ينبغي أن تكون المحركات الدوارة موجودة في كل مكان. فلماذا ليست كذلك؟

تتمتع المحركات الدوارة بالعديد من المزايا، فهي مدمجة وخفيفة الوزن وبسيطة ميكانيكياً مقارنة بمحركات المكابس التقليدية، كما أنها قادرة على توليد الطاقة مع تشغيل سلس للغاية. وتنتج هذه المحركات أيضاً صوتاً مميزاً لنظام العادم، وقد اكتسبت قاعدة جماهيرية مخلصة من المتحمسين، لا سيما عشاق سيارة مازدا الرياضية الأسطورية RX-7.

من الناحية النظرية، يسهل فهم سبب اعتقاد المهندسين في وقت ما بأن المحرك الدوار يمكن أن يصبح بديلاً جدياً لمحرك الاحتراق الداخلي التقليدي. ومع ذلك، تظل السيارات التي تعمل بمحركات دوارة نادرة الوجود. وقد أعادت شركة مازدا -التي توقفت عن إنتاج سياراتها الرياضية ذات المحركات الدوارة في عام 2012- استخدام هذا المحرك في دور مختلف تماماً، إذ أصبح يعمل كمولد للطاقة في طراز MX-30 e-Skyactiv R-EV.

إذن، إذا كانت المحركات الدوارة توفر كل هذه المزايا، فلماذا لم تعتمدها المزيد من شركات السيارات؟ تكمن الإجابة في مجموعة من التحديات الهندسية التي ثبتت صعوبة التغلب عليها.

ما الذي يجعل المحرك الدوار مختلفاً؟

على عكس محرك المكابس التقليدي، الذي يعتمد على مكابس تتحرك صعوداً وهبوطاً داخل أسطوانات، يستخدم المحرك الدوار دوّاراً (rotor) ذا شكل مثلثي تقريباً، يدور داخل حجرة ذات تصميم خاص. ومع حركة هذا الدوّار، تتشكل غرف متغيرة تقوم بنفس الوظائف الأساسية التي يؤديها محرك المكابس، وهي: السحب، والضغط، والاحتراق، والعادم.

هذا التصميم -الذي يرتبط غالباً بالمهندس الألماني فيليكس فانكل (Felix Wankel)- يلغي العديد من المكونات المتحركة الموجودة في المحركات التقليدية، فلا توجد مكابس ترددية، أو أذرع توصيل، أو نظام صمامات تقليدي يعمل بالطريقة المعتادة في محركات الأشواط الأربعة.

وتوفر هذه البساطة عدة مزايا، إذ يمكن للمحركات الدوارة أن تكون مدمجة للغاية مقارنة بقدرتها على توليد الطاقة، مما يتيح للمهندسين وضعها في مساحات ضيقة داخل حجرة المحرك. كما يساهم دورانها السلس في تقليل الاهتزازات المرتبطة بالتغيرات المتكررة في اتجاه حركة المكابس التقليدية.

وقد برهنت شركة مازدا على إمكانات هذه التقنية من خلال طرازات مثل كوزمو سبورت وآر إكس-7 وآر إكس-8. وقد أصبحت سيارة آر إكس-7 -على وجه الخصوص- أيقونة في عالم الأداء العالي، حيث أثبتت أن محركاً دواراً صغير الحجم قادر على توليد قوة مثيرة في سيارة رياضية خفيفة الوزن.

أكبر التحديات: كفاءة استهلاك الوقود

تتمثل نقطة الضعف الكبرى في المحرك الدوار في كفاءته، فبرغم قدرته على تقديم قوة هائلة مقارنة بحجمه المادي، إلا أنه يواجه صعوبة في تحويل الوقود إلى طاقة حركية مفيدة بنفس كفاءة محركات المكابس الحديثة.

ويعود أحد الأسباب إلى شكل غرفة الاحتراق، إذ تجعل طبيعتها الطويلة والضيقة من الصعب تحقيق احتراق مثالي للخليط بالكامل. كما أن مساحة سطحها الكبيرة نسبياً تؤدي إلى تسرب المزيد من الحرارة إلى الهيكل المحيط، مما يهدر طاقة كان يمكن استغلالها في دفع المركبة.

ونتيجة لذلك، قد تستهلك السيارات المزودة بمحركات دوارة كميات أكبر بكثير من الوقود مما قد يوحي به حجم محركاتها المتواضع. وهذا يجعلها أقل جاذبية للمشترين المهتمين بتكاليف التشغيل، وكذلك لشركات السيارات التي تسعى لتلبية معايير كفاءة أكثر صرامة. وتزداد هذه المشكلة تعقيداً في ظروف القيادة اليومية، حيث تقضي المحركات معظم وقتها في العمل عند مستويات تحميل جزئية، بدلاً من العمل عند نطاق التحميل الأكثر كفاءة.

