت شركة دايملر إلى صناعة القوارب والمناطيد والقاطرات والسيارات والشاحنات وغيرها من وسائل النقل. وتُعد دويتز أقدم شركة مصنعة للمحركات في العالم. ^{[ 1 ]} اندمجت شركة دايملر ومايباخ، دايملر موتورن جيزيلشافت ، لاحقًا مع شركة بنز لتشكيل شركة دايملر-بنز ، واعتمدت مرسيدس-بنز كعلامة تجارية لسياراتها. ^{[ 13 ]}

تُعدّ شركة دويتز إيه جي ، التي أسسها أوتو ، واحدة من أكبر شركات تصنيع المحركات في العالم. ^{[ 14 ]} وتنتشر محركات دورة أوتو على نطاق واسع في مختلف فئات السيارات ولدى مختلف الشركات المصنعة. ^{[ 15 ]}

• صورة جان جوزيف إتيان لينوار
• مقالة Encyclopædia Britannica عن إتيان لينوار
• محرك أوتو من ثينك كويست
• متحف أوتو ، مؤرشف بتاريخ 23 أكتوبر 2010 في موقع Wayback Machine
• نيكولاس أوتو
• صورة نيكولاس أوغست أوتو
• دويتز إيه جي
• تاريخ أوتو وشركاه
• محرك أوتو الجوي الأصلي يعمل على يوتيوب
• محرك أوتو مزود بإشعال صمام منزلق