傳統火星塞準備退休，雷射加持更節能環保：AutoNet 汽車日報

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2024年4月20日星期六

傳統火星塞準備退休，雷射加持更節能環保

AUTONET記者：蔡致堅(05/31/2011)

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傳統火星塞(上左)極有可能被新世代雷射火星塞(上右)取代

早在1777年義大利物理學家Alessandro Volta發明了電池，並提出火花點火的論調，1807年瑞士人Francois Isaac de Rival則提出運用在內燃機的觀點，1876年法國人Jean Joseph Étienne Lenoir製造內燃機並取得專利，1893年德國人Robert Bosch發明火花點火引擎，這也開啟火星塞與內燃機結合的歷史，這超過百年來火星塞運作方式都沒有改變，唯獨材質與設計隨著時代不同，但火星塞卻仍有無解的致命傷，不過傳統火星塞極有可能被取代，雖然仍具備相同功能，卻因使用「雷射」可提高效率降低污染，一但正式量產恐怕會引起另波的汽車技術革命！

內燃機引擎運作原理中，「進、壓、爆、排」這四個動作程序缺一不可，缺了其中一項，引擎就無法啟動發揮動能，而體積小巧的火星塞，則擔任點火爆炸的重要工作。火星塞的功能就是將引擎的燃燒室塞住完全密合，並使高壓電通過火星塞本體，電流從電極間跳過，產生強熱火花，點燃汽缸內壓縮混合的氣體進行電性點火爆炸，產生動能推動引擎。但火星塞在進行爆炸點火時，會產生碳，如果附著在兩個電極上，火花會轉變得比較薄弱，或者會在電極前端外部發生短路現象，而不會使火花跳躍。

而日本岡崎分子科學研究所副教授平等拓範所帶領的雷射小組，近日成功研發小型的汽車雷射點火系統，可望在未來取代傳統的火星塞。雷射點火系統能使汽油燃燒更完全，令汽車更加符合環保與節能省油的訴求。平等拓範表示，如果駕駛人希望車輛動力十足、更省油又能降低碳排放量，那麼新的雷射點火系統將是最好的選擇。

在汽車發展超過百年的發展史上，火星塞一直是汽車不可或缺的重要零件，但火星塞只能在觸發器附近點燃空氣混合體燃料，如此會影響燃料的完整燃燒效率，造成空氣污染，且火星塞還有一個最致命的缺點，那就是隨著使用年限的增加，金屬表面的電極會逐漸耗弱而不堪使用。但雷射火星塞點火速度比傳統要快，且能將燃油完全燃燒，提高了燃油的效率；因此使用雷射火星塞的汽車可使用低污染的無鉛汽油。雖然過去有不少人試圖使用雷射火星塞代替傳統火星塞，不過所研發的因雷射火星塞體積過大又笨重、點火效率低且很不穩定，成功機率幾乎等於零。

所以這個研究團隊研發出的雷射火星塞，大小僅有半英吋，採用陶瓷粉末燒成透明狀，再填入金屬離子製成火星塞大小的圓筒內而成，這種小巧且能量耗損低的雷射火星塞，透過光學纖維傳遞能量，脈衝間隔只有短短1/1000秒，與一般雷射裝置中常使用的水晶相比，陶瓷雷射火星塞更耐熱且堅固，能承受引擎燃燒時所產生的高溫。目前研究人員還進一步研發三束雷射火星塞，三束雷射的點火速度比已研發出來的單束更快。而研發團隊將在六月於美國巴爾的摩召開的CLEO（Conference on Lasers and Electro-Optics 2011）雷射與電子光學會議發表成果。

此外，岡崎分子科學研究所雷射小組也正與日本DENSO進行接觸，希望藉此讓這項創新技術商業化，倘若傳統火星塞都換成雷射，不僅能讓燃油燃燒效率提高，降低污染，更會引爆新革命，但這對相關廠商而言勢必會造成更大壓力。