Cómo funciona el motor del Grial

¿Qué pasaría si le dijeran que algún día su automóvil podría tener un motor de un cilindro debajo del capó que tiene 100 caballos de fuerza , obtiene 100 millas por galón (42,5 kilómetros por litro) y puede funcionar con cualquier tipo de combustible?

Lo más probable es que probablemente pienses que es algo sacado de una película de ciencia ficción , o que es algún tipo de concepto remoto que todavía está a décadas de distancia de la realidad.

No es así, según Matthew Riley, director ejecutivo y científico jefe de investigación de Grail Engine Technologies, con sede en Kansas. Él dice que el motor del Grial de dos tiempos de su empresa podría estar en los automóviles de los consumidores dentro de dos a cinco años. En febrero de 2012, después de tres años de desarrollo, la empresa estableció su primer prototipo funcional y las grandes empresas automovilísticas como Honda y Ford ya han mostrado interés.

Riley dice que el motor del Grial podría ser un 50 por ciento más económico de construir y al mismo tiempo contar con un ahorro de combustible un 30 por ciento mejor que los motores actuales, y es flexible en cuanto al combustible con el que funciona. Tiene una amplia variedad de posibles aplicaciones, dijo. Tampoco tiene los problemas de contaminación y confiabilidad que se ven en la mayoría de los otros motores de dos tiempos .

"Va a cambiar la forma en que funcionan las cosas", dijo Riley, un científico con más de 20 años de experiencia en el desarrollo de motores experimentales. "La idea surge del pensamiento de que tiene que haber una mejor manera de hacer motores de dos tiempos porque tienen un mejor rendimiento".

¿Qué hace que el motor del Grial sea tan asombroso? Curiosamente, no se basa en una sola tecnología innovadora para hacer el trabajo. El motor toma una variedad de tecnologías de motor actuales y de vanguardia y las reúne todas en un solo paquete. "Toda es tecnología comprobada que se usó en el pasado", dijo Riley.

En esencia, es un motor de dos tiempos de muy alta tecnología que usa inducción forzada, inyección directa y otras tecnologías para una potencia y eficiencia impresionantes. También es pionera en lo que la empresa llama "encendido por compresión con carga semihomogénea". Cubriremos lo que todo eso significa en un momento.

En este artículo, aprenderemos todo acerca de cómo funciona el motor del Grial y exploraremos cómo podría usarse en un futuro muy cercano.

1. Los basicos
2. Diseño del motor del Grial
3. Funciones del motor del Grial
4. Beneficios de los motores del Grial
5. Aplicaciones del motor del Grial
6. Nota del autor

Antes de aprender sobre el motor del Grial, primero definamos algunos de los conceptos detrás de él para que podamos entender completamente cómo funciona.

Motor de dos tiempos : a diferencia de la mayoría de los motores de automóviles y motocicletas modernos , el motor Grial es un motor de dos tiempos. En los vehículos es más común encontrar motores de cuatro tiempos. Esto es lo que eso significa: en un motor de cuatro tiempos, hay cuatro fases en el proceso de combustión interna que hace que un vehículo se mueva: la entrada de aire y combustible, la compresión de esos ingredientes, la ignición del aire y el combustible que fuerza el pistón hacia abajo y la liberación de gases de escape.

Sin embargo, un motor de dos tiempos completa ese mismo proceso en solo dos pasos. Los pasos de admisión y escape se combinan juntos, al igual que los pasos de compresión y encendido. Los motores de dos tiempos son más ligeros y potentes; pero no son tan eficientes en combustible, tienden a descomponerse más a menudo y también producen una gran cantidad de gases de escape porque el aceite y el combustible se mezclan durante el proceso de combustión. Esta es la razón por la cual los motores de dos tiempos generalmente solo se usan en pequeños vehículos recreativos y equipos de jardinería.

