修了10年汽车发动机的师傅曾经说过,即使日本人把它们的发动机送给我们,让我们光明磊落的拆解研究,我们连组装回去都很难,更别说复制出一摸一样的。就算高薪把他们的技术人员挖角过来,把他们的设备引进到国内,依然没有丝毫机会。
对日本车企来说,他们要研发和生产出技术先进的发动机好像并不难,几乎每个车企都有自己的绝活。
例如本田有地球梦发动机、丰田有直列四缸2.5L直喷发动机和混动发动机系统、马自达有驰创蓝天技术发动机、日产有VQ系列发动机。还有斯巴鲁、铃木、三菱等,都有自己先进的发动机技术。
让人扎心的是,其实三菱的汽车发动机技术算是它们中比较靠后一点的了,但是在前些年,三菱是一个扛起国产车半边天的发动机品牌,很多国产用的是它自己淘汰了的老旧技术的发动机。即使是长期位居SUV销量榜冠军的哈弗H6,曾经的老款车也使用过三菱的4G69系列发动机。
不只我们,例如韩国等其他一些也曾经想通过逆向开发来模仿日本的发动机,但是都没有成功,只能选择其他方式来做自己的发动机。
为什么日本的发动机技术十分先进,却敢于向任何一国出售,为何不怕技术泄漏?
首先我要纠正一下这个问题,日本不是“敢于向任何一国出售发动机”,而是乐于这样做。这不是敢不敢的问题,而是一个主动选择去出售的行为。
日本国土面积较小,资源比较贫乏,商品出口是它很重要的经济来源。日本有很多比较出名的汽车企业,比如丰田、日产、本田、三菱等。
日本每年靠把汽车或发动机卖到世界上的其他国家去,能赚取万亿美元。其中,仅是丰田一家企业,2020年的汽车营业收入就达到2753亿美元。
另外,日本不是不怕技术泄漏,其实他们同样也担心其他国家的车企学会它们的发动机技术的。所以,它们把核心、先进的技术牢牢掌握在自己人手里。即使和我们合资造车,也不会让我们知道核心的技术。
其他国家能买到日本的车,能轻松获得他们的发动机,但是买不到核心的技术。搞不清楚各个零件的设计参数范围、精密程度,以及制作各种高热成钢等材料的技术等,所以无法仿制出一样发动机。
在中日合资的车企里面,核心的发动机技术掌握在日本技术人员手上,是重点保密的,我们也无法接触。只有一些它们淘汰了不愿再使用的技术,才会高价出售给我们。
日本发动机技术先进有4大原因,也是其他国家模仿不来的
一、历史底蕴,不是其他国家一朝一夕就能翻越的
日本从明治维新时期开始就已经重视工业发展,到了二战时期它的工业化水平已经到了世界各国前列。二战失败后,军事工业转型为民用工业,加上向欧美学习和借鉴,他的汽车工业很快就发展起来了。
80年代日本的汽车工业发展迅速成熟起来,日产、本田、丰田、三菱等企业就能量产技术先进的发动机了。
在这个过程中,由于资源缺乏,还曾经出现石油价格上涨的原因,为了更省油,日本的发动机往节能省油、质量稳定的方向研究。
这就是为什么现在一说到日系车,脑海里浮现出来的字眼是“省油”。而欧美的发动机,追求的是大排量,动力等。各自的理念方面是不同的,这也是为什么现在一说美系车,我们普遍会认为它们油耗高,事实也是如此。
在发展发动机技术的过程,日本的科学理论,也就是学术方面,其实是不如美国的。但是日本人比较注重应用。他们把材料学的应用、金属冶炼工艺、精密工艺、组装技术等研究得很透彻。
简单点说,关于发动机的学术,其他一些国家的比日本高,奈何动手能力没有日本强。这方面,也就德国能和日本一拼高下。
经过多年的历史沉淀,日本的企业经过多年的研发、试错、改进、提升的循环过程中反复提升各项技术,变得更加成熟稳定,在各项指数上做到精益求精。
例如一款发动机的热效率,从40%提升到41%,别小看这1%,它可能需要整个企业花数年到十多年的努力付出。不是说三两个月就能搞定的。
而日本的发动机技术也已经形成完整的产业链,上下游供应链配合密切,一整套的体系和技术都已经很成熟。他们想做一款发动机,必要的材料、配件、工艺、生产体系都能轻易地获得。
其他国家,发动机产业链不完整的,你想做也难找到一些特殊的合适的材料和配件,更别说其他难题。
