Laser Sparks Revolution in Internal Combustion Engines

Πήγαινε κάτω

Laser Sparks Revolution in Internal Combustion Engines

Δημοσίευση  dimitris_tl Την / Το Σαβ Ιαν 21, 2012 10:08 pm



Laser Spark Plugs.

Πηγή: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/04/110420125502.htm μεταφραση από "Google"

Laser μπουζί επανάσταση στους κινητήρες εσωτερικής καύσης

ScienceDaily (20 Απριλίου, 2011) - Για περισσότερο από 150 χρόνια, μπουζί να κινούνται από κινητήρες εσωτερικής καύσης. Αυτοκινητοβιομηχανίες τώρα ένα βήμα πιο κοντά για να είναι σε θέση να αντικαταστήσουν το παλαιό αυτό τεχνολογία με λέιζερ ανάφλεξης, οι οποίες θα επιτρέψουν καθαρότερη, πιο αποδοτική και πιο οικονομικά αυτοκίνητα.

Στο παρελθόν, τα λέιζερ αρκετά ισχυρή για να ανάψει αέρα-καυσίμου του κινητήρα μείγματα ήταν πολύ μεγάλο για να χωρέσει κάτω από το καπό ενός αυτοκινήτου του. Στο συνέδριο αυτό το έτος σχετικά με Λέιζερ και Electro Optics (CLEO: 2011), που θα πραγματοποιηθεί στη Βαλτιμόρη Μάιος 1 έως 6, οι ερευνητές από την Ιαπωνία θα περιγράφουν το πρώτο σύστημα λέιζερ multibeam αρκετά μικρό για να βίδα στην κυλινδροκεφαλή του κινητήρα.

Εξίσου σημαντικό, το νέο σύστημα λέιζερ είναι κατασκευασμένο από κεραμικά, και θα μπορούσε να παραχθεί ανέξοδα σε μεγάλες ποσότητες, σύμφωνα με έναν από τους συντάκτες της παρουσίασης, Takunori Taira της Εθνικής Ιαπωνίας Ινστιτούτα Φυσικών Επιστημών.

Σύμφωνα με Taira, συμβατικά μπουζί αποτελούν εμπόδιο στη βελτίωση της οικονομίας καυσίμου και τη μείωση των εκπομπών οξειδίων του αζώτου (NO x), ένα βασικό συστατικό της αιθαλομίχλης.

Μπουζί εργασία με την αποστολή μικρού μεγέθους και υψηλής τάσης ηλεκτρικού σπινθήρες σε ένα χάσμα ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια μετάλλων. Η σπίθα ανάβει στον αέρα-καυσίμου μίγμα σε κύλινδρο του κινητήρα - που παράγει μια ελεγχόμενη έκρηξη που αναγκάζει το έμβολο στο κάτω μέρος του κυλίνδρου, δημιουργώντας την ιπποδύναμη για να κινήσει το όχημα.

Κινητήρες κάνουν NO x ως ένα υποπροϊόν της καύσης. Σε περίπτωση που κινητήρες έτρεξε πιο λιτή - καμένα περισσότερο αέρα και μικρότερη κατανάλωση καυσίμου - που θα παράγουν σημαντικά μικρότερες εκπομπές NO x.

Μπουζί μπορούν να προκαλέσουν ανάφλεξη πιο λιτή μείγματα καυσίμων, αλλά μόνο με την αύξηση της ενεργειακής σπινθήρα. Δυστυχώς, αυτές οι υψηλές τάσεις διαβρώσει σπίθα ηλεκτρόδια βύσμα τόσο γρήγορα, η λύση δεν είναι οικονομική. Αντίθετα, τα λέιζερ, τα οποία αναφλέγονται στον αέρα-καυσίμου μίγμα με πυκνό οπτικό ενέργειας, δεν έχουν ηλεκτρόδια και δεν επηρεάζονται.

Λέιζερ βελτιώσει επίσης την αποτελεσματικότητα. Συμβατικά μπουζί καθίσει πάνω από τον κύλινδρο και μόλις ανάψει τον αέρα-καυσίμου μίγμα κοντά τους. Η σχετικά ψυχρό μέταλλο των κοντινών ηλεκτροδίων και τοιχώματα των κυλίνδρων απορροφά θερμότητα από την έκρηξη, παγώνουν το μέτωπο της φλόγας, όπως ακριβώς αρχίζει να εξαπλώνεται.

Λέιζερ, Taira εξηγεί, μπορεί να εστιάσει δοκάρια τους απευθείας στο κέντρο του μείγματος. Χωρίς ψύξη, το μέτωπο της φλόγας επεκτείνεται πιο συμμετρικά και έως τρεις φορές πιο γρήγορα από αυτά που παράγονται από το μπουζί.

