許鴻德

某些歐洲國家已經放出消息為傳統(tǒng)搭載內燃機之車輛訂出了停售大限日，姑且不論這些消息是否可靠，但難道目前僅能將大約1/3化學能轉化為機械能的汽油發(fā)動機就再無翻身之日？

新世代汽油發(fā)動機的未來潛力還有多大？它的誕生是不是已經太晚？請看分析……

車廠仍努力提高發(fā)動機效率

雖然包括德國、法國在內的許多歐洲國家近年來陸續(xù)宣布汽柴油車輛禁止銷售的時間表，但這并不表示汽車廠家已放棄提高汽油發(fā)動機燃燒效率的努力！相反，越來越多車廠正加速推出效率更高的產品。

我們知道，汽油發(fā)動機的基本架構除了噴油系統(tǒng)由化油器演進為電腦控制之外，其他部分在過去100年以來沒有太多改變。如何提升內燃式發(fā)動機的效率？大學時代修過熱力學的讀者應該知道，內燃式發(fā)動機（包括汽油與柴油）最大的缺點在于燃料利用效率低（燃料利用率約33%）以及污染物的排放，雖然最近30年來直噴發(fā)動機技術已幫助燃料利用效率顯著超越過去的化油器時代，但仍無法讓人滿意。前Honda執(zhí)行長福井威夫就曾表示：“今天即便是最先進的汽油發(fā)動機，所浪費的能量仍超過60%以上，是故Honda工程師認為提高汽油發(fā)動機燃燒效率仍有無窮的發(fā)展?jié)摿?，甚至大于昂貴的電池動力或Hybrid油電混合動力系統(tǒng)！”

在提高汽油發(fā)動機燃燒效率的技術發(fā)展路徑上，Toyota押注于“阿特金森發(fā)動機”：一般四行程發(fā)動機的行程為進氣→壓縮→爆炸→排氣，而“Atkinson Cycle”的循環(huán)方式在進氣行程時和一般發(fā)動機并沒有差異，但是壓縮行程時會讓進氣氣門保持開啟一小段時間。這么做的目的在于減少汽缸的壓縮比與壓縮行程，同時在那一小段氣門延長開啟的時間下也減少活塞運動的阻力。如此一來，爆炸行程就會比壓縮行程還要長，進而將爆炸行程的能量做更有效的利用。透過不同的連桿機制協(xié)同工作，使得各個行程幅度不同，不僅有效改良了進排氣情況，膨脹比大于壓縮比更是阿特金森發(fā)動機最大特點！

更長的膨脹行程可以更有效的利用燃燒后廢氣仍然存有的高壓，所以燃油效率也較傳統(tǒng)汽油發(fā)動機更高。而過往阿特金森發(fā)動機的兩大缺點——獨特的進氣方式讓低速扭矩較差，以及長活塞行程不利于高轉速運轉（限制了轉速的升高，加速性能也變差），Toyota車廠則巧妙利用混合動力系統(tǒng)的特色予以改善——電動機低速扭力強勁的特性正好彌補阿特金森發(fā)動機初段動力上的不足，一旦到了高速巡航狀態(tài)，就是阿特金森發(fā)動機施展拳腳的時候。

Volkswagen選擇“延長點火行程時間”的技術發(fā)展路徑，其命名為“Budack Cycle”的發(fā)動機運作模式，與“Atkinson Cycle”延長進氣氣門開啟時間原理不同，前者是將進氣閥門關閉的時間提早，此舉能增長點火行程時間，其次加快進氣氣流的速度，讓燃料與空氣混合的效率提升，因此有著更好的效能表現。加入“Budack Cycle”循環(huán)技術后，Volkswagen集團新世代EA888 Gen3B發(fā)動機締造了184 hp/305Nm的輸出，同時也降低了油耗，并減輕了許多發(fā)動機零組件的重量。

