Инженеры и ученые из Страны восходящего солнца построили первую лазерную систему зажигания для двигателей внутреннего сгорания, которая достаточно мала, чтобы поместиться в головке блока цилиндров, и достаточно вынослива, чтобы работать в жестких тепловых условиях.

В отличие от искровых свечей новое устройство поджигает топливную смесь концентрированными световыми импульсами. При создании такой свечи исследователям из японского Национального института естественных наук (NINS) пришлось решить ряд проблем, связанных с мощностью и миниатюрностью лазера.

При участии ученых из румынского национального института лазеров, плазмы и радиационной физики (INFLPR) японцы построили микролазер из керамического композита путем спекания порошков.

Причем лазер с нужными свойствами был получен совмещением двух различных материалов: иттрий-алюминий-галлиевого композита, легированного неодимом, и такого же, но только с добавкой хрома.

Новый лазер, встроенный в корпус свечи, насчитывает в диаметре всего 9 миллиметров, а в длину — 11 мм. Он способен выдавать длинную серию 800-пикосекундных импульсов.

Одна такая вспышка недостаточна для инициации пламени, но несколько импульсов подряд уже поставляют в цилиндр двигателя достаточно энергии. При этом концентрация излучения в выходном пучке составляет порядка 100 гигаватт на квадратный сантиметр.

По информации Оптического общества Америки, специалисты NINS построили лазерную свечу с двумя лучами (что, по идее, должно повысить быстроту и равномерность поджига смеси) и испытали ее с частотой следования импульсов в 100 Гц (этого уже достаточно для обычного ДВС). Также ученые создали трехлучевую лазерную свечу.

Как объясняют изобретатели, они могут сфокусировать лазерный импульс в центре камеры сгорания. Это создает условия для полного сгорания смеси. С обычной свечой такого эффекта добиться трудно, к тому же ее электроды мешают симметричному распространению фронта пламени.

Кроме того, для качественного сгорания важно, что с новой системой поджиг происходит намного быстрее, чем от искры, и время его можно контролировать с большой точностью. Все это позволит повысить экономичность моторов и снизить выбросы вредных веществ.

Со слов экспериментаторов, керамические лазерные свечи можно производить недорого и в больших объемах.

Пока, правда, новинка не была установлена на автомобиле. Такими тестами японо-румынская команда намерена заняться в будущем.

Леонид Попов

Фото: АР