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SEEC-T

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速霸陸廢氣抑制空氣導入式燃燒控制系統Subaru Exhaust Emission Control-Thermal & Thermodynamic System)一般縮寫SEEC-T,乃是日本富士重工業(速霸陸前身)為了因應昭和50年(1975年)以降的汽車廢氣排放標準,所開發出來的廢氣淨化技術。

概要

和其他同業在此時期的作法一樣,富士重工業在各車種之車尾貼有「SEEC-T」的貼紙或銘牌,甚至廣告宣傳時直接冠上SEEC-T之名,因此很容易和舊車款區隔。一般說來從1975年起採用此技術,而且「不使用觸媒」的方法比其他同業還要早,翌年日本當局才將此項要求納入法規。

發展過程

前身SEEC系統

1970年美國通過《空氣淨化法英语Clean Air Act (United States)》(俗稱《馬斯基法案》),為了向北美市場輸出產品,富士重工業在速霸陸Leone速霸陸BRAT所搭載的EA63型EA71型引擎上加裝SEEC系統,同時車尾貼著「SEEC」的字樣。

此套系統肇始於1970年代前半期開始銷往北美洲的速霸陸ff-1 Star,對該公司而言因為初次接觸廢氣處理裝置,為了萬無一失而改良屏蔽式吹漏氣還原裝置[1]、怠速限制器等。同時期的美國車款主要搭載V型八汽缸引擎,經過摸索研究之後採用名為「空氣噴射反應器」(air injection reactor)的氣泵式二次空氣導入裝置,使用於1969年至1971年期間出口的車輛上[2]。後來,速霸陸技術團隊逐漸熟悉該地的廢氣排放標準,從1972年至1974年間暫時捨棄氣泵,改採在化油器裝設自動阻風門,以及減速時減少碳氫化合物。只要由地區經銷商調整點火時間便可以通過北美市場的法規,1974年式車款針對規定比較嚴格的加利福尼亞州,則以前述裝置外加EGR排氣再循環技術對應。

同一時期日規版從1970年式(昭和45年)的速霸陸ff-1 1300G起便以屏蔽式曲軸箱通氣管、怠速限制器等因應當地的規定,翌年再增加設置活性碳罐(charcoal canister)。1973年為了因應昭和48年汽車廢氣排放標準,除前述裝置之外,追加以溫水預熱節氣門的化油器加熱器、暖空氣進氣口(warm air intake)、可以抑制當節流閥急遽返回而增加碳氫化合物的緩衝器,以及由地區經銷商安裝負壓提前點火器等。

1975年以降昭和50年汽車廢氣排放標準及「馬斯基法案」規定必須將碳氫化合物比以前少於十分之一,東洋工業(馬自達前身)的轉子引擎使用「溫控反應器」(thermal reactor)將廢氣中殘餘的碳氫化合物混合空氣後再度燃燒,卻因過熱問題未能獲得速霸陸之採納。其他氧化、還原、三元等各種觸媒在1973年時也存在著可靠性不足、成本過高等問題,因此有三種SEEC系統的研究開發同時並行著:

  • SEEC-B:因應1975年馬斯基法案及昭和50年汽車廢氣排放標準,包含「以氣泵或舌簧閥英语Reed valve二次空氣導入裝置」加上「氧化或還原觸媒」的主體技術,加州版另追加EGR排氣再循環技術。
  • SEEC-C:因應1976年馬斯基法案及昭和51年汽車廢氣排放標準,包含「以氣泵或舌簧閥英语Reed valve二次空氣導入裝置」加上「氧化觸媒+還原觸媒(雙重催化劑)、EGR排氣再循環技術」的主體技術。不過當時日本規定必須定期更換觸媒,故原廠採取作業方便的顆粒狀催化劑。
  • SEEC-T:然而催化劑必須使用大量的貴金屬,在耐久性、價格、穩定供給等各方面十分不穩定,因此必須推進到不仰賴催化劑的SEEC-T系統。

針對輕型車的SEEC-K系統

自1958年速霸陸360問世以來,輕型車一向採用二衝程直列二缸引擎。從一開始強制氣冷的EK31型、採用進氣舌簧閥的EK33型,一直到汽缸本體改為水冷式的EK34型。針對輕型車的廢氣處理方式,1971年式的速霸陸R-2氣冷式EK33型引擎額外裝設屏蔽式曲軸箱通氣管及怠速限制器。當時原理上氮氧化物的產生量不多,原則上不可能發生未燃燒的油氣(吹漏氣)排往曲軸箱英语Crankcase外的情況(因為通氣管的概念並不存在),因此原廠將這一點當成二衝程循環引擎的優點並大力宣傳。R-2的後繼車種速霸陸Rex所搭載的EK34型恰好也納入昭和48年汽車廢氣排放標準的範圍,於是除了前述的裝置以外,原廠另外調整點火時間、微調分離供油裝置的油泵、以溫水預熱節氣門的化油器加熱器、「速霸陸ISV」((日語)アイドリング・サイレンス・バルブ,(英文)idling silence valve)閥門[3]等以克服困難,但是以二衝程循環的先天條件難以通過昭和50年汽車廢氣排放標準。