HCCI受矚目

但除了以上所說技術，若想將發(fā)動機燃燒效率顯著提高（這里指的是提升30%以上），唯一的解答就是混合柴油與汽油發(fā)動機運作特色的HCCI均質填充壓縮點燃技術。HCCI的名稱來自于Homogeneous Charge Compression Ignition縮寫，從技術角度來看，其與傳統(tǒng)汽油發(fā)動機相同的是它先向汽缸內注入比例均勻的空氣和燃料混合氣體（柴油發(fā)動機則是把燃油直接注入汽缸內），但另一方面HCCI發(fā)動機讓油氣在高壓下自燃（與柴油發(fā)動機相同），而非傳統(tǒng)汽油發(fā)動機依靠火花塞電弧點火。

從熱力學效率的觀點來看，HCCI第一個優(yōu)點是顯著降低熱損耗率，由于無火花塞自燃方式的燃燒溫度較低，爆震對燃燒室壁的傳熱也跟著降低。另一個優(yōu)點是燃燒周期短（因為燃燒過程主要是受化學反應而不是受混合過程所主導）c研究結果顯示HCCI發(fā)動機的熱利用效率可接近50%，燃燒后廢氣中的微粒物與Nox含量也大幅降低。

HCCI發(fā)動機的40年漫長路

其實，HCCI發(fā)動機的設計構想早在上世紀70年代就誕生，卻始終苦于多項控制技術瓶頸而無法實用化。首要問題是HCCI發(fā)動機在轉速很低或極高的狀態(tài)時無法平穩(wěn)運轉（因為在這兩種狀態(tài)下無法控制混合油氣自燃）。幸運的是、由于電腦控制技術突飛猛進，過去被視為挑戰(zhàn)的今日已能夠輕松達成。

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過往包括GM、Honda都曾嘗試開發(fā)HCCI混合發(fā)動機，這是一種在低轉速與高轉速區(qū)域采用傳統(tǒng)火花塞點燃油氣運行，但在中轉速區(qū)域使用HCCI技術運作的發(fā)動機，不過皆未導入市售車內。反觀Mazda卻已經宣告于2018年推出搭載HCCI發(fā)動機的量產車型，展現該廠在新世代發(fā)動機技術的研發(fā)成果！

從2010年發(fā)表“SKYACTIV創(chuàng)馳藍天”技術后，Mazda工程團隊致力于將發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、底盤懸掛、車體等同步達到優(yōu)化設定，其中在動力部分，研發(fā)重點為高壓縮比汽油NA（自然進氣）與柴油渦輪發(fā)動機，目前的SKYACTIV-G汽油發(fā)動機達到14：1壓縮比，比起市面上競爭對手發(fā)動機的壓縮比要高出不少，但Mazda居然計劃將下一代SNYACTIV-X發(fā)動機的壓縮比設定在18：1驚人水平（同時搭配36 8：1的超稀薄空燃比）！endprint

早在2014年，Mazda工程團隊就在均質壓燃技術取得進展，為了達成商業(yè)化里程碑，這家日本車廠重新定義了HCCI的意義：它不再是傳統(tǒng)的Homogeneous Charge Compression Ignition，而是轉換成Spark Controlled Compression Ignition火花塞控制壓燃，縮寫也變成SPCCI。Mazda工程師透過在火花塞點火控制的創(chuàng)新突破，使得HCCI過程變得更加可控：在發(fā)動機低速、中速和高速運轉時、采用的工作模式都不相同，這不光是涉及到火花塞點火與壓燃的切換，而且還涉及到壓縮比的變化，噴油方式、進氣模式的變化等，如此復雜的切換，發(fā)動機還要高低速運轉無縫銜接，可說是歷史性的創(chuàng)舉！

更令人欣喜的是，由于少了電池與馬達零組件，HCCI發(fā)動機的制造成本遠低于Hybrid油電混合動力系統(tǒng)（僅是Hybrid系統(tǒng)成本的20%）、而節(jié)能效果卻可達到Hybrid系統(tǒng)或柴油發(fā)動機的80%，其前景可謂無限寬廣！

