[南京理工大学光电子器件]南京理工大学3354微芯片激光器激光器

基于微芯片技术的准连续泵浦被动开关QNd/YAG/Cr:YAG激光器具有体积小结构紧凑工作稳定寿命长全固态和转换效率高的优点。它能输出峰值功率高脉宽短的激光脉冲,是内燃机激光诱导火花点火系统的理想光源。

Qn/YAG/Cr : YAG激光器

2.传输光束的高压线:光纤

光纤类似于传统发动机的高压线,作用是传输光束,为激光火花塞提供能量。

光纤结构图

3.点火点技能:激光火花塞

激光火花塞的作用是将激光聚焦到点火点,从而完成点火功能。

同时,激光火花塞可以根据要求提供多光束激光方案,即产生“多点”点火,进一步提高发动机的点火能力。多点点火激光火花塞由陶瓷材料和复合结构制成,采用全多晶介质光学粘接而成,如下图的双光束和三光束激光火花塞。

激光火花塞最大的优点是不会受到积碳的影响,不存在普通火花塞的电极磨损问题,大大延长了更换时间。

激光火花塞

二激光点火的关键作用体现在哪里?

1.点火能力强。

激光点火和火花点火都是通过形成高温高压等离子体来点燃混合气,但激光点火的能量远远超过火花点火。激光点火的点火能量转换率比火花点火高五个数量级,大大提高了点火能力。

同时,由于火花点火没有电极,激光点火可以减少热量损失和淬熄效应,提高点火稳定性。借助超强的点火能力,激光点火可以有效提高燃烧初期的火焰发展速度,达到提高发动机经济性和优化排放的目的。

2点火控制灵活。

激光点火在点火位置点火能量和点火时间的控制上具有很高的灵活性。根据工况,可以选择任意点火位置,根据火焰发展的需要设计具体的点火点,也可以设计多个点火点,实现多点点火,从而达到最佳的燃烧效果。

3.点火过程是可靠的。

激光点火在激光泵中产生激光,不受燃油和缸内燃烧的影响,即使在腐蚀性燃油中也能正常工作。同时,激光脉冲的高能量可以实现自清洁,有利于延长点火系统的使用寿命,保证工作更加稳定。与普通火花塞相比,由于没有电极损耗,激光点火不需要定期更换,所以维护起来更方便。

1.南京理工大学3354微芯片激光器

南京理工大学对发动机用激光器进行了研究,设计了微片激光器的光路结构,搭建了微片激光器的实验系统和数据测试系统,最终采用复合晶体结构和集成泵浦组件研制出高性能Nd:YAG/Cr:YAG微片激光器。

A型样机的脉冲能量为3.5mJ,脉宽为2.1ns,峰值功率为1.67MW。

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b型样机单脉冲能量1.4mJ,脉宽1.0ns,峰值功率1.4MW.

Nd:YAG/Cr:YAG微芯片激光器

2.清华大学——乙醇燃烧研究

通过研究发现,激光点火可以提高燃烧速度,有效降低燃烧循环的波动,从而提高稀燃的极限空燃比。

同时,由于激光点火可以更加灵活地设置着火点,团队还研究了激光点火位置对燃烧的影响,发现合理设置点火位置可以削弱墙体对初始火核的淬熄作用。

该技术将应用于汽油发动机点火,进一步降低发动机油耗,改善发动机排放性能,为下一代发动机提供新的点火方式。

激光火花塞与普通火花塞的比较

激光点火发动机的技术日益成熟,其优越的点火性能已经向人们证明。这项技术也在以看得见的速度逐渐接近我们未来生产生活所需要的行业。通过目前的技术研究,从汽油机到天然气发动机,从转子发动机到四冲程发动机,激光点火技术已经趋于成熟,从技术角度来看具有市场推广的潜力。

结论:

未来,随着甲醇乙醇氨二甲醚等可再生能源燃料的发展,内燃机仍将在市场上占据一席之地,“激光点火”终将迎来属于自己的时代。

参考资料:

高。适用于内燃机激光点火的准连续泵浦被动调Q微片激光技术研究。南京理工大学。

江一舟。乙醇燃料激光点火火焰传播特性的可视化实验研究。清华大学,2018


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