昭和51年汽車廢氣排放標準對於二衝程的輕型車設定了暫定標準值,所以速霸陸和其他對手如鈴木大發一樣暫時保留二衝程引擎,並開發新的廢氣排放技術以便符合規定。事實上,當時速霸陸為了讓二衝程引擎通過馬斯基法案,曾經嘗試安裝機械式燃料噴射裝置及後段燃燒廢氣的手段,但是依照當時的技術不管以哪種方式,始終無法克服排氣溫度異常上升的難關,最終還是像三菱馬自達一樣選擇朝向四衝程循環的道路發展。EK族引擎轉向四衝程的作法是重新設計EK3x族,機油泵使用EA族引擎的次擺線油泵((日語)トロコイド型ポンプ),汽門機構則比EA族更早一步採用同步帶SOHC。至於直列二缸四衝程引擎特有的振動問題,則依據著名工程師弗雷德里克·蘭徹斯特英语Frederick W. Lanchester提出將兩根平衡軸英语Balance shaft的位置上下交錯以便消除引擎的振動而解決[4],於是排氣量360c.c.、四衝程的EK2x族引擎從1973年10月小改款的Rex開始使用。這段期間SEEC-B的概念應用於輕型車產品上,採取「舌簧閥二次空氣導入裝置」加上「氧化觸媒」的方式,冠以「SEEC-K」之名稱刊登於汽車目錄上。

SEEC-T系統的出現

SEEC-T本來是SEEC-B/C的第二方案,以抑制燃燒室溫度來降低氮氧化物的排放,目標是適當維持稀薄燃燒及排氣溫度來抑制一氧化碳碳氫化合物,特徵是舌簧閥二次空氣導入裝置的基礎技術加上EGR排氣再循環裝置。EA族引擎屬於大缸徑短衝程型引擎(oversquare engine),其特性是汽門重疊日语バルブオーバーラップ較大。於是原廠工程師延長進氣歧管英语Inlet manifold、將兩個排氣埠以Y字形匯成一個、進排氣埠插入襯套以減低溫度、排氣歧管英语Exhaust manifold周邊零件加上雙重外殼以適當維持排氣溫度在700℃至750℃之間,藉由這些手法實現了無觸媒、無氣泵等輔助。在北美洲寒冷地帶的測試中,由於進氣預熱不足導致化油器結霜,所以用加熱器預先加熱排氣管的進氣、曲軸箱通氣管由屏蔽式改成強制通風閥(俗稱PCV閥)等手段來處理。

1974年7月24日本屬次要計劃的SEEC-T系統,通過了美國國家環境保護局的1975年汽車廢氣排放正式認定測試[5],同時因為美國當據暫時擱置適用馬斯基法案75年及76年的法定標準值,所以該系統升格為主要對應計劃,SEEC-B/C系統反而降成次要計劃。之後小幅度調校引擎的結果顯示,即便使用SEEC-T系統也能完全符合馬斯基法案的規定,於是1975年1月13日富士重工業正式在國內發布新聞稿,表示8月份起將使用搭載SEEC-T系統的EA族引擎,成為首輛符合昭和51年汽車廢氣排放標準的輕型車。

轉向三元催化劑

1978年昭和53年汽車廢氣排放標準生效,該法規號稱當時全球最嚴苛,比73年馬斯基法案的標準值還要低8%,原廠對應的手法僅有在SEEC-T之外追加EGR排氣再循環、進氣溫度自動調整裝置等。但是以北美市場為重心的富士重工業面對逐年嚴格的法定標準值,以及改良引擎之際容易陷入排氣淨化與油耗表現的折衷關係,再加上美國開始實施企業平均燃油經濟性標準英语Corporate average fuel economy(Corporate Average Fuel Economy Standards,俗稱「CAFE」),因此SEEC-T系統的設計變得難以應付各國的法定標準值。

1979年(昭和54年)日本制定通稱「節能法」的《能源的使用合理化等相關法律日语エネルギーの使用の合理化等に関する法律》,規定車重750kg-1000kg之間的汽車油耗基準為13km/L,同時刪除了車廠定期交換觸媒的義務,於是日本車廠中第一個決定採用整裝三元催化劑的是富士重工業。一開始並沒有使用可控制空燃比反饋的氧氣感測器,不過油耗表現也比SEEC-T系統多出2km/L,勉強達成CAFE的標準值。1981年(昭和56年)富士重工業在EA81型引擎上導入類比型ECU的電子控制式化油器(ECC),成本比空燃比反饋控制還要低。雖然電子燃油噴射控制系統(EFI/EGI)從1974年開始測試,但其成本比較貴,況且即便ECU故障ECC仍可運作,這種冗餘功能獲得原廠內部的高度評價。1982年切換成數位型ECU之後,該公司長期使用在自然進氣引擎上。於是隨著第二代(1981年-1986年)|第二代Rex後置後驅改成前置前驅的佈局方式,也順道轉成二軸式平衡軸英语Balance shaft及三元催化劑,SEEC-T系統也就此畫下句點。

參考資料

  1. ^ 參考(日語)Bleed
  2. ^ 參看(日語)山岸曦一:排出ガス対策を中心にしたスバルエンジンの開発页面存档备份,存于互联网档案馆),第83頁。
  3. ^ 原本該閥門的目的是降低約10分貝的怠速噪音,但是對R-2 GSS、Rex GSR等運動版車型而言也榨出37ps的最大馬力。
  4. ^ 然而屬於後置引擎的EK族若要比照三菱的靜默軸,在佈局上實在有很大的困難,於是妥協之後只使用一根平衡軸。
  5. ^ 參看(日語)SUBARU REX SEEC-T页面存档备份,存于互联网档案馆)。

內部連結

外部連結