怪人=天才?聊日产可变压缩比背后的大师

发布时间:2019-03-02 16:59:30

我从小就对那些行为异于常人的人感兴趣,无论男人还是女人,由于某些原因,他们博大精深、超凡脱俗,以至于处于普通人难以理解的范围之外,但世界上很多影响深远的发明都是由这些人创造。我记得美国著名的作家马尔科姆·格拉德威尔(Malcolm Gladwell)曾经写过一本《utliers》,这本书就是专门描述怪才的作品,比如为什么比尔盖茨和史蒂夫乔布斯都是在1955年出生,为什么英超的顶级球星都是9-11月出生等等。在汽车圈同样有不为人知的怪才故事,这期冷科技番外篇,我们就跟随茂木克也先生(日产高级工程师,日产可变压缩比发动机之父)走进20年,看看可变压缩比的前世今生……

◆由战争催化出的“新”技术

有人说战争是魔鬼,但不可否认,战争也是科技的催化剂,大量科技技术的诞生和应用都和战争相关,除了武器,最明显的就是飞机和战车。

随着战线推进,德国的闪电战显露出彪悍的一面,但同时也暴露了很多缺陷,比如不同国家燃油标号不同,经常造成发动机爆震等故障。因此,研发出一款能适合不同油品的发动机成为了前线战士们最大的需求,如何适应不同燃油呢?改变压缩比就可以,这也拉开了可变压缩比发动机研发的大幕。

当然,事实证明,可变压缩比虽然在二战时就已经提出,但往后的50多年都几乎没有起色,其中比较有代表性的是萨博,在上世纪80年代末,萨博开始研发可变压缩比技术,并在1990年取得相关的专利。萨博把其研发的可变压缩比技术称之为“Saab Variable Compression”,简称“SVC”。

雪铁龙也展示过自己的可变压缩比技术,在2009年的日内瓦车展上。雪铁龙推出过一款装载可变压缩比发动机的标致407车型。该车型搭载的发动机采用了PSA研发的VCRi可变压缩比技术,排量为1.5L,最大功率220马力,峰值扭矩420牛·米,压缩比可变范围为71201,百公里综合油耗为6.7L,二氧化碳排放量为每公里158g


当然,这些技术都存在于专利和试验阶段,德国大众也曾经利用燃烧室容积可变方式进行压缩比可变的研究,其存在的问题是,在低压缩比时燃烧室形状不能适应容积可变方式。由此可见可变压缩技术的壁垒之高,设计、材料、小型化等都制约了它的发展。

◆怪人青山

可变压缩比一直在欧洲发展的如火如荼,作为世界上顶尖的技术国度,日本似乎在这场技术竞赛中有些默默无闻,其实不然。20年前,日产其实已经开始着手对可变压缩比技术进行研究,这其中的关键人物就包括茂木克也和青山俊一。

当时,日产为了对技术进行突破,对发动机技术进行了预估,当时对于发展哪个技术方向日产进行了很多研究,可变压缩比技术其实是非常悲观的,大家都认为这项技术难度太高,只有时任日产综合研究所主任研究员青山俊一和参与开发了日产可变气门升程技术(VVEL)的茂木克也对这项技术比较积极,因为谁也不敢保证开发这项技术需要多久,也不能保证开发完是成功还是失败,因此大家的压力都很大。不过最终青山俊一还是确定了可变压缩比发动机的研发方向,得到了大boss首肯后,茂木便开始对这项技术着手研究。

理想很丰满,现实很骨感,最初的热情在刚开始就遇到了难题——可变压缩机构的选择。当时对于可变压缩比机构没有太多的动作原理,甚至是选择在运动要素中加入可变机构还是在静止机构中加入可变机构都还确认。

这时一个契机的出现给了茂木克也灵感,当时,三菱在日本市场展出了一个汽车平衡轴的零部件,这个零件具有极低的摩擦系数,同时机构的结构对茂木克也产生了极大地启发,当时茂木可也就考虑是否能将平衡轴进行改变,采用在静止机构中加入可变机构的形式,实现可变压缩比。

从这样一个想法开始,茂木进行了2年的前期研究(1998-2000)实际上,仅仅是基本概念的探讨和机构研发就有很多人进行质疑和挑战,比如机构太大,摩擦太高,振动以及耐久性太难实现等,很多人都在劝茂木放弃这个开发,面对质疑大boss青山俊一再次登场了。

当时青山俊一是茂木的领导,用茂木克也的话来说,“Boss是个性格非常古怪的人!”作为自己的领导,青山俊一非常欣赏茂木克也的才能,同时也非常支持可变压缩比的研究,用现在的话来说,青山俊一是那种典型的拥有成功者特质的人士,他们内心会有一些与生俱来的东西,能够心甘情愿地坚持自己的主张,并对此锲而不舍,同时绝不会轻易放弃自己认为做得正确的事情。青山俊一曾对茂木克也这样表示:“我们研发的东西就是重磅的,能拿得出手的,让常人觉得不可思议的,不然就不要再讨论这个事情了。”对于一般的车企来说,对一个缥缈的,灵机一闪想出的理念进行研究开发,几乎是不可能的,不是所有车企老板都有魄力把资源倾注在灵光乍现的理念上,对于日产,或者说对于青山俊一,显然不走寻常路,他们不喜欢平凡的东西,只对不同寻常的东西感兴趣。

