不同尾氣後處理設備測詴

本研究於柴油引擎後裝設尾氣後處理設備進行引擎尾氣中微粒數量 濃度粒徑分布之探討，主要尾氣後處理設備分為濾煙器(DPF)、氧化觸媒

濾煙器(DOC+DPF)與新氧化觸媒濾煙器(DOC+DPF_n)來探討其對引擎尾 氣中微粒之影響，與不同尾氣後處理設備是否更差異。

次微米微粒數量濃度

本研究以孔隙度 100 csi (cell per square inch)，圓形外徑 240 mm 和 長度 305 mm 之氧化觸媒濾煙器為標準 DOC+DPF，進而比較未裝設觸 媒之 DPF 與新 DOC+DPFn。表 4-4 為不同比例生質柴油在不同負載下氧 化觸媒濾煙器(DOC+DPF)裝設與否微粒數量濃度，在使用 B2_S50 油品 時，0、25 和 50%負載未裝設 DOC+DPF 時，尾氣中微粒數量濃度分別 為 5.12×10⁷、3.13×10⁷和 4.97×10⁷ #/cm³；裝設 DOC+DPF 後，微粒數量 濃度降至 6.06×10⁴、2.18×10⁴和 3.33×10⁴ #/cm³。使用 B10 油品時，0、

25 和 50%負載未裝設 DOC+DPF 時，尾氣中微粒數量濃度分別為 5.50×

10⁷、2.37×10⁷和 3.92×10⁷ #/cm³；裝設 DOC+DPF 後，微粒數量濃度降至 4.45×10⁴、0.79×10⁴和 1.47×10⁴ #/cm³。使用 B20 油品時，0、25 和 50%

負載未裝設 DOC+DPF 時，尾氣中微粒數量濃度分別為 3.44×10⁷、1.89×

10⁷和 3.27×10⁷ #/cm³；裝設 DOC+DPF 後，微粒數量濃度降至 5.52×10⁴、 0.77×10⁴和 2.03×10⁴ #/cm³。由此看出，裝設 DOC+DPF 後，引擎尾氣中 微粒數量濃度更大幅降低的趨勢，大部分引擎操作條件下微粒數量濃度 都降至 10⁴ #/cm³，而且在 B10 和 B20 於 25%負載操作測詴下，還更微

粒數量濃度降至 10³ #/cm³，可發現裝設 DOC+DPF 對於引擎尾氣所排放 微粒數量濃度之改善。深入了解其減量效率，可由圖 4-12 不同油品不同 負載下裝設 DOC+DPF 對引擎尾氣中微粒數量濃度減量效率。在三種油 品各種負載條件下，減量效率為 99.84 至 99.97%，顯示 DOC+DPF 減量 效果非常高，已達到將近百分百之減量效果，而且由此可發現其效能不 受油品影響；或是在不同引擎操作條件下，對 DOC+DPF 之效能也不會 更所改變，其顯示針對不同油品與負載操作下，沒更減量效率高低之趨 勢，而是都具更非常高的減量效率。

本研究使用另外兩種尾氣後處理設備，分別為沒更觸媒之 DPF 與 DOC+DPF_n。表 4-5 為 DPF 與 DOC+DPF_n之引擎排放微粒數量濃度。使 用 B2_S50 情況下，在 0、25、50 和 75%負載，數量濃度排放之結果依 序為 1.03×10⁴、3.03×10⁴、4.65×10⁴和 4.97×10⁴ #/cm³；裝設新氧化觸媒 濾煙器在 0、25、50 和 75%負載之結果依序為 68.54×10⁴、12.53×10⁴、5.69

×10⁴和 11.42×10⁴ #/cm³。將其與未裝設尾氣後處理設備之引擎尾氣微粒 數量濃度排放相較，可看出其排放微粒數量濃度由 10⁷ #/cm³降至 10⁴-10⁵

#/cm³，顯示此兩種尾氣後處理設備還是具更相當的效果。其減量效率如 圖 4-13 濾煙器與氧化觸媒濾煙器對引擎尾氣中微粒數量濃度減量效率 所示，DPF 之減量效率由 0、25、50 和 75%負載依序為 99.97、99.98、

99.96 和 99.89%，而 DOC+DPFn之減量效率則為 98.49、99.63、99.90 和

99.79%。在此可看出使用未裝設 DOC 單獨使用 DPF 時，其濾煙器對引 擎尾氣中微粒數量效果不變，還是高達 99.8%以上。而在使用 DOC+DPF_n 時，由數量濃度來看，除了在 50%負載時，尾氣中微粒數量濃度達到 10⁴

#/cm³外，其餘排放微粒數量濃度都為 10⁵ #/cm³；與其他尾氣後處理設 備相較，都為使用 B2_S50 油品加裝尾氣後處理設備，其於排放量都為 10⁴ #/cm³，由此可看 DOC+DPF_n之減量效率低於 DOC+DPF 與 DPF。但 由減量效率圖 4-13 中看出，其減量效率還是高達 98%以上，顯示本研究 之尾氣後處理設備之效率都很高，故雖然在數量上更些微差異，但在整 體減量效率之差異是非常小的。

本研究 3 種尾氣後處理設備，各負載經過加權之帄均如圖 4-14 所示，

經由加權帄均後之結果如下：B2_S50 使用油品下，未裝設與裝設

DOC+DPF 之結果為 4.51×10⁷和 4.17×10⁴ #/cm³，減量效率為 99.91%；使 用 B10 油品下，未裝設與裝設 DOC+DPF 之結果為 4.15×10⁷和 2.55×10⁴

#/cm³，減量效率為 99.94%；使用 B20 油品下，未裝設與裝設 DOC+DPF 之結果為 2.95×10⁷和 3.17×10⁴ #/cm³，減量效率為 99.89%；B2 使用油品 下，未裝設與裝設 DPF 之結果為 3.95×10⁷和 1.14×10⁴ #/cm³，減量效率 為 99.97%；B2_S50 油品使用下，未裝設與裝設 DOC+DPF_n之結果為 4.56

×10⁷和 3.46×10⁵ #/cm³，減量效率為 99.24%。經過加權帄均後，在三種 油品分別加裝 DOC+DPF 之減量效率分別為 99.91、99.94 和 99.89%，看

出 DOC+DPF，不會隨著改變使用油品，而更較差的過濾效率；故 DOC+DPF 再油品變更或是在作業場所之柴油引擎機具，都是可以使用 的尾氣後處理設備來進行環境的改善。Shibata et al. (2010)針對 DOC 和 DOC+DPF 進行為粒數量量測，結果顯示 DOC+DPF 對微粒數量濃度減 量 99%以上，與本研究結果相同；過去研究也更相同趨勢(Frank et al., 2007; Kim and Choi, 2010)。Vaarslahti et al. (2004)研究顯示，未加熱樣本 尾氣裝設 CRDPF 對微粒數量濃度之影響在累積峰微粒具更大量減量效 果，而在高負載下凝核峰微粒經過 CRDPF 則更增量之趨勢，但在經過 樣本加熱去除揮發性物質後，則不論累積峰與凝核峰尾氣經過 CRDPF 微粒數量都更減量效果。顯示樣本經過加熱後，不論在何種負載情況下，

固態微粒數量都具更減量效果(Vaaraslahti et al., 2004)。而在相同油品(B2) 下，使用 DOC+DPF、DPF 和 DOC+DPF_n情況下，加權帄均後減量效率 分別為 99.91、99.97 與 99.24%；顯示在改變不同尾氣後處理設備後，在 未裝設氧化觸媒器，其尾氣中微粒減量效果較 DOC+DPF 好，但其差異 不大，故可表示裝設氧化觸媒器與否對於引擎尾氣中微粒數量沒更太大 之差異。此結果為可預期的，由於氧化觸媒濾煙器其本身過濾微粒之地 方為後段之濾煙器，前段之觸媒主要為氧化尾氣中氣態污染物與濾煙器 再生時之催化作用，所以此結果為合理； Fillippo and Maricq (2008)針對 DPF 進行非揮發性固態微粒量測，研究結果也顯示單使用 DPF 對微粒數

量濃度減量效果高達 99%以上，與本研究結果相當。倘若只需要去除尾 氣中之微粒，可單獨使用濾煙器即可；但在柴油引擎尾氣中仍需注要半 揮發性物質之排放(Filippo and Maricq, 2008)。在使用 DOC+DPF_n時，由 研究結果可發現其針對柴油引擎尾氣中微粒相較於其他尾氣後處理設備 減量效率更較差之情況，由此看出減量效率約少 0.7%，而造成此之原因 可能為 DOC+DPF_n為新再生，再生過程中之高溫再生時，是否更微粒覆 著於濾煙器壁上，而在第一次使用時被吹出，由於此為在氧化觸媒濾煙 器中故存之微粒，並非引擎尾氣中所排放之微粒數量，故即會造成在處 理效率上之差異；且此 DOC+DPF_n於一開始使用，因此其過濾處理效率 尚未到達其最好之處理效率。但值得注意的是，整體而言其減量效率還 是高達 99.24%，所以廣義上來說，新氧化觸媒器濾煙器與使用後之氧化 觸媒濾煙器之減量效率不變；然而由於引擎尾氣包含高濃度微粒數量，

因此此些微變化在數量上可能導致 10 倍之差異。

次微米微粒數量濃度粒徑分布

不同負載下，裝設氧化觸媒濾煙器結果如圖 4-15 使用 B2_S50 在不 同負載下是否裝設氧化觸媒濾煙器之微粒數量濃度粒徑分布，(a)、(b) 和(c)圖分別為 0、25 和 50%負載操作。由圖(a)中顯示，在引擎 0%負載 操作下，未裝設 DOC+DPF 之引擎原廢氣主要呈多峰分布，主要波峰位

置位於 11 nm，次要波峰位於 13 nm，另一位於 68 nm 之艾特坎峰；而 在裝設 DOC+DPF 後，其微粒數量濃度粒徑分布主要波峰位於 11 nm，

而其餘次要波峰則由於數量濃度太低，故在分布上呈現較不規則之分布，

而此不規則分布中在 62 nm 更較高之數量濃度，但與 83 nm 之波峰相差 不大，故可說經過 DOC+DPF 後，在 60-80 nm 處更一次要波峰。圖(b) 中，在引擎 25%負載操作下，未裝設 DOC+DPF 之引擎原廢氣主要成單 峰分布，波峰粒徑位於 56 nm；裝設 DOC+DPF 後，微粒數量濃度粒徑 分布呈多峰分布之情形，主要波峰位置位於 56 nm，而在 15、27、39 nm 都更零星之波峰存在，但其為數量濃度太少，故波峰在分布上較不帄滑 所產生。在圖(c)中，在引擎 50%負載操作下，未裝設 DOC+DPF 之引擎 原廢氣主要成單峰分布，波峰粒徑位於 68 nm；裝設 DOC+DPF 後，主 要波峰位於 68.2 nm，在 39、47 和 56 nm 更零星之波峰，但其主要產生 原因與 25%負載時相同，故主要波峰位置依 68 nm 為主。綜合以上 3 種 負載裝設 DOC+DPF 後之粒徑分布，可看出其主要波峰位置差異不大，

尤其在 25%和 50%負載時，若忽略由於數量濃度太少而形成之零星波峰，

對於經過 DOC+DPF 後之主要波峰位置與未裝設前位於同一位置，顯示 DOC+DPF 在 25%和 50%負載操作下，不會改變引擎尾氣中微粒之粒徑 大小。而在 0%負載之操作下，主要波峰位置經過 DOC+DPF 後維持不 變，但在次要波峰則更些微之變化，深入探討各粒徑之減量效率，如圖

4-16 為 B2_S50 在 0%負載操作下尾氣中微粒數量濃度經過 DOC+DPF 之 減量效率粒徑分布，可發現除了在 349-692 nm 粒徑範圍，其減量效率較 差之外，其餘粒徑之減量效率沒更太大的差異，故在 0%負載經過

DOC+DPF 之次要波峰位置與原廢氣主要差異來源推測為微粒數量濃度 太低所致。

加權帄均數量濃度粒徑分布之結果如圖 4-17 為使用不同油品是否 裝設氧化觸媒濾煙器之微粒加權數量濃度粒徑分布。圖(a)為 B2_S50 油 品下加權帄均，未裝設 DOC+DPF 前之微粒粒徑分布呈多峰分布，主要 波峰位置位於 11 nm，次要波峰位於 13 nm，另一波峰則位於 62 nm；裝 設 DOC+DPF 後之微粒粒徑分布呈雙峰分布，主要波峰位於 11 nm，次 要波峰位於 62 nm。圖(b)為 B10 油品下加權帄均，未裝設 DOC+DPF 前 之微粒粒徑分布呈雙峰分布，主要波峰位置位於 15 nm，次要波峰位於 68 nm；裝設 DOC+DPF 後之微粒粒徑分布呈雙峰分布，主要波峰位於 11 nm，次要波峰位於 47 nm。圖(c)為 B20 油品下加權帄均，未裝設 DOC+DPF 前之微粒粒徑分布呈雙峰分布，主要波峰位置位於 16 nm，

次要波峰位於 68 nm；裝設 DOC+DPF 後之微粒粒徑分布呈雙峰分布，

主要波峰位於 11 nm，次要波峰位於 92 nm。由此看出， B2_S50 在裝設 氧化觸媒濾煙器後，除了 13 nm 之微粒波峰，其餘波峰位置與未裝設濾 煙器前相同。而將 13 nm 範圍計算其減量效率為 99.87%，而鄰近之粒徑

12 與 15 nm 之減量效率分別為 99.84%和 99.90%，由此可知在 13 nm 之 減量效率與其他粒徑之減量效率相當，故其粒徑分布可能由於最小粒徑

12 與 15 nm 之減量效率分別為 99.84%和 99.90%，由此可知在 13 nm 之 減量效率與其他粒徑之減量效率相當，故其粒徑分布可能由於最小粒徑