Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Lasery mogą zwiększyć wydajność silników spalinowych o 27%

ghost666 05 Mar 2015 17:09 5136 20
  • Lasery mogą zwiększyć wydajność silników spalinowych o 27%W filmach lasery często powodują, że rzeczy wybuchają. Czasami zdarza się to nawet w prawdziwym życiu. Czasami nawet, dzieje się to w sposób który przynosi komuś jakieś zyski. Wyobraźmy sobie, że laser może uczynić eksplozje wydajniejszymi, na przykład eksplozje, które wykorzystujemy codziennie. Eksplozje mogą być bardziej 'eksplozywne' nawet o 27%!

    O ile wasze życie nie jest dużo bardziej ekscytujące niż moje, większość codziennych eksplozji w waszym otoczeniu zachodzi wewnątrz silnika waszego samochodu. W klasycznych silnikach spalinowych mieszanka paliwa i powietrza wybucha, aby ciśnienie gazów mogło popchnąć tłok. Pozwala to na konwersję energii chemicznej zawartej w paliwie, na energię mechaniczną, pozwalającą wprawić samochód w ruch. Eksplozja w silniku benzynowym wywoływana jest przez świecę zapłonową umieszczoną w górze komory spalania silnika - iskra świecy zapala mieszankę. Działa to całkiem nieźle, ale wydajność nie jest szczególnie wysoka, z uwagi na fakt, że świeca umieszczona jest na skraju komory. Samochody przemieszczają się szybko, cykl silnika trwa krótko i powoduje to, że niecałe paliwo z mieszanki w cylindrze ulega spaleniu. Niespalone paliwo usuwane jest z samochodu przez rurę wydechową i jest to nieszczególnie korzystne dla środowiska i wydajności samochodu.

    Lasery mogą zaradzić temu problemowi, zapalając mieszankę w środku cylindra, a nie na jego krawędzi. Rezultaty działania tego rodzaju silników pokazują, że pozwala to na efektywniejsze spalanie paliwa, co przekłada się na tańszą eksploatację pojazdu. Dodatkową zaletą jest fakt, że lasery mogą być odpalane z nanosekundową precyzją, wiele razy na cykl silnika i to nawet w różnych jego punktach. Pozwala to na znaczne zwiększenie efektywności spalania mieszanki, co zwiększa wydajność paliwową samochodu o całe 27%, dodatkowo zmniejszając ilość paliwa emitowanego ze spalinami, co jest korzystne dla środowiska naturalnego. Rzecz jasna, nikogo nie dziwi, bo jak wiemy - lasery to zawsze dobre rozwiązanie problemów technicznych.

    W 2011 roku Toyota wyprodukowała pierwszy laboratoryjny prototyp tego rodzaju zapłonu, wykorzystując nanosekundowe impulsy laserowe o mocy 10 milidżuli. Od tego momentu jedynym problemem na drodze do zastosowania tej technologii w samochodach było zmieszczenie pod maską odpowiednio potężnego lasera. Przez to Toyota nie poszła dużo dalej. ARPA-E natomiast ufundowała badania zrealizowane przez firmę Princeton Optronics, które za zadanie miały zrealizować praktycznie tego rodzaju zapłon. Niedawno firmie udało się przedstawić działający prototyp silnika spalinowego z zapłonem laserowym na konferencji ARPA-E.

    Jako że projekt badawczy jest nadal na etapie prototypu, trudno powiedzieć, kiedy będzie można podmienić w swoim samochodzie świece na laserowe zapłonniki. Trudno też powiedzieć, kiedy tego rodzaju rozwiązanie stanie się opłacalne. Na początku, co bardziej prawdopodobne, tego rodzaju układy zamontowane zostaną w silnikach, które muszą być dużo bardziej niezawodne niż w samochodach (na przykład w samolotach) albo tam, gdzie różnica 27% w wydajności spalania daje ogromne różnice finansowe (jak w statkach morskich).

