Slik fungerer Grail Engine

Grail-motoren. Se flere bilder av motorer. Høflighet av Grail Engine Technologies

Hva om du ble fortalt at bilen en dag kunne ha en en-sylindret motor under panseret som har 100 hestekrefter, får 100 mil per gallon (42,5 kilometer per liter) og kan kjøre på alle typer drivstoff?

Oddsen er at du sannsynligvis vil tro at det er noe ut av en science fiction-film, eller at det er et slags fjernt konsept som fortsatt er flere tiår unna virkeligheten.

Ikke slik, ifølge Matthew Riley, administrerende direktør og forskningsforsker ved Kansas-baserte Grail Engine Technologies. Han sier at selskapets to-takts Grail Engine kan være i forbrukernes biler i løpet av to til fem år. I februar 2012, etter tre års utvikling, etablerte selskapet sin første fungerende prototype, og store bilfirmaer som Honda og Ford har allerede vist interesse.

Riley sier at Grail Engine kan være 50 prosent billigere å bygge mens den kan skryte med 30 prosent bedre drivstofføkonomi i forhold til dagens motorer, og at den er fleksibel når det gjelder drivstoff den kjører på. Den har et bredt utvalg av mulige bruksområder, sa han. Det har heller ikke forurensnings- og pålitelighetsproblemene som sees i de fleste andre totaktsmotorer.

"Det kommer til å endre måten ting fungerer på," sa Riley, en forsker med mer enn 20 års erfaring med å utvikle eksperimentelle motorer. "Ideen kommer fra tanken om at det må være en bedre måte å lage to-takter fordi de har bedre resultater."

Hva er det som gjør Grail Engine så fantastisk? Interessant nok er det ikke avhengig av en eneste gjennombruddsteknologi for å få jobben gjort. Motoren tar en rekke aktuelle, nyskapende motorteknologier og setter dem sammen i en pakke. "Det er velprøvd teknologi som har vært brukt i fortiden," sa Riley.

I hovedsak er det en veldig høyteknologisk totaktsmotor som bruker tvungen induksjon, direkte innsprøytning og andre teknologier for imponerende kraft og effektivitet. Det er også en pioner innen det selskapet kaller "semi-homogen ladet kompresjonsantennelse." Vi vil dekke hva alt dette betyr på litt.

I denne artikkelen skal vi lære alt om hvordan Grail Engine fungerer, og utforske hvordan den kan tas i bruk i løpet av en veldig nær fremtid.

innhold

1. Det grunnleggende
2. Grail Engine Design
3. Grilmotorfunksjoner
4. Fordelene med gralmotorer
5. Grail Engine applikasjoner
6. Forfatterens merknad

Før vi lærer om Grail Engine, la oss først definere noen av konseptene bak den, slik at vi fullt ut kan forstå hvordan den fungerer.

To-takts motor: I motsetning til de fleste moderne bil- og motorsykkelmotorer, er Grail Engine en totaktsmotor. I kjøretøy er det mer vanlig å finne firetaktsmotorer. Her er hva det betyr: På en firetaktsmotor er det fire faser i forbrenningsprosessen som får et kjøretøy til å bevege seg - inntak av luft og drivstoff, komprimering av disse ingrediensene, antennelse av luft og drivstoff som tvinger stemplet ned og frigjøring av avgass.

Imidlertid fullfører en totaktsmotor den samme prosessen på bare to trinn. Inntaks- og eksosstrinnene kombineres sammen, i likhet med kompresjons- og tenningstrinnene. To-taktsmotorer er lettere og kraftigere; men de er ikke like drivstoffeffektive, de har en tendens til å bryte sammen oftere, og de produserer også mye avgass fordi olje og drivstoff blandes sammen under forbrenningsprosessen. Dette er grunnen til at totaktsmotorer ofte bare brukes i små fritidsbiler og hageutstyr.

Direkte injeksjon: DI er den hete nye gutten på blokken når det gjelder motorteknologier. Det har blitt et vanlig innslag på ytelsesmotorer, og det begynner å finne veien inn i flere og flere hverdagslige biler også. På en DI-motor sprayes drivstoff direkte i forbrenningskammeret i stedet for å blandes med luften i et separat manifold. Dette lar luft / drivstoffblandingen brenne jevnere og mer effektivt, noe som resulterer i økt kraft og bedre økonomi.

Tvangsinduksjon: Selv om du aldri har hørt om tvangsinduksjon, har du sannsynligvis hørt om superladere eller turboladere. Begge gjør i hovedsak den samme jobben: de tvinger mer luft inn i motoren slik at den brenner varmere og hardere, og produserer mer kraft. Grail Engine bruker en unik type tvangsinduksjon (som vi kommer inn på bare litt).

