怪人=天才?聊日產可變壓縮比背后的大師

發布時間:2019-03-02 16:59:30

我從小就對那些行為異于常人的人感興趣,無論男人還是女人,由于某些原因,他們博大精深、超凡脫俗,以至于處于普通人難以理解的范圍之外,但世界上很多影響深遠的發明都是由這些人創造。我記得美國著名的作家馬爾科姆·格拉德威爾(Malcolm Gladwell)曾經寫過一本《utliers》,這本書就是專門描述怪才的作品,比如為什么比爾蓋茨和史蒂夫喬布斯都是在1955年出生,為什么英超的頂級球星都是9-11月出生等等。在汽車圈同樣有不為人知的怪才故事,這期冷科技番外篇,我們就跟隨茂木克也先生(日產高級工程師,日產可變壓縮比發動機之父)走進20年,看看可變壓縮比的前世今生……

◆由戰爭催化出的“新”技術

有人說戰爭是魔鬼,但不可否認,戰爭也是科技的催化劑,大量科技技術的誕生和應用都和戰爭相關,除了武器,最明顯的就是飛機和戰車。

隨著戰線推進,德國的閃電戰顯露出彪悍的一面,但同時也暴露了很多缺陷,比如不同國家燃油標號不同,經常造成發動機爆震等故障。因此,研發出一款能適合不同油品的發動機成為了前線戰士們最大的需求,如何適應不同燃油呢?改變壓縮比就可以,這也拉開了可變壓縮比發動機研發的大幕。

當然,事實證明,可變壓縮比雖然在二戰時就已經提出,但往后的50多年都幾乎沒有起色,其中比較有代表性的是薩博,在上世紀80年代末,薩博開始研發可變壓縮比技術,并在1990年取得相關的專利。薩博把其研發的可變壓縮比技術稱之為“Saab Variable Compression”,簡稱“SVC”。

雪鐵龍也展示過自己的可變壓縮比技術,在2009年的日內瓦車展上。雪鐵龍推出過一款裝載可變壓縮比發動機的標致407車型。該車型搭載的發動機采用了PSA研發的VCRi可變壓縮比技術,排量為1.5L,最大功率220馬力,峰值扭矩420?!っ?,壓縮比可變范圍為71201,百公里綜合油耗為6.7L,二氧化碳排放量為每公里158g


當然,這些技術都存在于專利和試驗階段,德國大眾也曾經利用燃燒室容積可變方式進行壓縮比可變的研究,其存在的問題是,在低壓縮比時燃燒室形狀不能適應容積可變方式。由此可見可變壓縮技術的壁壘之高,設計、材料、小型化等都制約了它的發展。

◆怪人青山

可變壓縮比一直在歐洲發展的如火如荼,作為世界上頂尖的技術國度,日本似乎在這場技術競賽中有些默默無聞,其實不然。20年前,日產其實已經開始著手對可變壓縮比技術進行研究,這其中的關鍵人物就包括茂木克也和青山俊一。

當時,日產為了對技術進行突破,對發動機技術進行了預估,當時對于發展哪個技術方向日產進行了很多研究,可變壓縮比技術其實是非常悲觀的,大家都認為這項技術難度太高,只有時任日產綜合研究所主任研究員青山俊一和參與開發了日產可變氣門升程技術(VVEL)的茂木克也對這項技術比較積極,因為誰也不敢保證開發這項技術需要多久,也不能保證開發完是成功還是失敗,因此大家的壓力都很大。不過最終青山俊一還是確定了可變壓縮比發動機的研發方向,得到了大boss首肯后,茂木便開始對這項技術著手研究。

理想很豐滿,現實很骨感,最初的熱情在剛開始就遇到了難題——可變壓縮機構的選擇。當時對于可變壓縮比機構沒有太多的動作原理,甚至是選擇在運動要素中加入可變機構還是在靜止機構中加入可變機構都還確認。

這時一個契機的出現給了茂木克也靈感,當時,三菱在日本市場展出了一個汽車平衡軸的零部件,這個零件具有極低的摩擦系數,同時機構的結構對茂木克也產生了極大地啟發,當時茂木可也就考慮是否能將平衡軸進行改變,采用在靜止機構中加入可變機構的形式,實現可變壓縮比。

從這樣一個想法開始,茂木進行了2年的前期研究(1998-2000)實際上,僅僅是基本概念的探討和機構研發就有很多人進行質疑和挑戰,比如機構太大,摩擦太高,振動以及耐久性太難實現等,很多人都在勸茂木放棄這個開發,面對質疑大boss青山俊一再次登場了。

當時青山俊一是茂木的領導,用茂木克也的話來說,“Boss是個性格非常古怪的人!”作為自己的領導,青山俊一非常欣賞茂木克也的才能,同時也非常支持可變壓縮比的研究,用現在的話來說,青山俊一是那種典型的擁有成功者特質的人士,他們內心會有一些與生俱來的東西,能夠心甘情愿地堅持自己的主張,并對此鍥而不舍,同時絕不會輕易放棄自己認為做得正確的事情。青山俊一曾對茂木克也這樣表示:“我們研發的東西就是重磅的,能拿得出手的,讓常人覺得不可思議的,不然就不要再討論這個事情了?!睂τ谝话愕能嚻髞碚f,對一個縹緲的,靈機一閃想出的理念進行研究開發,幾乎是不可能的,不是所有車企老板都有魄力把資源傾注在靈光乍現的理念上,對于日產,或者說對于青山俊一,顯然不走尋常路,他們不喜歡平凡的東西,只對不同尋常的東西感興趣。

在青山俊一的支持下,茂木克也邁出了艱難的第一步,雖然啟動了這個研發,剛開始還是非常不順利,剛開始難題很多,但即便如此,青山俊一還是一直保證著開發預算。其實在茂木克也看來,可變壓縮比的開發更多的是對思維的考驗,開發并是不去尋找一個方案,而是要從原點進行思考,我們應該做成一個什么樣的正確方案,這個是比較重要的。

現在來看,正因為有這樣一個奇怪的天才,才有了20年的研發,才有了現在真正量產的可變壓縮比發動機,現在已經70多歲的青山俊一早已經退休,但茂木每次說起這位曾經的大boss時,還是流露出滿臉的笑意……(另外多說一句,日產可變氣門升程最早提出開發的人也是青山俊一先生。)??

