محرك محوري

في عام 1911، سوّقت شركة ماكومبر للمحركات الدوارة في لوس أنجلوس أحد أوائل محركات الاحتراق الداخلي المحورية، والذي صنعته شركة أفيس للمحركات في ألستون، ماساتشوستس . كان هذا المحرك رباعي الأشواط، ومبردًا بالهواء، ويحتوي على سبع أسطوانات ونسبة انضغاط متغيرة، يتم تغييرها بتغيير زاوية لوحة التذبذب، وبالتالي طول شوط المكبس. ^{[ 3 ]} وقد سُمّي "محركًا دوارًا" لأن المحرك بأكمله كان يدور بمعزل عن الغلافين الطرفيين.

كان نظام الإشعال يُزوَّد بواسطة مغناطيس بوش يعمل مباشرةً من تروس الكامة. ثم يُنقل التيار عالي الجهد إلى قطب كهربائي ثابت على غطاء المحمل الأمامي، ومنه تنطلق الشرارات إلى شمعات الإشعال في رؤوس الأسطوانات عند مرورها على بُعد 1.6 مم (1/16 بوصة ) منه . ووفقًا لكتيبات ماكومبر، كان النظام "مضمونًا ضد السخونة الزائدة". 

زُعم أن المحرك قادر على العمل بسرعة تتراوح بين 150 و1500  دورة في الدقيقة. وعند السرعة العادية البالغة 1000  دورة في الدقيقة، يُقال إنه كان يُنتج 50  حصانًا. وكان وزنه 100 كيلوغرام (230 رطلاً) ، وطوله 710 ملم (28 بوصة) ، وقطره 480 ملم (19 بوصة ) .   

قام الطيار الرائد تشارلز فرانسيس والش بقيادة طائرة تعمل بمحرك ماكومبر في مايو 1911، وهي طائرة "والش سيلفر دارت". ^{[ 4 ]}

في عام 1913، قدمت شركة ستاتاكس موتور السويسرية، ومقرها زيورخ ، تصميمًا لمحرك ذي لوحة مائلة. أُنتج نموذج أولي واحد فقط، وهو معروض حاليًا في متحف العلوم بلندن . وفي عام 1914، انتقلت الشركة إلى لندن لتصبح شركة ستاتاكس للمحركات، وخططت لطرح سلسلة من المحركات الدوارة ؛ محرك ثلاثي الأسطوانات بقوة 10  أحصنة، ومحرك خماسي الأسطوانات بقوة 40  حصانًا، ومحرك سباعي الأسطوانات بقوة 80  حصانًا، ومحرك عشاري الأسطوانات بقوة 100  حصان. ^{[ 5 ]}

يبدو أن  تصميم الـ 40 حصانًا هو التصميم الوحيد الذي تم إنتاجه، والذي تم تركيبه في طائرة كودرون جي.2 للمشاركة في سباق ديربي الطيران البريطاني عام 1914 ، ولكن تم سحبه قبل الرحلة. وقدّمت شركة هانسن نسخة مصنوعة بالكامل من الألومنيوم من هذا التصميم عام 1922، ولكن من غير الواضح ما إذا كانت قد أنتجته بكميات كبيرة. وفي عام 1929، قدّمت شركة ستاتاكس، من خلال قسمها الألماني، نسخًا محسّنة بشكل كبير، حيث أنتجت 42  حصانًا في نسخة جديدة بصمام كمّي تُعرف باسم 29B . وحصلت شركة غرينوود وريموند من سان فرانسيسكو على حقوق براءة الاختراع في الولايات المتحدة وكندا واليابان، وخططت لإنتاج محرك بخمس أسطوانات بقوة 100  حصان وآخر بتسع أسطوانات بقوة 350  حصانًا.

في عام 1917، حصل أنتوني ميتشل على براءات اختراع لتصميمه لمحرك ذي لوحة مائلة. تميز هذا المحرك بآلية فريدة لنقل الحمل من المكابس إلى اللوحة المائلة، وذلك باستخدام وسادات انزلاقية مائلة تنزلق على طبقة رقيقة من الزيت، على غرار مضخة المكبس المحورية . ومن ابتكارات ميتشل الأخرى تحليله الرياضي للتصميم الميكانيكي، بما في ذلك كتلة وحركة المكونات، مما جعل محركاته في حالة توازن ديناميكي مثالي عند جميع السرعات.

