1.2 “无马马车”时代的来临
由于马既容易驯养，又胸廓深广，心肺发达，适于役使，长于奔跑和跋涉，马车及马属动物牵引的车辆作为主要的代步和运输工具为人类服务了几千年。这是一个漫长的马车时代，生活在这个时代的人既崇尚马又渴望突破马的极限。人类交通机动化的早期努力为改变马车动力而做出过种种尝试，如欧洲人曾使用风力驱动用轮子支撑的陆地“帆船”——风力车。大概因为发动机是马匹的替代品，人们才用“马力”来度量发动机的动力，给动力机器和机动车打上了“马”的烙印。英语中的“自动车”一词是由含有“自身的”之义的auto和意指“可移动的”的mobile合成的词组。《牛津英语字典》（1989年）将automobile解释为“用机械装置和自带的动力使其移动的东西，如车辆（vehicle），以自驱动区别于马拉车。”在内燃机汽车问世之前，就有人建造的机械自动车，但中国人一开始接触的自动车就是汽油机驱动的自动车，故《辞海》（1999年版）把“汽车”定义为：“一种自行驱动的主要供运输用的无轨车辆，原称‘自动车’，因多装用汽油机，故简称汽车，沿用至今。”[5]依照这些定义，一切自驱动的无轨车辆均属汽车的概念范畴，但终止马车时代的，却是内燃机汽车。
1769年，法国人N.J.卡格诺（Nicolas Joseph Cugnot，1725—1804）制成的三轮蒸汽机汽车是世界上第一辆真正能够行驶的汽车，那是一辆前端装有一个梨形锅炉，可载四人，前轮转向，木制车架和车轮的火炮牵引汽车，每次蒸汽压力升高后可行驶20min，速度曾达到3.6km/h。尽管在试验途中以撞墙而告终，但主流学术界还是称这辆蒸汽机汽车为古代交通运输工具（以人、畜、风为动力）与现代交通运输工具（用动力机械驱动）的分水岭。1771年，卡格诺又制造了第二辆蒸汽机汽车，这辆车仍然存在严重缺陷。这辆汽车被珍藏在巴黎国家艺术博物馆里。
人类制造蒸汽机汽车的努力并没有因为卡格诺的失败而却步，反而吸引了更多的人参与试制蒸汽机汽车。瓦特（James Watt，1736—1819）从安全的角度反对采用高压蒸汽机和使用蒸汽机汽车，因此，在1800年瓦特的蒸汽机专利失效之前，蒸汽机汽车的发展受到一定的影响。后来经过不断改进，蒸汽机汽车在英国、法国、美国都有过长足发展。但是，由于蒸汽机难以小型化、效率低、工况特性适应性不好、起动不便、燃料不便携带等基因性弱点限制了蒸汽机汽车的应用，继续发展汽车需要发明适宜车载的动力装置（包括选择适宜车载的燃料）。
1859年，比利时籍工程师李诺尔（
tienne Lenoir，1822—1900，也译“勒努瓦”）在法国制成了电点火、无压缩的二冲程煤气机，次年获得专利，并于1863年制成氢燃料发动机汽车，命名为Hippomobile（马车）。德国人尼古拉斯·奥格斯特·奥托（Nikolaus A.Otto，1832—1891）和尤根·朗根（Eugen Langen，1833—1895）在李诺尔发动机的基础上改进的压缩二冲程燃气发动机获1867年巴黎世界博览会大奖。1876年，奥托和朗根制成四冲程燃气发动机。奥托发动机体积虽比蒸汽机小，因其笨重，仍然不宜做道路车辆的动力。
奥托没有看出自己发明的全部意义，当时就职于奥托所有的道依茨发动机公司的戈特利布·戴姆勒（Gottlieb Daimler，1834—1900）却预见到内燃机比蒸汽机更宜于用作车辆的动力。但奥托发动机转速低，振动剧烈，体量笨重，不能实现他预见的价值。戴姆勒常和同伴威廉·迈巴赫（Wilhelm Maybach，1846—1929）一起研究改进方案，但奥托不支持他们的改进。戴姆勒于是离开道依茨公司，和迈巴赫合作开办公司，继续他们的研究。二人于1883年在奥托发动机的基础上研制成汽油发动机，并测出了理想的油—气混合比。1884年获得一项用热管点火的小型高速汽油机专利，1885年初获得立式单缸带调速器和风扇强制冷却发动机的专利，同年发明化油器。1889年展出V型两缸发动机。
