Sådan fungerer Graal Engine

Gralmotoren. Se flere billeder af motorer. Høflighed af Grail Engine Technologies

Hvad hvis du fik at vide, at din bil en dag kunne have en en-cylindret motor under sin hætte, der har 100 hestekræfter, får 100 mil pr. Gallon (42,5 kilometer pr. Liter) og kan køre på enhver type brændstof?

Oddserne er, du kunne sandsynligvis tro, at det er noget ud af en science fiction-film, eller at det er en slags fjerntliggende koncept, der stadig er årtier væk fra virkeligheden.

Ikke det, ifølge Matthew Riley, administrerende direktør og chefforsker ved Kansas-baserede Grail Engine Technologies. Han siger, at hans virksomheds totakts Grail Engine kunne være i forbrugernes biler inden for to til fem år. I februar 2012, efter tre års udvikling, etablerede virksomheden deres første fungerende prototype, og store bilfirmaer som Honda og Ford har allerede vist interesse.

Riley siger, at Grail Engine kunne være 50 procent billigere at bygge, mens den kan prale med 30 procent bedre brændstoføkonomi i forhold til nuværende motorer, og det er fleksibelt med hensyn til, hvilket brændstof den kører på. Det har en lang række mulige applikationer, sagde han. Det har heller ikke de forurenings- og pålidelighedsproblemer, der ses i de fleste andre totaktsmotorer.

"Det vil ændre den måde ting fungerer," sagde Riley, en videnskabsmand med mere end 20 års erfaring med at udvikle eksperimentelle motorer. "Ideen kommer fra tanken om, at der skal være en bedre måde at lave to-streger på, fordi de er bedre præstere."

Hvad gør Grail Engine så fantastisk? Det er interessant nok, at den ikke er afhængig af en enkelt gennembrudsteknologi for at få arbejdet gjort. Motoren tager en række aktuelle, banebrydende motorteknologier og sætter dem alle sammen i en pakke. ”Det er alt velprøvet teknologi, der er brugt i fortiden,” sagde Riley.

I bund og grund er det en meget højteknologisk totaktsmotor, der bruger tvungen induktion, direkte injektion og andre teknologier til imponerende kraft og effektivitet. Det er også en pioner inden for, hvad virksomheden kalder "semi-homogen ladet komprimeringstænding." Vi dækker hvad alt det betyder på en lille smule.

I denne artikel lærer vi alt om, hvordan Grail Engine fungerer, og udforsker, hvordan den kan bruges i den nærmeste fremtid.

Indhold

1. Det grundlæggende
2. Grail Engine Design
3. Grilmotorfunktioner
4. Fordele ved gralmotorer
5. Applikationer til Grail Engine
6. Forfatterens note

Før vi lærer om Grail Engine, lad os først definere nogle af koncepterne bag den, så vi fuldt ud kan forstå, hvordan den fungerer.

To-taktsmotor: I modsætning til de fleste moderne bil- og motorcykelmotorer er Grail Engine en totaktsmotor. I køretøjer er det mere almindeligt at finde firetaktsmotorer. Her er, hvad det betyder: På en firetaktsmotor er der fire faser til forbrændingsprocessen, der får et køretøj til at bevæge sig - indtagelse af luft og brændstof, kompression af disse ingredienser, antændelse af luft og brændstof, der tvinger stemplet ned og frigivelsen af ​​udstødningsgas.

Imidlertid afslutter en totaktsmotor den samme proces i kun to trin. Indsug- og udstødningstrinnene kombineres sammen, ligesom komprimering og antændelsestrin. To-taktsmotorer er lettere og mere kraftfulde; men de er ikke så brændstofeffektive, de har tendens til at nedbrydes oftere, og de producerer også en masse udstødningsgas, fordi olie og brændstof blandes sammen under forbrændingsprocessen. Dette er grunden til, at totaktsmotorer ofte kun bruges i små fritidsbiler og gårdudstyr.

Direkte injektion: DI er det hotte nye barn på blokken, når det kommer til motorteknologier. Det er blevet et almindeligt træk på præstationsmotorer, og det begynder også at finde vej til flere og flere hverdagsbiler. På en DI-motor sprøjtes brændstof direkte ind i forbrændingskammeret i stedet for at blandes med luften i en separat manifold. Dette lader blandingen af ​​luft / brændstof brænde mere jævnt og effektivt, hvilket resulterer i øget effekt og bedre økonomi.

Tvungen induktion: Selv hvis du aldrig har hørt om tvungen induktion, har du sandsynligvis hørt om superchargers eller turbochargers. Begge udfører stort set det samme job: de tvinger mere luft ind i motoren, så den forbrænder varmere og hårdere og producerer mere kraft. Grail Engine bruger en unik type tvangsinduktion (som vi bare kommer ind på).