وفي حين استفادت محركات المكابس الحديثة من عقود من التطوير في مجالات تقنيات الاحتراق، وتوقيت الصمامات المتغير، والشحن التوربيني، والإدارة الحرارية، ظلت المحركات الدوارة تكافح لمجاراة كفاءة أنظمة الدفع التقليدية الحالية. ويُعد هذا عيباً جوهرياً في سوقٍ تلعب فيه كفاءة استهلاك الوقود دوراً حاسماً في قرارات الشراء والامتثال للوائح التنظيمية.

سدادات الرؤوس، واستهلاك الزيت، والانبعاثات

تكمن تحديات أخرى في أحد أهم مكونات المحرك الدوار، وهي سدادات الرؤوس (Apex Seals). توضع هذه السدادات عند أطراف الدوار (الروتور) لتبقى على تلامس دائم مع الهيكل المحيط، مما يفصل غرف الاحتراق عن بعضها ويسمح بضغط خليط الهواء والوقود واحتواء ضغط الاحتراق. ورغم أهمية وظيفتها، إلا أن ظروف التشغيل تجعل من تحقيق الإحكام والمتانة أمراً بالغ الصعوبة.

فالتآكل، أو عدم كفاية التشحيم، أو ارتفاع درجة الحرارة، أو سوء الصيانة، كلها عوامل قد تؤثر سلباً على كفاءة هذه السدادات. وعند حدوث ذلك، تنخفض نسبة الضغط، ويتراجع الأداء، وقد تصبح تكاليف الإصلاح باهظة. لا يعني وجود محرك دوّار (Rotary engine) بالضرورة أنه غير موثوق، لكن حالته وسجل صيانته يلعبان دوراً بالغ الأهمية، لا سيما في النسخ القديمة أو تلك التي خضعت لتعديلات.

وتُعد عملية التشحيم جانباً آخر يضيف مزيداً من التعقيد، إذ تتعمد العديد من المحركات الدوّارة -في تصميمها الأصلي- إدخال كميات ضئيلة من الزيت إلى غرفة الاحتراق لتشحيم أختام الدوّار (rotor seals). وهذا يعني أن استهلاك قدراً من الزيت يُعد جزءاً من التشغيل الطبيعي للمحرك، ولا يشير بالضرورة إلى وجود خلل.

أما الانبعاثات فهي لا تقل أهمية، حيث يمكن أن تؤدي طبيعة تصميم غرفة الاحتراق والتحديات المتعلقة بإحكام الغلق إلى زيادة نسبة الوقود غير المحترق، مما يجعل من الصعب الامتثال للوائح الانبعاثات الحديثة دون الاعتماد على أنظمة تحكم متطورة.

تترجم هذه التحديات إلى تكاليف إضافية على الشركات المصنعة تتعلق بالهندسة والاختبار والتطوير. فالمحرك الدوار لا يكتفي بتقديم أداء سلس وقوة جيدة فحسب، بل يجب أن يتمتع أيضاً بمتانة ثابتة، ومستويات انبعاثات مقبولة، وتكاليف امتلاك معقولة على مدى سنوات طويلة.

لماذا تفضل شركات السيارات المحركات التقليدية؟

لا يعني هذا أن المحركات الدوارة أقل كفاءة بطبيعتها في كل الظروف، بل إن نقاط قوتها وضعفها لا تتوافق تماماً مع متطلبات السيارات الموجهة للسوق العام، مقارنةً بالمحركات المكبسية الحديثة. وفيما يلي الأسباب الرئيسية التي جعلت شركات السيارات تميل غالباً نحو التصاميم التقليدية:

كفاءة أفضل في استهلاك الوقود: توفر المحركات المكبسية الحديثة عادةً معدل استهلاك أفضل للوقود، مما يسهم في خفض تكاليف التشغيل وتقليل الانبعاثات.

سهولة الامتثال للوائح الانبعاثات: استفادت المحركات التقليدية من عقود من التطوير الذي استهدف خفض الملوثات، تماشياً مع لوائح بيئية تزداد صرامةً بمرور الوقت.

متانة مثبتة: تمتلك الشركات المصنعة خبرة واسعة في بناء وصيانة المحركات المكبسية عبر مجموعة متنوعة من المركبات وظروف القيادة المختلفة.

مخاطر تطوير أقل: يمكن تعديل عائلات المحركات الحالية لتناسب طرازات جديدة، بدلاً من تحمل تكاليف تطوير نظام دفع دوار متخصص من الصفر.

جاذبية أكبر لدى المستهلكين: يضع معظم المشترين الموثوقية، والاقتصاد في الاستهلاك، وتكاليف الصيانة المعقولة على رأس أولوياتهم، مقارنةً بالمزايا التي يوفرها المحرك الدوار، مثل صغر حجمه وطابعه الفريد.

