斯巴鲁废气抑制空气导入式燃烧控制系统Subaru Exhaust Emission Control-Thermal & Thermodynamic System)一般缩写SEEC-T,乃是日本富士重工业(斯巴鲁前身)为了因应昭和50年(1975年)以降的汽车废气排放标准,所开发出来的废气净化技术。

概要

和其他同业在此时期的作法一样,富士重工业在各车种之车尾贴有“SEEC-T”的贴纸或铭牌,甚至广告宣传时直接冠上SEEC-T之名,因此很容易和旧车款区隔。一般说来从1975年起采用此技术,而且“不使用触媒”的方法比其他同业还要早,翌年日本当局才将此项要求纳入法规。

发展过程

前身SEEC系统

1970年美国通过《空气净化法英语Clean Air Act (United States)》(俗称《马斯基法案》),为了向北美市场输出产品,富士重工业在斯巴鲁Leone斯巴鲁BRAT所搭载的EA63型EA71型引擎上加装SEEC系统,同时车尾贴著“SEEC”的字样。

此套系统肇始于1970年代前半期开始销往北美洲的斯巴鲁ff-1 Star,对该公司而言因为初次接触废气处理装置,为了万无一失而改良屏蔽式吹漏气还原装置[1]、怠速限制器等。同时期的美国车款主要搭载V型八汽缸引擎,经过摸索研究之后采用名为“空气喷射反应器”(air injection reactor)的气泵式二次空气导入装置,使用于1969年至1971年期间出口的车辆上[2]。后来,斯巴鲁技术团队逐渐熟悉该地的废气排放标准,从1972年至1974年间暂时舍弃气泵,改采在化油器装设自动阻风门,以及减速时减少碳氢化合物。只要由地区经销商调整点火时间便可以通过北美市场的法规,1974年式车款针对规定比较严格的加利福尼亚州,则以前述装置外加EGR排气再循环技术对应。

同一时期日规版从1970年式(昭和45年)的斯巴鲁ff-1 1300G起便以屏蔽式曲轴箱通气管、怠速限制器等因应当地的规定,翌年再增加设置活性碳罐(charcoal canister)。1973年为了因应昭和48年汽车废气排放标准,除前述装置之外,追加以温水预热节气门的化油器加热器、暖空气进气口(warm air intake)、可以抑制当节流阀急遽返回而增加碳氢化合物的缓冲器,以及由地区经销商安装负压提前点火器等。

1975年以降昭和50年汽车废气排放标准及“马斯基法案”规定必须将碳氢化合物比以前少于十分之一,东洋工业(马自达前身)的转子引擎使用“温控反应器”(thermal reactor)将废气中残余的碳氢化合物混合空气后再度燃烧,却因过热问题未能获得斯巴鲁之采纳。其他氧化、还原、三元等各种触媒在1973年时也存在着可靠性不足、成本过高等问题,因此有三种SEEC系统的研究开发同时并行着:

  • SEEC-B:因应1975年马斯基法案及昭和50年汽车废气排放标准,包含“以气泵或舌簧阀英语Reed valve二次空气导入装置”加上“氧化或还原触媒”的主体技术,加州版另追加EGR排气再循环技术。
  • SEEC-C:因应1976年马斯基法案及昭和51年汽车废气排放标准,包含“以气泵或舌簧阀英语Reed valve二次空气导入装置”加上“氧化触媒+还原触媒(双重催化剂)、EGR排气再循环技术”的主体技术。不过当时日本规定必须定期更换触媒,故原厂采取作业方便的颗粒状催化剂。
  • SEEC-T:然而催化剂必须使用大量的贵金属,在耐久性、价格、稳定供给等各方面十分不稳定,因此必须推进到不仰赖催化剂的SEEC-T系统。

针对轻型车的SEEC-K系统

自1958年斯巴鲁360问世以来,轻型车一向采用二冲程直列二缸引擎。从一开始强制气冷的EK31型、采用进气舌簧阀的EK33型,一直到汽缸本体改为水冷式的EK34型。针对轻型车的废气处理方式,1971年式的斯巴鲁R-2气冷式EK33型引擎额外装设屏蔽式曲轴箱通气管及怠速限制器。当时原理上氮氧化物的产生量不多,原则上不可能发生未燃烧的油气(吹漏气)排往曲轴箱英语Crankcase外的情况(因为通气管的概念并不存在),因此原厂将这一点当成二冲程循环引擎的优点并大力宣传。R-2的后继车种斯巴鲁Rex所搭载的EK34型恰好也纳入昭和48年汽车废气排放标准的范围,于是除了前述的装置以外,原厂另外调整点火时间、微调分离供油装置的油泵、以温水预热节气门的化油器加热器、“斯巴鲁ISV”((日语)アイドリング・サイレンス・バルブ,(英文)idling silence valve)阀门[3]等以克服困难,但是以二冲程循环的先天条件难以通过昭和50年汽车废气排放标准。

