Como funciona o mecanismo do Graal

O motor do Graal. Veja mais fotos de motores. Cortesia da Grail Engine Technologies

E se você dissesse que algum dia seu carro poderia ter um motor de um cilindro sob o capô que tem 100 cavalos de potência, faz 100 milhas por galão (42,5 quilômetros por litro) e pode funcionar com qualquer tipo de combustível?

As probabilidades são de que você provavelmente pensaria que é algo saído de um filme de ficção científica ou que é algum tipo de conceito longínquo que ainda está a décadas de distância da realidade.

Não é assim, de acordo com Matthew Riley, CEO e cientista-chefe da Grail Engine Technologies, com sede em Kansas. Ele diz que o motor do Graal de dois tempos de sua empresa pode estar nos carros dos consumidores dentro de dois a cinco anos. Em fevereiro de 2012, após três anos de desenvolvimento, a empresa estabeleceu seu primeiro protótipo funcional, e grandes montadoras como Honda e Ford já demonstraram interesse.

Riley diz que o motor do Graal poderia ser 50 por cento mais barato de construir, ao mesmo tempo que apresenta uma economia de combustível 30 por cento melhor em relação aos motores atuais, e é flexível quanto ao combustível com o qual funciona. Tem uma grande variedade de aplicações possíveis, disse ele. Ele também não tem os problemas de poluição e confiabilidade vistos na maioria dos outros motores de dois tempos.

"Isso vai mudar a maneira como as coisas funcionam", disse Riley, um cientista com mais de 20 anos de experiência no desenvolvimento de motores experimentais. "A ideia vem do pensamento de que deve haver uma maneira melhor de fazer duas tacadas porque eles têm um desempenho melhor."

O que torna o mecanismo do Graal tão incrível? Curiosamente, ele não depende de uma única tecnologia inovadora para fazer o trabalho. O motor usa uma variedade de tecnologias de motor de última geração e as reúne em um único pacote. "É toda tecnologia comprovada que foi usada no passado", disse Riley.

Em essência, é um motor de dois tempos de alta tecnologia que usa indução forçada, injeção direta e outras tecnologias para potência e eficiência impressionantes. É também pioneira no que a empresa chama de "ignição por compressão carregada semi-homogênea". Abordaremos o que tudo isso significa em um momento.

Neste artigo, aprenderemos tudo sobre como funciona o mecanismo do Graal e exploraremos como ele poderia ser usado em um futuro muito próximo.

Conteúdo

1. O básico
2. Projeto do motor Graal
3. Funções do Graal Engine
4. Benefícios dos motores do Graal
5. Aplicações Grail Engine
6. Nota do autor

Antes de aprendermos sobre o mecanismo do Graal, vamos primeiro definir alguns dos conceitos por trás dele para que possamos entender totalmente como funciona.

Motor de dois tempos: Ao contrário da maioria dos motores modernos de automóveis e motocicletas, o Motor Graal é um motor de dois tempos. Em veículos, é mais comum encontrar motores de quatro tempos. Aqui está o que isso significa: em um motor de quatro tempos, há quatro fases no processo de combustão interna que faz um veículo se mover - a entrada de ar e combustível, a compressão desses ingredientes, a ignição do ar e do combustível que força o pistão para baixo e a liberação dos gases de escape.

No entanto, um motor de dois tempos conclui o mesmo processo em apenas duas etapas. As etapas de admissão e escape são combinadas, assim como as etapas de compressão e ignição. Os motores de dois tempos são mais leves e potentes; mas eles não são tão eficientes em termos de combustível, eles tendem a quebrar com mais freqüência e também produzem muito gás de escape porque o óleo e o combustível se misturam durante o processo de combustão. É por isso que os motores de dois tempos são comumente usados ​​apenas em pequenos veículos recreativos e equipamentos de pátio.

Injeção direta: DI é o novo garoto quente do setor quando se trata de tecnologias de motor. Tornou-se um recurso comum em motores de desempenho e está começando a encontrar seu caminho em cada vez mais carros comuns. Em um motor DI, o combustível é pulverizado diretamente na câmara de combustão em vez de se misturar com o ar em um coletor separado. Isso permite que a mistura ar / combustível queime de maneira mais uniforme e eficiente, resultando em maior potência e melhor economia.

Indução forçada: Mesmo que você nunca tenha ouvido falar de indução forçada, provavelmente já ouviu falar de supercompressores ou turbocompressores. Ambos fazem essencialmente o mesmo trabalho: eles forçam mais ar no motor para que queime mais quente e mais forte, produzindo mais potência. O mecanismo do Graal usa um tipo único de indução forçada (que abordaremos em breve).

