去你的2030大限，誰說發動機已經到頭？
此前說過，某些歐洲國家已經放出消息為傳統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動機就再無翻身之日？
新世代汽油發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宣布汽柴油車輛禁止銷售的時間表，但這並不表示汽車廠家已放棄提高汽油發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，汽油發動機的基本架構除了噴油系統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，內燃式發動機（包括汽油與柴油）最大的缺點在於燃料利用效率低（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執行長福井威夫就曾表示：「今天即便是最先進的汽油發動機，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動機燃燒效率仍有無窮的發展潛力，甚至大於昂貴的電池動力或Hybrid油電混合動力系統！」
在提高汽油發動機燃燒效率的技術發展路徑上，Toyota押注於「阿特金森發動機」，：一般四行程發動機的行程為進氣壓縮爆炸排氣，而「Atkinson Cycle」的循環方式在進氣行程時和一般發動機並沒有差異，但是壓縮行程時會讓進氣氣門保持開啟一小段時間。這麼做的目的在於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，膨脹比大於壓縮比更是阿特金森發動機最大特點！
更長的膨脹行程可以更有效的利用燃燒後廢氣仍然存有的高壓，所以燃油效率也較傳統汽油發動機更高。而過往阿特金森發動機的兩大缺點——獨特的進氣方式讓低速扭矩較差，以及長活塞行程不利於高轉速運轉（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動機初段動力上的不足，一旦到了高速巡航狀態，就是阿特金森發動機施展拳腳的時候。
Volkswagen選擇「延長點火行程時間」的技術發展路徑，其命名為「Budack Cycle」的發動機運作模式，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」循環技術後，Volkswagen集團新世代EA888 Gen3B發動機締造了184 hp / 30.5 kg-m的輸出，同時也降低了油耗，並減輕了許多發動機零組件的重量。
HCCI受矚目
但除了以上所說技術，若想將發動機燃燒效率顯著提高（這裡指的是提升30%以上），唯一的解答就是混合柴油與汽油發動機運作特色的HCCI均質填充壓縮點燃技術。
HCCI的名稱來自於Homogeneous Charge Compression Ignition縮寫，從技術角度來看，其與傳統汽油發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（相比柴油發動機採用燃油直接注入汽缸內），但另一方面HCCI發動機採用油氣在高壓下自燃（與柴油發動機相同），而非傳統汽油發動機依靠火花塞電弧點火。
從熱力學效率的觀點來看，HCCI第一個優點是顯著降低熱損耗率，由於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）。
研究結果顯示HCCI發動機的熱利用效率可接近50%，燃燒後廢氣中的微粒物與Nox含量也大幅降低。
汽車工程師在定義HCCI發動機時，通常以下列7大特色作為判斷標準：
HCCI發動機的40年漫長路
其實，HCCI發動機的設計構想早在上世紀70年代就誕生，卻始終苦於多項控制技術瓶頸而無法實用化。首要問題是HCCI發動機在轉速很低或極高的狀態時無法平穩運轉（因為在這兩種狀態下無法控制混合油氣自燃）。
幸運的是、由於電腦控制技術突飛猛進，過去被視為挑戰的今日已能夠輕鬆達成。
過往包括GM、Honda都曾嘗試開發HCCI混合發動機，這是一種在低轉速與高轉速區域採用傳統火花塞點燃油氣運行，但在中轉速區域使用HCCI技術運作的發動機，不過皆未導入市售車內。
反觀Mazda卻已經宣告於2018年推出搭載HCCI發動機的量產車型，展現該廠在新世代發動機技術的研發成果！
從2010年發表「SKYACTIV創馳藍天」技術後，Mazda工程團隊致力於將發動機、傳動系統、底盤懸掛、車體等同步達到優化設定，其中在動力部分，研發重點為高壓縮比汽油NA（自然進氣）與柴油渦輪發動機，目前的SKYACTIV-G汽油發動機達到14:1壓縮比，比起市面上競爭對手發動機的壓縮比要高出不少，但Mazda居然計劃將下一代SKYACTIV-X發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）！
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新突破，使得HCCI過程變得更加可控：在發動機低速、中速和高速運轉時、採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，如此複雜的切換，發動機還要高低速運轉無縫銜接，可說是歷史性的創舉！
更令人欣喜的是，由於少了電池與馬達零組件，HCCI發動機的製造成本遠低於Hybrid油電混合動力系統（僅是Hybrid系統成本的20%）、而節能效果卻可達到Hybrid系統或柴油發動機的80%，其前景可謂無限寬廣！
先進汽油發動機推出晚了嗎？
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，並且這一提議已經得到了荷蘭國會的支持。
即使是為了顧及國內強大汽車工業廠商利益的德國，該國聯邦參議院也通過決議將在2030年全面禁售內燃發動機車輛。法國能源部長余洛（Nicolas Hulot）在今年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。
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佔有率仍只有區區1%。
另一方面，Mazda也正與Toyota協商共享燃料電池、混合動力及SKYACTIV科技，以滿足日趨嚴格的排放標準並削減成本。
遙想1960年，Felix Wankel在VDI德國工程師學會發表轉子發動機的創新理論時，當時曾吸引包括GM、Daimler集團、Toyota的目光，但經過試驗發現量產實用化的困難度比預期還要高後，前述車廠紛紛對轉子發動機打了退堂鼓。反觀是Mazda於1967年5月率先推出世界上第一款將轉子發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於保守，Daimler與GM集團在HCCI領域研發多年而未果，主要是判斷HCCI發動機技術的問題大於優勢，並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動機技術上「敢為天下先」的精神。
在許多人宣稱汽柴油發動機已死的今日，Toyota、Volkswagen及Mazda押注先進汽油發動機技術能否得到豐厚回報？讓我們拭目以待。
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