في عام 1920 أسس ميتشل شركة المحركات بدون عمود المرفق في فيتزروي (أستراليا)، وأنتج نماذج أولية عاملة للمضخات والضواغط ومحركات السيارات ومحركات الطائرات، وكلها تستند إلى نفس التصميم الأساسي. ^{[ 6 ]}

عمل مصمم المحركات فيل إيرفينغ لدى شركة المحركات بدون عمود المرفق قبل انضمامه إلى قسم الموارد البشرية .

حصلت عدة شركات على ترخيص تصنيع لتصميم ميتشل. وكانت أنجح هذه الشركات هي شركة والر آند سون البريطانية، التي أنتجت معززات الغاز. ^{[ 7 ]}

كان أكبر محرك ميتشل بدون عمود مرفقي هو محرك XB-4070، وهو محرك ديزل للطائرات تم بناؤه لصالح البحرية الأمريكية. ^{[ 8 ]} يتكون من 18 مكبسًا، وتبلغ قدرته 2000 حصان ويزن 2150 رطلاً.

قام الأمريكي جون أو. ألمن من سياتل، واشنطن، ببناء واختبار محركات أسطوانية تجريبية للاستخدام في الطائرات في أوائل عشرينيات القرن العشرين، وبحلول منتصف العشرينيات، اجتاز محرك ألمن A-4 المبرد بالماء (18 أسطوانة، مجموعتان من تسع أسطوانات متقابلة أفقياً) اختبارات القبول الخاصة بسلاح الجو الأمريكي . ومع ذلك، لم يدخل حيز الإنتاج قط، ويعزى ذلك على ما يبدو إلى محدودية التمويل وتزايد تركيز سلاح الجو على المحركات الشعاعية المبردة بالهواء . تميز محرك A-4 بمساحة أمامية أصغر بكثير من المحركات المبردة بالماء ذات القدرة المماثلة، مما وفر إمكانيات انسيابية أفضل. بلغت قدرته 425 حصانًا (317 كيلوواط) ، ووزنه 749 رطلاً فقط (340 كيلوغرامًا) ، مما أعطى نسبة قدرة إلى وزن أفضل من 1:2، وهو إنجاز تصميمي كبير في ذلك الوقت. ^{[ 9 ]}   

كان هيراكليو ألفارو فورنييه طيارًا إسبانيًا نال لقب فارس في سن الثامنة عشرة من الملك ألفونسو الثالث عشر ملك إسبانيا لتصميمه وبنائه وقيادته أول طائرة إسبانية. ^{[ 10 ]} وقد طوّر محركًا أسطوانيًا للاستخدام في الطائرات، أنتجته لاحقًا شركة إنديان لتصنيع الدراجات النارية تحت اسم " ألفارو ". كان هذا المحرك مثالًا مثاليًا على تصميم "إضافة كل شيء"، إذ تضمن نظام صمامات أسطوانية يعتمد على رأس أسطوانة دوار، وهو تصميم لم يُستخدم في أي محرك. ثم طُوّر لاحقًا لاستخدامه في مروحية دومان على يد ستيفن دوبونت، نجل رئيس شركة إنديان للدراجات النارية، والذي كان أحد طلاب ألفارو في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . ^{[ 11 ]}

صُمم محرك بريستول المحوري في منتصف ثلاثينيات القرن العشرين على يد تشارلز بنجامين ريدروب لصالح شركة بريستول للترام والعربات ؛ وكان محركًا بسعة 7 لترات، و9 أسطوانات، من نوع الصمام المتذبذب. وقد صُمم في الأصل كوحدة طاقة للحافلات، ربما لأن حجمه الصغير كان يسمح بتركيبه أسفل أرضية الحافلة. وكان المحرك مزودًا بصمام دوار واحد للتحكم في السحب والعادم. استُخدمت عدة نماذج منه في حافلات بريستول خلال أواخر ثلاثينيات القرن العشرين، حيث مرّ المحرك بعدة إصدارات من RR1 إلى RR4، والتي بلغت قدرتها 145  حصانًا عند 2900  دورة في الدقيقة. توقف تطويره عام 1936 بعد تغيير الإدارة في شركة بريستول. ^{[ 12 ]}

