أسطورة الروتور المثلثي: صعود محرك وانكل واختفاؤه الصامت

محرك فانكل هو محرك احتراق داخلي يدور فيه روتّر ثلاثي الزوايا في مدار داخل جسم على شكل حبة الفول السودوي بدلاً من المكابس، وتتولى أسطحه الثلاثة بالتناوب مهام السحب والضغط والاحتراق والعادم. جسمه المدمج وأجزاؤه المتحركة القليلة واهتزازه شبه الصفري جعلته أكثر بنى المحركات آسرًا للخيال في القرن العشرين؛ في حين أنهى استهلاكه المرتفع للوقود ومشكلة الأحكام العسيرة مسيرته في سيارات الطرق مع نهاية القرن.

كيف وُلدت فكرة المحرك بلا مكابس؟

لم يكن في ذهن فيليكس فانكل أسطوانة المحرك ولا مكبسه المتحرك ذهابًا وإيابًا؛ كانت غرف الاحتراق ستكون فراغات تنفتح وتنغلق على جسم دوّار. بدأ المهندس الشاب برسم هذا المفهوم عام 1924 ، 1936 وحصل على براءة اختراعه الأولى. أما تحويل الفكرة إلى معدن فقد انتظر نهاية الحرب العالمية الثانية وتعاونه مع شركة NSU. 1954 بدأت أعمال النماذج الأولية، 1957 وفي عام حدث أول اشتعال للنموذج الأولي العامل DKM 54 .

كان DKM 54 في الواقع وحشًا مختبريًا: كان جسم المحرك بأكمله يدور مع الروتّر، أي أن تغيير شمعات الإشعال وحدها كان يعني تفكيك المحرك. قام المهندس في NSU هانس ديتر باشكي بخطوة بسيطة لكنها حاسمة: جعل الروتّر يدور في مداره وثبّت الجسم. حصل هذا النظام على اسم KKM (محرك الكبّة الدوار). اعتبر فيليكس فانكل هذه التبسيطة خيانةً لتصميمه؛ لكن التاريخ يتكلم بوضوح: الشكل الوحيد الذي دخل الإنتاج المتسلسل هو KKM، وكل ما نسميه اليوم "محرك فانكل" هو نظام باشكي.

البساطة العددية مدهشة. يحمل المحرك المكبسي المكافئ عشرات الأجزاء المتحركة مثل عمود المرفق والأذرع والصمامات ونوابض الصمامات والرافعات وسلسلة التوقيت؛ أما عدد الأجزاء المتحركة في محرك فانكل فهو ثلاثة: روتّران وعمود إكسنتريك واحد.

من NSU إلى مازدا: الروتّر يدخل سيارات الطرق

1964 انطلقت NSU Wankel-Spider عام كأول سيارة إنتاج متسلسل بمحرك دوار. ثم جاءت 1967 سيارتها سيدان بهيكل صلب واحد Ro 80 ؛ كان محركها مثيرًا للإعجاب تقنيًا، لكن تكاليف تطويره أرهقت NSU، ومع الرياح الاقتصادية لأزمة النفط اندثرت الشركة. أظهر محرك Ro 80 لأول مرة على نطاق واسع المسافة بين وعد التكنولوجيا والواقع.

أما المالك الحقيقي لهذه القصة فقد جاء من اليابان. أنتجت مازدا أول نموذج أولي بروتّر واحد 40A واجهت مشكلتين خطيرتين في ذلك العام: آثار تآكل الملقب بـ "قيد الشيطان" الناتجة عن الأختام الطرفية المهتزة التي تبقى داخل الهيكل، واستهلاك الزيت المفرط. وتم إيجاد حل لمشكلة الزيت بأكواب إطارات مقاومة للحرارة. 1965 ومنذ ذلك التاريخ دخل الإنتاج التسلسلي محرك 10A ثنائي الروتور الذي كان ينتج في كوزمو قوة إجمالية قدرها 110 hp عند 7000 rpm وكان بحجم 982 cc يثبت مدى إمكانية أن يكون هذا التصميم مدمجاً.

سلسلة RX والروتور الذي وصل إلى الجماهير

كان براعة مازدا في تحويل المحرك من موضوع بحثي إلى هوية متكاملة. في عام 1978 جاءت RX-7 التي عرّفت المحرك الروتوري لأول مرة لجمهور السيارات الرياضية العالمي؛ في عام 1985 تمت إضافة التيربو مما زاد من قوته، وفي عام 1992 تم دفع نسخة التيربو المزدوج إلى أقصى حد كسيارة طريق. وفي الفترة الانتقالية كان هناك منافسة خارج ساحات الحرب: في عام

1974

أثبت محرك

12A

أقل بالنسبة للحجم نقطة الضعف

تآكل الأختام الطرفية، الانبعاثات

ناضج ومنخفض الانبعاثات إن أكثر خصائص المحرك الروتوري هدوءاً وقيمة هو أنه لا يموت فجأة مثل المحرك المكبسي حتى في أسوأ أيامه؛ بل يفقد قدرته بشكل تدريجي. وهذه ميزة أمان لا يحتاج أحد إلى شرحها خاصة في تطبيقات الطيران. الختام الطرفي واستهلاك الوقود: من أين جاءت المشاكل التقنية؟ عناصر الإحكام في الزوايا الثلاث للروتور، أي

المشكلة الثانية تنبع من الهندسة. إن غرفة الاحتراق الهلالية الممدودة لدى Wankel تتمتع بنسبة سطح إلى حجم مرتفعة؛ فجبهة اللهب لا تستطيع اجتياح هذا الفراغ بكفاءة أسطوانة مكبسية، ولا يكتمل احتراق الوقود. ولهذا ثمنان: استهلاك وقود مرتفع وفائض من الهيدروكربونات في العادم. Mazda 1968 طورت نظام REAPS استجابةً للتشريعات اليابانية للانبعاثات، واستخدمت مفاعلاً حرارياً من الحديد الزهر في محرك 1971 من طراز 10A 0866 ؛ لكن ذلك كان معالجةً للمشكلة لا حلًا لها.

أما ميل المحرك إلى حرق الزيت، الذي يعرفه أصحاب RX-8 جيداً، فيجب قراءته في هذا الإطار: إنه تصميم يجرع الزيت عمداً إلى غرفة الاحتراق لتزييت أسطح الدوار، وهو جزء من التشغيل الطبيعي. لكن انتقاد المالكين له على أنه عيب أضر أيضاً بسمعة المحرك لدى الجمهور.

لماذا استطاعت Mazda 787B الفوز في لومان؟

23 يونيو 1991 هو يوم ذروة المحرك الدوار. كانت Mazda 787B أول سيارة يابانية تفوز بسباق 24 ساعة في لومان، ولم يسبق لأي مركبة بمحرك دوار أن فازت بهذا السباق من قبل. والمحرك في قلب السيارة هو R26B، وحدة رباعية الدوارات بسعة 2.6 لتر (2616 سم مكعب)، وكان ينتج 700 حصان عند 9000 دورة في الدقيقة . كانت منافذ السحب المحيطية، ومجمعات السحب ذات الهندسة المتغيرة المستمرة، وشمعة الإشعال الثالثة المضافة لكل دوار، دليلاً على المدى الذي يمكن الوصول إليه في هذا التصميم على مضمار السباق.

وتغيير اللوائح الذي دخل حيز التنفيذ بعد الفجر دلالة مهمة: فالـ FIA استبعدت المحركات الدوارة من السباقات في العام التالي. بل إن منظمات السباقات كانت قد تبنّت أصلاً قاعدة مضاعفة السعة المعلنة لمحرك Wankel؛ وبموجب هذا التصنيف استطاعت 787B الانطلاق بمحرك 26B. وهنا تكمن إجابة سؤال "نزاهة الفوز" الذي لا يزال يُناقش في المنتديات: نافست Mazda وفازت ضمن التصنيف الذي فرضته القواعد.