Tvungen semi-homogen opladet komprimeringstænding: Også kendt som FS-HCCI, dette er en teknologi, som bilproducenter har jaget efter i årevis, sagde Riley. Denne proces komprimerer luft og brændstof til det punkt, hvor de næsten forbrænder på egen hånd uden gnisttænding (svarende til den måde, en dieselmotor fungerer på). Og når luft / brændstofblandingen antændes, brænder alt brændstof i kammeret samtidig, hvilket giver meget bedre effektivitet. Det betyder mere magt og bedre brændstoføkonomi [kilde: Green Car Congress].

Grail-motoren takket være Grail Engine Technologies

På kun 500 kubikcentimeter er Grail Engine ganske lille - cirka en fjerdedel af motorens størrelse på en typisk økonomibil.

Ved første øjekast ser virksomhedens prototype ud som enhver almindelig totaktsmotor, indtil du bemærker den store, opadvendte indtagsventil, der kommer ud af stemplets centrum. Det har en vigtig funktion, vi undersøger lidt - Grail Engine bruger meget mere lufttryk end en normal forbrændingsmotor. Motoren består af:

• En cylinder og et stempel
• En enkelt udstødningsventil øverst på cylinderen, der udslipper udstødningsgasser efter forbrændingsprocessen er afsluttet
• Tre tændrør, også øverst på cylinderen. Disse skaber "gnisten", der driver antændelse (De fleste bilmotorer har et tændrør pr. Cylinder)
• Et "prækomprimeringskammer", der huser en rørventil, en komponent, der holder frisk luft flyder ind i motoren i en retning (Reed-ventiler er en fælles del af totaktsmotorer)
• En enkelt indblæsningsventil, der trækker luft og brændstof ind i stemplet
• To udluftning-til-stempel-porte og to stempel-indtag-porte
• Et lille krumtaphus, der oversætter stempelbevægelse til hjulbevægelse

[Kilde: Grail Engine Technologies]

Grail-motoren takket være Grail Engine Technologies

Som enhver forbrændingsmotor brænder Grail Engine luft og brændstof og bruger den resulterende eksplosion til at skubbe et stempel op og ned for at drive bevægelse. Men det er sådan, som Grail-motoren gør det, der gør den så unik.

Når stemplet bevæger sig opad, dannes et vakuum under det, der suger frisk luft ind gennem en envejsrørsventil. Luft fylder derefter tre kamre - prækomprimeringskammeret, udluftning-til-stempel-porte og stempelindtag-porte.

Når stemplet når toppen af ​​sin rejsevej, sker der antændelse takket være de tre tændrør. Dette tvinger stemplet nedad, hvilket komprimerer luften, der er fanget i krumtaphuset op til dette punkt.

Når stemplet når det nederste døde centrum, åbnes udstødningsventilen, og udstødningen evakuerer cylinderen, når komprimeret luft kommer ind i forbrændingskammeret via udluftnings-til-stempel og stempel-indtag-åbninger som anført ovenfor gennem en envejsventil placeret i stemplet.

Komprimeret frisk luft hvirvler opad på en virvellignende måde, evakuerer cylinderen med udstødningsgas og påfylder cylinderen med frisk luft. Når udstødningsventilen lukkes, indsprøjtes brændstof direkte og blandes i kammeret. Blandingen af ​​luft og brændstof komprimeres og antændes af de tre tændrør, hvilket skaber en eksplosion, der skubber stemplet ned og skaber bevægelse til næste cyklus.

Virker ret simpelt, ikke? Generelt ser Grail Engine meget ud som en almindelig totaktsmotor, undtagen at trykluft spiller en meget større rolle her. Men der er også nogle unikke faktorer på arbejdet her. For det første siger Riley, at hvirvelblandingen af ​​komprimeret luft og brændstof er den mest effektive luft / brændstofforstøvningsblanding, der kan opnås for optimal forbrænding. Derudover siger han, at ingen anden motor har et design med tvungen induktion af trykluft, der kommer ind i forbrændingskammeret, samtidig med at luftkøling af toppen af ​​stemplet for at reducere emissioner.

Endelig skaber de tre tændrør en hurtig blomst af eksplosioner, som hjælper med at generere "tvungen semi-homogen ladet kompressionstænding" eller FS-HCCI. Denne proces komprimerer luft og brændstof til det punkt, hvor de næsten forbrænder på egen hånd (uden gnist). Og når de forbrænder, forbrænder alt det resterende brændstof i kammeret på én gang - samtidig - hvilket giver meget bedre effektivitet. Dette resulterer i mere magt og bedre brændstoføkonomi [kilder: Green Car Congress, Wojdyla].

