Hoe de Graal Engine werkt

  • Joseph Norman
  • 0
  • 2605
  • 335
De Graalmotor. Bekijk meer afbeeldingen van motoren. Met dank aan Grail Engine Technologies

Wat als u werd verteld dat uw auto ooit een eencilindermotor onder de motorkap zou kunnen hebben die 100 pk heeft, 100 mijl per gallon (42,5 kilometer per liter) haalt en op elk type brandstof kan rijden?

De kans is groot dat je waarschijnlijk zou denken dat dit iets uit een sciencefictionfilm is, of dat het een soort wijdverbreid concept is dat nog tientallen jaren verwijderd is van de realiteit.

Volgens Matthew Riley, de CEO en hoofdonderzoeker bij Grail Engine Technologies uit Kansas. Hij zegt dat de tweetakt Graal Engine van zijn bedrijf binnen twee tot vijf jaar in de auto's van consumenten kan zitten. In februari 2012, na drie jaar ontwikkeling, bouwde het bedrijf hun eerste werkende prototype, en grote autobedrijven zoals Honda en Ford hebben al interesse getoond..

Riley zegt dat de Graal Engine 50 procent goedkoper kan zijn om te bouwen, terwijl hij een 30 procent lager brandstofverbruik heeft dan de huidige motoren, en het is flexibel in welke brandstof hij gebruikt. Het heeft een breed scala aan mogelijke toepassingen, zei hij. Het heeft ook niet de vervuilings- en betrouwbaarheidsproblemen die bij de meeste andere tweetaktmotoren voorkomen.

"Het gaat de manier waarop dingen werken veranderen", zegt Riley, een wetenschapper met meer dan 20 jaar ervaring in het ontwikkelen van experimentele motoren. "Het idee komt voort uit de gedachte dat er een betere manier moet zijn om tweetaktmotoren te maken omdat ze beter presteren."

Wat maakt de Graal Engine zo geweldig? Interessant genoeg is het niet afhankelijk van een enkele doorbraaktechnologie om de klus te klaren. De motor maakt gebruik van een verscheidenheid aan huidige, geavanceerde motortechnologieën en brengt ze allemaal samen in één pakket. "Het is allemaal bewezen technologie die in het verleden is gebruikt", zei Riley.

In wezen is het een zeer hightech tweetaktmotor die gebruikmaakt van geforceerde inductie, directe injectie en andere technologieën voor indrukwekkend vermogen en efficiëntie. Het is ook een pionier in wat het bedrijf "semi-homogene geladen compressieontsteking" noemt. We zullen in een klein beetje bespreken wat dat allemaal betekent.

In dit artikel zullen we alles leren over hoe de Grail Engine werkt, en onderzoeken hoe deze in de zeer nabije toekomst kan worden gebruikt..

Inhoud
  1. De basis
  2. Graal Engine-ontwerp
  3. Graal Engine-functies
  4. Voordelen van Graal Engines
  5. Grail Engine-toepassingen
  6. Opmerking van de auteur

Voordat we de Graal Engine leren kennen, moeten we eerst enkele van de concepten erachter definiëren, zodat we volledig kunnen begrijpen hoe het werkt.

Tweetaktmotor: In tegenstelling tot de meeste moderne auto- en motorfietsmotoren is de Graal Engine een tweetaktmotor. In voertuigen is het gebruikelijker om viertaktmotoren te vinden. Dit is wat dat betekent: op een viertaktmotor zijn er vier fasen in het interne verbrandingsproces waardoor een voertuig beweegt: de inname van lucht en brandstof, de compressie van die ingrediënten, de ontsteking van lucht en brandstof die de zuiger naar beneden en het vrijkomen van uitlaatgassen.

