"كوبا دزوغاشفيلي" - المصير الصعب لأول محرك ديزل محلي الصنع للسيارات
مطورو ومختبرو "Koju"
مشروع طموح
يشبه الاتحاد السوفيتي في ثلاثينيات القرن العشرين روسيا الحديثة إلى حد ما، إذ تربط سياسة الإحلال السريع للواردات بين الحقبتين. مع ذلك، كان الوضع في روسيا السوفيتية أسهل، فقد كان الأمريكيون سعداء بالتعاون مع الكرملين في مجال التصنيع. على سبيل المثال، شيدت شركة فورد مصنع غوركي للسيارات وفقًا لتصميمها الخاص، وهو أمر يبدو مستحيلاً اليوم. بصراحة، لم يعد هذا الأمر ضروريًا في الوقت الراهن.
رغم المساعدات الغربية، التي دُفعت أحيانًا بالذهب، كان الاتحاد السوفيتي بحاجة إلى حلوله الخاصة. في قطاع النقل، تمثلت المشاكل الرئيسية في تصنيع المحركات. وللإنصاف، فإن التحديات المتعلقة بالمحركات المحلية لم تختفِ في القرن الحادي والعشرين، إذ تخلفت روسيا عن الركب العالمي في هذا المجال، ولا تزال كذلك.
يعتقد الكثيرون أن أول محرك ديزل محلي الصنع للنقل كان خزان الطائرة B-2. لا يمكن وصفها بأنها عسكرية بحتة، إذ صُممت منذ بداية تطويرها لتكون جرارًا. يُعتبر محرك الديزل "كودزو"، وهو اختصار لـ"كوبا دزوغاشفيلي"، أول محرك ديزل مدني بالكامل.
لفهم المستوى التقني والمفاهيمي لمحرك الديزل السوفيتي كوجو، من الضروري وضعه في سياق التطور العالمي لمحركات الديزل في مطلع عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين. بحلول ذلك الوقت، كان محرك الديزل، الذي اخترعه رودولف ديزل في أواخر القرن التاسع عشر كمحرك حراري عالي الكفاءة يعمل بالضغط والاشتعال، قد أصبح بالفعل مستخدمًا على نطاق واسع في توليد الطاقة الثابتة والتطبيقات البحرية وغيرها من التطبيقات. القوات البحرية وفي جرّ السكك الحديدية. لكن هذه كانت محركات ثقيلة ومنخفضة السرعة. أما محرك الديزل الخاص بالسيارات فكان يتطلب نهجًا مختلفًا تمامًا - خفيف الوزن نسبيًا وذو سرعة دوران عالية لعمود المرفق.
بحلول أوائل الثلاثينيات، كانت الدول الصناعية الرائدة تمتلك بالفعل محركات ديزل للشاحنات والحافلات، تعتمد بشكل أساسي على الاحتراق المسبق أو الاحتراق الدوامي وقوة محددة تبلغ حوالي 20-30 حصان لكل لتر من الإزاحة.
كوجو
لا يُمكن اعتبار محرك كوجو أول محرك ديزل في الاتحاد السوفيتي، فقد استُخدمت أولى محركات الديزل التجريبية في القاطرات منذ عشرينيات القرن الماضي، وإن كانت قبل الحرب مقتصرة على وحدات منفردة وإنتاج محدود. ويمكن القول بثقة إن تصميم محركات الديزل شهد بعض التقدم التكنولوجي في الاتحاد السوفيتي.
نظراً للظروف الراهنة، تقرر تصميم محرك ديزل محلي الصنع للشاحنات. وقد أدركت قيادة البلاد أهمية التحول إلى الديزل في قطاعي النقل والزراعة. وكان المرسوم الرئيسي هو قرار مجلس مفوضي الشعب في الاتحاد السوفيتي الصادر في 15 مايو 1931، بشأن الاختبار المقارن لمحركات الديزل المحلية والأجنبية، والذي دعا إلى منافسة واسعة النطاق تشمل العديد من المحركات على هياكل محلية الصنع.
