Come funziona il motore del Graal

Il motore del Graal. Guarda altre foto dei motori. Per gentile concessione di Grail Engine Technologies

E se ti dicessero che un giorno la tua auto potrebbe avere un motore monocilindrico sotto il cofano che ha 100 cavalli, ottiene 100 miglia per gallone (42,5 chilometri per litro) e può funzionare con qualsiasi tipo di carburante?

Le probabilità sono che probabilmente penseresti che sia qualcosa uscito da un film di fantascienza, o che sia una sorta di concetto lontano che è ancora a decenni di distanza dalla realtà.

Non è così, secondo Matthew Riley, CEO e chief research scientist della Grail Engine Technologies con sede in Kansas. Dice che il Graal Engine a due tempi della sua azienda potrebbe essere nelle auto dei consumatori entro due o cinque anni. Nel febbraio 2012, dopo tre anni di sviluppo, l'azienda ha creato il suo primo prototipo funzionante e grandi case automobilistiche come Honda e Ford hanno già mostrato interesse.

Riley afferma che il motore Grail potrebbe essere il 50% più economico da costruire, pur vantando un risparmio di carburante del 30% migliore rispetto ai motori attuali, ed è flessibile sul carburante con cui funziona. Ha un'ampia varietà di possibili applicazioni, ha detto. Inoltre non ha i problemi di inquinamento e affidabilità visti nella maggior parte degli altri motori a due tempi.

"Cambierà il modo in cui funzionano le cose", ha detto Riley, uno scienziato con più di 20 anni di esperienza nello sviluppo di motori sperimentali. "L'idea nasce dal pensiero che ci deve essere un modo migliore per fare due tempi perché hanno prestazioni migliori".

Cosa rende il motore del Graal così straordinario? È interessante notare che non si basa su una singola tecnologia rivoluzionaria per portare a termine il lavoro. Il motore utilizza una varietà di tecnologie del motore attuali e all'avanguardia e le riunisce in un unico pacchetto. "È tutta una tecnologia collaudata che è stata utilizzata in passato", ha detto Riley.

In sostanza, è un motore a due tempi molto high-tech che utilizza induzione forzata, iniezione diretta e altre tecnologie per una potenza ed efficienza impressionanti. È anche un pioniere in ciò che l'azienda chiama "accensione a compressione a carica semi-omogenea". Tratteremo il significato di tutto ciò tra un po '.

In questo articolo, impareremo tutto su come funziona il Grail Engine ed esploreremo come potrebbe essere utilizzato nel prossimo futuro.

Contenuti

1. Le basi
2. Graal Engine Design
3. Funzioni del motore Graal
4. Vantaggi dei motori Grail
5. Applicazioni del motore Grail
6. Nota dell'autore

Prima di conoscere il Grail Engine, definiamo alcuni dei concetti alla base in modo da poter comprendere appieno come funziona.

Motore a due tempi: A differenza della maggior parte dei motori moderni per auto e moto, il Grail Engine è un motore a due tempi. Nei veicoli, è più comune trovare motori a quattro tempi. Ecco cosa significa: su un motore a quattro tempi, ci sono quattro fasi nel processo di combustione interna che fa muovere un veicolo: l'aspirazione di aria e carburante, la compressione di quegli ingredienti, l'accensione di aria e carburante che forza il pistone verso il basso e il rilascio dei gas di scarico.

Tuttavia, un motore a due tempi completa lo stesso processo in soli due passaggi. Le fasi di aspirazione e scarico sono combinate insieme, così come le fasi di compressione e accensione. I motori a due tempi sono più leggeri e potenti; ma non sono così efficienti in termini di consumo di carburante, tendono ad abbattere più spesso e producono anche molti gas di scarico perché olio e carburante si mescolano durante il processo di combustione. Questo è il motivo per cui i motori a due tempi sono comunemente utilizzati solo in piccoli veicoli ricreativi e attrezzature da cortile.

Iniezione diretta: DI è il nuovo ragazzo caldo sul blocco quando si tratta di tecnologie dei motori. È diventata una caratteristica comune nei motori ad alte prestazioni e sta iniziando a trovare la sua strada anche in sempre più auto di tutti i giorni. Su un motore DI, il carburante viene spruzzato direttamente nella camera di combustione anziché miscelarsi con l'aria in un collettore separato. Ciò consente alla miscela aria / carburante di bruciare in modo più uniforme ed efficiente, con conseguente aumento della potenza e migliore economia.

Induzione forzata: Anche se non hai mai sentito parlare di induzione forzata, probabilmente hai sentito parlare di compressori o turbocompressori. Entrambi svolgono essenzialmente lo stesso lavoro: forzano più aria nel motore in modo che bruci più caldo e più forte, producendo più potenza. Il Grail Engine utilizza un tipo unico di induzione forzata (di cui parleremo tra poco).

