Et si on vous disait qu'un jour, votre voiture pourrait avoir un moteur monocylindre sous son capot qui a 100 chevaux, obtient 100 miles par gallon (42,5 kilomètres par litre) et peut fonctionner avec n'importe quel type de carburant ?
Il y a de fortes chances que vous pensiez probablement que c'est quelque chose qui sort d'un film de science-fiction, ou que c'est une sorte de concept lointain qui est encore à des décennies de la réalité.
Ce n'est pas le cas, selon Matthew Riley, PDG et chercheur en chef de Grail Engine Technologies, basé au Kansas. Il dit que le moteur Grail à deux temps de son entreprise pourrait être dans les voitures des consommateurs d'ici deux à cinq ans. En février 2012, après trois ans de développement, la société a établi son premier prototype fonctionnel, et de grands constructeurs automobiles comme Honda et Ford ont déjà manifesté leur intérêt.
Riley dit que le moteur Grail pourrait être 50% moins cher à construire tout en offrant une économie de carburant de 30% supérieure à celle des moteurs actuels, et il est flexible quant au carburant avec lequel il fonctionne. Il a une grande variété d'applications possibles, a-t-il dit. Il n'a pas non plus les problèmes de pollution et de fiabilité rencontrés dans la plupart des autres moteurs à deux temps.
"Cela va changer la façon dont les choses fonctionnent", a déclaré Riley, un scientifique avec plus de 20 ans d'expérience dans le développement de moteurs expérimentaux. "L'idée vient de la pensée qu'il doit y avoir une meilleure façon de faire deux temps parce qu'ils sont plus performants."
Qu'est-ce qui rend le Grail Engine si incroyable ? Chose intéressante, il ne repose pas sur une seule technologie révolutionnaire pour faire le travail. Le moteur utilise une variété de technologies de moteur de pointe actuelles et les rassemble toutes dans un seul ensemble. "C'est une technologie éprouvée qui a été utilisée dans le passé", a déclaré Riley.
Essentiellement, il s'agit d'un moteur à deux temps de très haute technologie qui utilise l'induction forcée, l'injection directe et d'autres technologies pour une puissance et une efficacité impressionnantes. C'est également un pionnier dans ce que la société appelle "l'allumage par compression chargé semi-homogène". Nous verrons ce que tout cela signifie dans un instant.
Dans cet article, nous allons tout apprendre sur le fonctionnement du moteur Grail et explorer comment il pourrait être utilisé dans un avenir très proche.
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Avant d'en savoir plus sur le Grail Engine, définissons d'abord certains des concepts qui le sous-tendent afin de bien comprendre son fonctionnement.
Moteur à deux temps : Contrairement à la plupart des moteurs de voitures et de motos modernes, le Grail Engine est un moteur à deux temps. Dans les véhicules, il est plus courant de trouver des moteurs à quatre temps. Voici ce que cela signifie :sur un moteur à quatre temps, il y a quatre phases dans le processus de combustion interne qui fait bouger un véhicule -- l'admission d'air et de carburant, la compression de ces ingrédients, l'allumage de l'air et du carburant qui force le piston vers le bas et la libération des gaz d'échappement.
Cependant, un moteur à deux temps complète ce même processus en seulement deux étapes. Les étapes d'admission et d'échappement sont combinées, de même que les étapes de compression et d'allumage. Les moteurs à deux temps sont plus légers et plus puissants; mais ils ne sont pas aussi économes en carburant, ils ont tendance à tomber en panne plus souvent et ils produisent également beaucoup de gaz d'échappement parce que l'huile et le carburant se mélangent pendant le processus de combustion. C'est pourquoi les moteurs à deux temps ne sont généralement utilisés que dans les petits véhicules récréatifs et les équipements de jardin.
Injection directe : DI est le nouveau venu en matière de technologies de moteur. C'est devenu une caractéristique courante sur les moteurs de performance, et il commence également à se retrouver dans de plus en plus de voitures de tous les jours. Sur un moteur DI, le carburant est pulvérisé directement dans la chambre de combustion plutôt que de se mélanger avec l'air dans un collecteur séparé. Cela permet au mélange air/carburant de brûler plus uniformément et plus efficacement, ce qui se traduit par une puissance accrue et une meilleure économie.
