Jak działa silnik Graala

Silnik Graala. Zobacz więcej zdjęć silników. Dzięki uprzejmości Grail Engine Technologies

Co by było, gdyby powiedziano ci, że pewnego dnia twój samochód mógłby mieć pod maską jednocylindrowy silnik, który ma 100 koni mechanicznych, osiąga 100 mil na galon (42,5 km na litr) i może jeździć na każdym rodzaju paliwa?

Szanse są takie, że prawdopodobnie pomyślałbyś, że to coś z filmu science fiction lub że jest to jakiś odległy koncept, który wciąż dzieli dziesiątki lat od rzeczywistości.

Nie tak, według Matthew Rileya, dyrektora generalnego i głównego naukowca w Grail Engine Technologies z siedzibą w Kansas. Mówi, że dwusuwowy silnik Graala jego firmy może znaleźć się w samochodach konsumenckich w ciągu dwóch do pięciu lat. W lutym 2012 roku, po trzech latach rozwoju, firma stworzyła pierwszy działający prototyp, a duże koncerny samochodowe, takie jak Honda i Ford, wykazały już zainteresowanie..

Riley twierdzi, że silnik Graala mógłby być o 50 procent tańszy w budowie, a jednocześnie może pochwalić się o 30 procent lepszą oszczędnością paliwa w porównaniu z obecnymi silnikami i jest elastyczny w zakresie paliwa, na którym pracuje. Powiedział, że ma wiele możliwych zastosowań. Nie ma również problemów związanych z zanieczyszczeniem i niezawodnością, jakie występują w większości innych silników dwusuwowych.

„To zmieni sposób, w jaki wszystko działa” - powiedział Riley, naukowiec z ponad 20-letnim doświadczeniem w opracowywaniu silników eksperymentalnych. „Pomysł bierze się z myśli, że musi istnieć lepszy sposób na wykonanie dwóch uderzeń, ponieważ są one lepsze”.

Co sprawia, że ​​silnik Graala jest tak niesamowity? Co ciekawe, nie opiera się na jednej przełomowej technologii, aby wykonać zadanie. Silnik wykorzystuje różne aktualne, najnowocześniejsze technologie silników i łączy je wszystkie w jednym pakiecie. „To wszystko sprawdzona technologia, która była używana w przeszłości” - powiedział Riley.

Zasadniczo jest to bardzo zaawansowany technologicznie silnik dwusuwowy, który wykorzystuje wymuszoną indukcję, bezpośredni wtrysk i inne technologie zapewniające imponującą moc i wydajność. Jest także pionierem w tym, co firma nazywa „półjednorodnym, naładowanym zapłonem samoczynnym”. Za chwilę wyjaśnimy, co to wszystko oznacza.

W tym artykule dowiemy się wszystkiego o działaniu silnika Graala i zbadamy, jak można go wykorzystać w bardzo bliskiej przyszłości.

Zawartość

1. Podstawy
2. Projekt silnika Graala
3. Funkcje silnika Graala
4. Korzyści z silników Graala
5. Aplikacje silnika Graala
6. Notka autora

Zanim dowiemy się o silniku Graala, najpierw zdefiniujmy niektóre koncepcje, które się za nim kryją, abyśmy mogli w pełni zrozumieć, jak działa.

Silnik dwusuwowy: W przeciwieństwie do większości nowoczesnych silników samochodowych i motocyklowych, Grail Engine jest silnikiem dwusuwowym. W pojazdach częściej spotyka się silniki czterosuwowe. Oto, co to oznacza: w silniku czterosuwowym proces spalania wewnętrznego, który powoduje ruch pojazdu, ma cztery fazy - zasysanie powietrza i paliwa, sprężanie tych składników, zapłon powietrza i paliwa, które wymuszają tłok w dół i uwolnienie spalin.