لماذا قضت قواعد الانبعاثات على الدوار؟

لم تستسلم Mazda. Renesis (13B-MSP) دخل الإنتاج في موديل 2004 من RX-8 ، وكان هدف تصميمه مباشرةً مشكلتي Wankel الأكثر تكراراً: الانبعاثات واقتصاد الوقود. وأدى نقل منافذ العادم إلى الجانب إلى خفض مقارنةً بـ 13B-REW السابق بنسبة 35–50% في انبعاثات الهيدروكربونات، واستوفى معيار LEV-II الأمريكي. وقد وجدت النتيجة تقديراً مرموقاً:

جائزة International Engine of the Year عام 2003، تلتها سنتان متتاليتان في قوائم Ward's 10 Best Engines. لكن حتى هذا لم يكن كافياً أمام المعايير المتشددة في أوروبا. اضطرت RX-8 إلى الانسحاب من السوق الأوروبية في 2010

لمخالفتها حدود الانبعاثات؛ ومع تأثير تراجع المبيعات أيضاً، توقف الإنتاج في

كانت مازدا أول من فكر في أن هذا ليس الستار الأخير لفانكل - لأن أغلى خاصية في هذه الهندسة كانت تتألق في الهيدروجين: غرفة الاحتراق خالية من الصمامات ودرجات حرارة السحب منخفضة، مما يوفر بيئة أنسب للهيدروجين المعرض للاشتعال المبكر مقارنة بالمكبس. مازدا 1991 عرضت أول مفهوم دوّار يعمل بالهيدروجين HR-X، 1995 اختبرت المركبة الدوّارة الهيدروجينية على طريق عام، وفي 2003 قدمت أول مركبة إنتاج في العالم بمحرك دوّار يعمل بالهيدروجين RX-8 Hydrogen RE. هذه المركبة ثنائية الوقود تسير بالبنزين أو بالهيدروجين، ويُحمل الهيدروجين في خزان ثانٍ على شكل سائل، وكانت تنتج حتى 154 kW من القدرة؛ 2009 سُلّمت أول نسخة إلى النرويج.

أما التحول الحقيقي فجاء في دور مختلف. 2023 أعادت مازدا تشغيل محرك فانكل في MX-30 e-Skyactiv R-EV كموسّع مدى في الهجين القابل للشحن - أي مولّد مدمج يغذي المحرك الكهربائي الذي يحرك المحور الأمامي. هذا موقع ذكي يُبطل جميع نقاط ضعف الهندسة: في مولد يعمل بسرعة ثابتة، يتحول انعدام الاهتزاز والصغر الحجم إلى ميزة، بينما يُباع عيب الانبعاثات واقتصاد الوقود تحت السيطرة. فانكل خرج من قلب سيارة الطريق، لكنه لم يمت هندسياً.

ماذا يقول المحرك الدوّار اليوم؟

قصة فانكل تجربة نادرة تقيس المسافة بين روعة الهندسة لدى تقنية ما والواقع التجاري والقانوني. كان الدوّار يعمل بسلاسة وقوة أكبر من محرك المكبس بثلث عدد الأجزاء المتحركة؛ لكن الاحتراق الناقص النابع من طبيعة هندسته لم يتجاوز مرة واحدة تشريعات الانبعاثات المشدّدة. انسحبت رؤية فيليكس فانكل من سيارة الطريق؛ واليوم يواصل الحياة كمولد صامت في إجابة السؤال الذي تطرحه الطاقة نفسها. وفي الحالتين، الدرس الواجب تعلمه واحد: الهندسة الجيدة تكون قيّمة عندما تُطبَّق على السؤال الصحيح.

المصادر

• محرك فانكل - ويكيبيديا
• محرك مازدا فانكل - ويكيبيديا
• صعود وسقوط محرك فانكل الدوار | متحف تامبا باي للسيارات
• موقع إحياء ذكرى فوز لومان - مازدا
• كيف فازت مازدا في سباق 24 ساعة لومان - مازدا ستوريز
• مازدا تصنع أول RX-8 الهيدروجين RE للنرويج - غرفة أخبار مازدا
• مازدا RX-8 - ويكيبيديا
• مازدا RX-8 الهيدروجين RE - ويكيبيديا
• تحليل فقدان قدرة الاحتكاك في أختام القمة في المحركات الدوارة - NASA NTRS
• محرك دوار من نوع فانكل ثنائي الأشواط - MDPI إنرجيز
• NSU/مازدا فانكل (1967) - كيف تعمل المحركات
• لماذا اضطرت مازدا إلى إيقاف RX-8 - سلاش جير
• مزايا وعيوب المحرك الدوار - ناشونال سبيد