在青山俊一的支持下,茂木克也迈出了艰难的第一步,虽然启动了这个研发,刚开始还是非常不顺利,刚开始难题很多,但即便如此,青山俊一还是一直保证着开发预算。其实在茂木克也看来,可变压缩比的开发更多的是对思维的考验,开发并是不去寻找一个方案,而是要从原点进行思考,我们应该做成一个什么样的正确方案,这个是比较重要的。

现在来看,正因为有这样一个奇怪的天才,才有了20年的研发,才有了现在真正量产的可变压缩比发动机,现在已经70多岁的青山俊一早已经退休,但茂木每次说起这位曾经的大boss时,还是流露出满脸的笑意……(另外多说一句,日产可变气门升程最早提出开发的人也是青山俊一先生。)  

◆令人绝望的第二研发阶段和半路放弃的茂木

茂木克也对这项技术进行了20年研发,可以概括为4个阶段。1998-2002年的第一阶段主要是前期预研同时对结构进行研究;2002-2008年是第二阶段,这段时间主要是制造工艺和技术方面的提升;第三阶段是2008-2012年,主要完善小型化并对量产进行考量,最后20122018年是偏差控制和量产的最后阶段。

这四个阶段,第二个阶段给茂木留下了深刻印象。首先,可变压缩比发动机跟涡轮增压是十分搭配的,因为涡轮增压发动机的进气量变化范围十分大,如果压缩比可以根据涡轮启动前和启动后进行调整变化,那么对动力和油耗可以进行更全面的压榨和提升,因此茂木克也在研发时确定的是涡轮增压发动机搭配可变压缩比技术,但在第二阶段的样机研究中发现,涡轮增压发动机有个很严重的问题,排放无法有效解决。在2006年的时候,涡轮增压发动机的排放是很难控制,由于涡轮增压器的阻挡,三元催化器升温速度会变慢,这在当时十分头痛,就是因为这个问题,茂木甚至一度被攻击,压迫,每天只有茂木和自己的老板青山先生一直在研发可变压缩比技术。

2006年底,缸内直喷出现了,茂木克也刚开始也很兴奋,有了缸内直喷,燃烧会更充分,排放自然可以进一步降低,但注意这个时间节点,2006年其实茂木克也已经完成了可变压缩比发动机的预研,当时采用了歧管喷射的方式,而在2006年底出现的缸内直喷犹如一把双刃剑,对机体结构提出了挑战,这又让茂木克也头痛了,当然最终茂木解决了这个问题,采用了双喷射的方式,但当时确实让茂木先生十分沮丧。

  

言归正传,直到缸内直喷出现,茂木克也才解决了排放问题。而在这4年时间里,公司甚至制止了茂木克也对这项技术的开发,当时研发已经到了完全走不下去的阶段,公司认为这项技术根本无法继续开发,便把茂木调到了传统发动机开发部门,作为可变压缩比发动机的研发工程师,传统发动机的研发显然对于茂木来说是轻车熟路,茂木克也在传统发动机部门如鱼得水,发展的十分顺利,但在这时,曾经的上司青山俊一再一次找了上来,青山俊一对茂木说“如果你再不回来,可变压缩比这个项目就彻底被取消了。”而当时日产上层的议员则对茂木进行另一方面的劝说,让其放弃可变压缩比发动机的研究,留在传统部门,一定会出人头地。面对曾经领导的请求,茂木也想起了曾经在可变压缩比项目上的心血,于是放弃了传统发动机部门优厚的待遇,毅然回到了可变压缩比项目。

实际上,在最痛苦的第二阶段,茂木也想过要放弃,但当时自己已经选择了一条道路,就是咬着牙也要坚持下去,现在来看,如果选择了留在传统发动机部门,对于茂木克也的人生,或许就是另外一条道路,这也是茂木克也在人生道路上的最重要的一次转折。

◆出人意料的成功奠定了研发的决心

从第二阶段完成缸内直喷技术的加入,后续阶段开始速度加快。虽然还是会有各种问题,但总体而言都能进行解决。

当时性能上得到日产工程师的一致好评,大家都十分惊讶可变压缩比发动机竟然真的出现在自己的眼前,尤其是这台发动机的性能十分出色,当大家都兴高采烈的时候,茂木对这首台车却不满意,这与其最初研发的预期效果还有很大差距。当然,差距并不是性能方面,而是跟理论研究方面。虽然茂木克也认为早期的开发还没达到预期,不过却给日产吃下了一颗定心丸,日产正式认可了可变压缩比发动机,并将其作为公司的一项重要的技术储备。

不过,面对量产还是有很多难题,首先就是工厂的生产问题。日产的工厂(横滨工厂)从来没进行过此类发动机生产,因此横滨工厂为了匹配这台发动机的生产,进行了很多努力。对于传统发动机来说,增加一个零部件或许对于生产线的改动并不多,对于工厂管理和工人的工时也不会有太多影响,但对于可变压缩比发动机,虽然只增加了一个连杆机构,但需要对整个生产线进行调整,对整个管理模式进行调整,这里没有先例,没有经验,全靠横滨工厂进行摸索,除此之外,这台发动机所有零部件都由日本制造,这也是日产自己十分自豪的。

◆宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来

20年,200多亿美元。茂木克也用时间证明了一个工程人员对工作的兢兢业业,对研发的锲而不舍。

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