Accensione a compressione caricata semi-omogenea forzata: Conosciuto anche come FS-HCCI, questa è una tecnologia che le case automobilistiche inseguono da anni, ha detto Riley. Questo processo comprime aria e carburante al punto che quasi bruciano da soli senza accensione a scintilla (simile al modo in cui funziona un motore diesel). E quando la miscela aria / carburante si accende, tutto il carburante nella camera brucia simultaneamente, offrendo un'efficienza molto migliore. Ciò significa più potenza e migliore risparmio di carburante [fonte: Green Car Congress].

Il motore Grail Per gentile concessione di Grail Engine Technologies

A soli 500 centimetri cubi, il Grail Engine è piuttosto piccolo: circa un quarto delle dimensioni del motore di una tipica auto economica.

A prima vista, il prototipo dell'azienda assomiglia a un normale motore a due tempi, finché non si nota la grande valvola di aspirazione rivolta verso l'alto che si stacca dal centro del pistone. Questo ha una funzione importante che esploreremo tra un po ': il motore Grail utilizza molto di più la pressione dell'aria rispetto a un normale motore a combustione interna. Il motore è composto da:

• Un cilindro e un pistone
• Una singola valvola di scarico nella parte superiore del cilindro che fa uscire i gas di scarico al termine del processo di combustione
• Tre candele, anche nella parte superiore del cilindro. Questi creano la "scintilla" che guida l'accensione (la maggior parte dei motori delle auto ha una candela per cilindro)
• Una "camera di precompressione" che ospita una valvola a lamella, un componente che mantiene l'aria fresca che scorre nel motore in una direzione (le valvole a lamella sono una parte comune sui motori a due tempi)
• Una sola valvola di aspirazione, che aspira aria e carburante, situata all'interno del pistone
• Due porte di sfiato a pistone e due porte di aspirazione del pistone
• Un piccolo carter che traduce il movimento del pistone in movimento della ruota

[Fonte: Grail Engine Technologies]

Il motore Grail Per gentile concessione di Grail Engine Technologies

Come ogni motore a combustione interna, il Grail Engine brucia aria e carburante e utilizza l'esplosione risultante per spingere un pistone su e giù per guidare il movimento. Ma è il modo in cui lo fa il motore Grail che lo rende così unico.

Quando il pistone si sposta verso l'alto, al di sotto si crea un vuoto che aspira aria fresca attraverso una valvola a lamella unidirezionale. L'aria riempie quindi tre camere: la camera di precompressione, le porte di sfiato per il pistone e le porte di aspirazione del pistone.

Quando il pistone raggiunge la parte superiore della sua corsa, l'accensione avviene grazie alle tre candele. Questo forza il pistone verso il basso, che comprime l'aria intrappolata nel basamento fino a questo punto.

Quando il pistone raggiunge il punto morto inferiore, la valvola di scarico si apre e lo scarico evacua il cilindro mentre l'aria compressa entra nella camera di combustione attraverso le porte di sfiato del pistone e di aspirazione del pistone come indicato sopra attraverso una valvola unidirezionale situata all'interno del pistone.

L'aria fresca compressa vortica verso l'alto in modo simile a un vortice, evacuando il cilindro dei gas di scarico e riempiendo il cilindro con aria fresca. Quando la valvola di scarico si chiude, il carburante viene iniettato direttamente e miscelato nella camera. La miscela di aria e carburante viene compressa e accesa dalle tre candele, creando un'esplosione che spinge il pistone verso il basso e crea movimento per il ciclo successivo.

Sembra piuttosto semplice, vero? Nel complesso, il motore Grail sembra molto simile a un normale motore a due tempi, tranne per il fatto che l'aria compressa gioca un ruolo molto più importante qui. Ma ci sono anche alcuni fattori unici al lavoro qui. Per uno, Riley afferma che la miscelazione a vortice di aria compressa e carburante è la miscela di atomizzazione aria / carburante più efficiente che si possa ottenere per una combustione ottimale. Inoltre, afferma che nessun altro motore ha un design con induzione forzata di aria compressa che entra nella camera di combustione mentre allo stesso tempo raffredda ad aria la parte superiore del pistone per ridurre le emissioni.

Infine, le tre candele creano una rapida fioritura di esplosioni, che aiutano a generare "l'accensione forzata per compressione a carica semi-omogenea" o FS-HCCI. Questo processo comprime aria e carburante al punto che quasi bruciano da soli (senza scintilla). E quando bruciano, tutto il carburante rimanente nella camera brucia contemporaneamente - simultaneamente - offrendo un'efficienza molto migliore. Ciò si traduce in una maggiore potenza e un migliore risparmio di carburante [fonti: Green Car Congress, Wojdyla].

