Команда исследователей из Страны восходящего солнца изобрела первую в мире лазерную систему зажигания для двигателей внутреннего сгорания. Эта лазерная система воспламенения топливной смеси создана для эффективной работы в жёстких тепловых условиях.
Новое устройство поджигает топливо концентрированными световыми импульсами, в отличие от своих предшественниц - искровых свечей. При создании такой свечи инженерам и ученым японского Национального института естественных наук (NINS) пришлось решить множество задач, связанных с мощностью и миниатюрностью лазера.
В разработке, наряду с японскими, участвовали учёные из Румынского национального института лазеров, плазмы и радиационной физики (INFLPR). Из керамического композита путём спекания порошков был построен микролазер, причем для получения нужных свойств пришлось совместить два различных материала: иттрий-алюминий-галлиевый композит, легированный неодимом, и такой же, но с добавкой хрома.
Встроенный в корпус свечи зажигания лазер насчитывает в диаметре всего 9 миллиметров, а в длину — 11 мм. Он способен выдавать длинную серию 800-пикосекундных импульсов. Одна такая вспышка недостаточна для воспламенения, но несколько импульсов подряд уже поставляют в цилиндр двигателя достаточно энергии. При этом концентрация излучения в выходном пучке составляет порядка 100 гигаватт на квадратный сантиметр.
Специалисты NINS построили лазерную свечу с двумя лучами и трёхлучевую, для того, чтобы повысить быстроту и равномерность поджига смеси и испытали её с частотой следования импульсов в 100 Гц - а этого уже достаточно для обычного двигателя.
Изобретатели могут сфокусировать лазерный импульс в центре камеры сгорания, что создаст условия для полного сгорания смеси. С обычной свечой такой эффект практически невозможен, к тому же её электроды мешают симметричному распространению пламени.
Использование таких высокоточных систем позволит осуществить полный контроль над процессами воспламенения и горения топлива, что сделает двигатели внутреннего сгорания более эффективными, экономичными и более экологически безопасными.
Пока что новинку не тестировали на автомобиле - этим команда создателей намерена заняться в будущем. А нынешняя работа получила всеобщее одобрение и признание на конференции по лазерам и электрооптике (CLEO 2011), которая состоялась 1 мая в Балтиморе.
Благодаря работе команды японско-румынских ученых, в ближайшем будущем традиционные электродные свечи зажигания в двигателе вашего автомобиля могут получить оптический "апгрейд" в виде лазерных систем воспламенения топливной смеси. ... Читать дальше »