Jak funguje Grail Engine

Motor Grálu. Prohlédněte si další obrázky motorů. S laskavým svolením společnosti Grail Engine Technologies

Co kdyby vám bylo řečeno, že jednoho dne by vaše auto mohlo mít pod kapotou motor s jedním válcem, který má 100 koňských sil, dostane 100 mil na galon (42,5 km na litr) a může běžet na jakýkoli druh paliva?

Kurzy jsou, pravděpodobně byste si mysleli, že je to něco ze sci-fi filmu, nebo že je to nějaký druh odhodilého konceptu, který je stále desetiletí od reality.

Podle Matthew Riley, generálního ředitele a hlavního výzkumného pracovníka společnosti Grail Engine Technologies se sídlem v Kansasu, to tak není. Říká, že dvoutaktní Grail Engine jeho společnosti by mohl být v automobilech spotřebitelů během dvou až pěti let. V únoru 2012, po třech letech vývoje, společnost zavedla svůj první funkční prototyp a velké automobilové společnosti jako Honda a Ford již projevily zájem.

Riley říká, že Grail Engine by mohl být o 50 procent levnější, zatímco se může pochlubit o 30 procent lepší spotřebou paliva oproti současným motorům a je flexibilní, o jaké palivo běží. Má širokou škálu možných aplikací, řekl. Také u většiny ostatních dvoudobých motorů nemá problémy se znečištěním a spolehlivostí.

"Změní to, jak věci fungují," řekl Riley, vědec s více než 20 lety zkušeností s vývojem experimentálních motorů. "Myšlenka vychází z myšlenky, že musí existovat lepší způsob, jak dosáhnout dvou úderů, protože mají lepší výkon."

Co dělá Grail Engine tak úžasným? Zajímavé je, že se práce nespoléhá na jedinou průlomovou technologii. Motor bere řadu současných, nejmodernějších technologií motoru a všechny je spojuje do jednoho balíčku. „Je to všechno osvědčená technologie, která se používala v minulosti,“ řekla Riley.

Jde v podstatě o vysoce technologický dvoutaktní motor, který využívá působivou indukci, přímé vstřikování a další technologie pro působivý výkon a účinnost. Je to také průkopník v tom, co společnost nazývá „polohomogenní nabité kompresní zapalování“. Pokryjeme to, co to všechno znamená, trochu.

V tomto článku se dozvíme vše o tom, jak Grail Engine funguje, a prozkoumáme, jak by mohl být použit v nejbližší budoucnosti.

Obsah

1. Základy
2. Design motoru Grail
3. Funkce motoru Grail
4. Výhody motorů Grálu
5. Aplikace motoru Grail
6. Poznámka autora

Než se dozvíme o Grail Engine, pojďme nejprve definovat některé koncepty za ním, abychom mohli plně pochopit, jak to funguje.

Dvoudobý motor: Na rozdíl od většiny moderních motorů pro automobily a motocykly je Grail Engine dvoudobý motor. Ve vozidlech je častější najít čtyřtaktní motory. Tady je to, co to znamená: U čtyřdobého motoru existují čtyři fáze procesu vnitřního spalování, které způsobují pohyb vozidla - přívod vzduchu a paliva, stlačování těchto složek, zapalování vzduchu a paliva, které nutí píst dolů a uvolňování výfukových plynů.

Dvoutaktní motor však dokončí stejný proces ve dvou krocích. Kroky sání a výfukového plynu jsou spojeny dohromady, stejně jako kroky stlačování a zapalování. Dvoudobé motory jsou lehčí a výkonnější; ale nejsou tak efektivní z hlediska spotřeby paliva, mají tendenci se rozkládat častěji a produkují také velké množství výfukových plynů, protože během spalovacího procesu se mísí olej a palivo. Z tohoto důvodu se dvoutaktní motory běžně používají pouze v malých rekreačních vozidlech a ve vybavení loděnic.

Přímé vstřikování: DI je horké nové dítě v bloku, pokud jde o technologie motorů. Stalo se běžnou součástí výkonových motorů a začíná se také dostávat do stále více každodenních automobilů. U dieselového motoru je palivo rozprašováno přímo do spalovací komory namísto míchání se vzduchem v samostatném rozdělovači. Díky tomu může směs vzduchu a paliva hořet rovnoměrněji a efektivněji, což vede ke zvýšení výkonu a lepší hospodárnosti.

Nucená indukce: I když jste nikdy neslyšeli o nucené indukci, pravděpodobně jste slyšeli o kompresorech nebo turbodmychadlech. Oba dělají v zásadě stejnou práci: tlačí více vzduchu do motoru, takže hoří teplejší a těžší a produkují více energie. Technologie Grálu používá jedinečný druh nucené indukce (do které se dostaneme jen kousek).