先進汽油發(fā)動機推出晚了嗎？

挪威是最早宣布將在2025年禁止銷售使用汽柴油發(fā)動機車輛的國家，荷蘭也提出從2025年開始禁止汽柴車輛在該國市場銷售，并且這一提議已經得到了荷蘭國會的支持。即使是相當顧及國內強大汽車工業(yè)廠商利益的德國，該國聯(lián)邦參議院也通過決議將在2030年全面禁售內燃發(fā)動機車輛。法國能源部長余洛（Nicolas Hulot）在2017年7月6日宣布，法國計劃在2040年前全面停止銷售汽油和柴油車。

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2030年聽起來遙遠，實際也就12年時間，還不夠一般車型兩代車的換代時間（一般8年一次換代），這不禁讓人擔心：才要粉墨登場的Mazda HCCI發(fā)動機技術，是否馬上就要匆匆謝幕？

針對前述疑問，部分汽車人士認為汽油發(fā)動機的末日遠遠沒有到來！2015年全球電動車銷售為45.5萬輛，2016年達到70萬輛。根據EV Sales最新發(fā)布的數據，全球電動車市場2017年上半年的累計銷量達到449817輛，預估今年全球電動車的累計銷量有望達到110萬輛，雖然這個數字對比兩年前已經翻了一倍有多，但在全球汽車市場的占有率仍只有區(qū)區(qū)1%。另一方面，Mazda也正與Toyota協(xié)商共享燃料電池、混合動力及SKYACTIV科技，以滿足日趨嚴格的排放標準并削減成本。

遙想1960年，Felix Wankel在VDI德國工程師學會發(fā)表轉子發(fā)動機的創(chuàng)新理論時，當時曾吸引包括GM、Daimler集團、Toyota的目光，但經過試驗發(fā)現量產實用化的困難度比預期還要高后，前述車廠紛紛對轉子發(fā)動機打了退堂鼓。反觀是Mazda于1967年5月率先推出世界上第一款將轉子發(fā)動機實用化的量產車型Cosmo Sport。在革命性汽車技術領域，越是大廠其策略往往會越趨于保守，Daimler與GM集團在HCCI領域研發(fā)多年而未果，主要是判斷HCCI發(fā)動機技術的問題大于優(yōu)勢，并且解決技術瓶頸的難度過大或成本過高。如今包袱較小的Mazda車廠宣布要將此技術率先量產，再次說明了該廠在先進發(fā)動機技術上“敢為天下先”的精神。

在許多人宣稱汽柴油發(fā)動機已死的今日，Toyota、Volkswagen及Mazda押注先進汽油發(fā)動機技術能否得到豐厚回報？讓我們拭目以待。

今后的汽車設計，會越來越年輕化、運動化。

年輕車時代

領克01上市獲得了極大的關注，這不僅僅因為是中國自己的品牌，或者自主品牌借助國際專業(yè)水準打造的一款高品質汽車，還因為領克01在研發(fā)水準上，光是全新的平臺科技就已經接軌國際，領先一眾自主品牌車型。具體的表現，各位可以檢索本期領克01的試車報告。

我這里想表達的，是以小型SUV為首的車型，漸漸地引領著現時世界車壇的一種新變化，一種新潮流，就是今后的汽車設計會越來越年輕化、運動化，這也是各位很明顯能看出來的。

我想今后隨著購車人群越來越年輕化的傾向，購車的首要條件，其實不是什么性能呀操控呀空間配備之類，我覺得他們的第一條件一定是顏值。顏值是個性化的第一表現，所以現在的汽車，都越來越像領克01那樣有大膽的突破，又與時代或者未來越來越契合。小型SUV很熱，也很適合、很容易設計成很漂亮的造型，在這個風潮帶領下，今后的其他車種的設計，相信也一樣會走年輕化運動化的道路。 ～嚴紹健endprint