Een tweetaktmotor voltooit datzelfde proces echter in slechts twee stappen. De inlaat- en uitlaatstappen zijn gecombineerd, evenals de compressie- en ontstekingsstappen. Tweetaktmotoren zijn lichter en krachtiger; maar ze zijn niet zo zuinig met brandstof, ze gaan vaker kapot en ze produceren ook veel uitlaatgassen omdat olie en brandstof zich vermengen tijdens het verbrandingsproces. Daarom worden tweetaktmotoren gewoonlijk alleen gebruikt in kleine recreatievoertuigen en tuinmachines.

Directe injectie: DI is de hot new kid on the block als het gaat om motortechnologieën. Het is een veelvoorkomend kenmerk van prestatiemotoren geworden en het begint ook zijn weg te vinden in steeds meer alledaagse auto's. Op een DI-motor wordt brandstof rechtstreeks in de verbrandingskamer gesproeid in plaats van zich met de lucht te vermengen in een apart verdeelstuk. Hierdoor wordt het lucht / brandstofmengsel gelijkmatiger en efficiënter verbrand, wat resulteert in meer vermogen en een lager verbruik.

Geforceerde inductie: Zelfs als je nog nooit van geforceerde inductie hebt gehoord, heb je waarschijnlijk wel gehoord van superchargers of turbochargers. Beide doen in wezen hetzelfde werk: ze persen meer lucht in de motor zodat deze heter en harder brandt en meer vermogen produceert. De Graal Engine maakt gebruik van een uniek type geforceerde inductie (waar we straks op ingaan).

Geforceerde semi-homogene geladen compressieontsteking: Ook bekend als FS-HCCI, dit is een technologie die autofabrikanten al jaren nastreven, zei Riley. Dit proces comprimeert lucht en brandstof tot het punt waarop ze bijna vanzelf ontbranden zonder vonkontsteking (vergelijkbaar met de manier waarop een dieselmotor werkt). En wanneer het lucht / brandstofmengsel ontsteekt, verbrandt alle brandstof in de kamer tegelijkertijd, wat een veel betere efficiëntie oplevert. Dat betekent meer vermogen en een lager brandstofverbruik [bron: Green Car Congress].

The Grail engine Met dank aan Grail Engine Technologies

Met slechts 500 kubieke centimeter is de Graal Engine vrij klein - ongeveer een kwart van de grootte van de motor van een typische economy-auto.

Op het eerste gezicht lijkt het prototype van het bedrijf op een gewone tweetaktmotor, totdat je merkt dat de grote, naar boven gerichte inlaatklep uit het midden van de zuiger komt. Dat heeft een belangrijke functie die we straks gaan onderzoeken - de Graal Engine maakt veel meer gebruik van luchtdruk dan een normale verbrandingsmotor. De motor bestaat uit:

  • Een cilinder en een zuiger
  • Een enkele uitlaatklep aan de bovenkant van de cilinder die uitlaatgassen laat ontsnappen nadat het verbrandingsproces is voltooid
  • Drie bougies, ook bovenaan de cilinder. Deze creëren de "vonk" die de ontsteking aandrijft (de meeste automotoren hebben één bougie per cilinder)
  • Een 'voorcompressiekamer' met een membraanklep, een onderdeel dat ervoor zorgt dat verse lucht in één richting in de motor stroomt (membraankleppen zijn een algemeen onderdeel van tweetaktmotoren)
  • Een enkele inlaatklep, die lucht en brandstof aanzuigt, bevindt zich in de zuiger
  • Twee ventilatie-naar-zuigerpoorten en twee zuiger-inlaatpoorten
  • Een klein carter dat de beweging van de zuiger omzet in wielbeweging

[Bron: Grail Engine Technologies]

The Grail engine Met dank aan Grail Engine Technologies

Zoals elke interne verbrandingsmotor verbrandt de Graal Engine lucht en brandstof en gebruikt de resulterende explosie om een ​​zuiger op en neer te duwen om de beweging te stimuleren. Maar juist de manier waarop de Graal-engine het doet, maakt hem zo uniek.

