“汽车记忆”系列丛书之《新征途—解放研发70年》，由帮宁工作室创始人葛帮宁编著，近日由中国工人出版社出版发行，于7月3日在吉林长春一汽解放总部发布。该书收录了23位汽车人的口述故事，展现了一幅壮丽的解放研发历史画卷。我们陆续刊发布此书，以飨读者。
冯建权：解放换型发动机主管设计师
冯建权，一汽汽车研究所原副总工程师，CA发动机主管设计师，中国第一代汽车发动机设计师。
年冯建权出生在北京，年考上天津大学机械系内燃机专业，师从我国内燃机专家潘承孝和史绍熙先生。年毕业后，被分配到正在筹建中的一汽，从此与发动机结下50年不解之缘，并从一名大学生成长为中国第一代汽车发动机设计师。
在一汽42年间，冯建权亲历了一汽两次创业过程，其间改进老解放车发动机，参与设计红旗轿车发动机、农用万能汽车发动机、60吨矿山车发动机，设计CA换型发动机等。
年，一汽开始第二次创业，CA整车和发动机换型提上日程，冯建权被任命为换型发动机的主管设计师，带队设计CA。
解放CA批量生产后，冯建权针对新车发动机两大质量问题——不同程度出现活塞烧顶、断环甚至拉缸现象，以及气缸筒早期严重磨损进行攻关，最终找到出现质量问题的原因和解决质量问题的方案。
年，冯建权从一汽退休。年，受奇瑞汽车董事长尹同跃邀请，参与设计奇瑞QQ发动机项目。
年6月10日，冯建权在长春花园酒店接受访谈。年12月27日，冯建权去世，享年87岁。访谈内容未经本人核对。
我年1月出生在北京，从辅仁高中毕业后，考上天津大学机械系，当时还叫北洋大学。张兴业、汪声銮、陆孝宽，还有一汽老厂长*兆銮都毕业于北洋大学。其中，汪声銮比我高两届，我念大一时，他念大三。
为什么报考北洋大学机械系？其实也谈不上喜欢，那时候也不太懂，就是觉得学机械比较保险。大学毕业前分专业，我被分到内燃机专业。当时机械系就两个专业，一个内燃机，一个机械制造。
年毕业，我被分到正在筹建中的一汽，当时还叫厂。当年从天津大学机械系分到一汽的有十几人，其中有位女生叫陈纫秋，和我同班，到一汽后给孟少农（时任一汽副厂长兼副总工程师）当过一段时间秘书。
到一汽报到已是8月。东北有水灾，铁路全被冲坏了，我们从天津坐火车，出山海关后又退回去，耽误了一段时间才赶到一汽，否则就能赶上一汽奠基仪式。
报到时还有个小插曲。人事部门一看我是内燃机专业，就把我分到经济计划处。因为按照苏联提供的组织设计，经济计划处里得有工程师，但那是经济工程师，跟我这个工程师概念不一样。后因专业和工作结合不上，又把我分到一汽设计处。
在设计处先看俄文图纸。我到一汽后才开始学俄文，当时学俄文分两种情况：一种上俄文班，预备出国；另一种不出国。我属于后者，就利用上班间隙学，不脱产。目标不高，能看懂图纸，能翻译图纸就行。我断断续续学了一两个月，基本能看懂图纸。
设计处的负责人是吴敬业，后来是刘炳南、史汝楫。设计处管产品设计，下设发动机科，最多时有四五十个设计员，最少时有三四十个设计员。我的主要任务是理解图纸，并思考如何将图纸与生产结合起来，即先弄明白图纸是怎么回事，再给工艺员解释，最终让设计达到图纸要求。
01
研发4E发动机
年，一汽建成，解放车投产。解放车的原型车是苏联吉斯，发动机代号，在中国跑过一两年后出现一些问题。
一个问题是散热。苏联纬度高，天气较冷，发动机工作起来散热不成问题。但中国情况有所不同，从华中往南，天气越来越热，发动机水箱容易开锅。
但发动机刚引进投产，还不能大动，也没能力大动，只能小改小革。设计科的任务就是努力解决散热问题，我们把水箱加大，风扇从四叶改为六叶。原风扇设计的位置较低，水箱较高，我们就把水箱的中心和风扇的中心抬高、对正。
另一个问题是笨重。发动机尺寸大，但马力小。举个例子，这台发动机重公斤，有马力，那台发动机重公斤，也是马力。重达公斤的发动机就会显得笨重，即个头大，能力低，要想办法改进。当时我们看到了这个问题，但不敢马上改，只能先摸索一段时间。
