紙上談兵了多次的萬事得全新引擎科技，實際測試過後有了新眉目。
WORDS：龍慶祥 / PICTURES：KENJI LEUNG
Mazda Skyactiv-X的SPCCI引擎的出現，由醞釀吹風到讓傳媒測試pre-production，現在終於到港發售。前後整整幾年，它不是一般三分鐘熱度的花俏gimmick，相反它的確是有內涵、有意思的創新設計，而且有點複雜，所以對內燃機了解愈多的粉絲討論便愈熱烈。廠方的介紹資料說它結合了汽油引擎的高轉和柴油引擎的壓燃、高效率、低轉扭力大的特性。這是一種商品介紹的說法，沒有錯但並沒有解說甚麼，廠方也製作了一套很精美的動畫片，但保證你和我一樣，看了之後疑團更多。記憶中我寫這個題目也有兩三次，最初還是半信半疑，隨着廠方公布資料多了才逐漸明白是怎麼回事，這次正式試駕過之後了解似乎又深了一點。
將空氣和燃機加壓在汽缸內燃燒以獲得動力是內燃機的基本原理，要明白SPCCI，我們首先不要管柴油汽油，最重要是明白兩件事，第一是燃燒前一剎那燃料和空氣是如何分佈，如果燃料已氣化並跟空氣均勻分佈的叫均質填充homogeneous charge（HC），相反燃料是一團團不均勻分佈的叫分層填充stratified charge（SC）。第二是如何點着燃料，常見的方式是火嘴點火spark ignition（SI）和壓燃compression ignition（CI），後者即是用壓力形成的高溫點火。由於填充和點火各有兩種變化，於是我們得出四種可能性：HCSI、HCCI、SCSI以及SCCI。
HCSI
HCSI是汽油引擎一貫的做法，汽油跟空氣一起進入汽缸一起壓縮所以很均勻，然後以火嘴點火。
SCCI
這是柴油引擎一貫的做法，因為柴油太黏稠無法氣化，於是先將空氣以高壓縮比加壓產生高溫，然後將柴油霧化注入。但即使霧化了，柴油的分子團體積還是很大，於是燃燒好像剝洋蔥一樣，表面的燃燒後再一層層往裏面燒，這是「分層（stratified）」這個名字的由來。熱效率會較好，但燃燒速度慢，引擎轉速不能太高。
SCSI
有SCSI的嗎？有的，自從汽油引擎缸內直噴（GDI）出現後，很多廠家以這個方式做貧燃引擎，將少量汽油直接噴到汽缸內，然後向火嘴噴一點油幫助點火，這樣就能在低燃油比例下運作達到省油效果，由於汽油直噴不夠時間做成均質填充，所以成為SCSI。
HCCI
剩下一個是HCCI，顧名思義，是均質填充加上壓燃，其實當年Otto先生研究內燃機的時候正希望做成這樣。最初他以煤氣作燃料跟空氣混合，可以做到很均勻，他並進一步希望加壓燃點，但燃料和空氣混合後再加壓會變得十分不穩定。無法準確把握點火時間和壓力兩者的關係，試過多次都失敗，最終以火嘴引燃才獲得成功，最終成了HCSI。
HCCI如果成事的話有甚麼好處？第一，高壓縮比能提升效率；其二，瞬間同時燃燒所有燃料，引擎溫度沒那麼高，NOx會少一點。但汽油和空氣混合後加壓到14:1已是極限，而且汽車引擎的工作狀況很多變化，速度時快時慢，負荷時高時低，引擎的溫度和壓力多變很難控制它點火的時機，逐漸大家都忘記了這個完美的Otto Cycle。近幾十年，因為油耗和排放受關注，於是工程師們再度打開這個祖師爺留下來的錦囊，可惜還是因為上述的困難無功而還。
另一條路：SPCCI
Mazda的SPCCI採用一種折衷的辦法來獲得壓燃。它用上相當高的壓縮比，但仍然控制在自然壓燃的水平以下。汽油從進氣岐管噴注，隨空氣進入汽缸，確保混合均勻但很稀的比例，在適當的時候另一個噴咀在火嘴附近噴一些汽油然後點火，增加汽缸內壓力令汽油引燃。來到這裏可能大家不禁會問，這跟普通汽油引擎或GDI貧燃引擎有甚麼分別？
關鍵在於點火速度上的分別，傳統的spark ignition，火焰由火嘴開始一直往外擴散，其速度大約20到100m/s之間，而且很容易受燃料濃度影響，太濃和太稀都會阻慢速度，甚至熄火，因此貧燃引擎轉速一般都比較低。而SPCCI靠的是壓力，點火後小火球產生的壓力是以波動形式傳播，空氣中的壓力波速度即是音速，約350m/s（還未計算溫度影響），可見兩者速度實在相差太遠。一般汽油引擎的燃燒過程中，一半時間耗在火焰擴散，如熱能釋放要20度曲軸角，它就佔去10度，SPCCI能一下子去掉這一半時間，同時因為它的壓縮比高，燃料比例稀，一下子就完成燃燒過程，得出快速兼潔淨的燃燒結果。
Skyactiv-X的實際表現
理論了解過，SPCCI實際駕駛時的表現又如何？這次安排了兩部同款Mazda3作比較，一部是Skyactiv-X，另一部則是Skyactiv-G。新引擎的中低段扭力明顯比Skyactiv-G來得爽朗，但如果你期望有柴油引擎那種綿韌，這個誤會可能太美麗了，這是一副徹頭徹尾的汽油引擎。因為瞬間燃燒壓力急速上升，引擎初段會有點輕微的knock sound，Mazda特意在引擎艙內加了一個隔音罩，效果還是不錯的。
我一直懷疑，雖然用spark control可以增加對點火時機的控制，但汽油壓燃畢竟還會受溫度和壓力影響的，它的工作範圍會不會很窄？但實測它在一千至五千轉之內基本上全程都是用SPCCI mode，理論上在CI mode之下若發現不穩定，可透過調整valve timing微調壓力或延遲點火，最重要是如何精確地監控汽缸內的溫度和壓力，這方面Mazda做得不錯。
2020年了，沒有turbo，兩公升不到二百匹，Mazda到底心裏想的是甚麼？這問題確實要有相當車齡的人才能領略。從二千年開始，汽油引擎的方向為貧燃的缸內直噴，儘管低扭很好，但轉速愈來愈慢，波箱段數愈來愈多，引擎的工作彷彿被波箱搶走了。工程先賢窮幾十年精力發展出來的寬闊power band和高轉力量，曾幾何時在八、九十年代給過我們這些平民司機無比的快樂。但是「節能減排」四個字像孫悟空頭上的金剛箍，現在高轉引擎只能保留於昂貴的跑車上，SPCCI無須犧牲我們所喜愛的駕駛模式，能少點依靠波箱，讓引擎好好地衝往高轉，又同時能合乎現代省油水平。這就是Mazda想做的事，不知道我猜得對不對。
原文來自《TopGear極速誌》 2020年10月 第145期