هناك أيضاً جانب تجاري، إذ تستثمر شركات السيارات مبالغ طائلة في تطوير أنظمة الدفع، وهي بحاجة إلى تقنيات يمكن استخدامها في طرازات وأسواق متعددة. لذا، يصعب تبرير الاعتماد على محرك دوار يتطلب جهداً إضافياً للوصول إلى مستويات كفاءة وانبعاثات تضاهي تلك التي تحققها البدائل المتاحة بالفعل.

لكن هذا لا يعني أن المحركات الدوارة بلا مستقبل، بل يعني أن على الشركات المصنعة إيجاد مجالات استخدام تتفوق فيها مزايا هذه المحركات على عيوبها.

ماذا يرى عشاق السيارات بشأن مستقبل المحرك الدوار؟

لا تزال المحركات الدوارة موضوعاً مثيراً للجدل بين عشاق السيارات، كما ظهر في نقاش على منصة ريديت (ضمن مجتمع r/LeMans). فقد أشار المشاركون إلى أن استهلاك الوقود، والانبعاثات، والموثوقية تمثل عقبات رئيسية تحول دون انتشارها على نطاق أوسع. وفي المقابل، أشار آخرون إلى سيارة مازدا MX-30 R-EV كمثال على كيفية استمرار تقنية المحرك الدوار، إذ يمكن استخدامه كمولد للطاقة بدلاً من دفع العجلات مباشرة، وهو ما قد يمثل حلاً وسطاً وعملياً.

كما تظل الموثوقية محوراً متكرراً في النقاشات حول المحركات الدوارة. في نقاش على منصة ريديت (ضمن مجتمع r/RX7)، بحث عشاق السيارات في الأسباب التي تجعل المحركات الدوارة (Rotary engines) تواجه صعوبات في السيارات المخصصة للطرقات، رغم نجاحاتها الكبيرة في عالم سباقات السيارات. وقد تطرق النقاش إلى عوامل عدة، مثل متطلبات الصيانة، وظروف التشغيل، وتآكل سدادات أطراف الدوار (Apex seals). وتكشف هذه المناقشات أن مسألة اعتمادية المحركات الدوارة أكثر تعقيداً مما قد توحي به سمعتها الشائعة.

وفي نقاش آخر على مجتمع r/cars، تساءل المستخدمون عما إذا كانت مازدا قادرة على تطوير سيارة رياضية جديدة تعمل بمحرك دوار. فقد شكك البعض في إمكانية توافق هذه التقنية مع معايير الكفاءة والانبعاثات الحديثة بتكلفة معقولة، بينما رأى آخرون أن التحول نحو الكهربة قد يساهم في الحفاظ على الطابع الفريد للمحرك الدوار. وربما يكمن مستقبل هذه التقنية في تطبيقات متخصصة، بدلاً من حصرها في السيارات الرياضية التقليدية.

مازدا تجد دوراً جديداً للمحرك الدوار

تجدر الإشارة إلى أن مازدا لم تتخلَّ يوماً بشكل كامل عن مفهوم المحرك الدوار، فبعد توقف إنتاج طراز RX-8 في عام 2012، واصلت الشركة أبحاثها لإيجاد طرق تتيح تكييف هذه التقنية مع معايير الانبعاثات المتغيرة والتوجه نحو الكهربة.

وكانت النتيجة هي طراز MX-30 e-Skyactiv R-EV، وهي سيارة هجينة قابلة للشحن (Plug-in hybrid) طُرحت في أوروبا عام 2023. وبدلاً من استخدام المحرك الدوار لدفع العجلات مباشرة، تعتمد السيارة على محرك دوار صغير أحادي الدوار لتوليد الكهرباء، بينما يتولى محرك كهربائي مهمة دفع المركبة.

يستفيد هذا التصميم من نقاط قوة المحرك الدوار، فحجمه المدمج يسهل دمجه بجانب نظام الدفع الكهربائي، كما أن استخدامه كمولد للطاقة يمنح المهندسين قدرة أكبر على التحكم في ظروف تشغيله بشكل استراتيجي، وهو ما لم يكن ممكناً في السيارات الرياضية التقليدية.

كما واصلت مازدا الاستثمار في أبحاث المحركات الدوارة، ففي عام 2024، أعادت الشركة تشكيل فريق مخصص لتطوير هذه التقنية واستكشاف مستقبلها، بما في ذلك دمجها في أنظمة الدفع الكهربائية. ورغم أن هذا لا يضمن بالضرورة طرح سيارة رياضية جديدة تعمل بمحرك دوار، إلا أنه يفسر سبب بقاء هذه التقنية وعدم اندثارها تماماً. ولعل الدور الأكثر واعداً للمحرك الدوار هو أن يكون مكملاً لأنظمة الدفع الكهربائية، بدلاً من أن يكون منافساً مباشراً لمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية.

اقرـأيضًا

الكشف عن هيونداي إلنترا 2027 بتصميم جديد كلياً من الداخل والخارج

بيزاريني تعيد إحياء مشروع للمصمم جيوجيارو كان قد أُجّل قبل 60 عاماً