Wie die Grail-Engine funktioniert

Was wäre, wenn Ihnen gesagt würde, dass Ihr Auto eines Tages einen Einzylindermotor unter der Motorhaube haben könnte, der 100 PS hat , 100 Meilen pro Gallone (42,5 Kilometer pro Liter) schafft und mit jeder Art von Kraftstoff betrieben werden kann?

Die Chancen stehen gut, dass Sie wahrscheinlich denken würden, dass das etwas aus einem Science-Fiction-Film ist, oder dass es eine Art weit entferntes Konzept ist, das noch Jahrzehnte von der Realität entfernt ist.

Laut Matthew Riley, CEO und leitender Forschungswissenschaftler bei Grail Engine Technologies aus Kansas, ist dies nicht der Fall. Er sagt, dass der Zweitakt-Grail-Motor seines Unternehmens innerhalb von zwei bis fünf Jahren in den Autos der Verbraucher sein könnte. Im Februar 2012 stellte das Unternehmen nach dreijähriger Entwicklungszeit seinen ersten funktionierenden Prototypen auf, und große Autohersteller wie Honda und Ford haben bereits Interesse gezeigt.

Riley sagt, dass der Grail Engine 50 Prozent billiger zu bauen sein könnte, während er im Vergleich zu aktuellen Motoren einen um 30 Prozent besseren Kraftstoffverbrauch aufweist und flexibel ist, mit welchem ​​​​Kraftstoff er betrieben wird. Es habe eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, sagte er. Es hat auch nicht die Verschmutzungs- und Zuverlässigkeitsprobleme, die bei den meisten anderen Zweitaktmotoren auftreten .

"Es wird die Art und Weise verändern, wie die Dinge funktionieren", sagte Riley, ein Wissenschaftler mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Entwicklung experimenteller Motoren. "Die Idee kommt von dem Gedanken, dass es einen besseren Weg geben muss, Zweitakter zu bauen, weil sie eine bessere Leistung erbringen."

Was macht die Grail Engine so erstaunlich? Interessanterweise ist es nicht auf eine einzige bahnbrechende Technologie angewiesen, um die Arbeit zu erledigen. Der Motor nimmt eine Vielzahl aktueller, hochmoderner Motortechnologien auf und fasst sie alle in einem Paket zusammen. „Das ist alles bewährte Technologie, die in der Vergangenheit verwendet wurde“, sagte Riley.

Im Wesentlichen handelt es sich um einen sehr hochtechnologischen Zweitaktmotor, der Zwangsansaugung, Direkteinspritzung und andere Technologien für beeindruckende Leistung und Effizienz nutzt. Es ist auch ein Pionier in dem, was das Unternehmen "semi-homogen geladene Kompressionszündung" nennt. Wir werden kurz darauf eingehen, was das alles bedeutet.

In diesem Artikel erfahren wir alles über die Funktionsweise der Grail Engine und untersuchen, wie sie in naher Zukunft eingesetzt werden könnte.

1. Die Grundlagen
2. Gral Engine Design
3. Grail-Engine-Funktionen
4. Vorteile von Grail Engines
5. Grail-Engine-Anwendungen
6. Anmerkung des Verfassers

Bevor wir etwas über die Grail Engine erfahren, wollen wir zunächst einige der Konzepte dahinter definieren, damit wir vollständig verstehen können, wie sie funktioniert.

Zweitaktmotor : Im Gegensatz zu den meisten modernen Auto- und Motorradmotoren ist der Grail-Motor ein Zweitaktmotor. In Fahrzeugen sind eher Viertaktmotoren zu finden. Das bedeutet Folgendes: Bei einem Viertaktmotor gibt es vier Phasen des Verbrennungsprozesses, die ein Fahrzeug in Bewegung setzen – das Ansaugen von Luft und Kraftstoff, die Verdichtung dieser Bestandteile, die Zündung von Luft und Kraftstoff, die erzwingen der Kolben nach unten und die Freisetzung von Abgas.

Ein Zweitaktmotor führt denselben Vorgang jedoch in nur zwei Schritten durch. Die Einlass- und Auslassschritte werden zusammen kombiniert, ebenso wie die Kompressions- und Zündschritte. Zweitaktmotoren sind leichter und leistungsstärker; aber sie sind nicht so sparsam im Kraftstoffverbrauch, neigen häufiger zu Pannen und produzieren auch viel Abgas, weil sich Öl und Kraftstoff während des Verbrennungsprozesses vermischen. Aus diesem Grund werden Zweitaktmotoren üblicherweise nur in kleinen Freizeitfahrzeugen und Gartengeräten verwendet.

Direkteinspritzung : DI ist der heißeste Neue auf dem Block, wenn es um Motortechnologien geht. Es ist zu einem gängigen Merkmal von Hochleistungsmotoren geworden und findet auch in immer mehr Alltagsautos seinen Weg. Bei einem DI-Motor wird Kraftstoff direkt in die Brennkammer gesprüht, anstatt sich in einem separaten Krümmer mit der Luft zu vermischen. Dadurch kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch gleichmäßiger und effizienter verbrennen, was zu mehr Leistung und besserer Wirtschaftlichkeit führt.