Tvang semi-homogen ladet kompresjonsantennelse: Også kjent som FS-HCCI, er dette en teknologi som produsenter har jaget etter i flere år, sa Riley. Denne prosessen komprimerer luft og drivstoff til det punktet hvor de nesten forbrenner på egen hånd uten gnisttenning (ligner på hvordan en dieselmotor fungerer). Og når luft / drivstoffblandingen tennes, brenner alt drivstoffet i kammeret samtidig, og gir mye bedre effektivitet. Det betyr mer kraft og bedre drivstofføkonomi [kilde: Green Car Congress].

Grail-motoren takket være Grail Engine Technologies

På bare 500 kubikk centimeter er Grail Engine ganske liten - omtrent en fjerdedel av størrelsen på motoren på en typisk økonomibil.

Ved første øyekast ser selskapets prototype ut som en vanlig totaktsmotor, helt til du legger merke til den store, oppovervendte inntaksventilen som kommer utenfor midten av stempelet. Det har en viktig funksjon vi vil utforske litt på - Grail Engine bruker mye mer lufttrykk enn en vanlig forbrenningsmotor. Motoren består av:

• En sylinder og et stempel
• En enkelt eksosventil på toppen av sylinderen som slipper ut avgasser etter forbrenningsprosessen er fullført
• Tre tennplugger, også på toppen av sylinderen. Disse skaper "gnisten" som driver tenning (De fleste bilmotorer har en tennplugg per sylinder)
• Et "forkompresjonskammer" som rommer en vassventil, en komponent som holder frisk luft i å strømme inn i motoren i en retning (Reed-ventiler er en vanlig del på totaktsmotorer)
• En enkelt inntaksventil, som trekker inn luft og drivstoff, plassert inne i stempelet
• To lufte-til-stempelporter og to stempel-inntak-porter
• Et lite veivhus som oversetter stempelbevegelse til hjulbevegelse

[Kilde: Grail Engine Technologies]

Grail-motoren takket være Grail Engine Technologies

Som enhver forbrenningsmotor, brenner Grail Engine luft og drivstoff og bruker den resulterende eksplosjonen for å skyve et stempel opp og ned for å drive bevegelse. Men det er slik Grail-motoren gjør det som gjør den så unik.

Når stempelet beveger seg oppover, skapes et vakuum under det, som suger frisk luft inn gjennom en enveis vassventil. Luft fyller deretter tre kamre - pre-kompresjonskammeret, lufte-til-stempelportene og stempelinntak-portene.

Når stempelet når toppen av sin reisevei, oppstår tenning takket være de tre tennpluggene. Dette tvinger stempelet nedover, som komprimerer luften som er fanget i veivhuset opp til dette punktet.

Når stempelet når bunnen dødt sentrum, åpnes eksosventilen og eksos evakuerer sylinder når trykkluft kommer inn i forbrenningskammeret via ventilasjons-til-stempelet og stempel-inntak-portene som nevnt ovenfor gjennom en enveis ventil plassert i stempelet.

Komprimert frisk luft virvler seg oppover på virvellignende måte, evakuerer sylinderen med avgass og fyller sylinderen på nytt med frisk luft. Når eksosventilen lukkes, injiseres drivstoff direkte og blandes i kammeret. Blandingen av luft og drivstoff komprimeres og antennes av de tre tennpluggene, noe som skaper en eksplosjon som skyver stemplet ned og skaper bevegelse for neste syklus.

Virker ganske enkelt, ikke sant? Totalt sett virker Grail Engine veldig lik en vanlig totaktsmotor, bortsett fra at trykkluft spiller en mye større rolle her. Men det er noen unike faktorer på jobb her også. For det første sier Riley at virvelblandingen av trykkluft og drivstoff er den mest effektive luft / drivstoffforstøvningsblandingen som kan oppnås for optimal forbrenning. I tillegg sier han at ingen andre motorer har en design med tvangsinduksjon av trykkluft som kommer inn i forbrenningskammeret, samtidig som den luftkjøler toppen av stempelet for å redusere utslipp.

Til slutt skaper de tre tennpluggene en rask oppblomstring av eksplosjoner, som hjelper til med å generere "tvungen semi-homogen ladet kompresjonsantennelse", eller FS-HCCI. Denne prosessen komprimerer luft og drivstoff til det punktet hvor de nesten forbrenner på egen hånd (uten gnist). Og når de forbrenner, forbrenner alt gjenværende drivstoff i kammeret samtidig - samtidig - og gir mye bedre effektivitet. Dette resulterer i mer kraft og bedre drivstofføkonomi [kilder: Green Car Congress, Wojdyla].