Ignição por compressão carregada semi-homogênea forçada: Também conhecido como FS-HCCI, esta é uma tecnologia que as montadoras vêm perseguindo há anos, disse Riley. Esse processo comprime o ar e o combustível a ponto de quase entrarem em combustão por conta própria, sem ignição por faísca (semelhante à maneira como um motor a diesel opera). E quando a mistura ar / combustível acende, todo o combustível na câmara queima simultaneamente, proporcionando uma eficiência muito melhor. Isso significa mais potência e melhor economia de combustível [fonte: Green Car Congress].

O mecanismo do Graal, cortesia de Grail Engine Technologies

Com apenas 500 centímetros cúbicos, o motor do Graal é bastante pequeno - cerca de um quarto do tamanho do motor de um carro econômico típico.

À primeira vista, o protótipo da empresa se parece com qualquer motor de dois tempos comum, até que você percebe a grande válvula de admissão voltada para cima saindo do centro do pistão. Isso tem uma função importante que exploraremos em breve - o Motor do Graal usa muito mais a pressão do ar do que um motor de combustão interna normal. O motor é composto por:

• Um cilindro e um pistão
• Uma única válvula de escape na parte superior do cilindro que libera os gases de escape após a conclusão do processo de combustão
• Três velas de ignição, também no topo do cilindro. Isso cria a "faísca" que impulsiona a ignição (a maioria dos motores de automóveis tem uma vela de ignição por cilindro)
• Uma "câmara de pré-compressão" que abriga uma válvula reed, um componente que mantém o ar fresco fluindo para o motor em uma direção (válvulas Reed são uma parte comum em motores de dois tempos)
• Uma única válvula de admissão, que aspira ar e combustível, localizada dentro do pistão
• Duas portas de ventilação para pistão e duas portas de entrada de pistão
• Um pequeno cárter que traduz o movimento do pistão em movimento da roda

[Fonte: Graal Engine Technologies]

O mecanismo do Graal, cortesia de Grail Engine Technologies

Como qualquer motor de combustão interna, o Motor Graal queima ar e combustível e usa a explosão resultante para empurrar um pistão para cima e para baixo para impulsionar o movimento. Mas é a maneira como o mecanismo do Graal faz isso que o torna tão único.

Conforme o pistão sobe, um vácuo é criado abaixo dele, que suga o ar fresco por meio de uma válvula de palheta unidirecional. O ar então enche três câmaras - a câmara de pré-compressão, as portas de ventilação para pistão e portas de entrada de pistão.

Quando o pistão atinge o topo de seu percurso, a ignição ocorre graças às três velas de ignição. Isso força o pistão para baixo, o que comprime o ar preso no cárter até este ponto.

Quando o pistão atinge o ponto morto inferior, a válvula de escape abre e o escape evacua o cilindro conforme o ar comprimido entra na câmara de combustão através da ventilação para o pistão e portas de entrada do pistão, conforme observado acima, através de uma válvula unidirecional localizada dentro do pistão.

O ar fresco comprimido gira para cima em forma de vórtice, evacuando o cilindro de gás de exaustão e reabastecendo o cilindro com ar fresco. Uma vez que a válvula de escape fecha, o combustível é injetado diretamente e misturado na câmara. A mistura de ar e combustível é comprimida e inflamada pelas três velas de ignição, criando uma explosão que empurra o pistão para baixo e cria movimento para o próximo ciclo.

Parece muito simples, certo? No geral, o motor do Graal parece muito semelhante a um motor comum de dois tempos, exceto que o ar comprimido desempenha um papel muito maior aqui. Mas existem alguns fatores únicos em ação aqui também. Por um lado, Riley diz que a mistura em redemoinho de ar comprimido e combustível é a mistura de atomização de ar / combustível mais eficiente que pode ser obtida para uma combustão ideal. Além disso, ele diz que nenhum outro motor tem um projeto com indução forçada de ar comprimido entrando na câmara de combustão enquanto, ao mesmo tempo, resfria a parte superior do pistão para reduzir as emissões.

Finalmente, as três velas criam um rápido surto de explosões, que ajudam a gerar "ignição por compressão carregada semi-homogênea forçada" ou FS-HCCI. Este processo comprime o ar e o combustível a ponto de quase entrarem em combustão por conta própria (sem faísca). E quando eles entram em combustão, todo o combustível restante na câmara entra em combustão de uma vez - simultaneamente - proporcionando uma eficiência muito melhor. Isso resulta em mais potência e melhor economia de combustível [fontes: Green Car Congress, Wojdyla].