Inyección directa : DI es el nuevo chico caliente en el bloque cuando se trata de tecnologías de motor. Se ha convertido en una característica común en los motores de rendimiento , y también está comenzando a encontrar su camino en más y más autos cotidianos. En un motor DI, el combustible se rocía directamente en la cámara de combustión en lugar de mezclarse con el aire en un colector separado. Esto permite que la mezcla de aire/combustible se queme de manera más uniforme y eficiente, lo que resulta en una mayor potencia y una mejor economía.

Inducción forzada: incluso si nunca ha oído hablar de la inducción forzada, es probable que haya oído hablar de los supercargadores o turbocompresores . Ambos hacen esencialmente el mismo trabajo: fuerzan más aire en el motor para que se queme más caliente y más fuerte, produciendo más potencia. El motor del Grial utiliza un tipo único de inducción forzada (que veremos en un momento).

Encendido por compresión cargada semihomogénea forzada: también conocido como FS-HCCI, esta es una tecnología que los fabricantes de automóviles han estado persiguiendo durante años, dijo Riley. Este proceso comprime el aire y el combustible hasta el punto en que casi se queman por sí solos sin encendido por chispa (similar a la forma en que funciona un motor diesel). Y cuando la mezcla de aire/combustible se enciende, todo el combustible en la cámara se quema simultáneamente, brindando una eficiencia mucho mayor. Eso significa más potencia y mejor economía de combustible [fuente: Green Car Congress ].

Con solo 500 centímetros cúbicos, el motor Grail es bastante pequeño, aproximadamente una cuarta parte del tamaño del motor de un automóvil económico típico.

At first glance, the company's prototype looks like any ordinary two-stroke engine , until you notice the large, upward-facing intake valve coming off the center of the piston. That has an important function we'll explore in a bit -- the Grail Engine makes much more use of air pressure than a normal internal combustion engine. The engine is comprised of:

[Source: Grail Engine Technologies]

Like any internal combustion engine , the Grail Engine burns air and fuel and uses the resulting explosion to push a piston up and down to drive motion. But it's the way that the Grail engine does it that makes it so unique.

As the piston travels upward, a vacuum is created underneath it, which sucks fresh air in through a one-way reed valve. Air then fills three chambers -- the pre-compression chamber, the vent-to-piston ports and piston-intake-ports.

When the piston reaches the top of its travel path, ignition occurs thanks to the three spark plugs . This forces the piston downward, which compresses the air trapped in the crankcase up to this point.

As the piston reaches bottom dead center, the exhaust valve opens and exhaust evacuates cylinder as compressed air enters the combustion chamber via the vent-to-piston and piston-intake-ports as noted above through a one-way valve located within the piston.

Compressed fresh air swirls upward in a vortex-like fashion, evacuating the cylinder of exhaust gas and replenishing the cylinder with fresh air. Once the exhaust valve closes, fuel is direct injected and mixed in the chamber. The mixture of air and fuel are compressed and ignited by the three spark plugs, creating an explosion that pushes the piston down and creates motion for the next cycle.

Seems pretty simple, right? Overall, the Grail Engine appears very similar to an ordinary two-stroke engine , except compressed air plays a much bigger role here. But there are some unique factors at work here, too. For one, Riley says the swirl mixing of compressed air and fuel is the most efficient air/fuel atomization mixture that can be obtained for optimum combustion. In addition, he says no other engine has a design with forced induction of compressed air entering the combustion chamber while at the same time air-cooling the top of the piston to lower emissions.

Finalmente, las tres bujías crean una rápida explosión de explosiones, que ayudan a generar un "encendido por compresión cargada semihomogénea forzada" o FS-HCCI. Este proceso comprime el aire y el combustible hasta el punto en que casi se queman solos (sin chispa). Y cuando se queman, todo el combustible restante en la cámara se quema a la vez, simultáneamente, lo que brinda una eficiencia mucho mayor. Esto da como resultado más potencia y una mejor economía de combustible [fuentes: Green Car Congress , Wojdyla ].