Jednak silnik dwusuwowy wykonuje ten sam proces w zaledwie dwóch krokach. Etapy wlotu i wylotu są połączone razem, podobnie jak stopnie sprężania i zapłonu. Silniki dwusuwowe są lżejsze i mocniejsze; ale nie są tak paliwooszczędne, częściej się psują, a ponadto wytwarzają dużo spalin, ponieważ olej i paliwo mieszają się razem podczas procesu spalania. Z tego powodu silniki dwusuwowe są powszechnie stosowane tylko w małych pojazdach rekreacyjnych i sprzęcie ogrodniczym.

Bezpośredni wtrysk: DI to nowy, gorący dzieciak na rynku, jeśli chodzi o technologie silników. Stało się to powszechną cechą silników o wysokich osiągach i zaczyna się również pojawiać w coraz większej liczbie samochodów codziennego użytku. W silniku DI paliwo jest wtryskiwane bezpośrednio do komory spalania, a nie mieszane z powietrzem w oddzielnym kolektorze. Dzięki temu mieszanka paliwowo-powietrzna pali się bardziej równomiernie i wydajniej, co skutkuje zwiększoną mocą i lepszą ekonomią.

Wymuszona Indukcja: Nawet jeśli nigdy nie słyszałeś o wymuszonej indukcji, prawdopodobnie słyszałeś o doładowaniu lub turbosprężarce. Obydwa wykonują zasadniczo to samo zadanie: wtłaczają więcej powietrza do silnika, dzięki czemu pali się on bardziej i mocniej, wytwarzając więcej mocy. Silnik Graala wykorzystuje unikalny rodzaj wymuszonej indukcji (do której zajmiemy się za chwilę).

Półjednorodny, wymuszony zapłon samoczynny: Znany również jako FS-HCCI, jest to technologia, za którą producenci samochodów dążą od lat, powiedział Riley. W procesie tym sprężane jest powietrze i paliwo do tego stopnia, że ​​prawie same spalają się bez zapłonu iskrowego (podobnie jak działa silnik wysokoprężny). A kiedy mieszanka paliwowo-powietrzna zapali się, całe paliwo w komorze spala się jednocześnie, zapewniając znacznie lepszą wydajność. To oznacza większą moc i lepszą oszczędność paliwa [źródło: Green Car Congress].

Silnik Grail Dzięki uprzejmości Grail Engine Technologies

Mający zaledwie 500 centymetrów sześciennych silnik Graala jest dość mały - około jednej czwartej wielkości silnika w typowym samochodzie ekonomicznym.

Na pierwszy rzut oka prototyp firmy wygląda jak zwykły silnik dwusuwowy, dopóki nie zauważysz dużego, skierowanego do góry zaworu dolotowego wychodzącego ze środka tłoka. Ma to ważną funkcję, którą omówimy za chwilę - silnik Graala znacznie bardziej wykorzystuje ciśnienie powietrza niż normalny silnik spalinowy. Silnik składa się z:

• Cylinder i tłok
• Pojedynczy zawór wydechowy w górnej części cylindra, który odprowadza spaliny po zakończeniu procesu spalania
• Trzy świece zapłonowe, również w górnej części cylindra. Tworzą one „iskrę”, która napędza zapłon (większość silników samochodowych ma jedną świecę zapłonową na cylinder)
• „Komora wstępnego sprężania”, w której znajduje się zawór trzcinowy, element utrzymujący dopływ świeżego powietrza do silnika w jednym kierunku (zawory trzcinowe są powszechną częścią w silnikach dwusuwowych)
• Pojedynczy zawór dolotowy, który zasysa powietrze i paliwo, umieszczony wewnątrz tłoka
• Dwa otwory wentylacyjne z tłokiem i dwa otwory wlotowe tłoków
• Mała skrzynia korbowa, która przekształca ruch tłoka na ruch koła

[Źródło: Grail Engine Technologies]

Silnik Grail Dzięki uprzejmości Grail Engine Technologies

Jak każdy silnik spalinowy, silnik Graala spala powietrze i paliwo i wykorzystuje wynikającą z tego eksplozję do popychania tłoka w górę iw dół w celu napędzania ruchu. Ale to sposób, w jaki robi to silnik Graala, czyni go tak wyjątkowym.

Gdy tłok porusza się w górę, pod nim powstaje podciśnienie, które zasysa świeże powietrze przez jednokierunkowy zawór trzcinowy. Powietrze wypełnia następnie trzy komory - komorę sprężania wstępnego, porty odpowietrzające tłok i porty wlotu tłoka.

Gdy tłok osiąga szczyt swojej drogi ruchu, następuje zapłon dzięki trzem świecom zapłonowym. Powoduje to skierowanie tłoka w dół, co powoduje sprężenie powietrza uwięzionego w skrzyni korbowej do tego momentu.

Gdy tłok osiąga dolny martwy punkt, zawór wydechowy otwiera się, a wydech opróżnia cylinder, gdy sprężone powietrze dostaje się do komory spalania przez otwory wentylacyjne tłokowe i wlotowe tłoka, jak wspomniano powyżej, przez zawór jednokierunkowy umieszczony w tłoku.

Sprężone świeże powietrze wiruje do góry w sposób podobny do wiru, opróżniając cylinder ze spalinami i uzupełniając cylinder świeżym powietrzem. Po zamknięciu zaworu wydechowego paliwo jest bezpośrednio wtryskiwane i mieszane w komorze. Mieszanka powietrza i paliwa jest sprężana i zapalana przez trzy świece zapłonowe, powodując eksplozję, która popycha tłok w dół i tworzy ruch dla następnego cyklu.

Wydaje się całkiem proste, prawda? Ogólnie silnik Graala wygląda bardzo podobnie do zwykłego silnika dwusuwowego, z wyjątkiem tego, że sprężone powietrze odgrywa tutaj znacznie większą rolę. Ale działają tu również pewne wyjątkowe czynniki. Po pierwsze, Riley mówi, że mieszanie wirowe sprężonego powietrza i paliwa jest najbardziej wydajną mieszanką rozpylającą powietrze / paliwo, jaką można uzyskać dla optymalnego spalania. Ponadto twierdzi, że żaden inny silnik nie ma konstrukcji z wymuszonym wprowadzaniem sprężonego powietrza do komory spalania, jednocześnie chłodząc powietrzem górną część tłoka w celu obniżenia emisji..

Wreszcie, trzy świece zapłonowe powodują gwałtowny rozkwit eksplozji, który pomaga wytworzyć „wymuszony, półjednorodny, naładowany zapłon samoczynny”, czyli FS-HCCI. W procesie tym powietrze i paliwo są sprężane do tego stopnia, że ​​prawie same się spalają (bez iskry). A kiedy się spalą, całe pozostałe paliwo w komorze spala się jednocześnie - jednocześnie - zapewniając znacznie lepszą wydajność. Skutkuje to większą mocą i lepszą oszczędnością paliwa [źródła: Green Car Congress, Wojdyła].

Silnik Grail Dzięki uprzejmości Grail Engine Technologies

Tak więc silnik Graala ma bardzo wydajną formę spalania wewnętrznego. Jest lekki, niedrogi i zapewnia dużo mocy jak na swój rozmiar. Jak powiedzieliśmy wcześniej, prototyp 500 cm3 może wytwarzać 100 koni mechanicznych, jednocześnie osiągając 100 mil na galon (42,5 km na litr). Ale co innego może zrobić?

Riley powiedział, że silnik Graala eliminuje wiele wad normalnie występujących w typowym silniku dwusuwowym. Po pierwsze, olej i paliwo nigdy się tutaj nie mieszają, więc nie ma problemu z dymem. - Jest także bardzo cichy i mało wibracyjny - powiedział.

Ponieważ silnik przez cały czas przepływa przez świeże, sprężone powietrze, nie ma problemu z utrzymaniem niskiej temperatury. Zdolność do utrzymywania równomiernej temperatury komory spalania jest tym, co pomaga w tworzeniu FS-HCCI, powiedział Riley. Zwiększa to sprawność cieplną i ogranicza emisje tlenków azotu. Ponadto nie ogranicza się tylko do pojedynczego cylindra. Silnik Graala ma konstrukcję modułową, więc kilka można połączyć razem, aby stworzyć silnik wielocylindrowy [źródło: Wojdyla].

