Co kdybyste se dozvěděli, že jednoho dne může mít vaše auto pod kapotou jednoválcový motor o výkonu 100 koní, ujede 100 mil na galon (42,5 kilometrů na litr) a může jet na jakýkoli typ paliva?
Pravděpodobně byste si mysleli, že je to něco ze sci-fi filmu nebo že je to nějaký druh vzdáleného konceptu, který je stále ještě desítky let vzdálen od reality.
Podle Matthewa Rileyho, generálního ředitele a hlavního výzkumného pracovníka společnosti Grail Engine Technologies se sídlem v Kansasu, tomu tak není. Říká, že dvoudobý motor Grálu jeho společnosti by mohl být v automobilech spotřebitelů během dvou až pěti let. V únoru 2012, po třech letech vývoje, společnost vytvořila svůj první funkční prototyp a velké automobilky jako Honda a Ford již projevily zájem.
Riley říká, že stavba motoru Grálu by mohla být o 50 procent levnější a zároveň se může pochlubit o 30 procent lepší spotřebou paliva oproti současným motorům a je flexibilní, pokud jde o to, na jaké palivo běží. Má širokou škálu možných aplikací, řekl. Také nemá problémy se znečištěním a spolehlivostí jako u většiny ostatních dvoudobých motorů.
"Změní to způsob, jakým věci fungují," řekl Riley, vědec s více než 20 lety zkušeností s vývojem experimentálních motorů. "Myšlenka pochází z myšlenky, že musí existovat lepší způsob, jak vyrobit dvoutakty, protože jsou výkonnější."
Čím je Motor Grálu tak úžasný? Zajímavé je, že se nespoléhá na jedinou průlomovou technologii, která by svedla práci. Motor využívá celou řadu současných špičkových technologií motoru a spojuje je všechny do jednoho balíčku. "Všechno je to osvědčená technologie, která byla použita v minulosti," řekl Riley.
V podstatě je to velmi high-tech dvoutaktní motor, který využívá nucenou indukci, přímé vstřikování a další technologie pro působivý výkon a účinnost. Je také průkopníkem v tom, co společnost nazývá „polohomogenní nabité kompresní zapalování“. Co to všechno znamená, si trochu probereme.
V tomto článku se dozvíme vše o tom, jak funguje Motor Grálu, a prozkoumáme, jak by mohl být ve velmi blízké budoucnosti použit.
Obsah
Než se seznámíme s Motorem Grálu, pojďme si nejprve definovat některé koncepty, které za ním stojí, abychom plně porozuměli tomu, jak funguje.
Dvoutaktní motor : Na rozdíl od většiny moderních motorů automobilů a motocyklů je motor Grálu dvoutaktní motor. Ve vozidlech je běžnější najít čtyřtaktní motory. Zde je to, co to znamená:U čtyřdobého motoru existují čtyři fáze procesu vnitřního spalování, který způsobuje pohyb vozidla – nasávání vzduchu a paliva, stlačování těchto přísad, zapalování vzduchu a paliva, které nutí. píst dolů a vypouštění výfukových plynů.
Dvoudobý motor však dokončí stejný proces v pouhých dvou krocích. Kroky sání a výfuku jsou spojeny dohromady, stejně jako kroky komprese a zapalování. Dvoudobé motory jsou lehčí a výkonnější; ale nejsou tak úsporné, mají tendenci se častěji rozpadat a také produkují hodně výfukových plynů, protože olej a palivo se během spalovacího procesu mísí. To je důvod, proč se dvoudobé motory běžně používají pouze v malých rekreačních vozidlech a vybavení pro lodě.
Přímé vstřikování : DI je horkou novinkou v oboru, pokud jde o technologie motorů. Stalo se běžnou součástí výkonných motorů a začíná si nacházet cestu i do stále více každodenních aut. U DI motoru je palivo stříkáno přímo do spalovací komory, spíše než se mísí se vzduchem v samostatném potrubí. To umožňuje, aby směs vzduchu a paliva spalovala 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 podstatě stejnou práci:vhánějí do motoru více vzduchu, takže hoří tepleji a silněji a produkuje větší výkon. Motor Grálu používá jedinečný typ nucené indukce (kterému se za chvíli dostaneme).
Nucené polohomogenní nabité kompresní zapalování: Také známá jako FS-HCCI, je to technologie, za kterou se výrobci automobilů už roky honí, řekl Riley. Tento proces stlačuje vzduch a palivo do bodu, kdy téměř samy vzplanou bez jiskry (podobně jako u dieselového motoru). A když se směs vzduchu a paliva vznítí, veškeré palivo v komoře shoří současně, což přináší mnohem lepší účinnost. To znamená větší výkon a lepší spotřebu paliva [zdroj:Green Car Congress].
S pouhými 500 kubickými centimetry je motor Grálu poměrně malý – zhruba čtvrtinovou velikostí motoru v typickém ekonomickém autě.
Firemní prototyp na první pohled vypadá jako každý obyčejný dvoutaktní motor, dokud si nevšimnete velkého, nahoru směřujícího sacího ventilu vycházejícího ze středu pístu. To má důležitou funkci, kterou za chvíli prozkoumáme – motor Grálu mnohem více využívá tlak vzduchu než normální spalovací motor. Motor se skládá z:
[Zdroj:Grail Engine Technologies]
Jako každý spalovací motor spaluje i motor Grálu vzduch a palivo a výslednou explozi využívá k tlačení pístu nahoru a dolů k pohánění pohybu. Ale právě způsob, jakým to motor Grálu dělá, je tak jedinečný.
Při pohybu pístu vzhůru se pod ním vytváří podtlak, který nasává čerstvý vzduch přes jednocestný jazýčkový ventil. Vzduch pak naplní tři komory – předkompresní komoru, odvzdušňovací a pístové porty a pístové sací otvory.