    Źródło:

    http://spectrum.ieee.org/energywise/energy/fo...ls/lasers-could-boost-engine-efficiency-by-27

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9409 postów o ocenie 7054, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    DjExit
    Poziom 23  
    Pomysł wydaje się genialny :D Ale nie rozumiem zdania o problemie umieszczenia pod maską "odpowiednia potężnego lasera".. Laser z nagrywarki DVD jest wielkości główki od zapałki a razem z elektroniką zasilacza i optyką mieści się w długopisie a każdy kto zna temat doskonale wie, że taki laserek dysponuje mocą ok 300mW w pracy ciągłej! Jest to moc która bez najmniejszego problemu pozwala przepalać balony, papier czy nawet grawerować czarny plastik. Sądzę że, taki laser razem z układem adaptacyjnej optyki (żeby "trafiać" w różne miejsca wewnątrz cylindra, zmieścił by się w obudowie klasycznej świecy zapłonowej. Martwi mnie jedynie fakt, że proces spalania wewnątrz cylindra do czystych nie należy, a już szczególnie jeśli to byłby diesel. Optyka natychmiast zaczęła by się pokrywać sadzą lub czymś innym powstającym podczas spalania paliwa, przecież doskonale wiemy jak wygląda świeca zapłonowa / żarowa kiedy ją wymieniamy.
  • #3
    ADI-mistrzu
    Poziom 30  
    @DjExit, a nie sądzisz że moc tego lasera jest za niska? Spróbuj zapalić taką mieszkankę laserem.
    Oczywiście najpewniej na tłoku będą znajdować się elementy które wiązkę będą odbijały bądź absorbowały rozgrzewając się przy tym i zapalając mieszankę, ale i do tego jest potrzebna spora moc aby w tak krótkim czasie dokonać zapłonu.
    Co do lasera w silniku diesla (który jest silnikiem z zapłonem samoczynnym) już się nie wypowiem...


    Po za tym nie do końca zgodzę się z artykułem, tym bardziej ze zdaniem:
    ghost666 napisał:
    ... tego rodzaju układy zamontowane zostaną w silnikach które muszą być dużo bardziej niezawodne niż w samochodach (na przykład w samolotach)...

    Jakoś nie mogę sobie wyobrazić aby skomplikowana aparatura laserowa była bardziej niezawodna od wyładowania iskrowego na elektrodach... tym bardziej że świeca ma tendencję do samoczyszczenia się z nagaru w czasie wyładowania a soczewkę lasera co oczyści? Wychodząca wiązka światła? Powodując od razu wzrost temperatury na samym szkle i jej niszczenie?

    Jak dla mnie trochę to już przekombinowane.
  • #4
    DjExit
    Poziom 23  
    ADI-mistrzu napisał:
    [..] Co do lasera w silniku diesla (który jest silnikiem z zapłonem samoczynnym) już się nie wypowiem...[..]


    Mówimy o laserowym wspomaganiu zapalania mieszany tak aby zapłon nie rozpoczynał się tylko w jednym punkcie. Dlatego nie widzę problemu by w dieslu pomóc zapłonowi mieszanki, w momencie kiedy już nastąpił zapłon samoczynny i do cylindra są podawane kolejne dawki paliwa. Wtrysk wielofazowy najpierw podaje dawkę pilotażową, która zapala się samoczynnie a dopiero do tej już zapalonej podawana jest dawka właściwa, generująca najwięcej mocy, a na końcu dawka dopalająca. Tej właściwej dawce mógłby pomóc laser, a nawet można by było zrezygnować z dawki pilotażowej.
  • #5
    KamiJas
    Poziom 13  
    Tak niech stosują lasery, potem bedzie placz że mniej trwałe są od świec, i drogie przy wymianie a zapewne trwałość będzie przez producentów obniżana jak to ma miejsce w przypadku AGD czy drukarek
  • #6
    kondzio2003
    Poziom 14  
    No i jeszcze kwestia wysokiej temperatury. Lasery raczej nie przepadają za ciepłem?
    I ciekawe jak rozwiązali problem transportu wiązki lasera do wnętrza komory? Czy sadze nie będą powodowały odbijania wiązki z powrotem do lasera a nie do wnętrza komory spalania?
  • #7
    kortyleski
    Poziom 42  
    DjExit napisał:
    Ale nie rozumiem zdania o problemie umieszczenia pod maską "odpowiednia potężnego lasera"


    DjExit napisał:
    300mW w pracy ciągłej

    A tu by uzyskać 10 milidżuli w czasie nanosekundy trzeba dysponować laserem o mocy impulsowej 10MW! zmieścisz w świecy?
  • #8
    penknife
    Poziom 21  
    Autorze wątku: to paliwo w końcu wybucha w cylindrze czy się spala ?