O mecanismo do Graal, cortesia de Grail Engine Technologies

Portanto, o Motor do Graal tem uma forma muito eficiente de combustão interna. É leve, barato e produz muita potência para seu tamanho. Como dissemos antes, o protótipo de 500 cc pode produzir 100 cavalos de potência enquanto obtém 100 milhas por galão (42,5 quilômetros por litro). Mas o que mais isso pode fazer?

Riley disse que o motor do Graal elimina muitas das desvantagens normalmente vistas em um motor típico de dois tempos. Por um lado, óleo e combustível nunca se misturam aqui, por isso não há problema de fumaça. Também é muito silencioso e com poucas vibrações, disse ele.

Como o motor tem ar fresco e comprimido circulando por ele o tempo todo, não há problema em permanecer frio. A capacidade de manter a câmara de combustão uniformemente resfriada é o que ajuda a tornar o FS-HCCI possível, disse Riley. Isso aumenta a eficiência térmica e reduz as emissões de óxido de nitrogênio. Além disso, não está limitado apenas a um único cilindro. O mecanismo do Graal é modular em design, portanto, vários podem ser combinados para criar um motor multicilindros [fonte: Wojdyla].

Mas como Riley gosta de dizer, "Espere - fica melhor." O motor do Graal foi projetado para funcionar com praticamente qualquer tipo de combustível, incluindo gasolina, propano, diesel e gás natural. Ele também pode transportar mais de um tipo de combustível de uma vez em tanques separados. O motor pode fazer isso porque um computador de bordo pode ajustar sua taxa de compressão em tempo real, ajustando o motor de acordo sempre que o motorista quiser usar um combustível diferente.

Além disso, seu design evita a contaminação do hidrogênio visto atualmente em carros com células de combustível, tornando esse tipo de combustível mais viável do que nunca. "Isso coloca as células de combustível sob uma luz totalmente nova", disse Riley.

Já falamos sobre o quão potente é o Motor do Graal e como ele apresenta melhor economia de combustível e eficiência do que um motor normal de dois tempos. Mas onde poderia ser usado? Bem, em qualquer lugar, Riley disse.

"Ele poderia ser aplicado a todas as áreas da vida, de automóveis a aeronaves e motores recreativos e industriais", disse ele. "Temos muito interesse em diferentes áreas."

Além das montadoras, Riley disse que o Departamento de Defesa expressou interesse, mas ele disse que não pode falar exatamente sobre o que é esse projeto. Além disso, poderia ser um motor de helicóptero ideal, disse ele.

Enquanto o protótipo atual do Graal Engine tem 500 centímetros cúbicos, os cientistas estão trabalhando em modelos maiores, incluindo motores de 1.000 cc e 2,5 litros.

Além disso, Riley diz que ele e seus funcionários são motivados pelo desejo de tornar o mundo um lugar melhor, não para enriquecer. Seu objetivo é fazer com que as montadoras existentes produzam versões licenciadas da tecnologia. Ele espera que isso também abra caminho para um futuro mais verde. "Não queremos tirar ninguém do mercado", disse Riley. "Queremos ajudar as pessoas. Queremos mudar o mundo para melhor."

Eu não pude deixar de ficar impressionado com o design da Grail Engine Technologies. É certamente ambicioso, mas é baseado na tecnologia existente, então parece mais viável do que alguns motores experimentais. Eles parecem ter encontrado uma maneira de obter a potência de um motor de dois tempos sem poluição e com melhor economia de combustível do que a maioria dos motores atuais. É interessante que a empresa pareça ter motivações "verdes", em vez de ser apenas voltada para o lucro. Talvez veremos um carro do Graal Engine em breve - não parece muito rebuscado para mim.

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Fontes

• Graal Engine Technologies. "Motor do Graal". (14 de fevereiro de 2012) http://www.grailengine.com/index.php
• Congresso de carros verdes. "Grail Engine adota plugues de pulso Enerpulse para ignição por compressão com carga semi-homogênea forçada no motor de dois tempos do conceito." 8 de setembro de 2009. (14 de fevereiro de 2012) http://www.greencarcongress.com/2009/09/grail-20090908.html
• Riley, Matthew. CEO da Grail Engine Technologies. Entrevista pessoal. Realizado em 13 de fevereiro de 2012.
• Wojdyla, Ben. "Motor do Graal". Mecânica popular. (15 de fevereiro de 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/news/fuel-economy/6-prototype-engines-to-get-your-brain-firing-grail-engine#slide-2