لعلّ أكثر التصاميم تطوراً هو محرك وولر البريطاني ذو الصفيحة المتذبذبة لعام 1947. صُمّم هذا المحرك سداسي الأسطوانات على يد جون وولر، المعروف بتصميمه لمحركات الدراجات النارية، لاستخدامه في الطائرات. كان مشابهاً لمحرك بريستول المحوري، لكنه احتوى على صفيحتين متذبذبتين، تُداران بواسطة 12 مكبساً متقابلاً في 6 أسطوانات. يُشار إلى هذا المحرك خطأً في كثير من الأحيان باسم محرك الصفيحة المائلة. ^{[ 13 ]} يُحفظ نموذج واحد منه في معرض الطائرات بمتحف العلوم في لندن.

تم إنتاج بعض المحركات الأسطوانية الصغيرة بواسطة شركة HLF Trebert Engine Works ^{[ 14 ]} في روتشستر، نيويورك للاستخدام البحري.

يعود أصل محرك داينا-كام إلى تصميم الأخوين بليزر، وهما مهندسان أمريكيان عملا في صناعة السيارات خلال العصر النحاسي، وكانا يعملان لدى شركة ستوديبيكر عام 1916. باعا حقوق التصميم لكارل هيرمان، رئيس قسم الهندسة في ستوديبيكر، الذي طور الفكرة على مدى سنوات عديدة، وحصل في النهاية على براءة اختراع أمريكية رقم 2237989 عام 1941. ^{[ 15 ]} يحتوي المحرك على 6 مكابس مزدوجة الأطراف تعمل في 6 أسطوانات، وتُشعل غرف الاحتراق الاثنتي عشرة في كل دورة لعمود الدوران. تُحرك المكابس كامة جيبية الشكل، بدلاً من لوحة مائلة أو لوحة متذبذبة، ومن هنا جاءت تسميته.

في عام 1961، باع هيرمان، البالغ من العمر 80 عامًا، حقوق محركه لأحد موظفيه، إدوارد بالمر، الذي أسس شركة داينا-كام للمحركات مع ابنه دينيس. وساعد دينيس، ابن إدوارد، وابنته بات في تركيب المحرك في طائرة بايبر آرو . وقد حلّق المحرك لحوالي 700 ساعة بين عامي 1987 و1991. أما أطول محركاتهم عمرًا، فقد عمل لما يقارب 4000 ساعة قبل إجراء الصيانة الشاملة. افتتحت داينا-كام مركزًا للأبحاث والتطوير حوالي عام 1993، وحازت على العديد من الجوائز من وكالة ناسا، والبحرية الأمريكية، ومشاة البحرية الأمريكية، ولجنة الطاقة في كاليفورنيا، ومنطقة إدارة جودة الهواء، وتحالف لوس أنجلوس الإقليمي للتكنولوجيا، وذلك لتطويرها نسخًا مختلفة من محرك داينا-كام نفسه. وقد قامت مجموعة هيرمان ببناء حوالي 40 محركًا نموذجيًا، بينما قامت مجموعة داينا-كام ببناء 25 محركًا آخر منذ استحواذها على المحرك وافتتاح ورشتها. مُنح دينيس بالمر وإدوارد بالمر براءة اختراع جديدة، الأولى عام 1985، ثم عدة براءات أخرى لدينيس بالمر حوالي عام 2000. في عام 2003، استحوذت شركة إيرو-مارين على أصول شركة داينا-كام للمحركات، وغيرت اسمها إلى شركة أكسيال فيكتور للمحركات . ^{[ 16 ]} أعادت أكسيال فيكتور تصميم محرك الكامات بالكامل. يعاني محرك أكسيال فيكتور الجديد، كغيره من المحركات المذكورة في هذه القائمة، من مشكلة "إضافة كل شيء"، بما في ذلك الصمامات الكهروإجهادية ونظام الإشعال، وبطانات الأسطوانات الخزفية بدون حلقات مكابس، ومجموعة متنوعة من الميزات المتقدمة الأخرى. لا يشبه هذا المحرك محركي هيرمان وداينا-كام الأصليين إلا قليلاً، إذ استخدم محرك داينا-كام صمامات وحلقات مكابس وملحقات تقليدية، ولم يستخدم مواد خزفية غير مجربة، وقد حلّق بالفعل في طائرة، كما زوّد قارب التزلج "إليميناتور" الذي يبلغ طوله 6.1 متر (20 قدمًا) بالطاقة لأكثر من أربع سنوات. 

