Press "Enter" to skip to content

Забудьте о свечах зажигания — лазер заменит их

Несмотря на все внимание, уделяемое электромобилям, почтенный бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) по-прежнему очень популярен у нас, и, похоже, он совсем не собирается уходить. В настоящее время подсистема воспламенения воздушной смеси топлива для автомобиля ICE, работающего на бензине, представляет собой высокоочищенную управляемую компьютером систему впрыска топлива, включающую в себя множество существенных технических достижений. Она гораздо более эффективна и динамически адаптируема по сравнению с классической, более простой системой на основе карбюратора с механическим распределителем и фиксированным временем зажигания, которая была стандартом не так много лет назад. Тем не менее, дополнительные ощутимые улучшения возможны при принципиально ином подходе, в котором вместо обычного метода электрической свечи зажигания (ESP) используется лазерное зажигание (LI).

Почему стоит рассмотреть лазерную свечу зажигания (LSP) и лазерное зажигание? LSP устраняет необходимость в выступающем электроде обычной свечи зажигания, тем самым увеличивая площадь сгорания. Кроме того, энергия лазера может быть направлена ​​в разные места в цилиндре, чтобы зажечь топливную смесь, что в будущем может улучшить производительность. Наконец, несколько лазерных лучей могут быть направлены в цилиндр для более полного сгорания топлива.

Чтобы продемонстрировать это, исследовательская группа, состоящая из трех румынских организаций, сконфигурировала и проверила стандартный двигатель Renault с использованием лазерного зажигания, добившись улучшения эффективности использования топлива, а также снижения выбросов выхлопных газов в атмосферу (рисунок ниже). Каждая основанная на лазере «свеча зажигания» состояла из лазерного диодного источника 807 мкм, который затем «накачивал» лазер для увеличения выходной мощности. При накачке использовалась длительность импульса накачки 250 мкс с частотой повторения около 100 Гц. Окончательный выходной сигнал был связан с цилиндром двигателя через оптическое волокно 600 длиной мкм.

Двигатель, оснащенный системой лазерного зажигания

Блок-схема экспериментальной установки, включая диодный лазер (DL), оптоволокно (OF), лазерную свечу зажигания (LSP), цилиндр двигателя (CYL) и электронный блок управления (ECU) (a). Вид двигателя, оснащенного системой лазерного зажигания (б)

Общая схема доставляла импульсы 4 мДж с длиной волны 1,06 мкм и шириной 0,8 нс в цилиндр. Чтобы энергия лазера достигала цилиндра, каждый из них был снабжен сапфировым окном, прикрепленным специальным эпоксидным клеем. Адгезив может выдерживать рабочие температуры от -70 до + 170 ° C. Лазерный луч фокусировался внутри каждого цилиндра в том же месте, где обычная свеча зажигания создает искру.

Схема испытательного стенда двигателя. На вставке показаны четыре устройства

Устройство было испытано на двух видах топлива на четырехтактном, четырехцилиндровом, многоточечном бензиновом двигателе для легковых автомобилей со стандартными электрическими свечами зажигания 30 мДж и с лазерными свечами зажигания (рисунок выше). Используя стехиометрическое соотношение воздух-топливо (λ ~ 1), указывающее на отсутствие не сгоревшего топлива или воздуха, двигатель с лазерными свечами дал почти 8% -ное увеличение эффективной мощности двигателя, 7,5% -ное снижение удельного расхода топлива (BSFC) и 20% -ное снижения выбросов окиси углерода (СО) (рисунок ниже). При низком нестехиометрическом воздушно-топливном соотношении (λ ~ 1,25), которое оставляет не сгоревший воздух после сгорания, соответствующие цифры составляли 29% увеличение эффективной мощности двигателя, 21% снижение BSFC и 30% снижение CO.

Графики сравнения использования обычных электрических и лазерных свечей зажигания

Показаны графики зависимости эффективной мощности двигателя (a) и удельного расхода топлива (BSFC) двигателя от момента зажигания (b) при частоте вращения коленвала 2000 об / мин и среднем эффективном давлении (BMEP) = 2 бар при соотношениях воздух-топливо (λ), равных λ ~ 1 и λ ~ 1,25. Линии представляют данные, построенные с использованием полиномиальных функций.

Разработка этой системы зажигания была сделана командой, состоящей из румынских исследователей из Национального института лазерной, плазменной и радиационной физики, Renault Technologie Roumanie и Политехнического университета Бухареста. В статье Optics Express «Об улучшении с помощью лазерного зажигания рабочих характеристик бензинового двигателя легкового автомобиля» представлены полные сведения об электрооптической конструкции на основе лазера, а также графики производительности, анализ вышеприведенных показателей и много другой интересной информации.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *