ĐÁNH LỬA BẰNG TIA LASER (LASER IGNTION)
Đ TÀI Ề ĐÁNH L A B NG TIA LASER (LASER IGNTION)Ử Ằ I.Động cơ xăng và bugi đánh lửa. - Kể từ giữa thế kỷ thứ XIX, động cơ đốt trong xăng bắt đầu được phát minh và ứng dụng. Cũng tại thời điểm đó cho đến nay bugi đã gắn liền với động cơ xăng. - Trong động cơ bugi đóng vai trò là bộ phận phát ra tia lửa để đốt cháy cưỡng bức hòa khí khi hòa khí bị nén lại ở cuối thì nén. - Cấu tạo cơ bản của bugi. - Nguyên lý làm việc cơ bản của bugi. Dù hệ thống điều khiển đánh lửa đã phát triển đến mức rất cao, nhưng nguyên lý tạo nên tia lửa ở bugi vẫn không đổi. Nguồn cấp dòng điện qua cuộn sơ cấp, dòng qua cuôn sơ cấp được đóng ngắt để tạo dòng điện cảm ứng trong cuộn thứ cấp. Dòng điện cảm ứng dưới tác dụng của điện áp cảm ứng rất cao (12 đến 14 nghìn V), sẽ phóng qua hai điện cực bugi tạo ra tia lửa đốt cháy hòa khí. - Thời điểm bugi phát tia lửa thường nằm trước điểm chết trên để có đủ thời gian đốt cháy hết nhiên liệu trong hòa khí. - Tuy không thay đổi nguyên lý hoạt động, nhưng công nghệ chế tạo bugi đã có nhiều phát triển để tăng tuổi thọ cũng như tăng chất lượng tia lửa. II. Sự cần thiết phải thay thế bugi điện bằng bugi laser. Sự phát triển của động cơ xăng trong thời gian gần đây dẫn tới kết quả là phải tăng tý số nén. - Tăng tý số nén sẽ giúp đốt nhiên lệu sạch hơn, ít tạo ra ít khí thải độc hại, tiết kiệm nhiên liệu. - Nhiên liệu sinh học có thể thay thế xăng, nhưng khó cháy hơn, cần có tỷ số nén cao hơn. Tỷ số nén cao nhất của động cơ hiện nay cỡ 14:1 thuộc về động cơ Mazda. Nếu tỷ số nén tăng thêm thì bugi điện sẽ hoạt động không hiệu quả vì bị ăn mòn điện cực quá nhanh. “Assuming replacement every 500 hours, this is $16,000 per year just in spark plug costs, compared to approximately $10,000 for the laser diode array. The usual advertised lifetime for laser diodes is over 10,000 hours, and, since the duty factor is 10 to 20 percent, they can potentially last for much longer.” Theo tạp chí Photonics Spectra Thiết bị phát tia laser III Nguyên lý và cấu tạo của hệ thống đánh lửa laser. 1.Lý thuyết về tia laser. - Laser là một chùm sáng có cường độ mạnh được phát ra nhờ hiện tượng phát xạ cảm ứng (hay còn gọi là phát xạ cưỡng bức). ε= = hf - Tia lazer có tính định hướng, tính đơn sắc, và tính kết hợp cao và có cường độ lớn. hc 2.Nguyên lý t o tia laser.ạ Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser. 1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích) 2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích) 3) gương phản xạ toàn phần 4)gương bán mạ. 5) tia laser [...]... lâu dài với động cơ có tỷ số nén cao, đánh lửa bằng tia laser còn có nhiều ưu điểm so với đánh lửa bằng tia lửa điện + Giúp khí thải sạch hơn +Thời gian phát tia laser tính bằng nano giây (tia lửa điện là micro giây) Biểu đồ tăng trưởng năng lượng theo thời gian của tia lửa điện và tia laser + Có thể thay đổi độ sâu đánh lửa - Tia laser có thể thực hiện đánh lửa đa điểm tối đa là 3 điểm V Quá trình... hư hại cho bề mặt chi tiết - Tần số của sung laser và thờ gian đánh lửa Trong quá trình nghiên cứu cho thấy, ở các tốc độ động cơ khác nhau tần số tia laser phải phác nhau để đàm bảo thời gian đánh lửa phù hợp - Đảm bảo an toàn cho người sử dụng và bảo hành sửa chữa - Cách xác định điểm đánh lửa Đánh lửa laser có thể thay đổi độ sâu điểm đánh lửa, đánh lửa đa điểm tuy nhiên vị trí chính xác thì phải... lanh - Điều khiển chủ động các vị trí đánh lửa khác nhau - Điều khiển