Zapalování Semi-Homogenní Charged Compression Zapalování: Také známý jako FS-HCCI, to je technologie, kterou výrobci honili po léta, řekla Riley. Tento proces stlačuje vzduch a palivo do bodu, kdy téměř samo spálí bez zapalovacího zapalování (podobně jako u vznětového motoru). A když se směs vzduchu a paliva vznítí, všechno palivo v komoře hoří současně a přináší mnohem lepší účinnost. To znamená více energie a lepší spotřebu paliva [zdroj: Green Car Congress].

Motor Grail S laskavým svolením společnosti Grail Engine Technologies

Na pouhých 500 kubických centimetrů je Grail Engine docela malý - asi jedna čtvrtina velikosti motoru v typickém ekonomickém automobilu.

Na první pohled vypadá prototyp společnosti jako jakýkoli běžný dvoutaktní motor, dokud si nevšimnete velkého, nahoru směřujícího sacího ventilu vycházejícího ze středu pístu. To má důležitou funkci, kterou prozkoumáme za chvilku - Grailův motor mnohem více využívá tlak vzduchu než normální spalovací motor. Motor se skládá z:

• Válec a píst
• Jeden výfukový ventil v horní části válce, který vypouští výfukové plyny po dokončení procesu spalování
• Tři zapalovací svíčky, také v horní části válce. Tito vytvoří “jiskru”, která řídí zapalování (většina motorů auta má jednu zapalovací svíčku na válec)
• "Předkompresní komora", ve které je umístěn jazýčkový ventil, součást, která udržuje čerstvý vzduch proudící do motoru v jednom směru (jazýčkové ventily jsou běžnou součástí dvoudobých motorů)
• Jeden sací ventil, který nasává vzduch a palivo, umístěný uvnitř pístu
• Dva otvory pro odvětrávání na píst a dva otvory pro nasávání pístů
• Malá kliková skříň, která přeměňuje pohyb pístu na pohyb kola

[Zdroj: Technologie Grail Engine]

Motor Grail S laskavým svolením společnosti Grail Engine Technologies

Stejně jako jakýkoli jiný motor s vnitřním spalováním, motor Grail spaluje vzduch a palivo a výslednou explozi využívá k tlačení pístu nahoru a dolů k řízení pohybu. Ale je to způsob, jakým to dělá motor Grail, díky čemuž je tak jedinečný.

Když se píst pohybuje vzhůru, vytváří se pod ním vakuum, které nasává čerstvý vzduch dovnitř jednocestného jazýčkového ventilu. Vzduch poté naplní tři komory - předkompresní komoru, ventilační otvory na písty a vstupní otvory pro písty.

Když píst dosáhne vrcholu své dráhy, dochází ke vznícení díky třem zapalovacím svíčkám. To tlačí píst dolů, který stlačuje vzduch zachycený v klikové skříni až do tohoto bodu.

Když píst dosáhne spodní úvrati, výfukový ventil se otevře a výfuk evakuuje válec, když stlačený vzduch vstupuje do spalovací komory přes ventilační píst a sací otvory pístu, jak je uvedeno výše, přes jednocestný ventil umístěný v pístu.

Stlačený čerstvý vzduch víří vzhůru vířivým způsobem, evakuuje válec výfukových plynů a doplňuje jej čerstvým vzduchem. Po uzavření výfukového ventilu je palivo přímo vstřikováno a smícháno v komoře. Směs vzduchu a paliva je stlačena a zapálena třemi zapalovacími svíčkami, což vytváří explozi, která tlačí píst dolů a vytváří pohyb pro další cyklus.

Vypadá to celkem jednoduše, že? Celkově se Grail Engine zdá velmi podobný běžnému dvoutaktnímu motoru, kromě toho, že stlačený vzduch zde hraje mnohem větší roli. Ale v práci jsou i některé jedinečné faktory. Za prvé, Riley říká, že vířivé míchání stlačeného vzduchu a paliva je nejúčinnější směs atomizace vzduchu a paliva, kterou lze získat pro optimální spalování. Kromě toho říká, že žádný jiný motor nemá konstrukci s nuceným indukováním stlačeného vzduchu vstupujícího do spalovací komory, zatímco současně vzduchem ochlazuje horní část pístu za účelem snížení emisí.

Konečně tyto tři zapalovací svíčky vytvářejí rychlý rozkvět explozí, které pomáhají generovat „nucené polohomogenní zapálené kompresní zapalování“ nebo FS-HCCI. Tento proces stlačuje vzduch a palivo do bodu, kdy téměř samo spálí (bez jiskry). A když spalují, veškeré zbývající palivo v komoře spaluje najednou - současně - přináší mnohem lepší účinnost. Výsledkem je větší výkon a lepší spotřeba paliva [zdroje: Green Car Congress, Wojdyla].

Motor Grail S laskavým svolením společnosti Grail Engine Technologies

Takže Grail Engine má velmi účinnou formu vnitřního spalování. Je lehký, levný a pro svou velikost produkuje velké množství energie. Jak jsme již uvedli, prototyp 500 ccm dokáže vyrobit 100 koňských sil a přitom získat 100 mil na galon (42,5 km na litr). Ale co jiného může udělat?

Riley uvedl, že Grail Engine eliminuje mnoho nevýhod, které se běžně vyskytují u typického dvoutaktního motoru. Za prvé, olej a palivo se zde nikdy nemíchají, takže nemá problém s kouřem. Je to také velmi tiché a nízké vibrace, řekl.

Protože motor má čerstvý stlačený vzduch, který jím neustále prochází, není problém zůstat v chladu. Schopnost udržovat rovnoměrně chladnou spalovací komoru je tím, co umožňuje výrobu FS-HCCI, řekl Riley. To zvyšuje tepelnou účinnost a snižuje emise oxidů dusíku. Rovněž to není omezeno pouze na jeden válec. Grail Engine má modulární design, takže několik z nich by mohlo být spojeno dohromady a vytvořilo víceválcový motor [zdroj: Wojdyla].

Ale jak Riley ráda říká: „Počkejte - je to lepší.“ Motor Grail je navržen pro provoz na prakticky jakémkoli druhu paliva, včetně benzínu, propanu, nafty a zemního plynu. Může také přepravovat více než jeden druh paliva najednou v samostatných nádržích. Motor to může udělat, protože palubní počítač může za chodu přizpůsobit kompresní poměr, a podle toho upravit motor, kdykoli řidič chce použít jiné palivo.

Jeho konstrukce také zabraňuje kontaminaci vodíku, který je v současné době na vozidlech s palivovými články, což činí tento typ paliva proveditelnějším než kdy jindy. „Tím se palivové články dostanou do zcela nového světla,“ řekla Riley.

Už jsme hovořili o tom, jak mocný je Grail Engine a jak se může pochlubit lepší spotřebou paliva a efektivitou než normální dvoudobý motor. Ale kde by to mohlo být použito? No, téměř kdekoli, řekla Riley.

„Mohl by se použít na všechny oblasti života, od automobilů po letadla a rekreační a průmyslové motory,“ řekl. "Máme velký zájem o různé oblasti."

Kromě výrobců automobilů Riley řekl, že ministerstvo obrany projevilo zájem, ale řekl, že nemůže mluvit o tom, co přesně ten projekt je. Také by to mohlo vytvořit ideální motor vrtulníku, řekl.

Zatímco současný prototyp motoru Grail je 500 kubických centimetrů, vědci pracují na větších modelech, včetně 1 000 ccm a 2,5-litrových motorů.

Navíc Riley říká, že on a jeho zaměstnanci jsou motivováni touhou učinit svět lepším místem, ne zbohatnout. Jejich cílem je přimět stávající automobilové společnosti, aby vyráběly licencované verze technologie. Doufá, že to může také připravit cestu pro zelenější budoucnost. „Nechceme nikoho vyřadit z podnikání,“ řekla Riley. "Chceme lidem pomáhat. Chceme změnit svět k lepšímu."

Nemohl jsem si pomoci, ale byl jsem ohromen designem společnosti Grail Engine Technologies. Je to určitě ambiciózní, ale je založeno na existující technologii, takže se zdá být proveditelnější než některé experimentální motory. Zdá se, že našli způsob, jak získat výkon dvoudobého motoru bez znečištění as lepší spotřebou paliva než většina současných motorů. Je zajímavé, že se zdá, že společnost má spíše „zelené“ motivace, než aby byla motivována pouze ziskem. Možná uvidíme auto Grail Engine někdy brzy - to mi nezní příliš daleko.

Související články

• 5 Nové technologie plynových motorů
• 5 nápadů na alternativní palivo, které z laboratoře nikdy nevyšly
• Jak fungují automobilové motory
• Jak dieselové motory fungují
• Jak fungují hybridní auta
• Jak fungují přímé vstřikovací motory
• Jak fungují dvoudobé motory

Prameny

• Technologie Grail Engine. "Grálový motor." (14. února 2012) http://www.grailengine.com/index.php
• Kongres zelených aut. „Motor Grail přijímá zážehové konektory Enerpulse pro nucené polo-homogenní nabité kompresní zapalování v konceptu dvoutaktního motoru.“ 8. září 2009 (14. února 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
• Riley, Matthew. CEO společnosti Grail Engine Technologies. Osobní rozhovor. Prováděno 13. února 2012.
• Wojdyla, Ben. "Grálový motor." Populární mechanika. (15. února 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2