Cómo funciona el motor Grial

El motor del Grial. Vea más fotos de motores. Cortesía de Grail Engine Technologies

¿Qué pasaría si le dijeran que algún día su automóvil podría tener un motor de un cilindro debajo del capó que tenga 100 caballos de fuerza, obtenga 100 millas por galón (42.5 kilómetros por litro) y pueda funcionar con cualquier tipo de combustible??

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

No es así, según Matthew Riley, director ejecutivo y científico investigador jefe de Grail Engine Technologies, con sede en Kansas. Dice que el motor Grail 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 compañía estableció su primer prototipo funcional, y grandes compañías automotrices como Honda y Ford ya han mostrado interés..

Riley dice que el motor Grail podría ser un 50 por ciento más barato de construir y, al mismo tiempo, ofrecer 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 dos golpes porque tienen un mejor rendimiento".

¿Qué hace que Grail Engine sea tan asombroso? Curiosamente, no depende de una sola tecnología innovadora para hacer el trabajo. El motor toma una variedad de tecnologías de motor actuales y de vanguardia y las reúne en un solo paquete. "Es toda tecnología probada que se ha utilizado en el pasado", dijo Riley..

En esencia, es un motor de dos tiempos de muy alta tecnología que utiliza 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 cargado semihomogéneo". Cubriremos lo que todo eso significa en un momento.

En este artículo, aprenderemos todo sobre cómo funciona el motor Grail y exploraremos cómo se podría utilizar en un futuro muy cercano..

Contenido

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

Antes de aprender sobre el motor de Grail, 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 Grail 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 con más frecuencia 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 que los motores de dos tiempos solo se usan comúnmente en vehículos recreativos pequeños y equipos de jardín..

Inyección directa: DI es el chico nuevo y atractivo del bloque cuando se trata de tecnologías de motores. Se ha convertido en una característica común en los motores de alto rendimiento y también está comenzando a encontrar su lugar en más y más automóviles de uso diario. 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 y 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 sobrealimentadores o turbocompresores. Ambos hacen esencialmente el mismo trabajo: introducen más aire en el motor para que arda más caliente y más fuerte, produciendo más potencia. El motor de Grail utiliza un tipo único de inducción forzada (en el que veremos en un momento).

Encendido por compresión con carga semi-homogénea forzada: También conocida 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 de la cámara se quema simultáneamente, lo que ofrece una eficiencia mucho mayor. Eso significa más energía y una mejor economía de combustible [fuente: Green Car Congress].

El motor Grail Cortesía de Grail Engine Technologies

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

A primera vista, el prototipo de la compañía se parece a cualquier motor de dos tiempos ordinario, hasta que nota la gran válvula de admisión que mira hacia arriba que sale del centro del pistón. Eso tiene una función importante que exploraremos en un momento: el motor Grail hace mucho más uso de la presión del aire que un motor de combustión interna normal. El motor se compone de:

• Un cilindro y un pistón
• Una sola válvula de escape en la parte superior del cilindro que deja salir los gases de escape después de que se completa el proceso de combustión.
• Tres bujías, también en la parte superior del cilindro. Estos crean la "chispa" que impulsa el encendido (la mayoría de los motores de los automóviles tienen una bujía por cilindro)
• Una "cámara de precompresión" que alberga una válvula de lengüeta, un componente que mantiene el flujo de aire fresco hacia el motor en una dirección (las válvulas de lengüeta son una parte común en los motores de dos tiempos)
• Una sola válvula de admisión, que aspira aire y combustible, ubicada dentro del pistón
• Dos puertos de ventilación a pistón y dos puertos de admisión de pistón
• Un pequeño cárter que traduce el movimiento del pistón en movimiento de la rueda

[Fuente: Grail Engine Technologies]

El motor Grail Cortesía de Grail Engine Technologies

Como cualquier motor de combustión interna, el motor Grail quema aire y combustible y usa la explosión resultante para empujar un pistón hacia arriba y hacia abajo para impulsar el movimiento. Pero es la forma en que lo hace el motor Grail lo que lo hace tan único.

A medida que el pistón se desplaza hacia arriba, se crea un vacío debajo de él, que aspira aire fresco a través de una válvula de lengüeta unidireccional. Luego, el aire llena tres cámaras: la cámara de precompresión, los puertos de ventilación al pistón y los puertos de admisión del pistón.

