Elektor Team

Laser-bougies voor verbrandingsmotoren

10 december 2013, 14:36
Laser-bougies voor verbrandingsmotoren
Laser-bougies voor verbrandingsmotoren

Al meer dan 150 jaar worden in verbrandingsmotoren bougies toegepast voor het ontsteken van het gasmengsel in de cilinders. Dankzij nieuwe technische ontwikkelingen is het binnenkort misschien mogelijk om deze bougies te vervangen door laser-ontstekingen die kunnen zorgen voor een schonere en efficiëntere verbranding.

 

In het verleden zijn al pogingen ondernomen om voor de ontsteking in een verbrandingsmotor lasers toe te passen, maar tot nu toe waren deze te groot om onder de motorkap van een auto onder te brengen. Japanse onderzoekers hebben nu op de onlangs gehouden Lasers and Electro Optics conferentie (CLEO: 2011) in Baltimore het eerste multibeam-laser-systeem voorgesteld dat klein genoeg is om net zoals een bougie in de cilinderkop te worden gemonteerd.

 

Bij een conventionele bougie worden vonken opgewekt tussen twee elektrodes door er een hoge spanning op te zetten. Door deze vonk wordt het benzine-lucht-mengsel in de cilinder ontstoken en zo ontstaat een gecontroleerde explosie waardoor de zuiger in de cilinder in beweging wordt gezet. Door het vergroten van de vonkenergie is het mogelijk om een armer brandstofmengsel te gebruiken, maar daardoor wordt de levensduur van de huidige bougies enorm verkort. Bij een laser-bougie is dat geen probleem, deze bezit geen elektrodes en vertoont geen slijtageverschijnselen. De nieuwe laser-bougies zijn vervaardigd van een keramisch materiaal en zijn volgens een van de onderzoekers, Takunori Taira van het National Institute of Natural Sciences in Japan, vrij goedkoop te produceren.

 

Laser-bougies kunnen bovendien het rendement verbeteren. Bij gewone bougies vindt de ontsteking plaats rond de elektrodes die helemaal bovenin de cilinder zitten. Bij laser-bougies kunnen de laser-stralen gefocust worden op het centrum van het mengsel, waardoor het ontsteken van het gasmengsel symmetrisch en meer dan drie maal zo snel gebeurt dan bij gewone bougies. Bovendien wordt de ontstekingsenergie opgewekt in nanoseconden, ten opzichte van milliseconden bij conventionele bougies.

 

Het onderzoeksteam rond Taira ontwikkelde een laser-bougie die is voorzien van twee yttrium-aluminum-gallium (YAG) segmenten, waarvan een gedoteerd is met neodymium en het andere met chroom. De twee secties werden samengevoegd tot een krachtig laser-element met een doorsnede van slechts 9 millimeter en een lengte van 11 millimeter. Deze constructie is in staat om twee laser-stralen op te wekken die het mengsel tegelijkertijd op twee plaatsen kunnen ontsteken. Door verschillende pulsen van 800 picoseconden achter elkaar af te vuren,kunnen de lasers genoeg energie leveren om een arm mengsle compleet te ontsteken.

 

Het team werkt momenteel aan een laser-bougie met drie lasers, die voor een nog snellere en egalere ontsteking moet zorgen.

 

Meer info:
www.cleoconference.org/

 

Foto: Takunori Taira, National Institutes of Natural Sciences, Japan

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items