Když píst dosáhne vrcholu své dráhy, dojde k zapálení díky třem zapalovacím svíčkám. To tlačí píst dolů, což stlačuje vzduch zachycený v klikové skříni až do tohoto bodu.
Když píst dosáhne dolní úvrati, výfukový ventil se otevře a výfukové plyny vyprázdní válec, když stlačený vzduch vstupuje do spalovací komory přes odvzdušňovací otvory k pístu a sací otvory pístu, jak je uvedeno výše, přes jednocestný ventil umístěný v pístu.
Stlačený čerstvý vzduch víří vzhůru vírovým způsobem, evakuuje z válce výfukové plyny a doplňuje válec čerstvým vzduchem. Jakmile se výfukový ventil uzavře, palivo je přímo vstřikováno a mícháno v komoře. Směs vzduchu a paliva je stlačena a zapálena třemi zapalovacími svíčkami, čímž dojde k explozi, která stlačí píst dolů a vytvoří pohyb pro další cyklus.
Vypadá to docela jednoduše, že? Celkově se motor Grálu jeví velmi podobný běžnému dvoudobému motoru, až na to, že stlačený vzduch zde hraje mnohem větší roli. Ale i zde působí některé jedinečné faktory. Za prvé, Riley říká, že vířivé míchání stlačeného vzduchu a paliva je nejúčinnější rozprašovací směsí vzduch/palivo, kterou lze získat pro optimální spalování. Navíc říká, že žádný jiný motor nemá konstrukci s nuceným nasáváním stlačeného vzduchu vstupujícího do spalovací komory a zároveň vzduchem ochlazuje horní část pístu, aby se snížily emise.
Konečně, tři zapalovací svíčky vytvářejí rychlý výbuch explozí, které pomáhají vytvářet "nucené polohomogenní nabité kompresní zapalování" nebo FS-HCCI. Tento proces stlačuje vzduch a palivo do bodu, kdy téměř samy vzplanou (bez jiskry). A když se spálí, veškeré zbývající palivo v komoře se spálí najednou – současně – což přináší mnohem lepší účinnost. Výsledkem je větší výkon a lepší spotřeba paliva [zdroje:Green Car Congress, Wojdyla].
Motor Grálu má tedy velmi účinnou formu vnitřního spalování. Je lehký, levný a na svou velikost produkuje hodně energie. Jak jsme si řekli dříve, prototyp o objemu 500 ccm může produkovat 100 koňských sil a přitom dosáhnout 100 mil na galon (42,5 kilometrů na litr). Ale co jiného umí?
Riley řekl, že motor Grálu odstraňuje mnoho nedostatků, které se běžně vyskytují u typického dvoudobého motoru. Za prvé, olej a palivo se zde nikdy nemísí, takže problém s kouřem není. Je také velmi tichý a bez vibrací, řekl.
Protože motor neustále prochází čerstvým stlačeným vzduchem, nemá problém zůstat chladný. Schopnost udržovat spalovací komoru rovnoměrně chladnou je to, co pomáhá umožnit FS-HCCI, řekl Riley. To zvyšuje tepelnou účinnost a snižuje emise oxidů dusíku. Také se neomezuje pouze na jeden válec. Motor Grálu je modulární konstrukce, takže několik by se dalo spojit dohromady a vytvořit tak víceválcový motor [zdroj:Wojdyla].
Ale jak Riley ráda říká:"Počkej - bude líp." Motor Grálu je navržen tak, aby fungoval prakticky na jakýkoli druh paliva, včetně benzínu, propanu, nafty a zemního plynu. Může také přepravovat více než jeden druh paliva najednou v samostatných nádržích. Motor to dokáže, protože palubní počítač může upravit svůj kompresní poměr za chodu a upravit motor podle toho, kdykoli chce řidič použít jiné palivo.
Jeho konstrukce také zabraňuje kontaminaci vodíku, která se v současnosti vyskytuje u automobilů s palivovými články, díky čemuž je tento typ paliva schůdnější než kdy dříve. "To staví palivové články do zcela nového světla," řekl Riley.
Již jsme mluvili o tom, jak silný je motor Grálu a jak se může pochlubit lepší spotřebou paliva a účinností než normální dvoudobý motor. Ale kde by se to dalo použít? No, skoro všude, řekl Riley.
"Mohlo by být použito v každé oblasti života, od automobilů po letadla a rekreační a průmyslové motory," řekl. "Máme velký zájem o různé oblasti."
Kromě výrobců automobilů Riley řekl, že zájem projevilo ministerstvo obrany, ale řekl, že nemůže mluvit o tom, co přesně tento projekt je. Také by to mohl být ideální motor vrtulníku, řekl.
Zatímco současný prototyp motoru Grálu má objem 500 kubických centimetrů, vědci pracují na větších modelech, včetně motorů o objemu 1 000 ccm a 2,5 litru.
Navíc Riley říká, že on a jeho zaměstnanci jsou motivováni touhou udělat svět lepším místem, ne zbohatnout. Jejich cílem je přimět stávající automobilky k výrobě licencovaných verzí technologie. Doufá, že by to také mohlo otevřít cestu k zelenější budoucnosti. "Nechceme nikoho vyřadit z provozu," řekl Riley. "Chceme pomáhat lidem. Chceme změnit svět k lepšímu."
Nemohl jsem si pomoci, ale byl jsem ohromen designem Grail Engine Technologies. Je to jistě ambiciózní, ale je založeno na existující technologii, takže se zdá schůdnější 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 že by byla řízena pouze ziskem. Možná se někdy brzy dočkáme auta s motorem Grálu – nezní mi to příliš přitažené za vlasy.