Cuando el pistón alcanza la parte superior de su recorrido, el encendido se produce gracias a las tres bujías. Esto fuerza al pistón hacia abajo, lo que comprime el aire atrapado en el cárter hasta este punto..

Cuando el pistón alcanza el punto muerto inferior, la válvula de escape se abre y el escape evacua el cilindro cuando el aire comprimido ingresa a la cámara de combustión a través de los puertos de ventilación al pistón y de admisión del pistón, como se indicó anteriormente, a través de una válvula unidireccional ubicada dentro del pistón.

El aire fresco comprimido se arremolina hacia arriba en forma de vórtice, evacuando el cilindro de gas de escape y reponiendo el cilindro con aire fresco. Una vez que se cierra la válvula de escape, el combustible se inyecta directamente y se mezcla en la cámara. La mezcla de aire y combustible es comprimida y encendida por las tres bujías, creando una explosión que empuja el pistón hacia abajo y crea movimiento para el siguiente ciclo..

Parece bastante simple, ¿verdad? En general, el motor Grail parece muy similar a un motor ordinario de dos tiempos, excepto que el aire comprimido juega un papel mucho más importante aquí. Pero aquí también intervienen algunos factores únicos. Por un lado, Riley dice que la mezcla en turbulencia de aire comprimido y combustible es la mezcla de atomización de aire / combustible más eficiente que se puede obtener para una combustión óptima. Además, dice que ningún otro motor tiene un diseño con inducción forzada de aire comprimido que ingresa a la cámara de combustión y, al mismo tiempo, enfría con aire la parte superior del pistón para reducir las emisiones..

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

El motor Grail Cortesía de Grail Engine Technologies

Entonces, el motor Grail tiene una forma de combustión interna muy eficiente. Es liviano, económico y produce mucha potencia 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 que mas puede hacer?

Riley dijo que el motor Grail 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 con pocas vibraciones, dijo..

Debido a que el motor tiene aire fresco y comprimido 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 hacer posible el FS-HCCI, dijo Riley. Esto aumenta la eficiencia térmica y reduce las emisiones de óxido de nitrógeno. Además, no se limita a un solo cilindro. El motor de Grail tiene un diseño modular, por lo que varios podrían unirse para crear un motor de varios cilindros [fuente: Wojdyla].

Pero como le gusta decir a Riley, "Espera, se pone mejor". El motor Grail está diseñado para funcionar con prácticamente cualquier tipo de combustible, incluidos gasolina, propano, diesel 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 siempre que el conductor quiera usar un combustible diferente..

Además, su diseño evita la contaminación de hidrógeno que se ve actualmente en los coches de pila de combustible, haciendo que ese tipo de combustible sea más factible que nunca. "Esto pone las celdas de combustible en una luz completamente nueva", dijo Riley..

Ya hemos hablado de lo potente que es el motor Grail y de cómo ofrece una mayor 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 aviones y motores industriales y recreativos", 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 es ese proyecto. Además, podría ser un motor de helicóptero ideal, dijo..

Si bien el prototipo actual del motor Grail 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 de enriquecerse. Su objetivo es conseguir que las empresas automovilísticas existentes produzcan versiones con licencia de la tecnología. Espera que también pueda allanar el camino para un futuro más verde. "No queremos sacar a nadie del negocio", dijo Riley. "Queremos ayudar a la gente. Queremos cambiar el mundo para mejor".

No pude evitar quedarme impresionado con el diseño de Grail Engine Technologies. Ciertamente es ambicioso, pero se basa en 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 empresa parezca tener motivaciones "verdes", en lugar de estar impulsada únicamente por las ganancias. Tal vez veamos un automóvil Grail Engine pronto, no me parece demasiado descabellado.

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Fuentes

• Tecnologías del motor de Grail. "Motor Grial". (14 de febrero de 2012) http://www.grailengine.com/index.php
• Congreso de coches verdes. "Grail Engine adopta enchufes de pulso Enerpulse para encendido por compresión forzada semi-homogénea con carga en el motor Concept de dos tiempos". 8 de septiembre de 2009. (14 de febrero de 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
• Riley, Matthew. Director ejecutivo de Grail Engine Technologies. Entrevista personal. Realizado el 13 de febrero de 2012.
• Wojdyla, Ben. "Motor Grial". Mecánica popular. (15 de febrero de 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2