解放车投产后，我们开始做轿车发动机设计。先做东风，东风的发动机设计我参与得少。后来做红旗，我们向吉林工业大学借来一辆克莱斯勒，它的发动机很先进，我们只能照抄。但不是抄完后做不出来，就是好不容易做出来又老出问题。我们只能继续攻关，由时任一汽总工程师李刚带队。
解放车是我们的饭碗，一汽就靠解放车生存。20世纪60年代中期，由于工厂发展需要，上面提出解放发动机改型的要求，即研发4E发动机。老解放车发动机代号，苏联叫，我们按照国家标准改为，其中“6”代表六缸，“”代表汽缸直径毫米。其实，老解放车发动机缸径并不是毫米，而是.6毫米，因为这款发动机是苏联抄的美国的，缸径按英制计，4英寸合.6毫米。
那时候做发动机，跟现在完全不同，从水箱到消声器，全都要自己设计。除金属和电器，其他什么都管，其实电器设计我们也管，只是离得较远。现在设计发动机，汽车厂和设计单位往往相对独立，汽车厂有什么需求，给出大小、性能、体积要求就行，根本不用自己设计。
好在我们前期通过向苏联专家学习，提升了发动机设计能力，特别是通过对老解放车发动机的改造和红旗轿车V8发动机的研发，我们学到了一些发动机设计本领。于是，大家分头行动，做出几个方案，最后选出一个方案：缸径改成毫米，发动机代号6。
经过设计人员及工艺员的努力，我们试制出50多台发动机，经台架及道路试验，证明这些发动机的性能完全达到设计任务书的要求。之后，一汽装了十几辆样车，到全国各地试车，发动机基本过关。我参与了这台发动机设计、试验的全过程，积累了较为扎实的设计基本功。
这台发动机和整车都无偿地移交给二汽，二汽在6基础上设计了EQ。
后来，一汽抓紧时间做试验，试验车在云南、黑龙江、湖北等地跑。我在一汽没机会开车，就跑到*去试车。结果有一次试车时意外翻车，车里连我共3个人，我被刮伤，另外2人没受伤。我在*把车修好，回来后都不知道找谁汇报。
02
“旧长袍改西服”
年，一汽第二次创业，开始CA整车和发动机换型工作，我被任命为换型发动机的主管设计师。一汽下达发动机设计任务书，任务书规定，为节约资金，换型发动机要最大限度地利用原有设备，在不改动或减少改动的前提下，设计出与4E发动机排量相同，性能却更好的直列六缸发动机。
具体要求是，功率马力（转/分），扭矩38千克?米（0转/分），外特性最低油耗要小于克/马力?小时，燃用80号汽油和QD级润滑油，同时还要考虑四缸、六缸及汽柴油机共线生产的可能性。
当时世界汽车工业的潮流是汽油机小型化，不做缸径毫米以上的大汽油机，大型的基本都是柴油机。但我们没办法，做大汽油机主要原因有两个方面。
其一，国家缺柴油。根据当时技术水平，一吨原油能提炼一定比例的汽油、柴油和润滑油。拖拉机和其他农业机械都用柴油，汽油只能汽车用。
其二，最主要原因是缺资金。我们也想重新设计一个全新的六缸发动机，但一方面国家不拨款，计划经济时期，一汽卖车所得利润要全部上交。另一方面，一汽有几十台发动机设备（专机线），厂里明确表示，这些设备得想办法用上，不能买新的，也没钱买新的。
受生产设备制约，设计发动机的思路基本被框死。
年10月，发动机设计工作开始，型号定为CA。当时我们开玩笑说，新发动机的设计思路好比“旧长袍改西服，既想美观，又要省钱”。拿一块新料子做西服，不管怎么样，还能弄出个样子来，但要把原来的长袍改成西服就很难，原有基本尺寸不能动，只能凑合着改。
这些困难时任一汽厂长李刚都知道，设计任务书的原则就是他定的。但他也没办法，总想我们能用上一个性能较好又能省钱的发动机。
除资金外，设计CA发动机的另一大困难是技术水平。那几年都去抓革命，没有大量的技术储备，而这时国际上发动机技术已有长足进步。20世纪80年代正是改革开放初期，产品开发不能向国外设计公司咨询，更不能去国外考察，甚至连类似车型样机都没有，唯一途径就是从相关杂志上了解一些全球汽车发动机情况。
整个发动机科，除科长张曰骞和一个试验员去过苏联外，其他人都没出过国。总体看，当时一汽的发动机技术仍停留在4E水平。这些无疑给设计员提出了更高要求。厂里非常着急，我们也想把工作做好。这种情况下，大家都非常努力。这也差不多算是我最后一个作品。