Induction forcée : Même si vous n'avez jamais entendu parler de l'induction forcée, vous avez probablement entendu parler des compresseurs ou des turbocompresseurs. Les deux font essentiellement le même travail :ils forcent plus d'air dans le moteur afin qu'il brûle plus chaud et plus fort, produisant plus de puissance. Le moteur Grail utilise un type unique d'induction forcée (que nous aborderons dans un instant).
Allumage par compression chargé semi-homogène forcé : Également connue sous le nom de FS-HCCI, il s'agit d'une technologie que les constructeurs automobiles recherchent depuis des années, a déclaré Riley. Ce processus comprime l'air et le carburant au point où ils brûlent presque seuls sans allumage par étincelle (similaire au fonctionnement d'un moteur diesel). Et lorsque le mélange air/carburant s'enflamme, tout le carburant dans la chambre brûle simultanément, offrant une bien meilleure efficacité. Cela signifie plus de puissance et une meilleure économie de carburant [source :Green Car Congress].
À seulement 500 centimètres cubes, le Grail Engine est assez petit - environ un quart de la taille du moteur d'une voiture économique typique.
À première vue, le prototype de la société ressemble à n'importe quel moteur à deux temps ordinaire, jusqu'à ce que vous remarquiez la grande soupape d'admission orientée vers le haut qui sort du centre du piston. Cela a une fonction importante que nous allons explorer un peu - le Grail Engine utilise beaucoup plus la pression d'air qu'un moteur à combustion interne normal. Le moteur est composé de :
[Source :Grail Engine Technologies]
Comme tout moteur à combustion interne, le Grail Engine brûle de l'air et du carburant et utilise l'explosion qui en résulte pour pousser un piston de haut en bas pour entraîner le mouvement. Mais c'est la façon dont le moteur Grail le fait qui le rend si unique.
Lorsque le piston se déplace vers le haut, un vide se crée en dessous, qui aspire de l'air frais à travers une soupape à clapet unidirectionnelle. L'air remplit ensuite trois chambres :la chambre de précompression, les orifices d'aération vers le piston et les orifices d'admission du piston.
Lorsque le piston atteint le sommet de sa course, l'allumage se produit grâce aux trois bougies. Cela force le piston vers le bas, ce qui comprime l'air emprisonné dans le carter jusqu'à ce point.
Lorsque le piston atteint le point mort bas, la soupape d'échappement s'ouvre et l'échappement évacue le cylindre lorsque l'air comprimé pénètre dans la chambre de combustion via l'évent vers le piston et les orifices d'admission du piston, comme indiqué ci-dessus, via une soupape unidirectionnelle située dans le piston.
L'air frais comprimé tourbillonne vers le haut à la manière d'un vortex, évacuant le cylindre de gaz d'échappement et remplissant le cylindre d'air frais. Une fois la soupape d'échappement fermée, le carburant est directement injecté et mélangé dans la chambre. Le mélange d'air et de carburant est comprimé et enflammé par les trois bougies d'allumage, créant une explosion qui pousse le piston vers le bas et crée un mouvement pour le cycle suivant.
Cela semble assez simple, non ? Dans l'ensemble, le moteur Grail semble très similaire à un moteur à deux temps ordinaire, sauf que l'air comprimé joue ici un rôle beaucoup plus important. Mais il y a aussi des facteurs uniques à l'œuvre ici. D'une part, Riley dit que le mélange tourbillonnant d'air comprimé et de carburant est le mélange d'atomisation air/carburant le plus efficace qui puisse être obtenu pour une combustion optimale. De plus, il dit qu'aucun autre moteur n'a une conception avec induction forcée d'air comprimé entrant dans la chambre de combustion tout en refroidissant par air le haut du piston pour réduire les émissions.
Enfin, les trois bougies d'allumage créent une floraison rapide d'explosions, qui aident à générer un "allumage par compression chargé semi-homogène forcé", ou FS-HCCI. Ce processus comprime l'air et le carburant au point où ils brûlent presque seuls (sans étincelle). Et lorsqu'ils brûlent, tout le carburant restant dans la chambre brûle en même temps - simultanément - offrant une bien meilleure efficacité. Cela se traduit par plus de puissance et une meilleure économie de carburant [sources :Green Car Congress, Wojdyla].