Grail-motoren takket være Grail Engine Technologies

Så Grail Engine har en veldig effektiv form for forbrenning. Den er lett, billig og produserer mye kraft for sin størrelse. Som vi sa tidligere, kan prototypen på 500 cc produsere 100 hestekrefter mens den får 100 mil per gallon (42,5 kilometer per liter). Men hva annet kan den gjøre?

Riley sa at Grail Engine eliminerer mange av ulempene som normalt sees på en typisk totaktsmotor. For det første blandes aldri olje og drivstoff sammen her, så det har ikke et røykproblem. Det er også veldig stille og lite på vibrasjoner, sa han.

Fordi motoren har frisk, komprimert luft som hele tiden beveger seg gjennom den, har den ikke noe problem å holde seg kjølig. Evnen til å holde forbrenningskammeret jevn kjølig er det som hjelper til med å gjøre FS-HCCI mulig, sa Riley. Dette øker den termiske effektiviteten og reduserer nitrogenutslippene. Dessuten er det ikke bare begrenset til en enkelt sylinder. Grail Engine er modulær i designen, så flere kan være satt sammen for å lage en flersylindret motor [kilde: Wojdyla].

Men som Riley liker å si: "Vent - det blir bedre." Grail Engine er designet for å kjøre på praktisk talt alle typer drivstoff, inkludert bensin, propan, diesel og naturgass. Den kan også føre mer enn én type drivstoff på en gang i separate tanker. Motoren kan gjøre det fordi en datamaskin ombord kan justere kompresjonsforholdet mens du flyr, og justere motoren deretter når sjåføren vil bruke et annet drivstoff.

Dessuten forhindrer dens design forurensning av hydrogen som for øyeblikket sees på brenselcellebiler, noe som gjør den typen drivstoff mer mulig enn noensinne. "Dette setter brenselceller i et helt nytt lys," sa Riley.

Vi har allerede snakket om hvor potent Grail Engine er, og hvordan den kan skryte av bedre drivstofføkonomi og effektivitet enn en vanlig totaktsmotor. Men hvor kan den brukes? Vel, omtrent hvor som helst, sa Riley.

"Det kan brukes på alle livsområder, fra biler til fly, og fritids- og industrimotorer," sa han. "Vi har mye interesse på forskjellige områder."

Foruten bilprodusenter sa Riley at forsvarsdepartementet har uttrykt interesse, men han sa at han ikke kan snakke om nøyaktig hva det prosjektet er. Dessuten kan den lage en ideell helikoptermotor, sa han.

Mens den nåværende prototypen Grail Engine er 500 kubikk centimeter, jobber forskerne på større modeller, inkludert 1 000 cc og 2,5-liters motorer.

I tillegg sier Riley at han og hans ansatte er motivert av et ønske om å gjøre verden til et bedre sted, ikke for å bli rik. Målet deres er å få eksisterende bilfirmaer til å produsere lisensierte versjoner av teknologien. Han håper det også kan bane vei for en grønnere fremtid. "Vi ønsker ikke å sette noen i drift," sa Riley. "Vi vil hjelpe mennesker. Vi ønsker å endre verden til det bedre."

Jeg kunne ikke la være å bli imponert over design av Grail Engine Technologies. Det er absolutt ambisiøst, men det er basert på eksisterende teknologi, så det virker mer gjennomførbart enn noen eksperimentelle motorer. De ser ut til å ha funnet en måte å få kraften til en totaktsmotor uten forurensning, og med bedre drivstofføkonomi enn de fleste nåværende motorer. Det er interessant at selskapet ser ut til å ha "grønne" motivasjoner, i stedet for bare å være profittdrevet. Kanskje får vi se en Grail Engine-bil en gang snart - den høres ikke for langtidshentet ut for meg.

relaterte artikler

• 5 Nye gassmotorteknologier
• 5 Alternative drivstoffideer som aldri har gjort det ut av laben
• Hvordan bilmotorer fungerer
• Slik fungerer dieselmotorer
• Hvordan hybridbiler fungerer
• Hvordan direkte injeksjonsmotorer fungerer
• Hvordan to-taktsmotorer fungerer

kilder

• Grail Engine Technologies. "Grail Engine." (14. februar 2012) http://www.grailengine.com/index.php
• Green Car Congress. "Grail Engine vedtar enerpulspulsplugger for tvunget semi-homogen ladet kompresjonsantennelse i to-takts motor." 8. september 2009. (14. februar 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
• Riley, Matthew. Administrerende direktør i Grail Engine Technologies. Personlig intervju. Gjennomført 13. februar 2012.
• Wojdyla, Ben. "Grail Engine." Populær mekanikk. (15. februar 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2