حاولت الشركات عبر مر السنين تطوير العديد من الطرق لتحسين نظام الاشعال في الحركات “الاشعال المتحكم به”

كمحركات البنزين و ذلك بهدف رفع كفاءة المحرك والتقليل من استهلاك الوقود و الانبعاثات الضارة الناتجة من عملية الاحتراق.

احد هذه الطرق هي استخدام الليزر لتحفيز عملية الاحتراق.

فما هو نظام الاشعال عن طريق الليزر وما هي سلبياته و ايجابياته وهل هو مستخدم اليوم؟

 نظام إشعال جديد يتميز باستخدام شعاع الليزر (light amplification by stimulated emission of radiation)

حيث يتم تركيز الشعاع داخل غرفة الاحتراق في نقطة معينة أو في أكثر من نقطة,(مع امكانية تغير موقع النقطة في كل مرة على عكس النظام التقليدي الذي تكون فيه نقطة الاشعال محصورة دائما بين قطبي الشمعة) لكسر الحاجز العازل للخليط.

حيث أن هذا بالاضافة إلى الطاقة الكبيرة التي يوفرها شعاع الليزر يكونان كافيين لحرق خليط وقود الهواء الموجود في غرفة الاحتراق.

كما هو موضح في الصورة, يحتوي هذا النظام على جهاز إرسال ليزر ، متصل بكابل ألياف ضوئية مدعوم كهربائيا من بطارية السيارة

والذي ينبعث منه شعاع الليزر باتجاه عدسة التركيزالتي بدورها تعكس الشعاع نحو غرفة الاحتراق مما يخلق نقطة ضوئية مكثفة ، أي نقطة ساخنة.

عندما يتم حقن خليط الوقود/الهواء في المحرك ، فإن جزيئات الخليط الغازي ، عن طريق امتصاص الطاقة التي يحملها شعاع الليزر ، تزيد من درجة حرارتها مما يساعد في عملية التفكك وتشكيل الجذورالكيميائية المهمة في عملية الاحتراق, لتبدأ بعدها عملية الاحتراق داخل المقصورة.

المزايا نظام الإشعال بالليزر

• إمكانية حرق خليط هواء/ وقود ضعيف (أي أن نسبة (تركيز) الوقود أقل من تركيز الوقود في الظروف التقليدية)  والحصول على احتراق أكثر استقراراً.
• التقليل من “تأخر الاشتعال” و حصول الاحتراق في وقت اقصر.
• الحد من انباعثات ثاني اكسيد الكربون و اكاسيد النيتروجين.
• تنخفض المرحلة الأولية من الاحتراق بنسبة 25٪ مقارنة بالطريقة التقليدية, و هذا لانه نظام الاشعال بالليزر يوفر طاقة اكبر بكثير من النظام التقليدي.
• لا يتطلب صيانة دورية لتنظيف و إزالة الرواسب الكربونية التي تتكون عادةً في النظام التقليبدي على شمعات الاحتراق.
• لا يوجد في هذا النظام مشكلة التأكل التي تواجهنا عادةً في النظام التقليدي (تأكل البواجي).
• الضغط المرتفع و درجات الحرارة العالية لا تؤثر بشكل مباشر على نظام الاشعال مما يسمح برفع نسبة الانضغاط الذي بدوره يؤثر مباشرةً على كفاءة المحرك.

سلبيات نظام الإشعال بالليزر

مكلف: نظام معقد جداً و ذلك بسب حجم مكوناته و صعوبة توظيف الالياف الضوئية في محركات الاحتراق الداخلي. 

بطبيعة الحال هذا النظام قيد الدراسة و تم تطبيقه في بعض المجالات.

يبقى أفضل من النظام التقليدي خاصة من ناحية الحد من الانبعاثات الضارة, و لكن حتى يدخل السوق بقوة يحتاج ان تكون تكلفته منطقية و ليست عالية  بجانب كفائته الممتازة.

• B. Done, “Experimental investigations of LASER ignition use at spark ignition engine,” Procedia Manuf., vol. 22, pp. 659–666, 2018.

• إعداد: المهندس جورج قمصية
• تحرير: المهندس بشار الحجي