Εξίσου σημαντικό, λέει, τα λέιζερ ένεση την ενέργειά τους μέσα σε νανοδευτερόλεπτα, σε σύγκριση με χιλιοστά του δευτερολέπτου για μπουζί. «Χρόνος - γρήγορη καύση. - Είναι πολύ σημαντικό η πιο ακριβής ο χρόνος, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η καύση και την καλύτερη οικονομία καυσίμου», λέει.

Τα λέιζερ υπόσχονται λιγότερη ρύπανση και μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου, αλλά κάνοντας μικρά, ισχυρά λέιζερ έχει, μέχρι τώρα, αποδεικνύεται δύσκολο. Για να ανάψει καύσης, ένα λέιζερ πρέπει να εστιάσει το φως σε περίπου 100 γιγαβάτ ανά τετραγωνικό εκατοστό με σύντομους παλμούς πάνω από 10 millijoules η κάθε μία.

"Στο παρελθόν, τα λέιζερ που θα μπορούσε να ικανοποιούν αυτές τις απαιτήσεις ήταν περιορισμένες στη βασική έρευνα, επειδή ήταν μεγάλα, αναποτελεσματική, και ασταθής», λέει ο Taira. Ούτε θα μπορούσαν να βρίσκονται μακριά από τον κινητήρα, επειδή ισχυρό ακτίνες τους θα καταστρέψει οποιαδήποτε οπτικών ινών που παραδίδονται φως για τους κυλίνδρους.

Ερευνητική ομάδα Taira ξεπέρασε αυτό το πρόβλημα κάνοντας σύνθετων λέιζερ από κεραμικά σκόνες. Η ομάδα θερμαίνει το σκόνες για να τους ασφάλεια σε οπτικά διαφανής στερεά και ενσωματώνει ιόντα μετάλλων σε αυτά να συντονίσετε τις περιουσίες τους.

Τα κεραμικά είναι πιο εύκολο να συντονιστείτε από τα συμβατικά οπτικά κρύσταλλα. Επίσης, είναι πολύ πιο ισχυρή, πιο ανθεκτική, και θερμικά αγώγιμο, ώστε να μπορούν να διαλύσει τη θερμότητα από τον κινητήρα, χωρίς να σπάσουν.

Η ομάδα Taira ενσωματωμένο laser της από δύο υττρίου-αργιλίου-γαλλίου (YAG) τμήματα, το ένα με προσμείξεις νεοδυμίου, το άλλο με χρώμιο. Είναι συνδεδεμένα τα δύο τμήματα μαζί για να σχηματίσουν ένα ισχυρό λέιζερ μόνο 9 χιλιοστά σε διάμετρο και 11 χιλιοστά (λίγο λιγότερο από μισή ίντσα).

Το σύνθετο παράγει δύο δέσμες λέιζερ που μπορούν να προκαλέσουν ανάφλεξη των καυσίμων σε δύο διαφορετικές τοποθεσίες ταυτόχρονα. Αυτό θα προκαλούσε έναν τοίχο φλόγα που αναπτύσσεται πιο γρήγορα και πιο ομοιόμορφα από ένα φωτισμένο από ένα και μόνο λέιζερ.

Το λέιζερ δεν είναι αρκετά ισχυρή για να ανάψει την leanest μείγματα καυσίμων με έναν και μόνο παλμό. Με τη χρήση πολλών 800-picosecond βίου παλμούς, ωστόσο, μπορούν να εισφέρει αρκετή ενέργεια για να ανάψει το μείγμα τελείως.

Μια εμπορική αυτοκινητοβιομηχανία κινητήρας θα απαιτήσει 60 Hz (ή τρένο παλμών ανά δευτερόλεπτο), Taira λέει. Έχει ήδη δοκιμάσει τη νέα dual-ακτίνα λέιζερ στα 100 Hz. Η ομάδα είναι επίσης στην εργασία σε ένα λέιζερ τριών πορείας που θα επιτρέψει ακόμα ταχύτερη και πιο ομοιόμορφη καύση.

Το λέιζερ-σύστημα ανάφλεξης, αν και πολλά υποσχόμενη, δεν έχει ακόμη την εγκατάσταση σε πραγματική αυτοκίνητα γίνονται σε ένα εργοστάσιο. Η ομάδα Taira είναι, ωστόσο, σε συνεργασία με μια μεγάλη εταιρεία σπινθήρας-plug και με DENSO Corporation, μέλος του Ομίλου Toyota.

Το έργο αυτό υποστηρίζεται από την Ιαπωνία Επιστήμης και Τεχνικής Υπηρεσίας (JST).