二、缺乏高精密工艺,做出来的发动机只是空有其型
一个发动机包含几百甚至成千个基础零部件,每一个要求的精密度要足够标准,控制在苛刻的公差范围之内。
任何工业制品零件都存在参数公差,即使是纯手工打造或者再精密的机床,也无法做出完全一样的精简。在一台发动机中,只要出现某个零件有问题,就会引起“牵一发而动全身”的局面,导致发动机可能就“废了”。
日本车企经过多年的试验,在实际应用中掌握了,他们的发动机零配件是标准化、精准化生产,管理方式也是精准化管理。每一个零配件允许的公差范围指数数据是经过多年的试验,已经总结出来,并掌握在自己的手里。
每个零件的正负公差哪怕只有0.001毫米,成千个零件组装起来最后的差距就会变得很大,更何况我们不知道哪一个是正公差,哪一个是负公差。
这些核心技术零件的公差范围数据是机密的,我们无法获得。所以,靠我们去逆向模仿,不知道零件允许公差范围,成千个零件会产生数以百万甚至千万种组合,我们要做多少次试验,要多花多长时间才能搞明白?这个成本,还不如直接买他们的发动机更划算了。
把各种零件组装到一起,各零件的公差既可能互相抵消,也可能变得更严重,这个就叫公差配合。
公差配合做得好,发动机的运行工况就好;同理,公差配合不行,做出来的发动机可能出现油耗高、异响、抖动等问题。
不说发动机,就是一些汽车的底盘、车门如果零件的公差配合不好,也会出现异响,甚至修理工怎么修,都整不好。
日本发动机技术牛的原因,不仅是零件的精密度高,掌握了原始公差数据,还在于把公差配合、机械间隙都玩得很透彻,连他们的组装工艺技术也是非常精准的。
曾经有位老师傅说:修一台有异响的老款雷克萨斯发动机的时候,由于没有经验,好几个老师傅一起拆解,并拍照记录每一步流程,担心因为忘记步骤导致装不回原样。
最后发现是一个小齿轮出现异常磨损,于是便从海外购买同样的零件回去。在按照拆解的逆向步骤安装回去的时候,却发现被一个压铆件难住了,怎么鼓捣也装不回去。
上润滑油也无效,一位师傅被整得心态崩了,想用大锤强行砸进去,被车主叫停了。最后只好把发动机寄去日本维修。
跟着过去的老师傅才发现,原来日本厂商在组装特定的零件的时候,利用物体热胀冷缩的原理,在低温恒温车间里操作的。
发动机修好后恢复如常。老师傅感叹,这样的细节,谁又能想到呢?
日本的精密技术,不仅是零件做得精密,组装工艺也要求很苛刻,有的零件结构是在-60度的恒温室里面进行的。他们有世界上顶尖的压铸模具、压铸机、车床、车刀等。
我们想复制实在太难了。这样说吧,我们连一个很基本的橡胶圈油封、活塞环都做得不够好,还得依赖进口。
有一个工程师团队曾经弄来一台技术先进的发动机,进行逆向测绘,想复制出一台一样的。在拆解的过程中,工程师明明知道某处会有一条焊缝,否则是不可能装配得好的。
但是工程师一开始就是找不到焊缝在哪里,最后花了很多工夫才解决这个问题。原因是日本人做得太精细了,焊接处也光滑无比,和其他地方一样。
举例,一个零件的理论设计长度是30毫米,公差范围正负0.02毫米。那么只要生产出29.98-30.02毫米长度的都是合格的,这是正向研究的好处。
但是反过来。如果我们得到这个零件,自己拿来测量发现它的长度是30.01毫米,我们怎么逆向推测它本来的设计长度原始参数,又如何知道它的公差?所以说,逆向操作是个很难很难的过程,只能靠最笨拙的一次次用不同的数据去尝试。
高精密的日本发动机,不怕其他国家去模仿,因为没有精密的零件、不知道零件公差、不掌握公差配合、缺乏精密加工和组装工艺,单靠逆向开发,给你试100年,也做不出来那样的发动机。
在《发动机制造精度与性能关系研究》一书中,阐述了一个这样的理论:零件越精密,发动机的性能就越好。一个关键零件精密度改进正负0.06毫米,就能使发动机提升0.7%的动力,同时降低0.5%的油耗。
一点细微的差距,对发动机的性能影响可能会很大。日本经历过上百年的试验和改进,才做到今天的样子,其他国家如何去学?