昭和51年汽车废气排放标准对于二冲程的轻型车设定了暂定标准值,所以斯巴鲁和其他对手如铃木大发一样暂时保留二冲程引擎,并开发新的废气排放技术以便符合规定。事实上,当时斯巴鲁为了让二冲程引擎通过马斯基法案,曾经尝试安装机械式燃料喷射装置及后段燃烧废气的手段,但是依照当时的技术不管以哪种方式,始终无法克服排气温度异常上升的难关,最终还是像三菱马自达一样选择朝向四冲程循环的道路发展。EK族引擎转向四冲程的作法是重新设计EK3x族,机油泵使用EA族引擎的次摆线油泵((日语)トロコイド型ポンプ),汽门机构则比EA族更早一步采用同步带SOHC。至于直列二缸四冲程引擎特有的振动问题,则依据著名工程师弗雷德里克·兰彻斯特英语Frederick W. Lanchester提出将两根平衡轴英语Balance shaft的位置上下交错以便消除引擎的振动而解决[4],于是排气量360c.c.、四冲程的EK2x族引擎从1973年10月小改款的Rex开始使用。这段期间SEEC-B的概念应用于轻型车产品上,采取“舌簧阀二次空气导入装置”加上“氧化触媒”的方式,冠以“SEEC-K”之名称刊登于汽车目录上。

SEEC-T系统的出现

SEEC-T本来是SEEC-B/C的第二方案,以抑制燃烧室温度来降低氮氧化物的排放,目标是适当维持稀薄燃烧及排气温度来抑制一氧化碳碳氢化合物,特征是舌簧阀二次空气导入装置的基础技术加上EGR排气再循环装置。EA族引擎属于大缸径短冲程型引擎(oversquare engine),其特性是汽门重叠日语バルブオーバーラップ较大。于是原厂工程师延长进气歧管英语Inlet manifold、将两个排气埠以Y字形汇成一个、进排气埠插入衬套以减低温度、排气歧管英语Exhaust manifold周边零件加上双重外壳以适当维持排气温度在700℃至750℃之间,借由这些手法实现了无触媒、无气泵等辅助。在北美洲寒冷地带的测试中,由于进气预热不足导致化油器结霜,所以用加热器预先加热排气管的进气、曲轴箱通气管由屏蔽式改成强制通风阀(俗称PCV阀)等手段来处理。

1974年7月24日本属次要计划的SEEC-T系统,通过了美国国家环境保护局的1975年汽车废气排放正式认定测试[5],同时因为美国当据暂时搁置适用马斯基法案75年及76年的法定标准值,所以该系统升格为主要对应计划,SEEC-B/C系统反而降成次要计划。之后小幅度调校引擎的结果显示,即便使用SEEC-T系统也能完全符合马斯基法案的规定,于是1975年1月13日富士重工业正式在国内发布新闻稿,表示8月份起将使用搭载SEEC-T系统的EA族引擎,成为首辆符合昭和51年汽车废气排放标准的轻型车。

转向三元催化剂

1978年昭和53年汽车废气排放标准生效,该法规号称当时全球最严苛,比73年马斯基法案的标准值还要低8%,原厂对应的手法仅有在SEEC-T之外追加EGR排气再循环、进气温度自动调整装置等。但是以北美市场为重心的富士重工业面对逐年严格的法定标准值,以及改良引擎之际容易陷入排气净化与油耗表现的折衷关系,再加上美国开始实施企业平均燃油经济性标准英语Corporate average fuel economy(Corporate Average Fuel Economy Standards,俗称“CAFE”),因此SEEC-T系统的设计变得难以应付各国的法定标准值。

1979年(昭和54年)日本制定通称“节能法”的《能源的使用合理化等相关法律日语エネルギーの使用の合理化等に関する法律》,规定车重750kg-1000kg之间的汽车油耗基准为13km/L,同时删除了车厂定期交换触媒的义务,于是日本车厂中第一个决定采用整装三元催化剂的是富士重工业。一开始并没有使用可控制空燃比反馈的氧气感测器,不过油耗表现也比SEEC-T系统多出2km/L,勉强达成CAFE的标准值。1981年(昭和56年)富士重工业在EA81型引擎上导入类比型ECU的电子控制式化油器(ECC),成本比空燃比反馈控制还要低。虽然电子燃油喷射控制系统(EFI/EGI)从1974年开始测试,但其成本比较贵,况且即便ECU故障ECC仍可运作,这种冗余功能获得原厂内部的高度评价。1982年切换成数位型ECU之后,该公司长期使用在自然进气引擎上。于是随着第二代(1981年-1986年)|第二代Rex后置后驱改成前置前驱的布局方式,也顺道转成二轴式平衡轴英语Balance shaft及三元催化剂,SEEC-T系统也就此画下句点。

参考资料

内部链接

外部链接

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