Zwangsansaugung: Auch wenn Sie noch nie von Zwangsansaugung gehört haben, haben Sie wahrscheinlich schon von Kompressoren oder Turboladern gehört . Beide erledigen im Wesentlichen die gleiche Aufgabe: Sie drücken mehr Luft in den Motor, sodass er heißer und härter verbrennt und mehr Leistung erzeugt. Die Grail Engine verwendet eine einzigartige Art der erzwungenen Induktion (auf die wir gleich noch eingehen werden).

Forced Semi-Homogeneous Charged Compression Ignition: Auch als FS-HCCI bekannt, ist dies eine Technologie, die Autohersteller seit Jahren verfolgen, sagte Riley. Dieser Prozess komprimiert Luft und Kraftstoff bis zu dem Punkt, an dem sie ohne Funkenzündung fast von selbst verbrennen (ähnlich wie bei einem Dieselmotor). Und wenn sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet, verbrennt der gesamte Kraftstoff in der Kammer gleichzeitig, was zu einer viel besseren Effizienz führt. Das bedeutet mehr Leistung und weniger Kraftstoffverbrauch [Quelle: Green Car Congress ].

Mit nur 500 Kubikzentimetern ist der Gral-Motor recht klein – etwa ein Viertel der Motorgröße eines typischen Kleinwagens.

Auf den ersten Blick sieht der Prototyp des Unternehmens wie ein gewöhnlicher Zweitaktmotor aus , bis Sie das große, nach oben gerichtete Einlassventil bemerken, das aus der Mitte des Kolbens herausragt. Das hat eine wichtige Funktion, die wir gleich untersuchen werden – der Grail-Motor macht viel mehr Gebrauch vom Luftdruck als ein normaler Verbrennungsmotor. Der Motor besteht aus:

[Quelle: Grail Engine Technologies ]

Wie jeder Verbrennungsmotor verbrennt der Grail-Motor Luft und Kraftstoff und nutzt die resultierende Explosion, um einen Kolben nach oben und unten zu bewegen, um die Bewegung anzutreiben. Aber es ist die Art und Weise, wie die Gral-Engine dies tut, die sie so einzigartig macht.

Wenn sich der Kolben nach oben bewegt, wird darunter ein Vakuum erzeugt, das Frischluft durch ein Einweg-Membranventil ansaugt. Luft füllt dann drei Kammern – die Vorkompressionskammer, die Entlüftungsöffnungen zum Kolben und die Kolbeneinlassöffnungen.

Wenn der Kolben das obere Ende seines Wegs erreicht, erfolgt die Zündung dank der drei Zündkerzen . Dadurch wird der Kolben nach unten gedrückt, wodurch die bis dahin im Kurbelgehäuse eingeschlossene Luft komprimiert wird.

Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, öffnet sich das Auslassventil und Abgas wird aus dem Zylinder evakuiert, wenn Druckluft über die Entlüftungs-zu-Kolben- und Kolbeneinlassöffnungen, wie oben erwähnt, durch ein im Kolben angeordnetes Einwegventil in die Verbrennungskammer eintritt.

Komprimierte Frischluft wirbelt wirbelartig nach oben, entleert Abgase aus dem Zylinder und füllt den Zylinder mit Frischluft. Sobald das Auslassventil schließt, wird Kraftstoff direkt eingespritzt und in die Kammer gemischt. Das Gemisch aus Luft und Kraftstoff wird von den drei Zündkerzen komprimiert und gezündet, wodurch eine Explosion entsteht, die den Kolben nach unten drückt und Bewegung für den nächsten Zyklus erzeugt.

Scheint ziemlich einfach, oder? Insgesamt erscheint der Grail-Motor einem gewöhnlichen Zweitaktmotor sehr ähnlich , nur dass Druckluft hier eine viel größere Rolle spielt. Aber auch hier spielen einige einzigartige Faktoren eine Rolle. Zum einen sagt Riley, dass die Wirbelmischung von Druckluft und Kraftstoff das effizienteste Luft/Kraftstoff-Zerstäubungsgemisch ist, das für eine optimale Verbrennung erhalten werden kann. Darüber hinaus sagt er, dass kein anderer Motor ein Design mit Zwangsansaugung von komprimierter Luft hat, die in die Brennkammer eintritt, während gleichzeitig die Oberseite des Kolbens luftgekühlt wird, um die Emissionen zu senken.

Schließlich erzeugen die drei Zündkerzen eine schnelle Explosion von Explosionen, die dazu beitragen, eine "erzwungene halbhomogene Kompressionszündung" oder FS-HCCI zu erzeugen. Dieser Prozess komprimiert Luft und Kraftstoff bis zu dem Punkt, an dem sie fast von selbst (ohne Funken) verbrennen. Und wenn sie verbrennen, verbrennt der gesamte verbleibende Kraftstoff in der Kammer auf einmal – gleichzeitig – und liefert eine viel bessere Effizienz. Dies führt zu mehr Leistung und besserem Kraftstoffverbrauch [Quellen: Green Car Congress , Wojdyla ].