为缩短投产时间，产品设计人员和冷热加工工艺员密切配合，采取适度的多边做法。设计人员大部分来自4E发动机团队，有设计经验，因此，除继承4E发动机优点外，这次设计还改进了一些不足之处。
03
CA设计思路
具体来看，CA换型发动机的设计思路包括以下几个方面。
第一，整机布置及一些结构参数的确定。
设计任务书规定，要最大限度地利用CA10发动机的现有生产设备，设计一台工作容积、缸径、行程与CA10发动机相同的CA发动机。因此，新发动机最主要的结构参数缸心距不能变动。
而CA10发动机的缸心距设置又极不合理（4E发动机未受此限），除三缸与四缸之间距离为.2毫米外，其余各缸的缸心距均为.5毫米，前者距离太大，后者距离又偏小，无形之中增加了发动机的长度和重量，这就是“旧长袍改西服”的不良后果，只能在降低发动机的高度上采取措施，加以弥补。
另外，将侧置气阀改为顶置气阀，必然要有推杆。从司机方向看，原发动机的凸轮轴孔位于发动机右侧，推杆只能布置在右侧，自然进排气道只能布置在左侧，排气总管也在左侧，也就是司机一侧。这种布局对司机的工作条件极为不利，特别是炎热夏季，只能通过在驾驶室内增加隔热措施来解决散热问题。
第二，气缸体设计。
为适应原来的铸造工艺，材料依然采用灰铸铁HT。根据以往设计经验，并结合这次设计要求，缸筒耐磨性要保证30万公里大修里程。因此，决定采用耐磨性极好的含铌铸铁干式薄缸套，方便修理厂大修。
为解决气缸垫容易烧穿问题，改进了紧固气缸盖螺栓的布置，以保证压紧力分布均匀，采用每缸均摊6个M12螺栓，保证2个螺栓的距离小于85毫米，经压印纸压印，证明压力分布均匀，能保证足够的压紧力。
为达到缸体及缸盖各部分冷却均匀的效果，取消CA10发动机原先采用的铜质分水管，利用原水套盖板组成缸体侧面进水通道，利用出砂孔堵盖做分水量孔，以控制各处的进水量，经水流试验证明效果不错。
为提高气缸体纵向刚度，适当加高气缸体下端的龙门高度。
第三，气缸盖设计。
采用灰铸铁HT，但需解决两个问题。
其一，选用充气性能较好的楔形燃烧室，楔形角为14度。这种形式的燃烧室能形成较好的进气涡流，提高燃烧速率，机械辛烷值较高。并且进排气道布置在同一侧，对化油器发动机来说，利于混合气的预热。
其二，采用耐磨的铸铁气阀导管，先用耐热程度不同的进排气阀座，并采用液态氮冷缩阀座圈的装配工艺，增加工作可靠性和良好的导热性。
第四，曲轴设计。
因缸心距已定，故曲轴长度已被确定，但因CA发动机的热负荷及机械负荷都有所增加，所以曲轴设计须考虑三个问题。
一是，增加平衡块，以减轻主轴承负荷。
二是，为提高曲轴的刚度及强度，应增加曲轴的重叠度，但为不增加离心负荷、不增加连杆轴颈直径，只将主轴颈直径由ф66毫米增至ф75毫米，这样重叠度由6.85毫米增至11.35毫米。
三是，由于锻造工艺条件限制，仍采用中碳钢，正火处理。这种材料本应调质处理，以便得到更好的显微组织，但无法实现，只能是优材劣用。这是“旧长袍改西服”的又一弊端。
第五，轴承设计。
由于CA发动机的热负荷及机械负荷都有所增加，因此轴承的承载能力及耐磨性要相应提高。根据过去的经验及计算结果，原用巴氏合金轴承远不能满足要求，故选用承载能力更高的铜铅合金轴承，在内圆表面镀减磨的铝锡二元合金，以改善耐磨性能。
第六，凸轮轴设计。
这次设计的凸轮型线改为复合摆线，其负加速度段的走向适合气门弹簧的强力曲线。时间断面系统较大，有利于充气。缺点是，加速度曲线不够连续，但对这样转速的发动机影响较小。选材方面，受制于原工艺，凸轮轴只能继续选用45号锻钢，挺杆改用铬钼低合金可淬硬铸铁，经试验，效果良好。
第七，气缸垫设计。
这次设计改用全钢结构，即3层钢板结构，中间层以普通钢板作为调整厚度层，两面是耐热薄钢板，气缸口及油道孔周围是耐热钢护圈，在成品气缸垫两面喷以耐热漆。经长期强化，试验效果极佳。