    Z tego co mi wiadomo obecnie popularne/klasyczne silniki działają na zasadzie spalania, a nie wybuchu paliwa w cylindrze, nawet projektując je zakłada się niedopuszczanie do wybuchu. Jedynym działającym i mi znanym (niepopularnym) silnikiem jest kanonierka(gun-engine), która o dziwo ma wyższą sprawność od klasycznych.
  • #9
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #10
    xHaKeReK
    Poziom 20  
    Przeciez to banialuki zwykle. Zaden typ zaplonu nie sprawi ze silnik spalinowy przekroczy sprawnosc teoretyczna. Wzrost o 27% to chyba jakis zart. Juz 1 kwietnia? Co za roznica czy zapalke zapalimy od ubrqania, draski czy laserem? Wydzieli sie tyle samo energii podczas reakcji.
  • #11
    gRRubasek
    Poziom 14  
    Chodzi chyba nie o sprawność samego silnika co procesu spalania. Paliwo będzie o te 27% lepiej spalone. Tak to rozumiem. W jakimś tam stopniu przełoży się to na sprawność.

    Pomijając problemy z umieszczeniem wysokoenergetycznego lasera pod maską to trzeba go z czegoś zasilić. Kupy się to nie trzyma. Może faktycznie na okrętach...

    Co do różnic między spalaniem, a wybuchem to tylko semantyka. Wybuch to nic innego jak spalanie... tyle, że szybkie. Kontrolowane spalanie = kontrolowany wybuch. Jak to zwał tak zwał.
    http://pl.wikipedia.org/wiki/Wybuch
  • #12
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #13
    krru
    Poziom 32  
    gRRubasek napisał:
    Chodzi chyba nie o sprawność samego silnika co procesu spalania. Paliwo będzie o te 27% lepiej spalone. Tak to rozumiem. W jakimś tam stopniu przełoży się to na sprawność.

    Pomijając problemy z umieszczeniem wysokoenergetycznego lasera pod maską to trzeba go z czegoś zasilić. Kupy się to nie trzyma. Może faktycznie na okrętach...

    Co do różnic między spalaniem, a wybuchem to tylko semantyka. Wybuch to nic innego jak spalanie... tyle, że szybkie. Kontrolowane spalanie = kontrolowany wybuch. Jak to zwał tak zwał.
    http://pl.wikipedia.org/wiki/Wybuch


    Wybuch
    Spalanie

    Krótko mówiąc różnica polega na sposobie transportu energii z miejsc gdzie reakcja już zachodzi do miejsc jeszcze nie objętych reakcją. W przypadku spalania jest to przewodnictwo cieplne - paliwo jest podgrzewane aż do punktu zapłonu. W przypadku detonacji skok ciśnienia jest wystarczający by zainicjować reakcję (jak w silniku samozapłonowym). W tym momencie ten skok ciśnienia jest coraz potężniejszy gdyż energia wydziela się w ciągle w jego obrębie. W sprzyjających warunkach spalanie może przejść w detonację, w silnikach należy tego unikać.
  • #14
    gRRubasek
    Poziom 14  
    Wszystko to prawda i nie ma co się popisywać definicjami.
    Tylko nie zmienia to jednego - zawsze jest to spalanie, kwestia tylko jego prędkości.
  • #15
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #16
    gRRubasek
    Poziom 14  
    Nie wiem jaki MIT czy inny Hardward kolega sandblasting skończył. Tak się składa, że jestem absolwentem "nędznej polskiej politechniki" (PW) i tego typu stwierdzenia są wysoce uwłaczające.
    Może powróćmy z tej wycieczki terminologicznej do głównego nurtu wątku.
  • #17
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #19
    michał_bak
    Poziom 16  
    sandblasting napisał:


    Artykuł jest bzdurny. Zapalenie mieszanki w środku komory spalania nie spowoduje niczego cudownego. Obecnie są stosowane wielokrotnie bardziej zaawansowane systemy spalania mieszanek ubogich, HCCI itp.
    Wzrost sprawności silników ZI o 27% to mrzonka.


    Ja miałbym jednak więcej wiary w umiejętności inżynierów z Toyoty.
    Choć wiem, że inżynierowie z FSO też sroce spod ogona nie wypadli.
  • #20
    Pi111
    Poziom 18  
    Znalezione w Internecie.

    Rewolucyjny wynalazek. Polacy stworzyli "zabójcę spalin"

    Trójka wynalazców z Opola zbudowała prototyp urządzenia, które - zamontowane przy silniku spalinowym np. samochodu - zmniejsza emisję spalin i zużycie paliwa. Prof. Jarosław Mamala z Politechniki Opolskiej tłumaczył w radiowej Jedynce jak działa SmogKiller.

    http://www.polskieradio.pl/7/1691/Artykul/138...jny-wynalazek-Polacy-stworzyli-zabojce-spalin