محرك نموذجي

محرك النموذج هو محرك احتراق داخلي صغير ^{[ 1 ]} يستخدم عادة لتشغيل طائرة يتم التحكم فيها عن طريق الراديو ، أو سيارة يتم التحكم فيها عن طريق الراديو ، أو قارب يتم التحكم فيه عن طريق الراديو ، أو طائرة حرة الطيران ، أو طائرة يتم التحكم فيها عن طريق خط ، أو نموذج سيارة مربوطة على الأرض .

بسبب قانون التربيع والتكعيب ، لا يتناسب أداء العديد من المحركات دائمًا مع حجمها، سواءً بالزيادة أو النقصان؛ مما يؤدي في أحسن الأحوال إلى انخفاض كبير في الطاقة أو الكفاءة، وفي أسوأ الأحوال إلى توقفها عن العمل تمامًا. يُعدّ الميثانول والنيتروميثان من أنواع الوقود الشائعة.

تتنوع المحركات العاملة بكامل طاقتها، وإن كانت صغيرة الحجم، من المحركات ثنائية الأشواط أحادية الأسطوانة الأكثر شيوعًا إلى المحركات رباعية الأشواط أحادية ومتعددة الأسطوانات ، والتي تتخذ أشكالًا مختلفة مثل البوكسر ، والمحرك ثنائي الأسطوانات على شكل حرف V ، والمحرك الخطي ، والمحرك الشعاعي ، كما تُستخدم بعض تصميمات محركات وانكل . وتعمل معظم هذه المحركات النموذجية بمزيج من الميثانول ، والنيتروميثان ، ومواد التشحيم (إما زيت الخروع أو الزيت الاصطناعي ).

تتراوح أحجام محركات الطراز ثنائي الأشواط ، التي تم تصميمها في الغالب منذ عام 1970 مع منافذ Schnuerle للحصول على أفضل أداء، من 0.12 بوصة مكعبة (2 سنتيمتر مكعب) إلى 1.2 بوصة مكعبة (19.6 سم مكعب) وتولد ما بين 0.5 حصان (370 واط ) إلى 5  حصان (3.7  كيلو واط)، ويمكن أن تصل إلى 0.010 بوصة مكعبة (0.16 سم مكعب) وتصل إلى 3-4 بوصة مكعبة (49-66 سم مكعب). ^{[ 2 ]} تم تصنيع محركات نموذجية رباعية الأشواط بأحجام صغيرة تصل إلى 0.20 بوصة مكعبة (3.3 سم مكعب) لأصغر نماذج الأسطوانة الواحدة ، وصولاً إلى 3.05 بوصة مكعبة (50 سم مكعب) لأكبر حجم للوحدات أحادية الأسطوانة، مع وجود محركات ثنائية ومتعددة الأسطوانات في السوق بأحجام صغيرة تصل إلى 10 سم مكعب للأسطوانات المزدوجة المتقابلة، بينما تصل إلى أحجام أكبر قليلاً من 50 سم مكعب، وحتى إلى ما يزيد عن 200 سم مكعب لبعض نماذج محركات بوكسر ذات المكابس المتقابلة، والمحركات الخطية والشعاعية . على الرغم من أن محركات " وقود التوهج " الممزوج بالميثانول والنيتروميثان هي الأكثر شيوعًا، إلا أن العديد من محركات الطائرات النموذجية الأكبر حجمًا (خاصةً تلك التي تزيد سعتها عن 15 سم مكعب/0.90 بوصة مكعبة)، سواءً ثنائية الأشواط أو رباعية الأشواط (وهو عدد متزايد منها)، تعمل بنظام الإشعال الشراري، وتُغذى في المقام الأول بالبنزين. مع ذلك، توجد بعض الأمثلة على محركات الطائرات النموذجية ثنائية ورباعية الأشواط المصممة خصيصًا لشمعات التوهج، والتي يمكن، من خلال ترقيات ما بعد البيع، استبدال شمعات التوهج المستخدمة عادةً بأنظمة إشعال شراري تعمل بالبطارية ويتم التحكم فيها إلكترونيًا. غالبًا ما تعمل محركات الطائرات النموذجية المُعدّلة بهذه الطريقة بكفاءة أعلى عند استخدام وقود محركات شمعات التوهج القائم على الميثانول، مع إمكانية الاستغناء تمامًا عن استخدام النيتروميثان في تركيبات وقودها.

