محرك مسطح

المحرك المسطح هو محرك مكبسي تقع أسطواناته على جانبي عمود مرفقي مركزي . يُعرف المحرك المسطح أيضاً بالمحركات المتقابلة أفقياً ، إلا أن هذا يختلف عن تصميم المحرك ذي المكابس المتقابلة الأقل شيوعاً ، حيث تحتوي كل أسطوانة على مكبسين يشتركان في غرفة احتراق مركزية.

أكثر أنواع المحركات المسطحة شيوعًا هو محرك البوكسر ، حيث تتحرك مكابس كل زوج من الأسطوانات المتقابلة إلى الداخل والخارج في آن واحد. أما النوع الآخر فهو محرك V بزاوية 180 درجة بين صفوف الأسطوانات: في هذا النوع، يشترك كل زوج من الأسطوانات في عمود مرفقي واحد، بحيث يتحرك مكبس واحد إلى الداخل بينما يتحرك الآخر إلى الخارج.

صُنع أول محرك مسطح (محرك بنز كونتراموتور) عام ١٨٩٧ على يد كارل بنز . استُخدمت المحركات المسطحة في الطيران والدراجات النارية والسيارات. وهي الآن أقل شيوعًا في السيارات من المحركات المستقيمة (للمحركات التي تحتوي على أقل من ست أسطوانات) ومحركات V (للمحركات التي تحتوي على ست أسطوانات أو أكثر). تُعد المحركات المسطحة أكثر شيوعًا في الطائرات، حيث تُعتبر المحركات المستقيمة نادرة، بينما اختفت محركات V تقريبًا باستثناء الطائرات التاريخية. حتى أنها حلت محل المحركات الشعاعية في العديد من المنشآت الصغيرة.

تتمثل مزايا المحركات المسطحة في قصر طولها، وانخفاض مركز كتلتها ، وملاءمتها للتبريد الهوائي (بسبب الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات ذات المساحة السطحية الكبيرة المعرضة جيدًا، وقصر طولها).

بالمقارنة مع المحركات المستقيمة الأكثر شيوعًا ، تتمتع المحركات المسطحة بتوازن أولي أفضل (مما يؤدي إلى تقليل الاهتزاز)؛ ^{[ 1 ]} ومع ذلك، فإن عيوبها تتمثل في زيادة عرضها والحاجة إلى رأسين للأسطوانات. وبالمقارنة مع محركات V - وهي التصميم الأكثر شيوعًا للمحركات ذات الست أسطوانات أو أكثر - تتميز المحركات المسطحة مرة أخرى بمركز ثقل منخفض، وبالنسبة للست أسطوانات، بتوازن أولي أفضل؛ وعيبها هو عرضها الأكبر. ^{[ 2 ]}

أكثر استخدامات المحركات المسطحة شيوعاً هي:

• تُستخدم محركات الأسطوانتين المتوازيتين في الغالب في الدراجات النارية. وقد استُخدمت أحيانًا في السيارات الخفيفة والطائرات والتطبيقات الصناعية، وذلك حتى ستينيات القرن الماضي.
• تُستخدم محركات الأسطوانات المسطحة رباعية الأسطوانات في الغالب في السيارات (وخاصةً في سيارات فولكس فاجن من النوع 1 إلى 4 ، وفي معظم طرازات سوبارو ^{[ 2 ]} )، وقد استُخدمت أحيانًا في الدراجات النارية. ويُعدّ استخدامها الأكثر شيوعًا في الطائرات الصغيرة ذات المحرك الواحد ، والتي لا تزال تُصنّع وتُستخدم فيها حتى يومنا هذا.
• تُستخدم محركات الست أسطوانات المسطحة في الغالب في الطائرات والسيارات (وخاصة في سيارة بورش 911 الرياضية وفي سيارات سوبارو )، وقد تم استخدامها أحيانًا في الدراجات النارية.
• تم استخدام محركات ثمانية الأسطوانات المسطحة في العديد من سيارات السباق، وخاصة من قبل شركة بورش في الستينيات.
• من غير المعروف أن محركات الأسطوانة المسطحة ذات العشر أسطوانات قد وصلت إلى مرحلة الإنتاج التجاري. وقد قامت شركة شيفروليه ببناء نموذج أولي لمحرك سيارة طريق في ستينيات القرن الماضي.
• تم استخدام محركات ذات اثني عشر أسطوانة مسطحة في سيارات سباق مختلفة، ولا سيما سيارة بورش 917K ، خلال الستينيات والسبعينيات، وفي سيارات فيراري للطرق من عام 1973 إلى عام 1996. وتُعد سيارة بانارد EBR المدرعة واحدة من المركبات العسكرية القليلة التي استخدمت مثل هذا المحرك.
• من غير المعروف أن محركات الست عشرة المسطحة قد وصلت إلى مرحلة الإنتاج. وقد تم بناء نماذج أولية لمحركات سيارات السباق بواسطة كوفنتري كليماكس وبورش في الستينيات والسبعينيات.

