E se ti dicessero che un giorno la tua auto potrebbe avere un motore monocilindrico sotto il cofano che ha 100 cavalli, raggiunge 100 miglia per gallone (42,5 chilometri per litro) e può funzionare con qualsiasi tipo di carburante?
Le probabilità sono che probabilmente penseresti che sia qualcosa uscito da un film di fantascienza, o che sia una specie di concetto lontano che è ancora lontano decenni dalla realtà.
Non è così, secondo Matthew Riley, CEO e capo ricercatore presso la Grail Engine Technologies, con sede in Kansas. Dice che il motore Grail a due tempi della sua azienda potrebbe essere nelle auto dei consumatori entro due o cinque anni. Nel febbraio 2012, dopo tre anni di sviluppo, l'azienda ha realizzato il suo primo prototipo funzionante e le grandi case automobilistiche come Honda e Ford hanno già mostrato interesse.
Riley afferma che il motore Grail potrebbe essere più economico del 50% da costruire, pur vantando un risparmio di carburante del 30% in più rispetto ai motori attuali ed è flessibile su quale carburante funziona. Ha un'ampia varietà di possibili applicazioni, ha detto. Inoltre non presenta i problemi di inquinamento e affidabilità visti nella maggior parte degli altri motori a due tempi.
"Cambierà il modo in cui funzionano le cose", ha affermato Riley, uno scienziato con oltre 20 anni di esperienza nello sviluppo di motori sperimentali. "L'idea nasce dal pensiero che ci deve essere un modo migliore per fare due tempi perché sono più performanti."
Cosa rende il motore del Grail così straordinario? È interessante notare che non si basa su una singola tecnologia rivoluzionaria per portare a termine il lavoro. Il motore utilizza una varietà di tecnologie motore attuali e all'avanguardia e le riunisce tutte in un unico pacchetto. "È tutta una tecnologia collaudata che è stata utilizzata in passato", ha affermato Riley.
In sostanza, è un motore a due tempi molto tecnologico che utilizza l'induzione forzata, l'iniezione diretta e altre tecnologie per potenza ed efficienza impressionanti. È anche un pioniere in ciò che l'azienda chiama "accensione per compressione a carica semi-omogenea". Tra poco parleremo del significato di tutto ciò.
In questo articolo impareremo tutto su come funziona il motore del Grail ed esploreremo come potrebbe essere utilizzato in un futuro molto prossimo.
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Prima di conoscere il Grail Engine, definiamo alcuni dei concetti alla base in modo da poter comprendere appieno come funziona.
Motore a due tempi : A differenza della maggior parte dei moderni motori per auto e moto, il Grail Engine è un motore a due tempi. Nei veicoli, è più comune trovare motori a quattro tempi. Ecco cosa significa:su un motore a quattro tempi, ci sono quattro fasi nel processo di combustione interna che fa muovere un veicolo:l'aspirazione di aria e carburante, la compressione di quegli ingredienti, l'accensione di aria e carburante che forza il pistone verso il basso e il rilascio dei gas di scarico.
Tuttavia, un motore a due tempi completa lo stesso processo in soli due passaggi. Le fasi di aspirazione e scarico sono combinate insieme, così come le fasi di compressione e accensione. I motori a due tempi sono più leggeri e più potenti; ma non sono così efficienti dal punto di vista del consumo di carburante, tendono a rompersi più spesso e producono anche molti gas di scarico perché olio e carburante si mescolano durante il processo di combustione. Questo è il motivo per cui i motori a due tempi sono comunemente utilizzati solo nei piccoli veicoli ricreazionali e nelle attrezzature da cantiere.
Iniezione diretta : DI è il nuovo arrivato sul blocco quando si tratta di tecnologie dei motori. È diventata una caratteristica comune sui motori ad alte prestazioni e sta iniziando a farsi strada anche in un numero sempre maggiore di auto di tutti i giorni. Su un motore DI, il carburante viene spruzzato direttamente nella camera di combustione anziché mescolarsi con l'aria in un collettore separato. Ciò consente alla miscela aria/carburante di bruciare in modo più uniforme ed efficiente, con conseguente aumento della potenza e maggiore economia.