تتناول هذه المقالة محركات الميثانول؛ أما محركات النماذج التي تعمل بالبنزين فهي مشابهة لتلك المصممة للاستخدام في جزازات العشب والمناشير الآلية وغيرها من معدات الحدائق، إلا إذا كانت مصممة خصيصًا للاستخدام في نماذج الطائرات، وينطبق هذا بشكل خاص على محركات النماذج رباعية الأشواط التي تعمل بالبنزين. تستخدم هذه المحركات عادةً وقودًا يحتوي على نسبة ضئيلة من زيت المحرك، كما هو الحال في محركات ثنائية الأشواط، لأغراض التزييت، حيث أن معظم محركات النماذج رباعية الأشواط - سواء كانت تعمل بشمعات التسخين أو الإشعال الشراري - لا تحتوي على خزان مدمج لزيت المحرك في علبة المرافق أو كتلة المحرك.

استخدمت غالبية محركات النماذج، ولا تزال تستخدم، مبدأ دورة الشوطين لتجنب الحاجة إلى صمامات في غرفة الاحتراق ، ولكن عددًا متزايدًا من محركات النماذج يستخدم تصميم دورة الأشواط الأربعة بدلاً من ذلك. وتُعدّ محركات الشوطين ذات الصمامات الريشية والدوارة شائعة، بينما تستخدم محركات النماذج ذات الأشواط الأربعة إما صمامات تقليدية أو صمامات دوارة للسحب والعادم.

يحتوي المحرك الموضح على اليمين على مكربن ​​في مركز هيكل سبيكة الزنك المصبوب على اليسار. (يستخدم هذا المحرك آلية لتقييد التدفق، مثل الخانق في محركات السيارات القديمة، لأن تأثير فنتوري غير فعال على هذا النطاق الصغير). لا يزال صمام القصب، ذو الشكل الصليبي فوق زنبرك التثبيت، مصنوعًا من سبيكة نحاس البريليوم في هذا المحرك القديم. شمعة التسخين مدمجة في رأس الأسطوانة. يتيح حجم الإنتاج الكبير استخدام أسطوانة مصنعة آليًا وعلبة مرافق مصنعة بالبثق (مقطوعة يدويًا في المثال الموضح). تتميز محركات صمام القصب من نوع كوكس بي بانخفاض تكلفتها وقدرتها على تحمل الصدمات. مكونات المحرك الموضح مأخوذة من عدة محركات مختلفة.

تُعرض أدناه صور لمحرك يعمل بشمعة التسخين ومحرك ديزل للمقارنة. يظهر الاختلاف الخارجي الأبرز أعلى رأس الأسطوانة. تحتوي شمعة التسخين في محرك شمعات التسخين على طرف يشبه الدبوس في نقطة التلامس المركزية، وهو موصل كهربائي لشمعة التسخين. أما محرك الديزل، فيحتوي على قضيب على شكل حرف T يُستخدم لضبط نسبة الانضغاط. الجسم الأسطواني الموجود خلف محرك شمعات التسخين هو كاتم صوت العادم .

• 
  محرك شمعة التسخين
• 
  محرك ديزل

تُستخدم شمعات التسخين لبدء تشغيل المحرك واستمرار دورة الطاقة. تتكون شمعة التسخين من سلك متين، مصنوع في معظمه من البلاتين ، ملفوف حلزونيًا ، داخل تجويف أسطواني في جسم الشمعة، مُعرَّض لغرفة الاحتراق . يُطبَّق جهد تيار مستمر صغير (حوالي 1.5 فولت) على شمعة التسخين، ثم يُشغَّل المحرك، ويُفصل الجهد. يحدث احتراق خليط الوقود والهواء في محرك شمعات التسخين، الذي يتطلب الميثانول لكي تعمل الشمعة في المقام الأول، وأحيانًا يُستخدم نيتروميثان لزيادة القدرة الناتجة وتحسين استقرار دوران المحرك في وضع الخمول، نتيجةً للتفاعل التحفيزي لبخار الميثانول مع وجود البلاتين في السلك، مما يُسبب الاشتعال. هذا يُبقي سلك الشمعة متوهجًا ساخنًا، ويسمح له بإشعال الشحنة التالية.

بما أن توقيت الإشعال لا يُتحكم به كهربائيًا، كما هو الحال في محركات الإشعال الشراري ، أو عن طريق حقن الوقود ، كما هو الحال في محركات الديزل العادية ، فإنه يجب ضبطه من خلال غنى الخليط، ونسبة النيتروميثان إلى الميثانول، ونسبة الانضغاط ، وتبريد رأس الأسطوانة ، ونوع شمعة التسخين، وما إلى ذلك. يميل الخليط الغني إلى تبريد سلك التسخين، وبالتالي تأخير الإشعال، مما يُبطئ المحرك، كما أنه يُسهل بدء التشغيل. بعد بدء التشغيل، يُمكن بسهولة تقليل كمية الوقود (عن طريق ضبط صمام إبرة في أنبوب الرش) للحصول على أقصى قدرة. تُعرف محركات شمعات التسخين أيضًا باسم محركات النيترو. تتطلب محركات النيترو مُشعلًا بجهد 1.5 فولت لإشعال شمعة التسخين في المشتت الحراري . بمجرد تجهيز المُشعل، يؤدي سحب بادئ التشغيل مع وجود المُشعل في مكانه إلى بدء تشغيل المحرك.