Así que el Grial Engine tiene una forma muy eficiente de combustión interna. Es liviano, económico y produce mucha energía para su tamaño. Como dijimos anteriormente, el prototipo de 500 cc puede producir 100 caballos de fuerza mientras obtiene 100 millas por galón (42,5 kilómetros por litro). Pero, ¿qué más puede hacer?

Riley dijo que Grail Engine elimina muchos de los inconvenientes que normalmente se ven en un motor típico de dos tiempos . Por un lado, el aceite y el combustible nunca se mezclan aquí, por lo que no hay problemas de humo. También es muy silencioso y tiene pocas vibraciones, dijo.

Debido a que el motor tiene aire comprimido fresco moviéndose a través de él en todo momento, no tiene problemas para mantenerse fresco. La capacidad de mantener la cámara de combustión uniformemente fría es lo que ayuda a que FS-HCCI sea posible, dijo Riley. Esto aumenta la eficiencia térmica y reduce las emisiones de óxido de nitrógeno. Además, no se limita a un solo cilindro. El Grail Engine tiene un diseño modular, por lo que varios podrían unirse para crear un motor de varios cilindros [fuente: Wojdyla ].

Pero como a Riley le gusta decir: "Espera, se pone mejor". El motor Grail está diseñado para funcionar prácticamente con cualquier tipo de combustible, incluidos gasolina , propano, diésel y gas natural. También puede transportar más de un tipo de combustible a la vez en tanques separados. El motor puede hacerlo porque una computadora a bordo puede ajustar su relación de compresión sobre la marcha, ajustando el motor en consecuencia cada vez que el conductor quiera usar un combustible diferente.

Además, su diseño evita la contaminación del hidrógeno que se ve actualmente en los automóviles con celdas de combustible , lo que hace que ese tipo de combustible sea más factible que nunca. "Esto pone a las celdas de combustible bajo una luz completamente nueva", dijo Riley.

Ya hemos hablado de lo potente que es el motor Grail y de cómo ofrece una mejor economía de combustible y eficiencia que un motor normal de dos tiempos . Pero, ¿dónde podría usarse? Bueno, casi en cualquier lugar, dijo Riley.

"Podría aplicarse a todas las áreas de la vida, desde automóviles hasta aeronaves y motores recreativos e industriales", dijo. "Tenemos mucho interés en diferentes áreas".

Además de los fabricantes de automóviles, Riley dijo que el Departamento de Defensa ha expresado interés, pero dijo que no puede hablar exactamente de qué se trata ese proyecto. Además, podría ser un motor de helicóptero ideal , dijo.

Si bien el prototipo actual de Grail Engine tiene 500 centímetros cúbicos, los científicos están trabajando en modelos más grandes, incluidos motores de 1.000 cc y 2,5 litros.

Además, Riley dice que él y sus empleados están motivados por el deseo de hacer del mundo un lugar mejor, no por enriquecerse. Su objetivo es conseguir que las empresas automovilísticas existentes produzcan versiones con licencia de la tecnología. Él espera que también pueda allanar el camino para un futuro más verde. "No queremos dejar a nadie fuera del negocio", dijo Riley. "Queremos ayudar a la gente. Queremos cambiar el mundo para mejor".

No pude evitar quedar impresionado con el diseño de Grail Engine Technologies. Es ciertamente ambicioso, pero se basa en la tecnología existente, por lo que parece más factible que algunos motores experimentales. Parece que han encontrado una manera de obtener la potencia de un motor de dos tiempos sin la contaminación y con una mejor economía de combustible que la mayoría de los motores actuales. Es interesante que la compañía parezca tener motivaciones "verdes", en lugar de solo estar impulsada por las ganancias. Tal vez veamos un automóvil Grail Engine pronto, no me parece demasiado descabellado.

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Fuentes