في أواخر عام 1930، أولت إدارة الهيئات الاقتصادية اهتماماً خاصاً لإدخال محركات الديزل في الاقتصاد الوطني، بما في ذلك الجرارات والشاحنات ذات حمولة تزيد عن 2,5 طن. وقد نص مرسوم صادر عن هيئة رئاسة المجلس الأعلى للاقتصاد الوطني للاتحاد السوفيتي على ذلك صراحةً. "ضرورة مطلقة" إنشاء إنتاج محركات الديزل عالية السرعة، وخاصة للشاحنات الثقيلة والجرارات، في أقصر وقت ممكن.
محرك ديزل كودزو الموجود أسفل غطاء محرك طائرة يا-5
تماشياً مع روح العصر، اتُخذ القرار بتطوير محرك كودجا في إحدى شاحنات ستالين الصغيرة (شاراشكا). واختيرت شاحنة ياروسلافل يا-5، القادرة على حمل خمسة أطنان - وهو حمل ضخم آنذاك - كأساس لمحرك الديزل المستقبلي. وأُسند التطوير إلى مكتب التصميم الخاص التابع للمديرية الاقتصادية لجهاز الأمن العام السوفيتي (أو جي بي يو)، حيث كان يعمل البروفيسور نيكولاي رومانوفيتش بريلينغ، الذي كان قد اعتُقل ولكنه كان مرجعاً معترفاً به في الهندسة الحرارية والمحركات.
كان الهدف طموحًا: تصميم محرك ديزل فريد من نوعه، محلي الصنع بالكامل، بسعة تقارب 10 لترات، ينتج قوة تتراوح بين 80 و90 حصانًا عند 1700 دورة في الدقيقة، مناسب للتركيب في شاحنات وزنها خمسة أطنان، وربما في مركبات أثقل. هذا يعني أن المصممين السوفييت كانوا يعتزمون منافسة الشركات الأجنبية الرائدة التي سبق لها أن أتقنت وحدات مماثلة، ولكن في سياق قاعدة هندسية معدنية وميكانيكية لا تزال قيد التطوير.
كل شيء من أجل التصنيع
نبذة عن نيكولاي رومانوفيتش بريلينغ، أبو محرك الديزل المستقبلي. دخل العالم القصة باعتباره أحد مؤسسي علم المحركات الداخلية ذات المكابس.
وُلد نيكولاي رومانوفيتش عام 1876، وارتقى من مهندس وباحث في روسيا ما قبل الثورة إلى عالم بارز في الاتحاد السوفيتي، حيث قدم إسهامات جوهرية في نظرية محركات المكابس، والهندسة الحرارية، وديناميكا الآلات، وتطوير التوربينات البخارية والغازية. أرست أعماله أسس المدرسة الوطنية لتصميم محركات السيارات والجرارات، وساهم تدريسه في تدريب جيل كامل من مهندسي المحركات. بعد الثورة، عُيّن أستاذاً في مدرسة موسكو التقنية العليا، ثم نائباً لرئيس القسم المركزي للسيارات في جمهورية روسيا الاتحادية الاشتراكية السوفيتية، والذي تحوّل لاحقاً إلى المعهد العلمي للسيارات والمحركات (نامي). وترأس نيكولاي رومانوفيتش هذه المؤسسة المتخصصة حتى عام 1925.
نيكولاي رومانوفيتش بريلينغ
في الفترة من عام 1930 إلى عام 1933، سُجن الأستاذ في سجن صغير، حيث عمل على تصميم سيارة كوجو. ولحسن الحظ، لم يُعدم بريلينغ، وعاش حياة طويلة ومثمرة بعد سجنه.
