いつの日か、あなたの車のボンネットの下に100馬力、1ガロンあたり100マイル（1リットルあたり42.5 km）の単気筒エンジンが搭載され、あらゆる種類の燃料で走行できると言われたらどうしますか？
おそらく、それはサイエンスフィクションの映画からの何かであるか、現実からまだ数十年も離れているある種の遠い概念であると思うでしょう。
そうではない、とカンザスに本拠を置くGrail EngineTechnologiesのCEO兼最高研究科学者であるMatthewRiley氏は述べています。彼は、彼の会社の2ストロークGrail Engineは、2〜5年以内に消費者の車に搭載される可能性があると述べています。 2012年2月、3年間の開発の後、同社は最初の実用的なプロトタイプを確立し、ホンダやフォードなどの大手自動車会社はすでに関心を示しています。
ライリー氏によると、グレイルエンジンは、現在のエンジンよりも30％優れた燃料経済性を誇りながら、製造コストが50％安くなる可能性があり、どの燃料で動作するかについて柔軟性があります。さまざまな用途が考えられると彼は語った。また、他のほとんどの2ストロークエンジンに見られる汚染や信頼性の問題もありません。
「それは物事の仕組みを変えるだろう」と実験用エンジンの開発に20年以上の経験を持つ科学者であるライリーは言った。 「このアイデアは、2ストロークのパフォーマンスが優れているため、2ストロークを作成するためのより良い方法が必要であるという考えから生まれました。」
グレイルエンジンがこんなに素晴らしいのはなぜですか？興味深いことに、それは仕事を成し遂げるために単一の画期的な技術に依存していません。このエンジンは、現在のさまざまな最先端のエンジンテクノロジーを採用し、それらすべてを1つのパッケージにまとめています。 「これまでに使用されてきたのは、すべて実証済みのテクノロジーです」とライリー氏は述べています。
本質的に、それは印象的なパワーと効率のために強制誘導、直接噴射と他の技術を使用する非常にハイテクな2ストロークエンジンです。また、同社が「半均質帯電圧縮点火」と呼んでいるもののパイオニアでもあります。そのすべての意味については、少し後で説明します。
この記事では、Grail Engineがどのように機能するかをすべて学び、非常に近い将来にどのように使用できるかを探ります。
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Grail Engineについて学ぶ前に、Grail Engineの背後にあるいくつかの概念を定義して、GrailEngineがどのように機能するかを完全に理解できるようにします。
2ストロークエンジン ： 最近のほとんどの自動車やオートバイのエンジンとは異なり、グレイルエンジンは2ストロークエンジンです。車両では、4ストロークエンジンを見つけるのがより一般的です。その意味は次のとおりです。4ストロークエンジンでは、内燃プロセスに4つのフェーズがあり、車両を動かします。空気と燃料の吸入、これらの成分の圧縮、空気と燃料の点火により、ピストンが下がり、排気ガスが放出されます。
ただし、2ストロークエンジンは、同じプロセスを2つのステップで完了します。吸気と排気のステップは、圧縮と点火のステップと同様に、一緒に組み合わされます。 2ストロークエンジンはより軽量で強力です。しかし、それらは燃料効率が良くなく、より頻繁に分解する傾向があり、燃焼プロセス中に石油と燃料が混ざり合うため、大量の排気ガスも生成します。これが、2ストロークエンジンが一般的に小型のRV車やヤード設備でのみ使用される理由です。
直接噴射 ： DIは、エンジンテクノロジーに関しては、注目を集めています。それはパフォーマンスエンジンの一般的な機能になり、ますます多くの日常の車にもその方法を見つけ始めています。 DIエンジンでは、燃料は別のマニホールドで空気と混合するのではなく、燃焼室に直接噴霧されます。これにより、空燃比がより均一かつ効率的に燃焼し、電力が増加し、経済性が向上します。
過給機： 過給機について聞いたことがない場合でも、スーパーチャージャーやターボチャージャーについて聞いたことがあるでしょう。どちらも本質的に同じ仕事をします：それらはより多くの空気をエンジンに押し込むので、それはより熱くそしてより激しく燃え、より多くの力を生み出します。 Grail Engineは、独自のタイプの過給機を使用しています（これについては後で説明します）。
強制半均質帯電圧縮点火： FS-HCCIとしても知られている、これは自動車メーカーが何年もの間追い求めてきた技術である、とライリーは言いました。このプロセスは、空気と燃料を圧縮して、火花点火なしでほぼ自然に燃焼するようにします（ディーゼルエンジンの動作と同様）。また、空燃比が発火すると、チャンバー内のすべての燃料が同時に燃焼し、効率が大幅に向上します。つまり、より多くの電力とより良い燃費を意味します[出典：Green CarCongress]。
わずか500立方センチメートルのグレイルエンジンは非常に小さく、一般的なエコノミーカーのエンジンの約4分の1のサイズです。
一見すると、同社のプロトタイプは、ピストンの中心から外れている大きな上向きの吸気バルブに気付くまで、通常の2ストロークエンジンのように見えます。これには、後で説明する重要な機能があります。GrailEngineは、通常の内燃エンジンよりもはるかに多くの空気圧を使用します。エンジンは次のもので構成されています：
[出典：Grail Engine Technologies]
他の内燃機関と同様に、グレイルエンジンは空気と燃料を燃焼させ、その結果生じた爆発を利用してピストンを上下に押して運動を駆動します。しかし、それがGrailエンジンのやり方であり、非常にユニークです。
ピストンが上向きに移動すると、その下に真空が発生し、一方向のリードバルブから新鮮な空気が吸い込まれます。次に、空気が3つのチャンバー（予圧チャンバー、ベントからピストンへのポート、ピストンの吸気ポート）を満たします。