تُعدّ محركات الديزل بديلاً لمحركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالميثانول. تعمل هذه المحركات، التي تُعرف باسم "محركات الديزل" ، بمزيج من الكيروسين والإيثر وزيت الخروع أو الزيت النباتي ، بالإضافة إلى مُحسِّن السيتان أو نترات الأميل . وعلى الرغم من اسمها، واستخدامها للاحتراق بالضغط ، واستخدامها لوقود الكيروسين المشابه للديزل ، فإن محركات الديزل النموذجية لا تشترك إلا في القليل جدًا مع محركات الديزل الحقيقية .

محركات الديزل كاملة الحجم، كتلك الموجودة في الشاحنات ، تعمل بنظام حقن الوقود ، وهي إما ثنائية الأشواط أو رباعية الأشواط . تستخدم هذه المحركات الاحتراق بالضغط لإشعال الخليط: حيث يؤدي الضغط داخل الأسطوانة إلى تسخين الشحنة الداخلة بدرجة كافية لإحداث الاشتعال، دون الحاجة إلى مصدر إشعال خارجي. ومن السمات الأساسية لهذه المحركات، على عكس محركات البنزين، أنها تسحب الهواء فقط، ويتم خلط الوقود بحقنه في غرفة الاحتراق بشكل منفصل. أما محركات الديزل النموذجية فهي ثنائية الأشواط تعمل بنظام المكربن، حيث يستخدم علبة المرافق للضغط. يزود المكربن ​​المحرك بخليط من الوقود والهواء، مع الحفاظ على نسب ثابتة نسبيًا، ويتم التحكم في حجم الخليط الإجمالي للتحكم في قدرة المحرك.

إلى جانب استخدام محركات الديزل لتقنية الاحتراق بالضغط، تتشابه هذه المحركات في تصميمها مع محركات الدراجات النارية الصغيرة ثنائية الأشواط أو محركات جزازات العشب. إضافةً إلى ذلك، تتميز محركات الديزل النموذجية بنسب ضغط متغيرة . ويتحقق هذا التغير في الضغط بواسطة مكبس معاكس في أعلى الأسطوانة، يمكن تعديله بواسطة ذراع على شكل حرف T. يبقى حجم الإزاحة للمحرك ثابتًا، ولكن مع تغير حجم غرفة الاحتراق عند النقطة الميتة العليا نتيجةً لتعديل المكبس المعاكس، تتغير نسبة الضغط (حجم الإزاحة + حجم غرفة الاحتراق / حجم غرفة الاحتراق) تبعًا لذلك.

تُنتج محركات الديزل النموذجية عزم دوران أكبر من محركات الاحتراق الداخلي ذات السعة نفسها ، ويُعتقد أنها تتمتع بكفاءة أفضل في استهلاك الوقود ، لأن القدرة نفسها تُنتج عند عدد دورات أقل في الدقيقة ، وفي محرك ذي سعة أصغر. مع ذلك، قد لا تكون القدرة النوعية أعلى بكثير من محرك الاحتراق الداخلي، نظرًا للبنية الأثقل اللازمة لضمان قدرة المحرك على تحمل نسبة الانضغاط الأعلى بكثير ، والتي قد تصل أحيانًا إلى 30:1. كما أن محركات الديزل تعمل بهدوء أكبر بكثير، نظرًا لاحتراقها الأسرع، على عكس محركات الاحتراق الداخلي ثنائية الأشواط، حيث قد يستمر الاحتراق حتى بعد فتح منافذ العادم، مما يُسبب ضوضاءً عالية.

أدت التطورات الحديثة في هندسة النماذج إلى إنتاج محركات ديزل نموذجية حقيقية، مزودة بحاقن ومضخة حاقن تقليدية، وتعمل هذه المحركات بنفس طريقة عمل محرك الديزل الكبير.

• محرك رباعي الأشواط
• شمعة التسخين (محرك نموذجي)
• وقود التوهج
• محرك نيترو
• تقنية شنورل لتعديل المنافذ ، المستخدمة في محركات ثنائية الأشواط النموذجية منذ سبعينيات القرن الماضي

• شركة كي آند بي للتصنيع
• محركات يامادا
• تمت أرشفة سايتو سيسكوشو في 3 فبراير 2014 على موقع Wayback Machine.
• ويبرا
• شركة فوكس للتصنيع
• ميكوا
• هوايات كوكس