引擎尾氣採樣稀釋系統

微粒採樣受到溫度、流量與稀釋比等諸多因素影響，故頇使用可控 制環境與稀釋之系統進行量測。本研究主要使用之採樣稀釋系統為旋轉 盤熱稀釋系統及定容積採樣系統兩種，兩採樣系統主要差異為旋轉盤熱 稀釋系統進行樣本加熱，量測非揮發性微粒；定容積採樣系統未加熱樣 本，因此量測為半揮發性氣態與固態微粒。兩採樣系統將於以下進行介 紹。

3.4.1 旋轉盤熱稀釋系統

本研究使用二期標準 Hino (Engine 1)之重型柴油引擎乙部進行測詴 時，直接於引擎尾氣進行微粒量測，如圖 3-6 所示。引擎尾氣中直接連 接旋轉盤熱稀釋系統(rotating disk thermodiluter)進行尾氣污染物濃度稀 釋後；由於直接於引擎尾氣中進行採樣，引擎所排放之尾器流量遠大於 稀釋系統所需之流量，且流速快，因此產生極大之正壓，故於引擎尾氣 接稀釋系統管線間，裝設一球閥以確保通過進入採樣系統與儀器設備之 引擎尾氣流量在控制範圍。經由稀釋後進入控制樣本溫度器控制溫度後，

送往採樣儀器(SMPS+C)進行微粒採樣。由於旋轉盤熱稀釋系統需要採樣 儀器採氣流量約 1.5 lpm，而本研究儀器提供 0.3 lpm 流量，故於連接控 溫器與 SMPS+C 間之管線，裝設 T 型轉接頭，另一端連接採樣泵(pump)

使其流量達到稀釋系統所需範圍。

旋轉盤熱稀釋系統為偵測微粒濃度於特定條件下之採樣儀器，如圖 3-7 儀器實際圖所示。主要由旋轉盤稀釋器(rotating disk diluter)與後端連 接溫控器組成，藉由旋轉盤稀釋器將欲採樣樣本稀釋至採樣儀器可量測 範圍後進行採樣。旋轉盤熱稀釋器稀釋原理如圖 3-8 所示，主要藉由原 採樣氣體與稀釋氣體兩道分開之氣體管線，由旋轉盤上之樣本盤

(cavaties)攜帶少量氣體，經由旋轉將攜帶樣本與經過濾材(filter)後乾淨之 氣體稀釋混合後，送至後端樣本加熱器；此旋轉盤稀釋可將樣本與稀釋 氣體於稀釋時控制溫度，可設定為不控制、80、120 與 150 ^oC 以避免樣 本與稀釋氣體結合時冷凝影響微粒數量之量測。儀器搭配 2 個旋轉盤，

分為 8 盤稀釋範圍為 1:150 to 1:3000 與 10 盤稀釋範圍為 1:15 to 1:150，

本研究使用 10 盤(如圖 3-9)之旋轉盤且將稀釋氣體溫度設定為 80 ^oC。樣 本經由加熱稀釋後，進入溫度控制器，其可將溫度加熱至 400 ^oC 進行量 測，本研究主要將樣本加熱至 300 ^oC，去除揮發性物質進行固態微粒量 測，且此為聯合國-歐盟(UN-ECE PMP)最新數量濃度量測採樣方法之標 準規定。重型柴油引擎室實際採樣圖如 3-10 所示。

於旋轉盤熱稀釋系統下，各採樣條件之稀釋比例如表 3-9 所示，稀 釋比範圍為 15-300 倍，此調整原則為在未裝設尾氣後處理設備之重型 柴油引擎原尾氣，由於尾氣中污染物濃度較高，故使用高稀釋倍數進行

尾氣稀釋，約為 250-300 倍；而在裝設尾氣後處理設備後，由於尾氣中 污染物濃度較低，故使用低稀釋倍數，約為 15 倍。

3.4.2 定容積稀釋系統

本研究選用三期標準 Cummins (Engine 2)之重型柴油引擎乙部進行 測詴時，尾氣取樣設備主要是藉由定容積稀釋(constant volume sampling) 系統，定容積稀釋系統是一個量測引擎排放之氣態及粒狀污染物，如圖 3-11 所示。其原理為將欲採樣之氣體與乾淨空氣進行稀釋後，再用採樣 袋收集部分氣體後，其餘則被排出取樣器後，由臨界流量文氏管(critical flow venturi, CFV)來計算流量。臨界流文氏管是以流體力學中關於臨界 流動的原理為基礎，當氣流以音速流動時，可以保證流過的氣流恆定流 量，其值與噴管前的絕對壓力和溫度更關，根據稀釋排氣要求設計的臨 界流量文氏管，可以達到規定值的恆定設計流量。本研究中引擎排氣及 稀釋空氣混合後之總容積固定，且連續式採樣蒐集並分析，而污染物質 量乃根據取樣氣體濃度或粒狀污染物採樣濾紙重量差異，及測詴期間採 樣系統總流量決定之。採用二階稀釋系統，能分別控制稀釋空氣流率在 4250、3000、2000、1000 cfm，主稀釋道(1st)內徑為 14 英吋，氣態污染 物在主稀釋道中取樣，採樣溫度低於 191 °C；二次稀釋道內徑為 4 英吋，

粒狀污染物於二次稀釋道(2nd)中取樣，採樣溫度低於 51.7 °C，採樣稀

釋倍數範圍為 17-33 倍。柴油引擎廢氣排出後導入稀釋管，稀釋氣體以 Spencer 鼓風機(4600 scfm,127Hp, 3550 rpm)由外界空氣引進，再經濾清 器處理後導入稀釋道，整個尾氣稀釋系統。

針對本研究所使用之儀器，由於引擎廢氣所排放之數量濃度接近或 超過儀器可量測極限，故於第一稀釋道後外加稀釋道進行採樣，如圖 3-12 所示。將引擎廢氣從第一稀釋道採樣口接到外加稀釋腔中，再於稀釋腔 另一進氣口接上乾淨空氣使用流量計進行稀釋控制，使引擎廢氣於稀釋 腔中混合後再進入採樣儀器中，外加稀釋倍數約為 1-10 倍。

本研究引擎尾氣經過 CVS 與外加稀釋後，稀釋倍數如表 3-10 所示，

依照各採樣狀況進行調控，視其是否需要二次稀釋，整體二次稀釋後之 倍數範圍為 100-300 倍。