ピストンがその移動経路の最上部に達すると、3つのスパークプラグのおかげで点火が発生します。これによりピストンが下向きになり、クランクケースに閉じ込められた空気がこの時点まで圧縮されます。
ピストンが下死点に達すると、排気バルブが開き、圧縮空気がピストン内にある一方向バルブを介して上記のようにピストンへのベントポートとピストン吸気ポートを介して燃焼室に入ると、排気がシリンダーから排出されます。
圧縮された新鮮な空気が渦のように上向きに渦を巻いて、排気ガスのシリンダーを排気し、シリンダーに新鮮な空気を補充します。排気バルブが閉じると、燃料が直接噴射され、チャンバー内で混合されます。空気と燃料の混合気は、3つのスパークプラグによって圧縮および点火され、爆発を引き起こしてピストンを押し下げ、次のサイクルの動きを生み出します。
とてもシンプルなようですよね？全体として、Grailエンジンは、圧縮空気がここではるかに大きな役割を果たすことを除いて、通常の2ストロークエンジンと非常によく似ています。しかし、ここでもいくつかのユニークな要素が働いています。一つには、ライリーは、圧縮空気と燃料のスワール混合は、最適な燃焼のために得ることができる最も効率的な空気/燃料噴霧混合物であると言います。さらに、燃焼室に圧縮空気を強制的に導入すると同時に、ピストンの上部を空冷して排出量を削減する設計のエンジンは他にないと彼は言います。
最後に、3つのスパークプラグが爆発の急速な開花を引き起こし、「強制半予混合圧縮着火」またはFS-HCCIの生成に役立ちます。このプロセスは、空気と燃料を圧縮して、（火花を出さずに）自力でほぼ燃焼するようにします。そして、それらが燃焼すると、チャンバー内の残りのすべての燃料が一度に（同時に）燃焼し、はるかに優れた効率を実現します。これにより、より多くの電力とより良い燃料経済がもたらされます[出典：Green Car Congress、Wojdyla]。
したがって、グレイルエンジンは非常に効率的な内燃機関を備えています。それは軽量で安価であり、そのサイズに対して多くの電力を生成します。先に述べたように、500 ccのプロトタイプは、1ガロンあたり100マイル（1リットルあたり42.5キロメートル）を取得しながら、100馬力を生み出すことができます。しかし、他に何ができるでしょうか？
ライリー氏によると、グレイルエンジンは、一般的な2ストロークエンジンで通常見られる多くの欠点を解消します。一つには、ここで石油と燃料が混ざり合うことは決してないので、煙の問題はありません。また、非常に静かで振動が少ないと彼は言いました。
エンジンには常に新鮮な圧縮空気が流れているため、冷却を維持するのに問題はありません。燃焼室を均一に冷却する能力は、FS-HCCIを可能にするのに役立つとライリー氏は述べています。これにより、熱効率が向上し、窒素酸化物の排出量が削減されます。また、単気筒だけではありません。 Grail Engineはモジュール式の設計であるため、複数をつなぎ合わせて多気筒エンジンを作成することができます[出典：Wojdyla]。
しかし、ライリーが言うのが好きなように、「待ってください-それは良くなります」。グレイルエンジンは、ガソリン、プロパン、ディーゼル、天然ガスなど、事実上すべての種類の燃料で動作するように設計されています。また、別々のタンクで一度に複数の種類の燃料を運ぶことができます。搭載されたコンピューターがその場で圧縮比を調整し、ドライバーが別の燃料を使用したいときはいつでもそれに応じてモーターを調整できるため、エンジンはこれを行うことができます。
また、その設計は、燃料電池車で現在見られる水素の汚染を防ぎ、そのタイプの燃料をこれまで以上に実現可能にします。 「これにより、燃料電池はまったく新しい光になります」とライリー氏は述べています。
グレイルエンジンがいかに強力であるか、そしてそれが通常の2ストロークエンジンよりも優れた燃費と効率をどのように誇るかについてはすでに話しました。しかし、それはどこで使用できますか？まあ、ほぼどこでも、ライリーは言った。
「自動車から航空機、娯楽用および産業用エンジンまで、生活のあらゆる分野に適用できる」と彼は述べた。 「私たちはさまざまな分野に大きな関心を持っています。」
ライリー氏は、自動車メーカーの他に、国防総省が関心を示していると述べたが、そのプロジェクトが何であるかについて正確に話すことはできないと述べた。また、それは理想的なヘリコプターエンジンを作ることができると彼は言いました。
現在のプロトタイプのグレイルエンジンは500立方センチメートルですが、科学者たちは1,000ccや2.5リッターエンジンなどのより大きなモデルに取り組んでいます。
さらに、ライリーは、彼と彼の従業員は、豊かになるのではなく、世界をより良い場所にしたいという願望に動機付けられていると言います。彼らの目標は、既存の自動車会社に技術の認可されたバージョンを生産させることです。彼はまた、それがより環境に優しい未来への道を開くかもしれないことを望んでいます。 「私たちは誰かを廃業させたくない」とライリーは言った。 「私たちは人々を助けたいと思っています。私たちは世界をより良く変えたいと思っています。」
Grail EngineTechnologiesのデザインに感動せずにはいられませんでした。それは確かに野心的ですが、それは既存の技術に基づいているので、いくつかの実験的なエンジンよりも実現可能であるように思われます。彼らは、汚染なしで、そして現在のほとんどのエンジンよりも優れた燃費で、2ストロークエンジンのパワーを得る方法を見つけたようです。同社が単に利益を重視するのではなく、「グリーン」な動機を持っているように見えるのは興味深いことです。近いうちにGrailEngineの車が登場するかもしれませんが、私にはそれほど遠い話ではありません。