Induzione forzata: Anche se non hai mai sentito parlare di induzione forzata, probabilmente hai sentito parlare di compressori o turbocompressori. Entrambi svolgono essenzialmente lo stesso lavoro:spingono più aria nel motore in modo che bruci sempre più caldo e più forte, producendo più potenza. Il motore del Grail utilizza un tipo unico di induzione forzata (di cui parleremo tra poco).
Accensione forzata a compressione semi-omogenea: Conosciuto anche come FS-HCCI, questa è una tecnologia che le case automobilistiche inseguono da anni, ha affermato Riley. Questo processo comprime l'aria e il carburante al punto che quasi bruciano da soli senza l'accensione di scintille (simile al modo in cui funziona un motore diesel). E quando la miscela aria/carburante si accende, tutto il carburante nella camera brucia contemporaneamente, offrendo un'efficienza molto migliore. Ciò significa più potenza e migliore risparmio di carburante [fonte:Green Car Congress].
Con soli 500 centimetri cubi, il motore del Grail è piuttosto piccolo, circa un quarto delle dimensioni del motore di una tipica auto economica.
A prima vista, il prototipo dell'azienda sembra un normale motore a due tempi, finché non si nota la grande valvola di aspirazione rivolta verso l'alto che si stacca dal centro del pistone. Questo ha una funzione importante che esploreremo un po':il motore del Grail fa un uso molto maggiore della pressione dell'aria rispetto a un normale motore a combustione interna. Il motore è composto da:
[Fonte:Grail Engine Technologies]
Come qualsiasi motore a combustione interna, il motore del Grail brucia aria e carburante e utilizza l'esplosione risultante per spingere un pistone su e giù per guidare il movimento. Ma è il modo in cui lo fa il motore del Grail che lo rende così unico.
Quando il pistone si sposta verso l'alto, al di sotto di esso viene creato un vuoto, che aspira aria fresca attraverso una valvola lamellare unidirezionale. L'aria riempie quindi tre camere:la camera di precompressione, le porte di sfiato al pistone e le porte di aspirazione del pistone.
Quando il pistone raggiunge la parte superiore della sua corsa, l'accensione avviene grazie alle tre candele. Questo costringe il pistone verso il basso, che fino a questo punto comprime l'aria intrappolata nel basamento.
Quando il pistone raggiunge il punto morto inferiore, la valvola di scarico si apre e lo scarico evacua il cilindro mentre l'aria compressa entra nella camera di combustione attraverso le porte di sfiato al pistone e di aspirazione del pistone come indicato sopra attraverso una valvola unidirezionale situata all'interno del pistone.
L'aria fresca compressa vortica verso l'alto in modo simile a un vortice, evacuando la bombola del gas di scarico e riempiendo la bombola di aria fresca. Una volta chiusa la valvola di scarico, il carburante viene iniettato direttamente e miscelato nella camera. La miscela di aria e carburante viene compressa e accesa dalle tre candele, creando un'esplosione che spinge il pistone verso il basso e crea movimento per il ciclo successivo.
Sembra abbastanza semplice, vero? Nel complesso, il motore del Grail sembra molto simile a un normale motore a due tempi, tranne per il fatto che l'aria compressa gioca un ruolo molto più importante qui. Ma ci sono anche alcuni fattori unici al lavoro qui. Per uno, Riley afferma che la miscelazione a vortice di aria compressa e carburante è la miscela di atomizzazione aria/carburante più efficiente che si possa ottenere per una combustione ottimale. Inoltre, afferma che nessun altro motore ha un design con induzione forzata dell'aria compressa che entra nella camera di combustione e allo stesso tempo raffredda ad aria la parte superiore del pistone per ridurre le emissioni.
Infine, le tre candele creano una rapida fioritura di esplosioni, che aiutano a generare "accensione per compressione a carica semi-omogenea forzata" o FS-HCCI. Questo processo comprime l'aria e il carburante fino al punto in cui quasi bruciano da soli (senza scintilla). E quando bruciano, tutto il carburante rimanente nella camera brucia contemporaneamente, contemporaneamente, offrendo un'efficienza molto migliore. Ciò si traduce in una maggiore potenza e un migliore risparmio di carburante [fonti:Green Car Congress, Wojdyla].