他们把原来的卧式发动机改为立式，体积大为缩小，因形如立钟，这世界上第一台立式车用发动机被取名“立钟”。戴姆勒把这台发动机装在一辆自行车上，取得了“骑式双轮车”的德国专利，实际上，这是受到法律承认的世界上第一辆摩托车。1886年3月8日，戴姆勒和迈巴赫把“立钟”装到了为庆贺戴姆勒妻子生日而购买的四轮马车上，这台发动机功率0.81kW，排量462ml，转速665r/min，最高车速16km/h。戴姆勒驾驶世界上第一辆以内燃机为动力的四轮汽车从斯图加特驶向康斯塔特。当时的人们称这辆车为“无马马车”。
与此同时，卡尔·奔驰（Karl Benz，1844—1929）也在为实现自己的“无马马车”梦而努力。这个火车司机的儿子于1879年获二冲程发动机专利，以后又陆续获得多项汽车部件专利。1885年，奔驰研制出名义功率0.59kW的单缸汽油机，把它装在一辆三轮车的座位后部，用链条传输动力，驱动带有差速器的后桥，带动时速16km（商业品车13km）、用舵柄控制方向的汽车，如图1-3所示。当年这辆自命名“奔驰专利机动车”（Benz Patent Motorwagen）的三轮车过处，行人为之掩耳，马匹为之惊骇。
图1-3 世界上第一辆享有专利权的内燃机汽车
与其他的汽车发明者不同，奔驰为自己的发明申请了专利。1886年1月29日，德国专利局以DRP-37435专利号批准了奔驰的机动三轮机动车专利。由于把研发持续推进到量产，又享有专利，使卡尔·奔驰享有“汽车之父”的荣誉。但最早声称造出了以内燃机作为动力的车辆的人，却是奥地利人马库斯（Siegfrid Marcus，1831—1898）。据称，他在1864年前后把一台烧石油精的内燃机装在一辆手推车上，并且进行了一次短途试验行驶，马库斯对试验结果很不满意，就将车子一毁了之[6]。
汽油机的发明出自对奥托发动机的车载性能的改进，柴油机的发明则是出于改进内燃机的效率。德国人鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel，1858—1913）研究了卡诺循环，他通晓热力学，按他对热—功转换的认识，认为能设计出比当时的热机效率更高的发动机。1885年狄塞尔建立了试制试验室，于1893年发表题为“Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren”（取代现有蒸汽机和内燃机的合理热机之理论与构造）的论文，总结他的研究和发明。他于1892年获得专利并起动了柴油机，但直到1897年，才制成15.6kW的工作样机。人们发现，这种压缩点火的发动机几乎用各种燃油都运行良好，而且热效率比其他动力机械都高。这种发动机最初用作机械和船舶的动力，经过不懈改进（主要是降低单位功率重量和提高转速），1923年，柴油机被装在曼恩（MAN）和奔驰的载货汽车上。(https://www.daowen.com)
1895年，奔驰设计了载货汽车，但一些产品被改为客车。第一辆以内燃机为动力的客车于1895年投入使用[7]。1896年，戴姆勒制造了第一辆内燃机载货汽车，这辆车装置了一台3kW的两缸汽油机，如图1-4所示。初期的载货车驾驶员坐在车中央操纵，没有挡风玻璃，更不用说遮阳避雨的顶棚了。20世纪初的一些载货汽车，在驾驶人头顶上有了简陋的棚，还没有形成封闭的室。
图1-4 戴姆勒制造的第一辆内燃机载货汽车
大多数中国人都知道奔驰和戴姆勒发明了内燃机汽车，但知晓其他对这一伟大发明做出过贡献的人却不多，历史也应该铭记他们的功绩。法国人德拉玛尔-德布特维尔（Delamare-Deboutteville，1856—1901）于1884年制成了一辆四轮汽油机汽车，并登记了专利[8]，但由于他进行了短暂的行驶试验后没有继续研发汽车，他的第一发明人地位不被某些人承认。法国人标致（Armand Peugeot，1849—1915）于1890年用戴姆勒制造的汽油机制造了一辆汽车[9]。美国马塞诸塞州的杜瑞亚兄弟（Chaeles Duryea&Frank Duryea）于1893年制成美国第一辆汽油机汽车[10]。英国于1894年，日本于1907年，分别造出了本国的第一辆汽油机汽车[11]。俄国于1896年展示了本国第一辆汽车[12]。实际上，汽车的发明过程是在不同时间、不同地点，由不同的人同时或相继取得突破性进展完成的，因而可以说，现代汽车的雏形是19世纪中晚期杰出发明家们共同的智慧结晶。