Έχει επεξεργασθεί από τον/την dimitris_tl στις Σαβ Ιαν 21, 2012 10:10 pm, 1 φορά
avatar
dimitris_tl

Αριθμός μηνυμάτων : 137
Ημερομηνία εγγραφής : 13/07/2011

Επισκόπηση του προφίλ των χρηστών

Επιστροφή στην κορυφή Πήγαινε κάτω

Απ: Laser Sparks Revolution in Internal Combustion Engines

Δημοσίευση  dimitris_tl Την / Το Σαβ Ιαν 21, 2012 10:09 pm

Αρχικό κείμενο

ScienceDaily (Apr. 20, 2011) — For more than 150 years, spark plugs have powered internal combustion engines. Automakers are now one step closer to being able to replace this long-standing technology with laser igniters, which will enable cleaner, more efficient, and more economical vehicles.

In the past, lasers strong enough to ignite an engine's air-fuel mixtures were too large to fit under an automobile's hood. At this year's Conference on Lasers and Electro Optics (CLEO: 2011), to be held in Baltimore May 1-6, researchers from Japan will describe the first multibeam laser system small enough to screw into an engine's cylinder head.

Equally significant, the new laser system is made from ceramics, and could be produced inexpensively in large volumes, according to one of the presentation's authors, Takunori Taira of Japan's National Institutes of Natural Sciences.

According to Taira, conventional spark plugs pose a barrier to improving fuel economy and reducing emissions of nitrogen oxides (NOx), a key component of smog.

Spark plugs work by sending small, high-voltage electrical sparks across a gap between two metal electrodes. The spark ignites the air-fuel mixture in the engine's cylinder -- producing a controlled explosion that forces the piston down to the bottom of the cylinder, generating the horsepower needed to move the vehicle.

Engines make NOx as a byproduct of combustion. If engines ran leaner -- burnt more air and less fuel -- they would produce significantly smaller NOx emissions.

Spark plugs can ignite leaner fuel mixtures, but only by increasing spark energy. Unfortunately, these high voltages erode spark plug electrodes so fast, the solution is not economical. By contrast, lasers, which ignite the air-fuel mixture with concentrated optical energy, have no electrodes and are not affected.

Lasers also improve efficiency. Conventional spark plugs sit on top of the cylinder and only ignite the air-fuel mixture close to them. The relatively cold metal of nearby electrodes and cylinder walls absorbs heat from the explosion, quenching the flame front just as it starts to expand.

Lasers, Taira explains, can focus their beams directly into the center of the mixture. Without quenching, the flame front expands more symmetrically and up to three times faster than those produced by spark plugs.

Equally important, he says, lasers inject their energy within nanoseconds, compared with milliseconds for spark plugs. "Timing -- quick combustion -- is very important. The more precise the timing, the more efficient the combustion and the better the fuel economy," he says.

Lasers promise less pollution and greater fuel efficiency, but making small, powerful lasers has, until now, proven hard. To ignite combustion, a laser must focus light to approximately 100 gigawatts per square centimeter with short pulses of more than 10 millijoules each.

"In the past, lasers that could meet those requirements were limited to basic research because they were big, inefficient, and unstable," Taira says. Nor could they be located away from the engine, because their powerful beams would destroy any optical fibers that delivered light to the cylinders.

Taira's research team overcame this problem by making composite lasers from ceramic powders. The team heats the powders to fuse them into optically transparent solids and embeds metal ions in them to tune their properties.

Ceramics are easier to tune optically than conventional crystals. They are also much stronger, more durable, and thermally conductive, so they can dissipate the heat from an engine without breaking down.

Taira's team built its laser from two yttrium-aluminum-gallium (YAG) segments, one doped with neodymium, the other with chromium. They bonded the two sections together to form a powerful laser only 9 millimeters in diameter and 11 millimeters long (a bit less than half an inch).

The composite generates two laser beams that can ignite fuel in two separate locations at the same time. This would produce a flame wall that grows faster and more uniformly than one lit by a single laser.

The laser is not strong enough to light the leanest fuel mixtures with a single pulse. By using several 800-picosecond-long pulses, however, they can inject enough energy to ignite the mixture completely.

A commercial automotive engine will require 60 Hz (or pulse trains per second), Taira says. He has already tested the new dual-beam laser at 100 Hz. The team is also at work on a three-beam laser that will enable even faster and more uniform combustion.

The laser-ignition system, although highly promising, is not yet being installed into actual automobiles made in a factory. Taira's team is, however, working with a large spark-plug company and with DENSO Corporation, a member of the Toyota Group.

This work is supported by the Japan Science and Technical Agency (JST).
avatar
dimitris_tl

Αριθμός μηνυμάτων : 137
Ημερομηνία εγγραφής : 13/07/2011

Επισκόπηση του προφίλ των χρηστών

Επιστροφή στην κορυφή Πήγαινε κάτω

Επιστροφή στην κορυφή


 
Δικαιώματα σας στην κατηγορία αυτή
Δεν μπορείτε να απαντήσετε στα Θέματα αυτής της Δ.Συζήτησης