تقوم شركة كوفاكس المحدودة (المعروفة باسم فيرديزل المحدودة حتى عام 2017) في المملكة المتحدة بتصميم محركات ديزل ثنائية الأشواط ذات مكابس متقابلة تستخدم كاميرات غير جيبية، وذلك للتطبيقات الصناعية والطيران. تتراوح تصاميم محركاتها من محرك ثنائي الأسطوانات  بقطر 80 مم إلى محرك ثنائي و32 أسطوانة بقطر 160  مم. ^{[ 17 ]}

بدأت شركة Duke Engines النيوزيلندية أعمالها عام 1993، وقد طورت العديد من المحركات المختلفة، وقامت بتركيب أحدها في سيارة عام 1999. يعمل المحرك بنظام احتراق داخلي رباعي الأشواط، بخمس أسطوانات وسعة 3 لترات، ويتميز بتصميم محوري فريد من نوعه، وهو في جيله الثالث. وبفضل تصميمه الخالي من الصمامات، يفقد محرك Duke طاقة أقل بين أشواط القدرة. ^{[ 18 ]} وتزعم النماذج الأولية الحالية لمحركات Duke أنها تضاهي خصائص محركات الاحتراق الداخلي التقليدية، ولكن بأجزاء أقل ووزن أخف بنسبة 30%. وهذا يصب في اتجاه تطوير محرك أكثر كفاءة. خلال مرحلة التطوير، تم اختبار محرك Duke في شركة MAHLE Powertrain في المملكة المتحدة والولايات المتحدة؛ وأظهرت نتائج الاختبار قدرته على العمل بأنواع وقود متعددة. ^{[ 19 ]} من المتوقع أن تجعل مزايا محرك Duke من حيث خفة الوزن وصغر الحجم هذا التصميم مثاليًا لمحركات الدراجات النارية؛ وقد تجعل هذه المزايا المحرك مناسبًا أيضًا للطائرات الخفيفة. ^{[ 20 ]} (لا توجد بيانات كافية حول ما إذا كان محرك ديوك سلسًا؛ يحتوي العمود الرئيسي على ثقل موازن كبير متصل به).

تصميم كلاسيكي إسباني الصنع، مكابس متوازية تعمل في اتجاهين متعاكسين، محرك محوري ذو لوحة مائلة بموجة جيبية، بنسختين في عام 2023، بحجم سيارة، مع تبريد سائل، كنموذج أولي؛  ووحدة رباعية الأسطوانات مبردة بالهواء، سعة 125 سم مكعب، 22 حصان، وزن 4.5 كجم، موجهة للطائرات بدون طيار والنماذج الجوية الكبيرة، في مرحلة ما قبل الإنتاج. ^{[ 21 ]}

وحدة الطاقة الأسطوانية (CEM) هي محرك ذو لوحة مائلة بموجة جيبية، ويمكن استخدامها أيضًا كمضخة مستقلة تعمل بمصدر طاقة خارجي. يتم تحريك مجموعة دوار اللوحة المائلة ذهابًا وإيابًا بمساعدة دبابيس محرك المكبس، التي تتبع مسار كامة جيبية ثابتة تحيط بمجموعة الدوار.

صُمم محرك الاحتراق الداخلي (CEM) على يد المخترع الأمريكي إيدي بول ، وكان يُستخدم في الأصل في مضخات إطفاء الحرائق . لاحقًا، جرى تعديله للاستخدام في السيارات، وكان من المخطط استخدامه في مشروع سيارة دوسنبرغ توربيدو كوبيه الذي لم يُنفذ عام 2005. كان من المفترض أن يدور محرك الاحتراق الداخلي (CEM) حول محور، ساحبًا الوقود وموفرًا التشحيم الذاتي، وكان قادرًا على العمل بالبنزين أو الديزل . ويُزعم أيضًا أنه كان يُنتج سدس الحرارة التي يُنتجها المحرك التقليدي فقط، مما يعني أن التبريد بالهواء سيكون كافيًا. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

تقوم شركة Devize Motors الأمريكية حاليًا بتطوير محرك جديد يستخدم مكابس متقابلة. ^{[ 24 ]}