第八，活塞设计。
在裙部型线设计上采用筒形变椭圆，其筒形度及椭圆度经多次修改而成。在材质方面采用膨胀系数较小的共晶硅铝合金。在铸造工艺上采用液态模锻，既可增加致密度，又可改善耐磨性。为改善初期磨合性能，增加镀锡要求。
第九，活塞环设计。
采用两道气环、一道油环结构。由于发动机转速提高，尽可能减少活塞环重量，第一道气环采用高度为2毫米的薄型环，外环为腰鼓形、表面镀铬的铸铁环。第二道气环采用高度为2毫米的梯形铸铁环，油环为双刃口铸铁外环，内加螺旋弹簧衬环。
第十，空气滤清器设计。
当时国际上已普遍采用纸制滤芯空气滤清器，因为纸滤成本低、工艺简单，滤清效率又高，可达99.5%以上。因而放弃CA10发动机上采用的不需要更换滤芯的油浴式空气滤清器。油浴式空气滤清器的主要缺点是滤清效率偏低，最大优点是不需在使用过程中更换滤芯，只需定期清洗。由于选择错误，导致CA发动机投产后，发生严重的早期磨损质量事故。
04
批量生产
根据上述设计思路，CA样机试制出来后，进行台架性能调试，全部达成或超过设计任务书所规定的各项指标。然后进行强化试验，初期曾经发生过两次气缸体开裂漏水现象，改进后得到解决。在第二轮0小时强化试验中，没有发现任何问题。
为确保质量，前后共对9台样机进行过0小时强化试验，全部通过，其中一台进行了小时。经过测量，所有磨损都很小，这个过程时长一年半。除进行整机性能调整、强化试验外，还进行各种零部件及小总成试验，包括曲轴和连杆疲劳试验、活塞拉缸试验、水泵及油泵的寿命及性能试验、化油器调整等多项试验。
除此之外，CA还装车进行整车道路试验，在东北（黑龙江某地）、西北（*某地）、华中（襄樊）、西南（宝山）、华南（海口）等地的大运输公司进行使用试验。这些试验都由一汽负责供应备件，按规定要求进行。
年做产品鉴定，各地运输公司共行驶约50万公里，没有发现大的质量问题。在鉴定过程中，各方面的专家都表示满意，CA顺利通过国家鉴定。
随后开始大规模生产准备工作。主要是设备订货及工装卡具制造，到年生产准备完成。原打算用一个季度的时间完成新老产品过渡生产，老发动机产量逐渐由多变少，新发动机产量由少变多，这样既能保证生产稳步过渡，又可使新车在各类用户中进行考验，便于发现质量问题，给解决质量问题预留足够时间。
但由于当时老解放车型已严重滞销，一汽领导决定垂直转产，这实际是风险投产。年第三季度，CA10发动机停产，CA发动机立即满负荷生产，装配CA的新解放CA开始批量供应市场。
批量生产就出问题了。
新解放CA大批量投放市场后，在4万公里保用期内，CA发动机先后出现两大质量问题。经过仔细分析和验证，我们找到出现质量问题的原因和解决质量问题的方案。
一个质量问题是，新车发动机不同程度地出现活塞烧顶、断环，甚至拉缸现象。经过实地用户调查，我们发现各地使用的汽油达不到设计规定的80号（RON）要求，大部分是70号（RON）甚至更低，就必然引起发动机严重爆震，导致活塞烧顶、断环、拉缸问题发生。
解放CA投放之时，正值中国改革开放不久、计划经济向市场经济过渡的阶段，油料供应较为混乱。虽然国家“七五”计划规定，汽油要达到80号（RON）标准、润滑油要达到QD级以上，实际上只有一些大城市能达到要求，广大中小城市和乡村都无法达到。
像解放CA这样的载货车，大部分都行驶在中小城市和乡村。长期使用不达标汽油及润滑油，就会导致活塞烧顶等事故出现。如果在设计时就采用低压缩比，就不会出现这个问题。待油料品质改善后，再提高压缩比，结果就是另一种局面。
我们的解决办法是，降低压缩比，将压缩比从7.4∶1降至6.9∶1。
05
最大的教训
另一个质量问题是，不同地区的新车发动机先后出现气缸筒早期严重磨损，导致漏气量加大。经过观察，这种磨损模式属于磨料磨损，经过人工加灰（人工磨料）试验得出的结果与用户反映的磨损模式相同。