thời điểm đánh lửa tạm thời Với đánh lửa laser có thể điều khiển số lần đánh lửa ở kỳ cháy và thời gian đánh lửa - Cơ hội để có thêm cảm biến phản hồii các thông số của quá trình cháy: nhiệt độ, các thành phần của khí xả VI Kết luận - Việc nâng cấp thiết bị đánh lửa là cần thiết, đánh lửa laser cũng đã cho thấy nhiều ưu điểm vượt... liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn Vì thế cường độ chùm laser được khuếc đại lên nhiều lần 3.Cấu tạo chung của hệ thống đánh lửa laser 1 2 3 Sơ đồ tổng quát 1.Nguồn 2 Bộ phân phối 3 Bộ phát tia laser 1.Nguồn cho laser là một pin độc lập, hoặc accu 2.Bộ phân phối sẽ phân phối ánh sáng kích thích tới bộ phát laser 3.Bộ phát tia laser tạo ra tia laser đánh lửa 4.Cấu tạo và nguyên... tia laser bằng bột gốm có mức tập trung năng lượng 100 GW/Cm2 , xung ngắn với năng lượng mỗi xung lớn hơn 10 mJ - Cách triển khai năng lượng laser + Nguồn và cách phân phối tia laser: Hệ thống phân phối dùng Qswith, cáp quang và bộ tạo tia laser gắn trên đầu mỗi xy lanh tuy có khả năng cung cấp và điều khiển được tia laser nhưng quá đắt nên khó khả thi +Ngõ ra của tia laser bị mờ do khí xả - Tia laser. .. nguyên lý hoạt động bộ phát laser trên động cơ Ánh sáng kích thích từ bộ phân phối tới bộ phát laser sẽ đi qua buồng cộng hưởng, buồng cộng hưởng khuyếch đại ánh sáng tới thành chùm tia laser Chùm tia laser đầu tiên sẽ đi qua bộ tạo sung Q-switch, sau đó đi qua hai gương cầu để tạo thành tia laser tập trung có đủ năng lượng cho đánh lửa IV Các ưu điểm của hệ thống đánh lửa laser - Ngoài việc có khả... trình nghiên cứu Các ý tưởng đầu tiên về ứng dụng laser để đốt cháy nhiên liệu đã được đề xuất từ khá lâu năm 1963, 1978 Nhưng phải tới những năm 2000 các nghiên cứu về đánh lửa laser mói được quan tâm và được nghiên cứu tại nhiều trường đại học và các viện nghiên cứu trên thế giới 2 Cơ hội và thách thức - Năng lượng đánh lửa tối thiểu của tia laser Tuy tia laser có năng lượng lớn có thể đốt tốt nhiên... được phun ra ở đâu - Có thể phân tích khí xả nhờ quang phổ thu được khi chiếu laser 3 Khả năng phát triển trong tương lai Những đặc điểm sau đây sẽ được chú ý nhiều trong quá trình nghiên cứu sắp tới - Giúp thiết kế động cơ theo cách tốt nhất Bộ phát tia laser không cần chếm chỗ trong buồng đốt nhưng có thể tạo ra điểm đánh lửa ở các vị trí khác nhau Từ đó piston có thể đi lên gần đỉnh xy lanh hơn,...- Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới Mặt khác buồng công hưởng có... phần của khí xả VI Kết luận - Việc nâng cấp thiết bị đánh lửa là cần thiết, đánh lửa laser cũng đã cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội có thể thay thế cho bugi truyền thống Tuy việc chế tạo hệ thống đánh lửa laser còn nhều khó khăn phải khắc phục, quá trình chế tạo vẫn đang ở trong giai đoạn thử nghiệm Nhưng đây sẽ vẫn là một đề tài được nhiều người nghiên cứu về ô tô quan tâm trong thời gian tới . điểm của hệ thống đánh lửa laser. - Ngoài việc có khả năng làm việc lâu dài với động cơ có tỷ số nén cao, đánh lửa bằng tia laser còn có nhiều ưu điểm so với đánh lửa bằng tia lửa điện. + Giúp. phát tia laser tính bằng nano giây (tia lửa điện là micro giây). Biểu đồ tăng trưởng năng lượng theo thời gian của tia lửa điện và tia laser. + Có thể thay đổi độ sâu đánh lửa. - Tia laser. 3. Bộ phát tia laser. 1.Nguồn cho laser là một pin độc lập, hoặc accu. 2.Bộ phân phối sẽ phân phối ánh sáng kích thích tới bộ phát laser. 3.Bộ phát tia laser tạo ra tia laser đánh lửa. 1 2 3 4.C