تكوين الملاكم

تستخدم معظم المحركات المسطحة تصميم "الملاكم"، حيث يتحرك كل زوج من المكابس المتقابلة للداخل والخارج في آنٍ واحد، كما لو كان الملاكمان يضربان قفازاتهما معًا قبل النزال. ^{[ 3 ]} تتميز محركات الملاكم بانخفاض الاهتزاز، فهي التصميم الشائع الوحيد الذي يخلو من القوى غير المتوازنة، بغض النظر عن عدد أزواج الأسطوانات. لذلك، لا تتطلب محركات الملاكم عمود توازن ^{[ 4 ]} أو أثقالًا موازنة على عمود المرفق لموازنة وزن الأجزاء المترددة. مع ذلك، يوجد عزم دوران متأرجح ، نظرًا لأن كل أسطوانة منحرفة قليلًا عن الأخرى في زوجها بسبب المسافة بين دبابيس المرفق على طول عمود المرفق. ^{[ 3 ]}

في عام 1902، زُوِّدت طائرة بيرس أحادية السطح (التي أصبحت لاحقًا من أوائل الطائرات التي حققت الطيران) بمحرك ثنائي الأسطوانات مسطح. ومن بين أوائل الطائرات المنتجة تجاريًا التي استخدمت محركًا مسطحًا، كانت سلسلة طائرات سانتوس-دومون ديموازيل لعام 1909 ، والتي زُوِّدت بمحركات ثنائية الأسطوانات متقابلة.

تم إنتاج العديد من محركات بوكسر رباعية الأسطوانات خصيصاً للطائرات الخفيفة. كما أنتج عدد من المصنّعين محركات بوكسر سداسية الأسطوانات للطائرات خلال ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين.

خلال الحرب العالمية الثانية، استُخدم محرك بوكسر ثنائي الأسطوانات يُسمى "محرك ريدل" كمحرك بدء تشغيل/ وحدة طاقة مساعدة ميكانيكية للمحركات النفاثة الألمانية المبكرة، مثل يونكرز جومو 004 وبي إم دبليو 003. صمم هذه المحركات نوربرت ريدل ، وتتميز بنسبة شوط مربعة للغاية تبلغ 2:1 بحيث يمكن وضعها داخل محول السحب، مباشرة أمام ضاغط التوربين.

تُوفر المحركات المسطحة العديد من المزايا للدراجات النارية، بما في ذلك مركز ثقل منخفض ، واهتزازات قليلة، وملاءمة لنظام نقل الحركة عبر عمود، وتبريد متساوٍ للأسطوانات (في حالة المحركات المبردة بالهواء). ^{[ 5 ] [ 6 ]} يُعدّ تصميم المحرك المتوازي الأسطوانات (بوكسر-توين) الأكثر شيوعًا للدراجات النارية، بدءًا من محرك Fée المتوازي الأسطوانات عام 1905، الذي أنتجته شركة Light Motors، والذي كان أول محرك دراجة نارية يُنتج بكميات تجارية. ^{[ 7 ]} ولدى BMW Motorrad تاريخ طويل في صناعة الدراجات النارية ذات المحرك المتوازي الأسطوانات، بدءًا من عام 1923 مع دراجة BMW R32. ^{[ 5 ]}

تم إنتاج العديد من الدراجات النارية بمحركات رباعية الأسطوانات مسطحة، مثل دراجة زونداب K800 موديل 1938-1939 ودراجة هوندا جولد وينج موديل 1974-1987 . وفي عام 1987، تم تطوير محرك هوندا جولد وينج ليصبح سداسي الأسطوانات مسطحًا. ^{[ 8 ]}

محرك ديزل بوكسر-12 من طراز هينو موتورز DS140 موديل 1969

هيكل ومحرك تاترا 11 (1923-1927) - محرك ثنائي الأسطوانات مسطح مثبت في الأمام مع نظام دفع خلفي

عند استخدامها في السيارات، تتميز المحركات المسطحة بانخفاض مركز ثقلها (مما يحسن من ثبات السيارة)، ^{[ 4 ]} وقصر طولها، وانخفاض اهتزازاتها، وملاءمتها للتبريد الهوائي (بفضل مساحة سطحها الكبيرة المعرضة للهواء، ورؤوس أسطواناتها، وقصر طولها). ^{[ 9 ]} مع ذلك، يُعد عرض المحركات المسطحة الأكبر (مقارنةً بالمحركات الخطية والمحركات على شكل حرف V الأكثر شيوعًا) عيبًا، خاصةً عندما يكون المحرك موجودًا بين العجلات الموجهة.

استُخدمت المحركات المسطحة من قبل العديد من مصنعي السيارات - في الغالب بتصميم بوكسر رباعي الأسطوانات - حتى أواخر التسعينيات. ومنذ ذلك الحين، لم يبقَ سوى بورش وسوبارو كشركتين مصنعتين رئيسيتين للمحركات المسطحة.

تاريخ

محركات بوكسر رباعية الأسطوانات

سيارات فولكس فاجن المبردة بالهواء 1936-2006

2012–حتى الآن سوبارو FA20

أُنتج أول محرك مسطح عام 1897 على يد المهندس الألماني كارل بنز . ^{[ 5 ] [ 11 ]} عُرف هذا المحرك باسم محرك كونترا ، وكان بتصميم بوكسر ثنائي الأسطوانات. من بين الاستخدامات المبكرة للمحركات المسطحة في السيارات: سيارة لانشستر فايتون ذات محرك بوكسر ثنائي الأسطوانات بقوة 8 أحصنة عام 1900، وسيارة  ويلسون-بيلشر ذات محرك بوكسر رباعي الأسطوانات عام 1901، ^{[ 12 ]} وسيارة ويلسون-بيلشر ذات محرك بوكسر سداسي الأسطوانات بقوة 18/24 حصانًا عام 1904، وسيارة فورد موديل A عام 1903 ، وسيارة فورد موديل C عام 1904، وسيارة فورد موديل F عام 1905. ^{[ 13 ]}

في عام 1938، أُطلقت سيارة فولكس فاجن بيتل (التي كانت تُسمى آنذاك "KdF-Wagen") بمحرك رباعي الأسطوانات مسطح مثبت في الخلف. استمر إنتاج هذا المحرك المبرد بالهواء من فولكس فاجن لسنوات عديدة، واستُخدم أيضًا في فولكس فاجن تايب 2 (ترانسبورتر، كومبي، أو ميكروباص)، وسيارة فولكس فاجن كارمان غيا الرياضية، وسيارة فولكس فاجن تايب 3 المدمجة. وفي عام 1982، طُرحت نسخة مبردة بالماء، تُعرف باسم " Wasserboxer" ، وحلت في نهاية المطاف محل النسخ المبردة بالهواء.

معظم سيارات بورش الرياضية مزودة بمحركات مسطحة، بدءًا من أول سيارة لها: بورش 356 (1948-1965) التي استخدمت محرك بوكسر رباعي الأسطوانات مبرد بالهواء. كما استخدمت محركات بوكسر في سيارات بورش 914 (1969-1976) ، وبورش 912 (1965-1969)، وبورش بوكستر/كايمان (982) ( 2016-حتى الآن ) . أما بورش 911، فقد استخدمت حصريًا محركات بوكسر سداسية الأسطوانات منذ طرحها عام 1964 وحتى الآن. وفي عام 1997، تحولت بورش 911 من التبريد الهوائي إلى التبريد المائي.

استُخدمت محركات بورشه ذات الثماني أسطوانات المسطحة في العديد من سيارات السباق خلال ستينيات القرن الماضي، مثل سيارة بورشه 804 للفورمولا 1 لعام 1962 وسيارة بورشه 908 الرياضية لعامي 1968-1971. كما صنعت بورشه محركًا ذا اثنتي عشرة أسطوانة مسطحة لسيارة بورشه 917 الرياضية لعامي 1969-1973.

استخدمت شيفروليه محركًا بست أسطوانات مبردًا بالهواء ومتقابلًا أفقيًا في خط إنتاجها كورفير خلال فترة إنتاجها الكاملة من 1960 إلى 1969 في تطبيقات وقدرات طاقة مختلفة، بما في ذلك أحد الاستخدامات الأولى للشاحن التوربيني في سيارة يتم إنتاجها بكميات كبيرة.

طُرح محرك سوبارو EA عام 1966، مُدشنًا بذلك سلسلة محركات بوكسر رباعية الأسطوانات التي لا تزال تُنتج حتى اليوم. ^{[ 14 ]} تُزود معظم طرازات سوبارو بمحرك بوكسر رباعي الأسطوانات، إما بسحب طبيعي أو بشاحن توربيني. وقد وصف إعلان مطبوع لسيارة سوبارو GL كوبيه موديل 1973 المحرك بأنه "رباعي الأسطوانات". ^{[ 15 ]} كما أنتجت الشركة محركات بوكسر سداسية الأسطوانات بين عامي 1988 و1996، وبين عامي 2001 و2019. ^{[ 16 ]} وفي عام 2008، أصبح محرك سوبارو EE أول محرك بوكسر ديزل في العالم لسيارة ركاب. هذا المحرك عبارة عن محرك بوكسر رباعي الأسطوانات مزود بشاحن توربيني ونظام حقن وقود بالسكك المشتركة. ^{[ 4 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

استخدمت فيراري محركات ذات 12 أسطوانة مسطحة في سيارات الفورمولا 1 المختلفة في سبعينيات القرن الماضي. كما استُخدم محرك ذو 12 أسطوانة مسطحة (بتصميم V12 بزاوية 180 درجة) في سيارات فيراري برلينيتا بوكسر (1973-1984) وفيراري تيستاروسا (1984-1996) ومشتقاتها. ^{[ 20 ]}

تستخدم تويوتا تسمية Toyota 4U-GSE لمحرك بوكسر رباعي الأسطوانات في نسخ تويوتا من سيارات تويوتا 86 وسوبارو BRZ التوأم، على الرغم من أن المحرك مصمم ومبني من قبل سوبارو باسم Subaru FA20 . ^{[ 3 ]}

• محرك H
• محرك V
• محرك W
• محرك X
• محرك شعاعي
• تاريخ محرك الاحتراق الداخلي