في ظل التطور الهائل الذي يعيشه العالم, أصبح البحث عن طرق تحافظ على حياة الإنسان والبيئة المحيطة به أمراً واجباً, ولعل وسائل النقل وبالأخص السيارات من أخطر العوامل المهددة لحياة الإنسان ومن أكثرها ضرراً على البيئة, ولهذا السبب أصبحت شركات السيارات الكبرى تتجه لاستخدام تقنيات حديثة تعطي ديناميكية أفضل للسيارات، وأبرز هذه التقنيات هي الليزر بما يعطيه من دقة عالية، وإشعاع مركزٍ ذي طاقة عالية.
ومن أبرز افكار تطبيق الليزر في السيارات:

 

استخدام الليزر بدل شموع الاشتعال

تعتمد آلية عمل المحركات في السيارات على حرق المزيج من الهواء والوقود في الأسطوانات وذلك عن طريق اطلاق شرارة باستخدام شموع الاشتعال (البوجية).

 

 

 

توصل باحثون من رومانيا واليابان إلى إمكانية استخدام أشعة الليزر في تشغيل محركات السيارات بدلاً من شموع الإشعال المستخدمة الآن عن طريق تركيز أشعة الليزر على مزيج الهواء والوقود.

 

إيجابيات هذه الطريقة:

1- ستضاعف هذه الطريقة من كفاءة المحركات، وتقلص التلوث وذلك بحرق نسبة أكبر من الخليط وبالتالي أيضاَ توفير في الوقود.

2-  شعاع الليزر لن ينطفئ من المعدن البارد لجدران الأسطوانة المحيط به كما في العهد القديم.

3-عمر نظام الإشعال لليزر أطول بكثير.

4- دقة في توقيت الإشعال.

 

السلبيات:

إن تطويع حجم حزم الليزر مؤخراً جعل الفكرة عملية وقابلة للتطبيق.

وبالإضافة لحجم حزمة الليزر التي كانت تعترض استخدام الليزر لهذا الغرض كانت هناك مشكلة ضرورة وضع مصدر الأشعة بعيداً عن المحرك حيث كانت تدمر الألياف البصرية التي تقوم بتوصيل الكهرباء إلى اسطوانات شموع الاشتعال.

الحلول:

وأمكن التغلب على هاتين المشكلتين باستخدام مسحوق السيراميك في توليد أشعة الليزر بدلاً من الكريستال المستخدم عادة، وضغطها في اسطوانات بحجم الاسطوانات المستخدمة حالياً، والسيراميك أشد صلابة ويتحمل ارتفاع درجة الحرارة المتولدة في المحركات.

 

إضاءة السيارات الليزرية

 

مبدأ العمل:

إن أضوية الليزر لا تعتمد على الإشعاع للإنارة، ولكنها مصدر للطاقة، فالطريقة التي تعمل بها مصابيح الليزر لدى BMW، هي بإطلاق ثلاثة إشعاعات ليزر على مجموعة من المرايا، تقوم بعكسها وتركيزها على عدسة صغيرة تحتوي على مادة غاز الفسفور.

هذا الغاز، حين يتعرض لليزر، يقوم بإطلاق حزمات ضوئية تبلغ قوتها 1000 ضعف من قوة أضواء الليد

 

المميزات:

• حجم صغير ويمكن صنعها بتصاميم مختلفة.
• استهلاك منخفض جداً للطاقة مع إضاءة قوية.
• أقوى بألف مرة من أضوية ليد، مع ضعف مسافة الإنارة.

السلبيات:

• تكلفة إنتاج عالية جداً.
• تنتج حرارة أعلى من أضوية ليد.
• لا يمكن استخدامها في الضوء العالي والمنخفض، مما يتطلب إضافة نظام أضوية زينون أو ليد معها.
• مقارنة ضوء الليزر مع ضوء الليد

 

أجهزة فحص السيارات الليزرية

إن العلم يتجه نحو السيارات الذاتية القيادة التي يتوجب أن تقوم بكشف دوري على المحرك لتجنب المشاكل غير المتوقعة لذلك فإن استخدام وسائل فحص المحرك هامة جداً للتنبؤ بأي خطر وأي مشاكل غير متوقعة, واستخدام الليزر في هذه الوسائل يعطيها دقة أكثر في التوقيت وفي حساب القيم.
ومن أبرز استخدامات الليزر في وسائل القياس:
 

قياس سرعة المحرك باستخدام الليزر

إن سرعة دوران المحـرك من أهم الصفات المميزة له والتي يجب الكشف عنها بشكل دوري ونستطيع قياسها بواسطة مقياس الليزر.

يتكون مقياس الليزر من:
مصدر ليزر، وحساس ضوء، يفصل بينهما قرص مثبت على محور الدوران في المحرك، ويحتوي القرص على عدد معين من الثقوب تسمح بمرور الليزر عبرها.

وعند دوران المحرك يمر الضوء بشكل متقطع من خلال القرص، فتنتج سلسلـة من النبضات كهربائية يمكن قراءتها من خلال حساس الضوء.

 

استخدام الليزر لقياس سرعة جبهة اللهب :

إن قياس سرعة جبهة اللهب له أهمية كبيرة في دراسة أداء منظومات الاحتراق مثل محركات الاحتراق الداخلي ويمكننا استخدام الليزر لقياس هذا المؤشر.

الجهاز المستخدم :
يتكون الجهاز المستخدم من غرفة الاحتراق، وجهاز الليزر، ومرايا، ومقياس قدرة الليزر، وجهاز الراسمة الكاثودية، بالإضافة إلى عدد من الملحقات لتحضير الخليط وعملية الإشعال.

طريقة القياس:

يتم إمرار شعاع الليزر في أول نافذتين متقابلتين، ويتم عكسه بواسطة المرايا لاستقباله بواسطة مقياس القدرة، والمربوط  بجهاز الراسمة والتي يمكن عليها عرض منحني قدرة الليزر مع الزمن .

عندما يعترض شعاع الليزر جبهة اللهب يحصل تشويه لقدرة الليزر يظهر على الراسمة الكاثودية، وعند وصول جبهة اللهب الى النافذتين التاليتين سوف يعترض شعاع الليزر مرة أخرى ويحصل تشويه ثانٍ لقدرة الليزر.

يستفاد من الفترة الزمنية الحاصلة بين التشويهين لتحديد الزمن الذي استغرقته جبهة اللهب لقطع المسافة بين النافذتين، وبقسمة المسافة على الزمن يمكن قياس سرعة جبهة اللهب.

 

الإعداد: حسين سويد- هندسة ميكانيك / ماجستير بحوث الليزر وتطبيقاته / مديرية المعلوماتية والاتصالات وزارة النقل

 

المراجع :

• Industrial Applications of Lasers/ Authors: John Ready
• The physics of Laser/ Authors:Heide Doss - Ed Lee - Monica Plisch
• Laser Ignition System for IC Engines /Authors: Swapnil S. Harel1 - Mohnish Khairnar - Vipul Sonawane