Ainsi, le Grail Engine a une forme très efficace de combustion interne. Il est léger, peu coûteux et produit beaucoup de puissance pour sa taille. Comme nous l'avons dit plus tôt, le prototype de 500 cm3 peut produire 100 chevaux tout en obtenant 100 miles par gallon (42,5 kilomètres par litre). Mais que peut-il faire d'autre ?
Riley a déclaré que le moteur Grail élimine bon nombre des inconvénients normalement observés sur un moteur à deux temps typique. D'une part, l'huile et le carburant ne se mélangent jamais ici, il n'y a donc pas de problème de fumée. Il est également très silencieux et ne génère que peu de vibrations, a-t-il déclaré.
Parce que le moteur est parcouru d'air frais et comprimé à tout moment, il n'a aucun problème à rester froid. La capacité à maintenir la chambre de combustion uniformément froide est ce qui rend possible le FS-HCCI, a déclaré Riley. Cela augmente l'efficacité thermique et réduit les émissions d'oxyde d'azote. De plus, ce n'est pas limité à un seul cylindre. Le moteur Grail est de conception modulaire, de sorte que plusieurs pourraient être enchaînés pour créer un moteur multicylindre [source :Wojdyla].
Mais comme Riley aime le dire, "Attendez, ça va mieux." Le moteur Grail est conçu pour fonctionner avec pratiquement n'importe quel type de carburant, y compris l'essence, le propane, le diesel et le gaz naturel. Il peut également transporter plus d'un type de carburant à la fois dans des réservoirs séparés. Le moteur peut le faire car un ordinateur de bord peut ajuster son taux de compression à la volée, ajustant le moteur en conséquence chaque fois que le conducteur souhaite utiliser un carburant différent.
De plus, sa conception empêche la contamination de l'hydrogène actuellement observée sur les voitures à pile à combustible, ce qui rend ce type de carburant plus faisable que jamais. "Cela met les piles à combustible sous un tout nouveau jour", a déclaré Riley.
Nous avons déjà parlé de la puissance du moteur Grail et de la façon dont il offre une meilleure économie de carburant et une meilleure efficacité qu'un moteur à deux temps normal. Mais où pourrait-il être utilisé ? Eh bien, à peu près n'importe où, dit Riley.
"Il pourrait être appliqué à tous les domaines de la vie, des automobiles aux avions, en passant par les moteurs récréatifs et industriels", a-t-il déclaré. "Nous avons beaucoup d'intérêt dans différents domaines."
Outre les constructeurs automobiles, Riley a déclaré que le ministère de la Défense avait manifesté son intérêt, mais il a déclaré qu'il ne pouvait pas parler exactement de ce projet. En outre, cela pourrait faire un moteur d'hélicoptère idéal, a-t-il déclaré.
Alors que le prototype actuel du moteur Grail fait 500 centimètres cubes, les scientifiques travaillent sur des modèles plus grands, notamment des moteurs de 1 000 cm3 et 2,5 litres.
De plus, Riley dit que lui et ses employés sont motivés par le désir de rendre le monde meilleur, pas de devenir riche. Leur objectif est d'amener les constructeurs automobiles existants à produire des versions sous licence de la technologie. Il espère que cela pourrait également ouvrir la voie à un avenir plus vert. "Nous ne voulons mettre personne en faillite", a déclaré Riley. "Nous voulons aider les gens. Nous voulons changer le monde pour le mieux."
Je n'ai pas pu m'empêcher d'être impressionné par le design de Grail Engine Technologies. C'est certes ambitieux, mais il s'appuie sur une technologie existante, il semble donc plus faisable que certains moteurs expérimentaux. Ils semblent avoir trouvé un moyen d'obtenir la puissance d'un moteur à deux temps sans la pollution et avec une meilleure économie de carburant que la plupart des moteurs actuels. Il est intéressant de noter que l'entreprise semble avoir des motivations "vertes", plutôt que d'être uniquement axée sur le profit. Peut-être verrons-nous bientôt une voiture Grail Engine – cela ne me semble pas exagéré.