Der Grail Engine hat also eine sehr effiziente Form der Verbrennung. Es ist leicht, kostengünstig und erzeugt für seine Größe viel Leistung. Wie bereits erwähnt, kann der 500-cm³-Prototyp 100 PS leisten und dabei 100 Meilen pro Gallone (42,5 Kilometer pro Liter) erreichen. Aber was kann es noch?

Riley sagte, dass der Grail-Motor viele der Nachteile beseitigt, die normalerweise bei einem typischen Zweitaktmotor auftreten . Zum einen vermischen sich hier niemals Öl und Kraftstoff, also gibt es kein Rauchproblem. Es ist auch sehr leise und vibrationsarm, sagte er.

Da durch den Motor jederzeit frische, komprimierte Luft strömt, hat er kein Problem damit, kühl zu bleiben. Die Fähigkeit, die Brennkammer gleichmäßig kühl zu halten, trägt dazu bei, dass FS-HCCI möglich wird, sagte Riley. Das erhöht den thermischen Wirkungsgrad und senkt die Stickoxidemissionen. Außerdem ist es nicht nur auf einen einzelnen Zylinder beschränkt. Der Grail-Motor ist modular aufgebaut, sodass mehrere zu einem Mehrzylindermotor aneinandergereiht werden könnten [Quelle: Wojdyla ].

Aber wie Riley gerne sagt: „Warte – es wird besser.“ Der Grail-Motor ist so konzipiert, dass er mit praktisch jeder Art von Kraftstoff betrieben werden kann, einschließlich Benzin , Propangas, Diesel und Erdgas. Es kann auch mehr als eine Kraftstoffart gleichzeitig in separaten Tanks transportieren. Der Motor kann dies tun, weil ein Bordcomputer sein Verdichtungsverhältnis im laufenden Betrieb anpassen kann und den Motor entsprechend anpasst, wenn der Fahrer einen anderen Kraftstoff verwenden möchte.

Außerdem verhindert sein Design die Kontamination von Wasserstoff, die derzeit bei Brennstoffzellenautos zu beobachten ist , und macht diese Art von Kraftstoff praktikabler denn je. "Das rückt Brennstoffzellen in ein ganz neues Licht", sagte Riley.

Wir haben bereits darüber gesprochen, wie leistungsfähig der Grail-Motor ist und wie er einen besseren Kraftstoffverbrauch und eine bessere Effizienz als ein normaler Zweitaktmotor aufweist . Aber wo könnte es eingesetzt werden? Na ja, so ziemlich überall, sagte Riley.

"Es könnte auf jeden Lebensbereich angewendet werden, von Automobilen über Flugzeuge bis hin zu Freizeit- und Industriemotoren", sagte er. "Wir haben großes Interesse an verschiedenen Bereichen."

Neben den Autoherstellern sagte Riley, das Verteidigungsministerium habe Interesse bekundet, aber er sagte, er könne nicht genau darüber sprechen, was dieses Projekt sei. Außerdem könnte es ein ideales Hubschraubertriebwerk abgeben, sagte er.

Während der aktuelle Prototyp des Grail-Motors 500 Kubikzentimeter groß ist, arbeiten die Wissenschaftler an größeren Modellen, einschließlich 1.000-cm³- und 2,5-Liter-Motoren.

Außerdem sagt Riley, dass er und seine Mitarbeiter von dem Wunsch motiviert sind, die Welt zu einem besseren Ort zu machen, nicht davon, reich zu werden. Ihr Ziel ist es, bestehende Autofirmen dazu zu bringen, lizenzierte Versionen der Technologie herzustellen. Er hofft, dass es auch den Weg in eine grünere Zukunft ebnen könnte. „Wir wollen niemanden aus dem Geschäft drängen“, sagte Riley. „Wir wollen Menschen helfen. Wir wollen die Welt zum Besseren verändern.“

Ich konnte nicht umhin, vom Design von Grail Engine Technologies beeindruckt zu sein. Es ist sicherlich ehrgeizig, aber es basiert auf vorhandener Technologie und scheint daher machbarer zu sein als einige experimentelle Motoren. Sie scheinen einen Weg gefunden zu haben, die Leistung eines Zweitaktmotors ohne Umweltverschmutzung und mit besserem Kraftstoffverbrauch als die meisten aktuellen Motoren zu erreichen. Es ist interessant, dass das Unternehmen „grüne“ Motivationen zu haben scheint, anstatt nur gewinnorientiert zu sein. Vielleicht sehen wir bald ein Grail Engine-Auto – es klingt für mich nicht allzu weit hergeholt.

Zum Thema passende Artikel

Quellen