Terwijl de zuiger naar boven beweegt, ontstaat er een vacuüm onder de zuiger, die frisse lucht naar binnen zuigt via een eenrichtingsmembraan. Lucht vult dan drie kamers - de voorcompressiekamer, de ventilatieopeningen naar de zuigerpoorten en de zuigerinlaatpoorten.

Wanneer de zuiger de bovenkant van zijn reispad bereikt, vindt ontsteking plaats dankzij de drie bougies. Hierdoor wordt de zuiger naar beneden gedrukt, waardoor de lucht die tot op dit punt in het carter is opgesloten wordt gecomprimeerd.

Wanneer de zuiger het onderste dode punt bereikt, gaat de uitlaatklep open en wordt de uitlaat geëvacueerd uit de cilinder, terwijl perslucht de verbrandingskamer binnenkomt via de ventilatieopeningen naar de zuiger en de inlaatopeningen van de zuiger, zoals hierboven vermeld via een eenrichtingsklep in de zuiger..

Samengeperste verse lucht wervelt als een werveling naar boven, waardoor de cilinder met uitlaatgas wordt geëvacueerd en de cilinder wordt aangevuld met frisse lucht. Zodra de uitlaatklep sluit, wordt brandstof direct ingespoten en in de kamer gemengd. Het mengsel van lucht en brandstof wordt gecomprimeerd en ontstoken door de drie bougies, waardoor een explosie ontstaat die de zuiger naar beneden duwt en beweging creëert voor de volgende cyclus.

Lijkt vrij eenvoudig, toch? Over het algemeen lijkt de Graal Engine erg op een gewone tweetaktmotor, behalve dat perslucht hier een veel grotere rol speelt. Maar er spelen ook enkele unieke factoren een rol. Ten eerste zegt Riley dat het wervelen van perslucht en brandstof het meest efficiënte lucht / brandstofverstuivingsmengsel is dat kan worden verkregen voor een optimale verbranding. Bovendien zegt hij dat geen enkele andere motor een ontwerp heeft met geforceerde inductie van samengeperste lucht die de verbrandingskamer binnenkomt, terwijl tegelijkertijd de bovenkant van de zuiger wordt gekoeld om de uitstoot te verlagen..

Ten slotte creëren de drie bougies een snelle explosie van explosies, die helpen bij het genereren van "geforceerde semi-homogene geladen compressieontsteking" of FS-HCCI. Dit proces comprimeert lucht en brandstof tot het punt waarop ze bijna vanzelf ontbranden (zonder vonk). En als ze toch verbranden, verbrandt alle resterende brandstof in de kamer tegelijk - tegelijkertijd - wat een veel betere efficiëntie oplevert. Dit resulteert in meer vermogen en een lager brandstofverbruik [bronnen: Green Car Congress, Wojdyla].

The Grail engine Met dank aan Grail Engine Technologies

De Graal Engine heeft dus een zeer efficiënte vorm van interne verbranding. Het is lichtgewicht, goedkoop en produceert veel kracht voor zijn formaat. Zoals we eerder zeiden, kan het 500 cc-prototype 100 pk produceren terwijl het 100 mijl per gallon (42,5 kilometer per liter) krijgt. Maar wat kan het nog meer doen??

Riley zei dat de Graal Engine veel van de nadelen elimineert die normaal gesproken voorkomen bij een typische tweetaktmotor. Ten eerste gaan olie en brandstof hier nooit samen, dus er is geen rookprobleem. Het is ook erg stil en trillingsarm, zei hij.

Omdat de motor te allen tijde verse, gecomprimeerde lucht heeft, is het geen probleem om koel te blijven. Het vermogen om de verbrandingskamer uniform koel te houden, is wat FS-HCCI mogelijk maakt, zei Riley. Dit verhoogt de thermische efficiëntie en vermindert de uitstoot van stikstofoxide. Het is ook niet alleen beperkt tot een enkele cilinder. De Grail Engine is modulair van opzet, dus verschillende kunnen aan elkaar worden geregen om een ​​meercilindermotor te creëren [bron: Wojdyla].