Ale jak lubi mawiać Riley: „Czekaj - będzie lepiej”. Silnik Grail jest zaprojektowany do pracy na praktycznie każdym rodzaju paliwa, w tym benzynie, propanie, oleju napędowym i gazie ziemnym. Może również przewozić więcej niż jeden rodzaj paliwa na raz w oddzielnych zbiornikach. Silnik może to zrobić, ponieważ komputer pokładowy może regulować stopień sprężania w locie, odpowiednio dostosowując silnik, gdy kierowca chce użyć innego paliwa.

Ponadto jego konstrukcja zapobiega zanieczyszczeniu wodorem obecnym obecnie w samochodach z ogniwami paliwowymi, dzięki czemu ten rodzaj paliwa jest bardziej opłacalny niż kiedykolwiek. „To stawia ogniwa paliwowe w zupełnie nowym świetle” - powiedział Riley.

Rozmawialiśmy już o tym, jak potężny jest silnik Graala i jak oferuje lepszą oszczędność paliwa i wydajność niż zwykły silnik dwusuwowy. Ale gdzie można go użyć? Cóż, prawie wszędzie, powiedział Riley.

„Może być stosowany w każdej dziedzinie życia, od samochodów po samoloty, silniki rekreacyjne i przemysłowe” - powiedział. „Jesteśmy bardzo zainteresowani różnymi obszarami”.

Oprócz producentów samochodów, Riley powiedział, że Departament Obrony wyraził zainteresowanie, ale powiedział, że nie może mówić o tym, czym dokładnie jest ten projekt. Powiedział też, że mógłby być idealnym silnikiem do helikoptera.

Podczas gdy obecny prototyp silnika Graala ma 500 centymetrów sześciennych, naukowcy pracują nad większymi modelami, w tym silnikami o pojemności 1000 cm3 i 2,5 litra..

Poza tym Riley mówi, że on i jego pracownicy są motywowani chęcią uczynienia świata lepszym miejscem, a nie wzbogacenia się. Ich celem jest skłonienie istniejących firm samochodowych do produkcji licencjonowanych wersji technologii. Ma nadzieję, że może to również utorować drogę do bardziej ekologicznej przyszłości. - Nie chcemy nikogo wypychać z interesu - powiedział Riley. „Chcemy pomagać ludziom. Chcemy zmieniać świat na lepsze”.

Nie mogłem przestać być pod wrażeniem projektu Grail Engine Technologies. Z pewnością jest ambitny, ale opiera się na istniejącej technologii, więc wydaje się bardziej wykonalny niż niektóre silniki eksperymentalne. Wydaje się, że znaleźli sposób na uzyskanie mocy silnika dwusuwowego bez zanieczyszczeń i przy lepszym zużyciu paliwa niż większość obecnych silników. Ciekawe, że firma wydaje się mieć „zielone” motywacje, a nie tylko kierować się zyskiem. Może niedługo zobaczymy samochód Grail Engine - nie wydaje mi się to zbyt naciągane.

Powiązane artykuły

• 5 nowych technologii silników gazowych
• 5 pomysłów na paliwo alternatywne, które nigdy nie wyszły z laboratorium
• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają silniki wysokoprężne
• Jak działają samochody hybrydowe
• Jak działają silniki z wtryskiem bezpośrednim
• Jak działają silniki dwusuwowe

Źródła

• Technologie silnika Graala. „Silnik Graala”. (14 lutego 2012) http://www.grailengine.com/index.php
• Kongres Zielonych Samochodów. „Grail Engine przyjmuje wtyczki impulsowe Enerpulse do wymuszonego, półjednorodnego, doładowanego zapłonu samoczynnego w koncepcyjnym silniku dwusuwowym”. 8 września 2009. (14 lutego 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
• Riley, Matthew. Dyrektor generalny Grail Engine Technologies. Wywiad osobisty. Przeprowadzone 13 lutego 2012.
• Wojdyła, Ben. „Silnik Graala”. Popularna mechanika. (15 lutego 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2