由于发生了燃料由固态变液态和气态这一本质性改变，内燃机汽车的出现实质上是汽车的第一次性变（性态[13]之变），它是本质性的发明和创新的过程，它的出现引发了重建支持系统这一表征汽车性变的特征，当时蒸汽机汽车等的保有量稀少，所以重建支持系统的惯性极小；而内燃机汽车时常发生的形变（形态之变），如车身结构和风格的更迭、发动机构造的更新，其中虽不乏invention与innovation，但从历史的高度鸟瞰，皆属modification。
蒸汽机汽车虽然最终退出了公路，但19世纪末，由于汽油机汽车的点火、汽化、冷却、起动和传动等技术还不够成熟，在福特（Henry Ford，1863—1947）T型车大量推向社会之前，曾经有过一个繁荣的蒸汽机汽车时期。直到20世纪初，蒸汽机汽车仍在与汽油机汽车竞争，1902年，美国新登记的909辆轿车中，485辆是蒸汽机汽车，到了20世纪20年代还有新公司加入到蒸汽机汽车行业中来[14]。
但蒸汽机汽车在1909年遭遇了汽油机汽车的严峻挑战。这一年，凯迪拉克（Cadillac）装置了从代通工程实验室（Dayton Engineering Lab.）购买的电点火起动装置[15]，女士们再也不用为摇车起动而犯难了，这就使得蒸汽机起动慢的缺点愈加突出。冬天，蒸汽机汽车每晚须放尽锅炉里的水，以防结冰冻裂锅炉，起动前须预热锅炉，在即行即起的汽油机汽车面前，人们疏远了蒸汽机汽车。到20世纪20年代后期，蒸汽机汽车完全衰落，最终驶进了博物馆。
19世纪末，电动汽车也在与内燃机汽车分庭抗礼。1881年，法国电器工程师古斯塔夫·特鲁夫（Gustave Trouve，1839—1902）展示了第一辆电力驱动的汽车，这是酸蓄电池供能的三轮车。同年，英国人爱德华·艾尔顿（William Edward Ayrton，1847—1908）和约翰·佩里（John Perry，1850—1920）也造出了电动三轮车。它由10节蓄电池驱动，时速14.5km/h，能续驶16～40km[16]。电动汽车安全、安静、起动方便，虽然续驶里程短，却适宜做城市出租车，因为城市出租车无须长途行驶，又容易布设充电桩。
早期的电动汽车在速度上也不让于汽油机汽车和蒸汽机汽车。1899年4月2日，法籍比利时工程师加米尔·杰纳茨（Camille Jenatzy，1868—1913）制造了一辆取名“从不满足号”（La Jamais Contente）的弹头形电动赛车，杰纳茨用这辆车在法国的阿谢尔创造了105.88km/h的陆地车速记录[17]。
早期的电动汽车在1912年前后曾达到巅峰，当时在美国登记的电动汽车曾达到33842辆[18]。20世纪20年代后，电动汽车由于不能克服过于笨重，续驶里程过短的缺陷而开始衰落，在内燃机汽车的优势面前黯然失色。
国内学者的研究发现，在中国境内也进行过早期的蒸汽机驱动车辆的研究和试验，不过研究者却是在中国的比利时籍耶稣会传教士南怀仁（Ferdinand Verbiest，1623—1688），此事载于南怀仁的一篇文章。掌持钦天监的南怀仁在北京试验布兰卡（Branca）冲动式汽轮机，并装在木制的四轮小车上，借手轮改变行驶方向。刘仙洲（1890—1975）先生考证“南怀仁手稿成稿于清康熙二十年（1681），6年后刊于德国出版的《欧洲天文学》（Astronomia Europa）上，后为外国学者多次引用[19]”。西方的一些文献记录了南怀仁的行为[20]，但有人认为，那只是给皇帝的玩具，有人怀疑南是不是真造出了这具65cm长的模型。实际上，当时中国朝野既缺乏科学思想又没有技术教育，更不具备制造机动车的工业基础，南怀仁的试验只是机动车的模型，即使试验成功，也不可能在当时的中国制造出实用的汽车。