Grail-motoren takket være Grail Engine Technologies

Så Grail Engine har en meget effektiv form for forbrænding. Det er let, billigt og producerer en masse kraft til dens størrelse. Som vi sagde tidligere, kan prototypen på 500 cc producere 100 hestekræfter, mens den får 100 miles pr. Gallon (42,5 kilometer pr. Liter). Men hvad ellers kan det gøre?

Riley sagde, at Grail Engine eliminerer mange af de ulemper, der normalt ses på en typisk totaktsmotor. For det første blandes olie og brændstof aldrig sammen her, så det har ikke et røgproblem. Det er også meget stille og lavt på vibrationer, sagde han.

Fordi motoren har frisk, komprimeret luft, der hele tiden bevæger sig gennem den, har den ikke noget problem med at holde sig kølig. Evnen til at holde forbrændingskammeret ensartet køligt er det, der hjælper med at gøre FS-HCCI muligt, sagde Riley. Dette øger den termiske effektivitet og reducerer nitrogenoxidemissionerne. Det er heller ikke kun begrænset til en enkelt cylinder. Grail Engine er modulopbygget, så flere kan strammes sammen for at skabe en flercylindret motor [kilde: Wojdyla].

Men som Riley kan lide at sige, "Vent - det bliver bedre." Grail Engine er designet til at køre på stort set enhver type brændstof, herunder benzin, propan, diesel og naturgas. Det kan også transportere mere end én type brændstof på én gang i separate tanke. Motoren kan gøre det, fordi en ombordcomputer kan justere dens kompressionsforhold på farten og justere motoren i overensstemmelse hermed, når føreren vil bruge et andet brændstof.

Desuden forhindrer dens design kontaminering af brint, der i øjeblikket ses på brændstofcellebiler, hvilket gør denne type brændstof mere gennemførlig end nogensinde. "Dette sætter brændselsceller i et helt nyt lys," sagde Riley.

Vi har allerede talt om, hvor potent Grail Engine er, og hvordan den kan prale med bedre brændstoføkonomi og effektivitet end en normal totaktsmotor. Men hvor kunne det bruges? Nå, næsten overalt, sagde Riley.

”Det kunne anvendes på alle livsområder, fra biler til fly, og fritids- og industrimotorer,” sagde han. "Vi har en masse interesse på forskellige områder."

Udover bilproducenter sagde Riley, at Forsvarsdepartementet har udtrykt interesse, men han sagde, at han ikke kan tale om nøjagtigt, hvad det projekt er. Det kunne også være en ideel helikoptermotor, sagde han.

Mens den nuværende prototype Grail Engine er 500 kubikcentimeter, arbejder forskerne på større modeller, herunder 1.000 cc og 2.5-liters motorer.

Plus, Riley siger, at han og hans medarbejdere er motiverede af et ønske om at gøre verden til et bedre sted, ikke for at blive rig. Deres mål er at få eksisterende bilfirmaer til at producere licenserede versioner af teknologien. Han håber, at det også kan bane vejen for en grønnere fremtid. "Vi ønsker ikke at sætte nogen i brug," sagde Riley. "Vi vil hjælpe mennesker. Vi vil ændre verden til det bedre."

Jeg kunne ikke undgå at blive imponeret over Grail Engine Technologies 'design. Det er bestemt ambitiøst, men det er baseret på eksisterende teknologi, så det virker mere gennemførligt end nogle eksperimentelle motorer. Det ser ud til, at de har fundet en måde at få kraften i en totaktsmotor uden forurening og med bedre brændstoføkonomi end de fleste nuværende motorer. Det er interessant, at virksomheden ser ud til at have "grønne" motiver i stedet for bare at være overskudsdrevet. Måske vil vi snart se en Grail Engine-bil snart - det lyder ikke for langt hentet for mig.

relaterede artikler

• 5 nye gasmotorteknologier
• 5 alternative brændstofideer, der aldrig kom ud af laben
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer dieselmotorer
• Sådan fungerer hybridbiler
• Sådan fungerer direkte injektionsmotorer
• Sådan fungerer to-taktsmotorer

Kilder

• Grail Engine Technologies. "Grail Engine." (14. februar 2012) http://www.grailengine.com/index.php
• Green Car Congress. "Grail Engine vedtager Enerpulse-pulsstik til tvungen semi-homogen opladet komprimeringstænding i koncept-totaktsmotor." 8. september 2009. (14. februar 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
• Riley, Matthew. CEO for Grail Engine Technologies. Personlig samtale. Foretaget den 13. februar 2012.
• Wojdyla, Ben. "Grail Engine." Populær mekanik. (15. februar 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2