Il motore Grail Per gentile concessione di Grail Engine Technologies

Quindi il motore Grail ha una forma molto efficiente di combustione interna. È leggero, poco costoso e produce molta potenza per le sue dimensioni. Come abbiamo detto prima, il prototipo da 500 cc può produrre 100 cavalli pur ottenendo 100 miglia per gallone (42,5 chilometri per litro). Ma cos'altro può fare?

Riley ha detto che il motore Grail elimina molti degli inconvenienti normalmente visti su un tipico motore a due tempi. Per prima cosa, l'olio e il carburante non si mescolano mai qui, quindi non ha un problema di fumo. È anche molto silenzioso e con poche vibrazioni, ha detto.

Poiché il motore è costantemente attraversato da aria compressa fresca, non ha problemi a rimanere fresco. La capacità di mantenere la camera di combustione uniformemente fresca è ciò che aiuta a rendere possibile FS-HCCI, ha detto Riley. Ciò aumenta l'efficienza termica e riduce le emissioni di ossidi di azoto. Inoltre, non è solo limitato a un singolo cilindro. Il motore Grail ha un design modulare, quindi diversi potrebbero essere messi insieme per creare un motore multicilindrico [fonte: Wojdyla].

Ma come ama dire a Riley, "Aspetta - migliora." Il motore Grail è progettato per funzionare praticamente con qualsiasi tipo di carburante, inclusi benzina, propano, diesel e gas naturale. Può anche trasportare più di un tipo di carburante contemporaneamente in serbatoi separati. Il motore può farlo perché un computer di bordo può regolare il suo rapporto di compressione al volo, regolando il motore di conseguenza ogni volta che il guidatore desidera utilizzare un carburante diverso.

Inoltre, il suo design impedisce la contaminazione dell'idrogeno attualmente vista sulle auto a celle a combustibile, rendendo quel tipo di carburante più fattibile che mai. "Questo mette le celle a combustibile sotto una luce completamente nuova", ha detto Riley.

Abbiamo già parlato di quanto sia potente il motore Grail e di come possa vantare una migliore economia di carburante ed efficienza rispetto a un normale motore a due tempi. Ma dove potrebbe essere utilizzato? Be ', praticamente ovunque, disse Riley.

"Potrebbe essere applicato a ogni area della vita, dalle automobili agli aerei e ai motori da diporto e industriali", ha detto. "Abbiamo molto interesse in diverse aree".

Oltre alle case automobilistiche, Riley ha detto che il Dipartimento della Difesa ha espresso interesse, ma ha detto che non può parlare esattamente di cosa sia quel progetto. Inoltre, potrebbe essere un motore ideale per elicotteri, ha detto.

Mentre l'attuale prototipo di Grail Engine è di 500 centimetri cubi, gli scienziati stanno lavorando su modelli più grandi, inclusi motori da 1.000 cc e 2,5 litri.

Inoltre, Riley dice che lui ei suoi dipendenti sono motivati ​​dal desiderio di rendere il mondo un posto migliore, non per diventare ricchi. Il loro obiettivo è convincere le case automobilistiche esistenti a produrre versioni con licenza della tecnologia. Spera che possa anche aprire la strada a un futuro più verde. "Non vogliamo mettere nessuno fuori dal mercato", ha detto Riley. "Vogliamo aiutare le persone. Vogliamo cambiare il mondo in meglio".

Non ho potuto fare a meno di essere impressionato dal design di Grail Engine Technologies. È certamente ambizioso, ma si basa sulla tecnologia esistente, quindi sembra più fattibile di alcuni motori sperimentali. Sembra che abbiano trovato un modo per ottenere la potenza di un motore a due tempi senza inquinamento e con un migliore risparmio di carburante rispetto alla maggior parte dei motori attuali. È interessante notare che l'azienda sembra avere motivazioni "verdi", piuttosto che essere semplicemente orientata al profitto. Forse presto vedremo un'auto con il motore del Graal - non mi sembra troppo inverosimile.

articoli Correlati

• 5 Nuove tecnologie per motori a gas
• 5 idee di combustibili alternativi che non sono mai uscite dal laboratorio
• Come funzionano i motori delle automobili
• Come funzionano i motori diesel
• Come funzionano le auto ibride
• Come funzionano i motori a iniezione diretta
• Come funzionano i motori a due tempi

fonti

• Graal Engine Technologies. "Graal Engine." (14 febbraio 2012) http://www.grailengine.com/index.php
• Green Car Congress. "Il motore Grail adotta le spine di impulso Enerpulse per l'accensione a compressione a carica semi-omogenea forzata nel motore a due tempi Concept." 8 settembre 2009. (14 febbraio 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
• Riley, Matthew. CEO di Grail Engine Technologies. Colloquio. Condotto il 13 febbraio 2012.
• Wojdyla, Ben. "Graal Engine." Meccanica popolare. (15 febbraio 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2