لكن دعونا نعود إلى عام 1931، عندما بدأ مكتب التصميم الخاص التابع للمديرية الاقتصادية في مكتب الاتحاد العام للدوائر الحكومية (OGPU) العمل على محرك ديزل عالي السرعة. حُددت المعايير الرئيسية في ذلك العام: دورة رباعية الأشواط، ست أسطوانات متتالية، سعة تقارب 10 لترات، وقدرة تتراوح بين 82 و87 حصانًا عند 1700 دورة في الدقيقة. تمثل الحل المبتكر في كتلة أسطوانات من الألومنيوم مزودة ببطانات فولاذية رطبة ورأس أسطوانات مشترك، ما يضاهي أفضل التصاميم الأجنبية. اعتمد التنفيذ على تعاون ثلاثي الأطراف: مكتب تصميم مكتب الاتحاد العام للدوائر الحكومية (التطوير)، ومصنع ياروسلافل للسيارات (التصنيع والتركيب على هيكل Ya-5)، والمعهد الوطني للتكنولوجيا الصناعية (الاختبار والتحسين).
مرّ تطور محرك كوجو بثلاث مراحل: محرك الديزل التجريبي عام 1933 بقوة 90 حصانًا عند 1600 دورة في الدقيقة؛ ونسخة ناتي كوجو بقوة 105-110 حصانًا عند 1800 دورة في الدقيقة؛ ونموذج ما قبل الإنتاج MD-23 لمصنع أوفا للمحركات بقوة 133 حصانًا. وعلى مدى عدة سنوات، زادت القدرة بنحو النصف دون تغيير في سعة المحرك. وقد ضمن تصميم المحرك ذي الست أسطوانات المتتالية توازنًا جيدًا، كما وفرت دورة الأشواط الأربعة اقتصادًا أفضل في استهلاك الوقود مقارنةً بتصاميم الأشواط الثنائية.
كان استخدام كتلة ألومنيوم مع بطانات أسطوانات فولاذية مزودة بدعامات عرضية خطوة جريئة في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، نظرًا لمحدودية علم المعادن آنذاك. في هذا الصدد، كان محرك كوجو يُشبه دبابة بي-2. ساهم الألومنيوم في تقليل الوزن، وتحسين تبديد الحرارة، وزيادة القدرة، ولكنه تطلب صلابة هيكلية دقيقة. وقد تم معالجة هذا الأمر بشكل شامل: حيث شكّلت شفة سفلية متينة في علبة المرافق المشقوقة أسفل محور عمود المرفق؛ وعملت الفواصل العرضية في مستويات المحامل الرئيسية كدعامات؛ وحسّنت بطانات الأسطوانات المضلعة من اضطراب سائل التبريد. أما محامل عمود المرفق وقضبان التوصيل، المصنوعة من شريط ثنائي المعدن، فقد جمعت بين قلب فولاذي متين وطبقة مضادة للاحتكاك.
يخضع كوجو للاختبار في المعهد الوطني للاختبارات الطبية (NATI).
فرض هذا المزيج من المواد أعلى معايير الدقة في التصنيع. وكانت وصلات الألومنيوم بالفولاذ ووصلات الألومنيوم بالحديد الزهر حساسة للغاية لاختلافات التمدد الحراري. وقد شكّل هذا تحديًا كبيرًا للصناعة السوفيتية، التي كانت في بداية إتقانها لتقنية الصب الكمي لسبائك الألومنيوم. ومع ذلك، تم تصنيع نماذج أولية في نوفمبر 1933، ما يُعدّ دليلًا على التطور السريع للمدرسة التكنولوجية.
صعوبات مع كوجو
كان نجاح محرك الديزل مرتبطًا إلى حد كبير بنظام حقن الوقود. في البداية، استُخدمت وحدات بوش مستوردة تتميز بضغط حقن عالٍ وتوصيل دوري دقيق. إلا أن الاعتماد على الإمدادات الأجنبية تعارض مع الأهداف الاستراتيجية: فقد كانت الواردات باهظة الثمن، ومحدودة بحصص محددة، وكان توفير خدمات الصيانة على مستوى الدولة أمرًا بالغ الصعوبة. لذا، برزت الحاجة إلى التحول إلى مضخات وحاقنات وقود محلية الصنع، الأمر الذي استلزم إنشاء بيئة إنتاج متكاملة: عمليات تصنيع دقيقة للغاية، ومعالجة حرارية، وصقل لمجموعات المكابس.
