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現代汽車開發全新火星塞技術為內燃機的未來開啟一條活路

汽車日報 2023-04-02 00:19:18

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雖然現代汽車（Hyundai）這些年來高度關注發展中的電動車產品，但是他們也沒有忘了為內燃機提升效率而開發新的技術，根據美國專利商標局(USPTO)所登錄的一項新專利，現代汽車開發出一種全新火星塞設計，可望提高內燃機的效率，並減少碳排放。現代汽車的工程師到了一種非常聰明的方法，可以從汽油引擎的點火線圈提升它的能量，這可能是現代汽車要讓N品牌旗下比較耗油的高性能車未來仍得以續命的關鍵技術。

雙火星塞點火系統（twin-spark ignition）並不是甚麼新鮮的點子，Alfa Romeo早在1914年就已率先提出，自此之後，許多車廠都曾經利用這種技術來提升引擎燃燒效率，並實現更潔淨的廢氣排放，像是MAZDA將在下一代Skyactiv X 引擎的進化採用這項技術，但車史上所有真正的雙火星塞引擎，其共同點就是車子需要兩個火星塞和雙點火線圈。

而我們所熟悉的還有多點式火星塞，其中多個接地電極設計，可以提高成功點火的機率，以及帶有針尖或凹槽設計的特殊中心電極設計，可以滿足特定燃燒室設計的需要。但無論接地電極的數量或中心電極的形狀如何，每次點火事件只會產生一個火花，因為這是線圈點火的次數。

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現代汽車的這項專利將使單一一個火星塞實現真正的雙火星點火的效果，並透過一些聰明的方法實現此一目標。在重新檢視火星塞點火時點火圈高壓側的電壓條件後，工程師們意識到輸出電壓圖中有一個未使用的尖峰。就在當下，靈感迸發，他們在單一一個火星塞上添加了第二個中心電極，來利用這個額外的輸出尖峰。

在當前的點火系統中，當引擎的控制單元關閉初級線圈時，點火線圈中會觸發火花。當為初級線圈繞組提供輸入電流時，它會產生一個磁場，該磁場透過它們共享的鐵氧體磁芯（ferrite core ），傳輸到次級線圈繞組。該磁場儲存初級線圈產生的能量，當初級線圈關閉時，該能量透過次級線圈釋放，在中心電極尖端產生正極性的高壓火花。

然而，由於次級線圈中的磁滯效應（hysteresis effect），這種放電之後會立即出現負電壓尖峰。實際上，次級線圈繞組會瞬間切換極性，並透過產生低於火星塞接地電極電壓的電壓尖峰來產生第二次點火。

雜質對內燃機中選定燃料點火系統運行的影響 - ResearchGate 上的科學數據。

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當前的點火系統忽略了這種負電壓尖峰，因為插頭已經產生火花並且工作已經完成，但是現代汽車的這項專利顯示，也可以使用這種反極性尖峰產生第二次點火。

為了做到這一點，工程師重新設計了火星塞。接地電極可以採用當前時尚的各種形狀，但另一個中心電極加入了傳統的中心電極。兩個電極之一是傳統的正極，連接到次級線圈繞組的一側。第二電極連接到次級線圈繞組的另一端。兩個中心電極被封裝在相同的絕緣材料中，它們都觸發外部接地電極，該電極始終處於引擎的參考接地電壓。

當出現正電壓尖峰時，正中心電極以通常的方式點燃接地電極上的空氣燃料混合物，當負電壓尖峰緊隨其後出現時，它會在負中心電極和接地電極之間產生另一個火花. 從一個火花塞產生兩個連續火花是一種非常簡單的技術，甚至不需要專門的控制系統即可工作。唯一的區別是有兩個中心電極連接器（一正一負）從火花塞頂部伸出，而不是通常的那個。

本發明的優點很多並且圍繞著被添加到點火過程的額外火花。當兩個中心電極都對接地電極產生火花時，它們會結合併在燃燒室內產生更大的火焰前鋒。

這加快了火焰傳播速度，進而讓油氣混合物燃燒得更快、更完全，進而提升能量轉換效率，同時可以減少了廢氣排放。火焰中增加的能量還使擎能夠在更稀薄的空燃比油氣混合物下運行，而沒有熄火的風險，這將提高燃油效率並進一步減少廢氣排放。