Lasery místo svíček

Epocha elektrických svíček trvala 150 let, byly nezbytnou součástí zážehových spalovacích motorů. Podle nových technologických testů ale zážeh pomocí laserů povede k čistšímu spalování paliva, efektivnějšímu provozu motorů, a tedy i k levnějšímu provozu vozidel. Donedávna však byly lasery s potřebným energetickým výkonem příliš velké na to, aby se daly integrovat do válců v motoru. Začátkem května se ale v americkém Baltimoru bude konat specializovaná konference s názvem Conference on Lasers and Electro Optics. Tam se výzkumníci z Japonska chystají popsat první funkční vícesvazkový laserový systém, který bude možné zašroubovat do hlavy válce podobně jako běžné svíčky. Tento laserový systém je vyroben z keramiky a údajně ho bude možné vyrábět za přijatelnou cenu ve velkých sériích, říká Takunori Taira, jeden ze spoluautorů.

Konvenční svíčky mají svá omezení, týká se to hlavně účinnosti spalování a produkce nechtěných oxidů dusíku. Ty tvoří hlavní složku automobilových zplodin, a tedy i smogu. Řešením by bylo zvýšení poměru objemu vzduchu k objemu paliva ve spalované směsi. U svíček je toho možné dosáhnout zvýšením napětí mezi jejich elektrodami, tento krok ale zároveň vede k velmi rychlému opotřebení svíček. Tím je tento postup neekonomický.

Oproti tomu lasery mohou spalovat pohonnou směs cílenou koncentrací světelné energie, tento postup nemá žádné podobné vedlejší účinky. Lasery mohou navíc zažehnout směs kdekoliv v prostoru válce včetně jeho středu. Svíčky jen v bezprostředním okolí svých elektrod, a to účinnost spalování v motoru také snižuje. Hranice zážehové fronty může při použití laserů expandovat až 3x rychleji než při použití svíček. Lasery navíc směs zažehnou během nanosekund v porovnání s milisekundami aktivace u svíček. Tento fakt umožňuje velmi přesné seřízení předstihu.

Pro to, aby lasery mohly ve válcích fungovat, musejí nárazově vytvořit hustotu výkonu v řádu 100 gigawattů na čtvereční centimetr, to se musí dít ve velice častých a krátkých pulsech. Tým výzkumníků uspěl v tom, že vytvořil opticky vyladěné lasery z velmi odolné průsvitné keramiky, které podobných výkonů dosahují.

Základem laseru jsou dva bloky, které jsou vytvořeny z materiálu se složením yttrium-aluminum-gallium (YAG), dopované neodymem resp. chromem. Výsledný minilaser vypadá jako válec o průměru 9 mm a šířce 11 mm, který s frekvencí 100 hertzů zapaluje pohonnou směs dvěma svazky na dvou místech zároveň. Tairův tým dál pracuje také na trojsvazkovém laseru.