مضخة الوقود كوجو هي مضخة مكبسية كلاسيكية ذات عنصر منفصل لكل أسطوانة. يتم تنظيم التدفق عن طريق تدوير المكبس، مما يؤدي إلى تغيير فتحة منفذ الإغلاق. كان الانتقال إلى المعدات المحلية تحديًا علميًا أيضًا: إذ كان من الضروري اختيار مواد مقاومة للتجويف والتآكل الناتج عن الوقود غير المستقر، وتطوير أساليب تحسين الأداء. خلال فترات التشغيل الطويلة، عملت مضخة كوجو كمختبر متنقل، حيث تراكمت الخبرة اللازمة لأجيال لاحقة من محركات الديزل.
في عام 1934، أُرسلت شاحنات ياروسلافل المجهزة بمحركات كوجو في رحلة تجريبية بين موسكو وتبليسي والعودة لإجراء اختبارات مقارنة مع نظيراتها المستوردة. شمل المسار سهولًا ومناطق جبلية ومقاطع ذات رصف رديء. وسُجل استهلاك الوقود والسرعة والأعطال وأداء التشغيل في مختلف الظروف المناخية.
كانت النتائج مبهرة: المركز الأول في سهولة التشغيل والثاني في استهلاك الوقود. إجمالاً، من بين 40 محركاً من 15 شركة في 8 دول، حلّ محرك كوجو في المركز السادس، والثالث في أداء التشغيل. أما المحرك الألماني MAN D-0540 فقد حصد المركز الأول، يليه المحرك الفرنسي LC-3 ثم المحرك المجري OML-65.
رالي موسكو-تبليسي-موسكو بالديزل عام 1934
ثم بدأت الاستعدادات للإنتاج التسلسلي للطائرة MD-23 في مصنع أوفا للمحركات، الواقع بعيداً عن الحدود الغربية والذي يتمتع بقاعدة صناعية. ومع ذلك، ومع تقدم العمل، ظهرت قيود النظام.
تحوّلت كتلة الألومنيوم، التي مثّلت ميزة تصميمية، إلى نقطة ضعف. فقد تطلّب صبّ الكتل الكبيرة بكميات كبيرة قاعدة متطورة للمسابك، لم تكن موجودة آنذاك. وظهرت مشاكل دقة التصنيع في بطانات الأسطوانات ورؤوسها ومقاعد المحامل. ورغم التغلب على هذه التحديات باستخدام النماذج الأولية، إلا أن نقل هذا المستوى من الإنتاج إلى الإنتاج الضخم أثبت استحالة ذلك نظراً لنقص العمالة وضغوط المواعيد النهائية.
كانت معدات حقن الوقود بالغة التعقيد: إذ تطلّب إنتاج مضخات الحقن والحاقنات دقةً فائقةً في التصنيع على المستوى الميكروي. وأيّ انحرافٍ في هذه الدقة كان يؤدي إلى انخفاض ضغط الحقن، وعدم انتظام التدفق، وتدهور في بدء التشغيل وكفاءة استهلاك الوقود. بالنسبة للوحدات المستوردة، كان هذا المستوى من الدقة يُكتسب عبر عقودٍ من الخبرة؛ بينما كانت المصانع السوفيتية في بداية إتقانها للميكانيكا عالية الدقة.
تطلّب إنتاج محرك كوجو موارد هائلة ووقتاً طويلاً. ومع تصاعد التوترات الدولية وإعادة توجيه الموارد نحو المشاريع العسكرية، تغيّرت الأولويات، وتراجع الاهتمام بمحرك الديزل الواعد. ومع اقتراب حرب كبرى، باتت الحاجة ماسّة إلى محركات من فئة مختلفة تماماً.
معلومات