Лазерные свечи зажигания в скором времени вытеснят электродные

В ближайшие несколько лет двигатели внутреннего сгорания не потеряют своей популярности, но это вовсе не значит, что мы не попрощаемся с их многими привычными нам деталями, например, свечами зажигания. Исследователи японского института естественных наук занимаются разработкой лазерных свечей зажигания, которые в один прекрасный день заменят своих предшественников. Лазеры не только повысят эффективность работы двигателя и сэкономят топливо, но и снизят уровень вредных выбросов.

В электродных свечах зажигания, расположенных на головках цилиндров, происходит пробой искрового промежутка между двумя металлическими электродами. Искра воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь в цилиндре, что провоцирует мини-взрыв, приводящий в движение поршень.

Побочными продуктами данного процесса являются токсичные оксиды азота, которые, загрязняя окружающую среду, провоцируют смоги и кислотные дожди. Двигатели будут производить гораздо меньшее количество этих соединений, если снизить объемы сжигаемого топлива, но в таком случае потребуются свечи, вырабатывающие более мощные разряды. Хотя технически это возможно, электродные свечи будут быстро выходить из строя из-за высокого уровня напряжения. Лазеры же, за отсутствием электродов, могут воспламенять более разреженные смеси без вреда для работы.

Исследователи также апеллируют к еще одному недостатку электродных свечей: они воспламеняют участки, находящиеся в непосредственной близости, поэтому большая часть тепла от взрыва уходит на нагрев стенок металлического цилиндра, прежде чем нагревается нижняя часть, прилегающая к поршню. Лазеры же, напротив, направляют лучи в центр цилиндра, поэтому взрывные волны расходятся симметрично, что сокращает время всего процесса в три раза.

Следовательно, время завода машины значительно сокращается. Если у лазеров это занимает наносекунды, то электродные свечи требуют миллисекунд.

Для возгорания фокус лазера составляет 100 ГВт на кв. см, а его импульсы – 10 миллиджоулей. Прежде эта процедура могла производиться только посредством большого, неэффективного и сравнительно нестабильно работающего лазера. Японцы же создали миниатюрный, надежный и эффективный лазер. Это стало возможным благодаря сплавлению керамических порошков в твердый прозрачный материал, который впоследствии снабжался металлическими ионами с целью приобретения необходимых свойств.

Размеры лазера, изготовленного из двух иттриево-аллюминиево-галлиевых сегментов, составляют 9 мм в ширину и 11 мм в длину. Лазер оснащен двумя лучами, которые воспламеняют воздушно-топливную смесь в двух точках, что способствует большей эффективности взрывов. Исследователи также планируют изготовить трехлучевой лазер. Между тем, одного импульса недостаточно – производится несколько импульсов длительностью в 800 пикосекунд.

Пока данная система не была протестирована на реальном автомобиле, но ученые уже ведут переговоры с крупным изготовителем свечей зажигания и корпорацией DENSO, занимающейся производством деталей для автомобилей.

Тем временем, автомобилисты будут рады обновить свои средства передвижения и с радостью встретят Pulse Plugs, которые повысят эффективность работы двигателей и снизят расход топлива.

В следующем месяце исследования будут представлены на конференции Lasers and Electro Optics в Балтиморе.