为什么在大量定型试验中没有出现这类问题？因为发动机台架试验在室内进行，不存在灰尘进入发动机气缸问题。而道路试验和各地区运输公司的使用试验所用的空气滤清器滤芯，是工厂统一供应的合乎设计要求的滤芯。试车时，我们试制了10到20个空气滤清器，手工就能做好，能保证滤清效果，不会出现气缸筒早期磨损问题。但当整车大批量投产后，市场对空气滤清器的需求很大，但配件供应短缺，还出现了大量劣质滤芯，使用这种劣质滤芯，就会出现早期磨损。国外很多空气滤芯都要做试验，很多指标我们都没有。所以我们也立即在国内做试验，从几个方面证实气缸筒早期磨损和滤芯品质有关。
其一，早期磨损在南方较轻，在北方较重，为什么？因为南方比较湿润，公路上灰尘比较少，北方灰尘比较大。
其二，东北地区的解放车早期磨损厉害，但在林区试验的气缸筒一个都没磨损过。因为林区被雪覆盖，拉木头时都走雪路，化雪的时候车就不走了，所以林区试验没有出现早期磨损现象。
我们还做过这样的试验，前面一辆车，后面一辆车，在热电站附近跑。热电站炉灰大，前面的车扬起来的灰尘被后面的车吸入，后面的车很快就会磨损。
这些劣质滤芯是谁生产的？一查，是河北省一个家庭作坊做的。那时候国家还没有滤纸生产厂，这些小作坊用的纸也不对。此外，当时所有的运输公司都采用司机承包制，司机为图便宜，不会去买好滤芯，因为气缸筒磨坏了也不用他负责，他只管承包的支出和收入，一万公里拉多少货、挣多少钱。
找到原因后，我们改进空气滤清器的滤芯结构，把单级滤芯改成双级滤芯。同时，加强宣传滤芯的重要性，杜绝使用劣质滤芯。我们对用户讲，使用不合格滤芯，就不赔付。这一质量问题逐步得到解决。
因采用劣质滤芯导致发动机早期磨损，是CA发动机设计中暴露出来的最大问题。从设计角度，只要设计的产品试车没问题，就可以交卷，交卷后通过验收，再有问题也不用管，后面的问题出在市场上。
现在就不存在这种情况。空气滤清器属于易损件，到时间就换，现在的4S店都会更换原厂件，出问题由4S店负责。但20世纪80年代不同，当时没人管。我们把车卖给用户，可能生产出来是好的，而用户一旦到市面上购买滤芯，就可能买到劣质滤芯。当时设计人员还没有市场概念，所以吃了亏。
这件事情闹得满城风雨。别人都说，是你设计出了问题，否则怎么会出现这么多早期磨损？我是发动机总设计师，真是哑巴吃*连，有苦说不出。我知道一些原因，但不能说服人家。我当时成为众矢之的，压力非常大。
出现问题后开始做试验，没有半年下不来。接下来是改空气滤清器，改进后又做试验，这么前后一折腾，一年就过去了。耿厂长急坏了，当时CA已经投产，如果停下来，全厂职工就没饭吃。如果不停下来，磨损这么快，用户又要退货，市场压力很大。设计员不懂市场，是我这辈子最大的教训。
问题后来得到了解决，但用户都开始买柴油机了，因为汽油贵，柴油便宜，效率还高。按照CA发动机设计任务书，同一条线上要生产汽油机和柴油机两种机型。柴油机我们设计了，但没有生产。为什么？因为CA做汽油机时尺寸很大，但做柴油机尺寸又太小。当时汽车研究所做了，这个产品由无锡柴油机厂生产，后面就用这个柴油机替代了。
我从市场上学到的教训在一汽没用上，在奇瑞汽车却用上了。到奇瑞汽车后，我对市场非常敏感。我认为总设计师就相当于电影导演，导演说这么演，就得这么演。我是导演，我愿意这么导，导好了我负责，导坏了我也得负责。
用一句话总结我的职业生涯，就是和发动机结缘50年。我年毕业，在一汽干了42年，参与了一汽的两次创业。从改进老解放发动机，到参与设计红旗发动机；从设计6发动机，到大改CA发动机；从不懂发动机，到知道怎么做发动机；从真正设计发动机，到去奇瑞汽车设计小排量发动机，成为中国第一代汽车发动机设计师。
我比较满意的作品，一是CA发动机，在“旧长袍改西服”的限制条件下，改得还算成功。设计产品不能脱离当时环境，CA发动机是在当时条件下能满足人们要求的产品。二是奇瑞QQ发动机，没费什么劲，到我离开时产量已达到多万台。
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