三,没有过硬的材料学技术和技术应用方法,做出来的发动机也只是“工业垃圾”
我们在某些科技领域被“卡脖子”,比如芯片。并不是说我们不知道怎么做芯片,而是关键的好纯度芯片原料很难造出来。对发动机来说,也是如此。
我们能设计出理念很先进的发动机,但很难获得耐用的杆体、曲轴材料。为什么有的日本发动机开二三十年,质量一样很稳定。而其他国家的一些发动机却不耐开?材料是非常关键的因素。
单看材料学科世界排名,日本的学术水平是落后于美国的。但是,日本最强的地方在于应用。这就好比,你能说会道,但不如我心灵手巧。
日本的材料应用技术特别先进,金属材料学、冶金技术、车用钢材制造质量、碳纤维复合材料、陶瓷材料等领域,在应用技术方面比美国还要先进。
我们能通过拆解它的发动机,得到所有零件的设计模型、图样。但是,每一个究竟是用什么材料做出来的、成分含有什么?怎么加工的?这些都需要慢慢去摸索研究。
再者,即使知道是用哪种材料,我们也未必做得出来。发动机的零件,看着好像只是一款金属“疙瘩”一样,但是它的材料、成分、冶炼锻造方法、金相组织热处理工艺方法我们也不清楚,所以还是造不出来。
把零件粗胚造出来了,又会遇到表面处理工艺的难题。耐温处理、耐磨处理也是一门高深的材料应用技术。还有喷涂设计的材料、成分、工艺等,都是缺一不可。
如果缺乏这些材料应用技术,出现的问题就可能是:别人的发动机能拉到7000多转,我们做同样形状的拉到6000转就开始拉缸冒烟了。别人的零件运转寿命达到二三十年,我们的开几年就要返厂维修了。
四、专利保护,把路堵住,让你处处碰壁
丰田汽车、本田技研工业、马自达这些日本车企各自拥有的汽车专利技术均超或千种以上。其中和发动机技术相关的专利也占很多。
对于发动机技术的保护,日本不仅在本国申请专利,连同在其他国家地区也一起申请,用来限制其他国家的抄袭。
他们各种电控燃油多点喷射技术、零部件设计、工艺等,是受到专利保护的。
当我们想模仿复制的时候,就会发现无从下手。比如一个零部件的结构要做成特定的形状才是最合理的,但是却发现这个设计已经被别人申请专利保护起来了。只能绕开,被迫放弃。
受制于专利壁垒,其他国家是很难复制日本的发动机技术的,而且一般国际的专利保护期长达20年,想去突破实在太难了。
有了专利保护,日本就能更放心的去出售发动机。包括汽车发动机、摩托车、甚至是航天发动机,其他国家都有可能买到日本制造的。
别说发动机,汽车相关的变速箱或其他技术也是如此。由于CVT、AT变速箱的主要技术都被日本、德国等国家申请了专利保护,所以我们就只能从双离合发力。
专利保护可以说是他们的发动机技术的最后一层强力保障。其他国家可以模仿,但要面对专利罚款等处理,何况模仿也难,还不如买他们的发动机划算。
日本还持有那些先进的发动机技术
电喷:隶属丰田汽车的日本电装,拥有先进的汽车电喷系统技术。
涡轮增压器:三菱重工、石川岛播磨重工业在涡轮增压器方面的技术具有很强的全球竞争力。
发动机管理系统EMS:美、德、法、日这几个国家的比较先进。他们基本形成垄断的局面,其中就有日本电装公司。
活塞环:日本也有爱信、日立等企业,和德、美的一些企业占据全球多数市场份额。
曲轴:也是以德、日为主。日本住友、日立、日本富士在这个领域很强势。
火花塞:看着只是一个小小的简单的元件,但是包含的技术、材料学等学问却不小。这项技术中,日本特殊陶冶是市场一哥,还有日本电装也实力雄厚。
除了德国,美国也只是勉勉强强,其他国家如果说想要做发动机,都很难绕开日本的技术和供应链,很多企业也是选择和日本的企业共同开发,或者购买他们的零件来开发。
反思与总结
日本的发动机技术十分先进。我们单靠模仿、复制就像超越它几乎是不可能的。
我们的一些车企也试过去复制他们的发动机,结果都折戟沉沙了。技术合作、自主研发是一条不错的道路。
我们目前也有比较先进的发动机,一般也是通过技术合作的方式来研发,每一个零件都由自己做是很难的,加上还有专利壁垒。
目前国产的红旗1.5T汽油机、东风汽车的DFMC15TDR、比亚迪骁云1.5Ti高功率发动机、长安蓝鲸发动机、长城GW4N20 2.0T发动机等,技术也很先进。
所以也不要一味日本的发动机都是好的,他们的汽车都是很耐用的。日本汽车零部件巨头也发生国质检数据造假的丑闻,而且隐瞒了20年。同样在发动机方面,他们的发动机也会出现机油增多、积炭、机油乳化等问题。
另外,我们也在大力发展新能汽车,纯电动汽车用的是电机,是不需要燃油发动机,日本的发动机技术再先进,对我们来说已经不那么重要,可以说是:它强任他强,反正未来燃油发动机是会淘汰的。
或许将来会出现的情况是:我们的电机、电池、电控技术很先进,然后敢于向任何一个国家出售,也不怕技术泄漏!一起期待。