Quindi il motore del Grail ha una forma molto efficiente di combustione interna. È leggero, economico e produce molta potenza per le sue dimensioni. Come abbiamo detto prima, il prototipo da 500 cc può produrre 100 cavalli ottenendo 100 miglia per gallone (42,5 chilometri per litro). Ma cos'altro può fare?
Riley ha affermato che il motore del Grail elimina molti degli inconvenienti normalmente visti su un tipico motore a due tempi. Per uno, olio e carburante non si mescolano mai insieme qui, quindi non ha problemi di fumo. È anche molto silenzioso e con poche vibrazioni, ha detto.
Poiché il motore è costantemente attraversato da aria compressa fresca, non ha problemi a rimanere fresco. La capacità di mantenere la camera di combustione uniformemente fresca è ciò che aiuta a rendere possibile l'FS-HCCI, ha affermato Riley. Ciò aumenta l'efficienza termica e riduce le emissioni di ossido di azoto. Inoltre, non è solo limitato a un singolo cilindro. Il motore del Grail ha un design modulare, quindi diversi potrebbero essere messi insieme per creare un motore multicilindrico [fonte:Wojdyla].
Ma come piace dire a Riley, "Aspetta, migliora". Il motore Grail è progettato per funzionare praticamente con qualsiasi tipo di carburante, inclusi benzina, propano, diesel e gas naturale. Può anche trasportare più di un tipo di carburante contemporaneamente in serbatoi separati. Il motore può farlo perché un computer di bordo può regolare il suo rapporto di compressione al volo, regolando il motore di conseguenza ogni volta che il guidatore desidera utilizzare un carburante diverso.
Inoltre, il suo design previene la contaminazione dell'idrogeno attualmente presente sulle auto a celle a combustibile, rendendo quel tipo di carburante più fattibile che mai. "Questo mette le celle a combustibile in una luce completamente nuova", ha detto Riley.
Abbiamo già parlato di quanto sia potente il motore del Grail e di come possa vantare una migliore economia di carburante ed efficienza rispetto a un normale motore a due tempi. Ma dove potrebbe essere usato? Bene, praticamente ovunque, ha detto Riley.
"Potrebbe essere applicato a ogni area della vita, dalle automobili agli aerei, dai motori ricreativi e industriali", ha affermato. "Abbiamo molto interesse in diverse aree."
Oltre alle case automobilistiche, Riley ha detto che il Dipartimento della Difesa ha espresso interesse, ma ha detto che non può parlare esattamente di quale sia quel progetto. Inoltre, potrebbe essere un motore ideale per elicotteri, ha detto.
Sebbene l'attuale prototipo del motore Grail sia di 500 centimetri cubi, gli scienziati stanno lavorando su modelli più grandi, inclusi motori da 1.000 cc e 2,5 litri.
Inoltre, Riley dice che lui ei suoi dipendenti sono motivati dal desiderio di rendere il mondo un posto migliore, non di arricchirsi. Il loro obiettivo è convincere le case automobilistiche esistenti a produrre versioni con licenza della tecnologia. Spera che possa anche aprire la strada a un futuro più verde. "Non vogliamo mettere nessuno fuori mercato", ha detto Riley. "Vogliamo aiutare le persone. Vogliamo cambiare il mondo in meglio."
Non ho potuto fare a meno di essere impressionato dal design di Grail Engine Technologies. È certamente ambizioso, ma si basa sulla tecnologia esistente, quindi sembra più fattibile di alcuni motori sperimentali. Sembra che abbiano trovato un modo per ottenere la potenza di un motore a due tempi senza l'inquinamento e con un migliore risparmio di carburante rispetto alla maggior parte dei motori attuali. È interessante notare che l'azienda sembra avere motivazioni "verdi", piuttosto che essere semplicemente orientata al profitto. Forse vedremo presto un'auto con motore del Grail:non mi sembra troppo inverosimile.