◆令人絕望的第二研發階段和半路放棄的茂木

茂木克也對這項技術進行了20年研發,可以概括為4個階段。1998-2002年的第一階段主要是前期預研同時對結構進行研究;2002-2008年是第二階段,這段時間主要是制造工藝和技術方面的提升;第三階段是2008-2012年,主要完善小型化并對量產進行考量,最后20122018年是偏差控制和量產的最后階段。

這四個階段,第二個階段給茂木留下了深刻印象。首先,可變壓縮比發動機跟渦輪增壓是十分搭配的,因為渦輪增壓發動機的進氣量變化范圍十分大,如果壓縮比可以根據渦輪啟動前和啟動后進行調整變化,那么對動力和油耗可以進行更全面的壓榨和提升,因此茂木克也在研發時確定的是渦輪增壓發動機搭配可變壓縮比技術,但在第二階段的樣機研究中發現,渦輪增壓發動機有個很嚴重的問題,排放無法有效解決。在2006年的時候,渦輪增壓發動機的排放是很難控制,由于渦輪增壓器的阻擋,三元催化器升溫速度會變慢,這在當時十分頭痛,就是因為這個問題,茂木甚至一度被攻擊,壓迫,每天只有茂木和自己的老板青山先生一直在研發可變壓縮比技術。

2006年底,缸內直噴出現了,茂木克也剛開始也很興奮,有了缸內直噴,燃燒會更充分,排放自然可以進一步降低,但注意這個時間節點,2006年其實茂木克也已經完成了可變壓縮比發動機的預研,當時采用了歧管噴射的方式,而在2006年底出現的缸內直噴猶如一把雙刃劍,對機體結構提出了挑戰,這又讓茂木克也頭痛了,當然最終茂木解決了這個問題,采用了雙噴射的方式,但當時確實讓茂木先生十分沮喪。

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言歸正傳,直到缸內直噴出現,茂木克也才解決了排放問題。而在這4年時間里,公司甚至制止了茂木克也對這項技術的開發,當時研發已經到了完全走不下去的階段,公司認為這項技術根本無法繼續開發,便把茂木調到了傳統發動機開發部門,作為可變壓縮比發動機的研發工程師,傳統發動機的研發顯然對于茂木來說是輕車熟路,茂木克也在傳統發動機部門如魚得水,發展的十分順利,但在這時,曾經的上司青山俊一再一次找了上來,青山俊一對茂木說“如果你再不回來,可變壓縮比這個項目就徹底被取消了?!倍敃r日產上層的議員則對茂木進行另一方面的勸說,讓其放棄可變壓縮比發動機的研究,留在傳統部門,一定會出人頭地。面對曾經領導的請求,茂木也想起了曾經在可變壓縮比項目上的心血,于是放棄了傳統發動機部門優厚的待遇,毅然回到了可變壓縮比項目。

實際上,在最痛苦的第二階段,茂木也想過要放棄,但當時自己已經選擇了一條道路,就是咬著牙也要堅持下去,現在來看,如果選擇了留在傳統發動機部門,對于茂木克也的人生,或許就是另外一條道路,這也是茂木克也在人生道路上的最重要的一次轉折。

◆出人意料的成功奠定了研發的決心

從第二階段完成缸內直噴技術的加入,后續階段開始速度加快。雖然還是會有各種問題,但總體而言都能進行解決。

當時性能上得到日產工程師的一致好評,大家都十分驚訝可變壓縮比發動機竟然真的出現在自己的眼前,尤其是這臺發動機的性能十分出色,當大家都興高采烈的時候,茂木對這首臺車卻不滿意,這與其最初研發的預期效果還有很大差距。當然,差距并不是性能方面,而是跟理論研究方面。雖然茂木克也認為早期的開發還沒達到預期,不過卻給日產吃下了一顆定心丸,日產正式認可了可變壓縮比發動機,并將其作為公司的一項重要的技術儲備。

不過,面對量產還是有很多難題,首先就是工廠的生產問題。日產的工廠(橫濱工廠)從來沒進行過此類發動機生產,因此橫濱工廠為了匹配這臺發動機的生產,進行了很多努力。對于傳統發動機來說,增加一個零部件或許對于生產線的改動并不多,對于工廠管理和工人的工時也不會有太多影響,但對于可變壓縮比發動機,雖然只增加了一個連桿機構,但需要對整個生產線進行調整,對整個管理模式進行調整,這里沒有先例,沒有經驗,全靠橫濱工廠進行摸索,除此之外,這臺發動機所有零部件都由日本制造,這也是日產自己十分自豪的。

◆寶劍鋒從磨礪出,梅花香自苦寒來

20年,200多億美元。茂木克也用時間證明了一個工程人員對工作的兢兢業業,對研發的鍥而不舍。

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