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火花点火:激光束插头

在2013年7月2日| 行业新闻, 最新消息 | 通过 | 评论关闭

火花塞

得益于一支由日本研究人员组成的团队,激光可以代替汽油发动机中的火花塞以提高其效率。

与传统的火花塞相比,传统的火花塞会点燃空气/燃料混合物,并产生一个遍布整个燃烧室的火焰前沿,从而迫使活塞向下推动,而激光束可以精确地聚焦,从而在最有效的点开始燃烧。

日本研究人员’美国国家自然科学研究院声称,由于火花塞产生的火焰锋在其开始膨胀时会穿过燃烧室的相对凉爽的表面,因此会损失一部分能量。

激光可以通过将光束聚焦到燃烧室的中心来避免这种情况。团队成员Takunori 泰拉说,这导致火焰前端更对称地膨胀,并且比用火花塞点燃时快三倍。

此外,可以同时使用几束光束,以实现更快,更彻底的燃烧,并且与火花塞相比,激光的定时更精确(以毫秒为单位,而不是毫秒),从而提高了燃烧效率。

尽管火花塞具有点燃稀薄燃料/空气混合物的能力,但是所需的增加的火花能量会导致火花塞电极迅速退化。

激光能够向燃烧室注入足够的能量,以点燃稀薄的燃料/空气混合物,而不会产生这种磨损。

激光点火可以实现更快,更准确和更稀薄的燃烧,从而提高了燃油经济性并减少了排放物,尤其是减少了烟雾的NOx排放。

该研究由日本科学技术厅资助,得到了主要汽车零部件制造商,丰田集团的一部分电装的支持。

该团队正在与一家火花塞公司和Denso合作,探讨将该技术推向市场的可能性。

用激光代替火花塞(这是自1860年以来一直存在,并于1898年由罗伯特·博世(Robert Bosch)首次在商业上可行的)不是一个新主意。

2006年,科罗拉多州立大学为一种特殊类型的光纤申请了美国专利,该光纤可以承受在内燃机中产生火花所需的高能量。

2009年,英国利物浦大学与福特合作,对在批量生产的汽油发动机中使用激光发电进行了研究。

研究人员使用激光点火器运行了四缸发动机,记录了更平稳的运行并减少了废气排放。

但是,他们遇到了通过光纤将光束传送到所谓的光学火花塞的问题,并且只能通过瞄准单独的激光单元才能使用光束’将光束直接射入发动机–使其在商业上不可行。

泰拉’驻日本的小组非常了解其他研究人员在激光点火领域所面临的局限性。

“过去,可以满足要求的激光器仅限于基础研究,因为它们体积大,效率低且不稳定,” he said.

正如利物浦大学和科罗拉多大学发现的那样,激光束不能远离发动机,因为它们的强光束会破坏将光传递到气缸的任何光纤。

泰拉’s团队通过使用陶瓷制造了一个强大的复合激光器,来解决了这些问题,该复合激光器的宽度仅为9mm x 11mm,该激光器产生两个光束,这些光束可以同时在燃烧室的不同区域开始燃烧。

使用陶瓷的好处,除了可以有效地消散发动机外’其热量是,它们比常规使用的晶体更容易进行光学调谐,同时更坚固,更耐用。

尽管激光的强度不足以用单个脉冲点燃稀薄的燃料/空气混合物,但它通过使用几个800皮秒(一个皮秒是一万亿分之一秒)的脉冲向燃烧室注入足够的能量来点火来克服了这一问题。

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