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Bougies d'allumage au laser pour moteurs automobiles

10 décembre 2013, 14:38
Bougies d'allumage au laser pour moteurs automobiles
Bougies d'allumage au laser pour moteurs automobiles

Depuis plus de 100 ans, c'est avec une haute tension appliquée à des bougies vissées dans la culasse que l'on obtient l'allumage des moteurs à explosion. Depuis près de 30 ans, certains s'ingénient à les remplacer par un allumage au laser, dans l'espoir d'améliorer par là les performances du moteur, d'en réduire et la consommation de carburant et les gaz d'échappement, d'améliorer l'allumage sur des moteurs à mélange pauvre et, de façon générale, d'obtenir un meilleur contrôle de l'allumage et l'optimisation de la combustion. Avec le laser, plus besoin de bougie dans le cylindre, un orifice minuscule suffirait. Le rayon laser assurerait non seulement l'allumage mais brûlerait aussi les résidus de combustion. Concentré à volonté en n'importe quel point de la chambre de combustion selon les besoins, le laser offrirait ainsi un meilleur contrôle de la combustion.

Dès 2004, la coopération de deux sociétés autrichiennes avait permis d'obtenir des progrès significatifs grâce à une réduction de l'encombrement du circuit de commande du laser, ramené aux dimensions d'une bobine d'allumage conventionnelle. Les nouvelles diodes laser de forte puissance exploitées par l'autrichien CTR fonctionnent sous 12 V et sont mises en oeuvre sur des moteurs stationnaires et des turbines à gaz. Les applications dans l'industrie automobile ont en revanche toutes échoué jusqu'à présent.
C'est du Japon que viennent aujourd'hui les bonnes nouvelles. Une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur Taira Takunori à l'Institut national japonais des Sciences naturelles, a conçu une bougie d'allumage laser pour l'industrie automobile, en collaboration avec Denso, un des fournisseurs de pièces de Toyota.

Pour obtenir à la fois de hautes performances et la stabilité dans un volume réduit, l'équipe nippone fait appel à des poudres de céramique, qui, quand elles sont portées à haute température, se solidifient mais restent transparentes pour l'optique laser. L'intégration d'ions métalliques permet d'obtenir un matériau dont les propriétés mécaniques et thermiques sont supérieures à celles de matériaux conventionnels. Le laser lui-même se compose de deux segments yttrium-aluminium-grenat (YAG) , dopés l'un au néodyme et l'autre au chrome. Le diamètre de ce puissant laser n'est que de 9 mm pour une longueur de 11 mm. Il produit deux faisceaux, susceptibles d'enflammer le mélange combustible en deux points différents du cylindre, afin d'obtenir une combustion plus homogène. Pour enflammer un mélange même très pauvre, plusieurs trains d'impulsions de 800 picosecondes à une fréquence de 60 Hz sont nécessaires. Des essais de cette bougie à double laser ont été menés avec succès à des fréquences jusqu'à 100 Hz. Actuellement, l'équipe travaille sur une version à trois lasers pour atteindre un allumage encore plus rapide et plus uniforme du mélange.

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