Maar zoals Riley graag zegt: "Wacht - het wordt beter." De Grail Engine is ontworpen om op vrijwel elk type brandstof te draaien, inclusief benzine, propaan, diesel en aardgas. Het kan ook meer dan één type brandstof tegelijk in aparte tanks vervoeren. De motor kan dit doen omdat een boordcomputer de compressieverhouding direct kan aanpassen en de motor dienovereenkomstig kan aanpassen wanneer de bestuurder een andere brandstof wil gebruiken.

Bovendien voorkomt het ontwerp de vervuiling van waterstof die momenteel wordt waargenomen in brandstofcelauto's, waardoor dat type brandstof haalbaarder is dan ooit. "Dit plaatst brandstofcellen in een heel nieuw licht", zei Riley.

We hebben het al gehad over hoe krachtig de Graal Engine is, en hoe hij kan bogen op een lager brandstofverbruik en efficiëntie dan een normale tweetaktmotor. Maar waar kan het worden gebruikt? Nou ja, bijna overal, zei Riley.

"Het kan worden toegepast op elk gebied van het leven, van auto's tot vliegtuigen, en recreatieve en industriële motoren", zei hij. "We hebben veel interesse in verschillende gebieden."

Naast autofabrikanten zei Riley dat het ministerie van Defensie interesse heeft getoond, maar hij zei dat hij niet kan praten over wat dat project precies is. Het zou ook een ideale helikoptermotor kunnen zijn, zei hij.

Terwijl het huidige prototype Graal Engine 500 kubieke centimeter is, werken de wetenschappers aan grotere modellen, waaronder 1.000 cc en 2,5-liter motoren.

Bovendien zegt Riley dat hij en zijn werknemers worden gemotiveerd door de wens om van de wereld een betere plek te maken, niet om rijk te worden. Hun doel is om bestaande autobedrijven ertoe te brengen licentieversies van de technologie te produceren. Hij hoopt dat het ook de weg vrijmaakt voor een groenere toekomst. 'We willen niemand failliet laten gaan,' zei Riley. "We willen mensen helpen. We willen de wereld verbeteren."

Ik kon niet anders dan onder de indruk zijn van het ontwerp van Grail Engine Technologies. Het is zeker ambitieus, maar het is gebaseerd op bestaande technologie, dus het lijkt haalbaarder dan sommige experimentele motoren. Ze lijken een manier te hebben gevonden om het vermogen van een tweetaktmotor te krijgen zonder de vervuiling en met een lager brandstofverbruik dan de meeste huidige motoren. Het is interessant dat het bedrijf "groene" motivaties lijkt te hebben, in plaats van alleen maar winstgericht te zijn. Misschien zullen we binnenkort een Graal Engine-auto zien - het klinkt me niet al te vergezocht.

gerelateerde artikelen

  • 5 nieuwe gasmotortechnologieën
  • 5 alternatieve brandstofideeën die nooit uit het laboratorium zijn gekomen
  • Hoe automotoren werken
  • Hoe dieselmotoren werken
  • Hoe hybride auto's werken
  • Hoe motoren met directe injectie werken
  • Hoe tweetaktmotoren werken

Bronnen

  • Graal Engine Technologies. "Graal Engine." (14 februari 2012) http://www.grailengine.com/index.php
  • Green Car Congress. "Graal Engine gebruikt Enerpulse-pulsstekkers voor gedwongen semi-homogene geladen compressieontsteking in concept-tweetaktmotor." 8 september 2009. (14 februari 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
  • Riley, Matthew. CEO van Grail Engine Technologies. Persoonlijk interview. Uitgevoerd op 13 februari 2012.
  • Wojdyla, Ben. "Graal Engine." Populaire mechanica. (15 februari 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt