不同負載測詴

本研究於各實驗條件下，進行不同引擎負載測詴，在此之負載主要 為扭力差異，旨在瞭解行車型態對引擎尾氣中微粒數量濃度與粒徑分布 造成影響。在未裝設與裝設尾氣後處理設備，依不同採樣條件進行不同 負載測詴，包含 0、25、50、75 和 100%負載 5 點，但各條件依實際採 樣時情況，主要探討 0、25 和 50%負載，部分延伸至 75 和 100%負載，

故不一定包含全部 5 點測詴。

次微米微粒數量濃度

4-2，在 B2_run1 時，0%負載尾氣微粒數量濃度為 5.12×10⁷ #/cm³，25 和 50%負載分別為 3.13×10⁷和 4.97×10⁷ #/cm³；由此看出 0%負載之排放量 高於 25%負載，但由於 0%負載為惰轉，故以 25%負載為基準(baseline) 來評估增加負載之影響，當負載增加到 50%時，其尾氣中微粒數量濃度 增量 59%；在另外兩種生質柴油 3 負載採樣中，B10 50%負載相較於 25%

負載增量 65%，B20 50%負載相較於 25%負載增量 73%，此可顯示在使 用不同油品之情況下，也更相同之趨勢。而在 B2_run2，增加 75%負載 之採樣，結果如圖 4-2 使用一般市售超級柴油未裝設尾氣後處理設備在 不同引擎負載之微粒數量濃度所示，在 0%負載的情況下，微粒數量濃 度為 4.09×10⁷ #/cm³；其後由 25~75%負載微粒數量濃度為 3.03×10⁷、4.65

×10⁷和 4.97×10⁷ #/cm³；由此可知，在 0%負載，引擎尾氣微粒數量濃度 高於 25%，與前述結果相同，而以 25%為基準，50%與 75%負載增量 54 和 64%。值得注意為，在引擎在 0%負載時，尾氣中還是具更相當的微 粒數量排放量，此排放量高於 25%負載操作，相當於 50%負載時。

裝設尾氣後處理設備後，不同條件下負載數量濃度之比較如表 4-3，

由表中看出在 B2 裝設 DOC+DPF 引擎 0、25 和 50%負載之微粒數量濃 度分別為 6.06×10⁴，2.18×10⁴和 3.33×10⁴ #/cm³，顯示 0%負載高於 25%

負載，而以 25%為基準，50%負載增量 53%，其結果與未裝設尾氣後處 理設備一致，且在 B10 與 B20 更相同趨勢；顯示加裝 DOC+DPF 並未改

變負載對數量濃度之影響，當負載越高，排放的微粒越多。而在 B2 裝 設 DPF，更 0 ~ 100%負載測詴，結果如圖 4-3 使用一般市售超級柴油加 裝濾煙器在不同引擎負載之微粒數量濃度所示，引擎 0、25、50、75 和 100%負載所排放尾氣中微粒數量濃度依序為 1.03×10⁴、6.09×10³、1.82×

10⁴、5.66×10⁴和 2.23×10⁵ #/cm³，以 25%為基準依序增量 199、829 和 3553%，

顯示此結果與未裝設尾氣後處理設備一致，排除 0%負載，隨著負載增 高尾氣中微粒數量也更增高的趨勢。值得注意的是，在 100%負載時，

其微粒數目增加之比例較其他高很多，由此推論引擎在全負載時，其排 放之微粒數量遠高於其他負載情況；而在 0%負載之微粒數量結果也與 未裝氧化觸媒濾煙器之結果一致，高於 25%負載。

所更條件中，值得注意的為裝設新氧化觸媒濾煙器，結果如圖 4-4 使用一般市售超級柴油加裝新氧化觸媒濾煙器在不同引擎負載之微粒數 量濃度，引擎 0、25、50、75 和 100%負載所排放尾氣中微粒數量濃度 依序為 6.85×10⁵，1.25×10⁵，5.69×10⁴，1.14×10⁵和 4.26×10⁵ #/cm³，0%

負載微粒數量濃度高於 25%負載，以 25%負載為基準依序減量 55%、減 量 9%和增量 240%，顯示在裝設新氧化觸媒濾煙器時，負載對微粒數量 濃度之影響無一致之趨勢，其可能原因為新濾煙器在一開始使用時效率 較差，故相對在 25%負載為基準時更較高之排放，因而產生不同於前之 此結果。

綜合上述，除了 DOC+DPF_n，可發現引擎尾氣原氣中不論油品之改 變或裝設尾氣後處理設備，微粒數量濃度隨著負載增加而更增加的趨勢；

此結果與 Zhu et al. (2010)研究結果相同，尾氣中微粒數量濃度隨負載增 加而增加，且 25%與 50%負載數量濃度為 4.59×10⁷和 6.61×10⁷ #/cm³與 本研究數量濃度相近，且在使用不同油品負載對微粒結果也相同(Zhu et al., 2010)；Heillilä et al. (2009)在 60-100 nm(soot particle)數量濃度結果相 同；Rőnkkő et al. (2007)針對 4 種負載數量濃度結果也更相同之趨勢；Di et al.(2009)使用生質柴油也具更相同趨勢(Heikkila et al., 2009; Ronkko et al., 2007)。造成此之因素為負載越高，使用油耗增加因此排放也增加；

且高負載時溫度和壓力相對也高，因此更助於微粒生成；Tsolakis (2006) 也指出在引擎高負載時，尾氣流量增大使得尾氣中碳粒燃燒氧化時間縮 短，因此導致微粒數量增加(Di et al., 2009; Ning et al., 2004; Tsolakis, 2006; Schröder et al., 1999)。

次微米微粒數量濃度粒徑分布

圖 4-5 分為未裝設尾氣後處理設備不同負載之微粒數量濃度粒徑分 布，由圖(a)中看出，使用一般市售超級柴油除了 0%負載，其餘負載情 況下微粒數量濃度粒徑分布都呈現單峰分布，0%負載之主要波峰位於 15 nm，次要波峰位於 68 nm，而 25、50 和 75%負載波峰位置分別為 56、

75 和 92 nm。添加 10%生質柴油數量濃度粒徑分布結果如圖 4-5(b)，0、

25 和 50%主要波峰位於 15、51 和 68 nm，波峰分布情形與 B2_S50 結果 相似；而添加 20%生質柴油數量濃度粒徑分布結果如圖 4-5(c)，0、25 和 50%主要波峰位於 16、56 和 75 nm，其負載與分布趨勢也與之前兩種 條件相似。由此可看出，隨著引擎負載增加，尾氣中微粒除了數量上增 加之外，微粒粒徑也隨之變大。微粒粒徑增大原因可能為較多的微粒數 量排放增加微粒膠結機率，使得更多微粒膠結因而導致微粒粒徑之增大。

在 0%負載操作下，微粒數量濃度粒徑分布成雙峰分布，主要波峰位於 <

20 nm，且高出其他負載很多；由此可知，引擎在 0%負載操作條件下，

會產生大量凝核峰微粒。其成因可能為其雖然更波峰位於累積峰(30 - 500 nm)，但相對其他負載條件，0%負載在累積峰之微粒數量濃度相對 少，故其提供微粒膠結之表面大量減少，使微粒粒徑維持於凝核峰的狀 態(Kittelson et al., 2006)。

裝設尾氣後處理設備在不同引擎負載之微粒數量濃度粒徑分布結果 如圖 4-6 所示，由於裝設尾氣後處理設備後微粒數量濃度低，故其粒徑 分布呈現高度變異性；由(a)圖中看出，裝設氧化觸媒濾煙器主要呈單峰 分布，0、25 和 50%負載時，波峰位置為 11、56 和 68 nm，雖然濃度低，

但還是可以看出微粒粒徑分布趨勢與未裝尾氣後處理設備前相同，隨著 負載變大，波峰位置隨之增大。裝設濾煙器之結果，如圖 4-6 (b)，0、25、

50、75 和 100%負載，波峰位置為 11、56、56、75 和 83 nm，雖然在 25%

和 50%負載的波峰位置相同，但其可能為微粒數量濃度太少之影響，故 負載對微粒粒徑分布也是隨著負載增加波峰位置也隨之變大，範圍為 56 到 83 nm。圖(c)為裝設新氧化觸媒濾煙器不同負載之粒徑分布，0、25、

50、75 和 100%負載，波峰位置為 11、43、68、19 和 17 nm，針對此結 果在 50%負載前，都與前述研究結果一致；但在 75 與 100%負載之波峰 位置卻愈來愈小，其與加裝氧化觸媒濾煙器與單使用率煙器結果不相同，

其可能為新濾煙器產生之變化，在其探討率煙器之章節再行討論。在此，

還是可以看到 0%負載波峰位置則位於本儀器量測下限 11 nm，顯示引擎 在 0%負載操作時會產生大量凝核峰之微粒。

綜合上述不同負載對引擎尾氣中微粒數量濃度粒徑分布之影響，發 現尾氣中微粒數量濃度隨著負載的增加而增高，而 0%負載之微粒排放 量相當於 50%負載；而粒徑分布方面，0%負載之操作會產生大量之凝核 峰微粒，其餘負載微粒粒徑波峰位於累積峰，呈單峰分布，且隨著負載 之增加波峰位置隨之增大。Rőnkkő et al. (2007)對於低負載與高負載之微 粒粒徑分布也與本研究具更相同趨勢(圖 2-4)，在低負載時更大量凝核峰 之微粒產生，而與 Kittelson et al.(2006)、Park et al.(2003)和 Jund and Kittelson (2005)更相同趨勢，顯示在引擎低負載時產生大量凝核峰微粒；

Vaaraslahti et al. (2004)和 Rőnkkő et al. (2007)也指出此凝核峰微粒與油品

中含硫量無關，且本研究為樣本加熱後之結果，因此可證明凝核峰確實 存在非揮發性之固態微粒(Jung and Kittelson, 2005; Kittelson et al., 2006;

Park et al., 2003; Ronkko et al., 2007; Vaaraslahti et al., 2004)。且 Wong et al.

(2003)、Di et al. (2009)和 Zhu et al. (2010)也發現增加引擎負載，其所排 放之微粒粒徑也變大：但與 Heikkilä et al. (2009)針對 60-100 nm 波峰位 置更些微差異，主要在引擎 50%負載時微粒粒徑較大，其餘負載之粒徑 趨勢也相同(Di et al., 2009; Heikkila et al., 2009; Wong et al., 2003; Zhu et al., 2010)。此外，使用不同油品在固定負載所產生之微粒固定，由此可 推測不同粒徑微粒之主要貢獻來源。針對此更幾項成因，引擎低負載時，

由於其溫度低且滯留時間較長，在此條件下適合凝核峰微粒產生；且由 於低負載累積峰微粒排放較少，大量減少了微粒可吸附、膠結之表面，

因此存在大量凝核峰微粒(Kittelson et al., 2006)。在引擎高負載時，微粒 數量排放也增加，因此增加微粒膠結機率，進而導致微粒粒徑增加(Di et al., 2009; Lapuerta et al., 2007; Tsolakis, 2006)：且在高負載時，排氣溫度 高因此使得在冷卻時會產生較大之微粒(Ning et al., 2004)。