第四章 結果與討論
4.4 美國暫態循環測詴
4.4.3 美國暫態循環逐秒微粒數量排放係數
由圖 3-5 美國暫態循環測詴曲線中可看出，引擎每秒速度與扭力更 相當程度變化，為了解每秒之操作條件對尾氣中微粒之影響，本研究於 使用 B10 油品時單獨使用凝結合計數計(CPC)進行逐秒數量濃度之量測，
在此 CPC 之量測粒徑為總微粒(非 10-1000 nm)。美國暫態循環逐秒運轉 型態與使用 B10 生質柴油所排放之數量排放係數結果如圖 4-33，(a)與(b) 分別為美國暫態循環逐秒之速度(speed)與扭力(torque)百分比，(c)圖為使 用 B10 油品下逐秒總數量濃度排放係數，由圖中看出兩次運轉測詴結果
除了濃度上帄均更 1.8 倍差異外，兩次測詴隨著時間所排放之微粒數量 排放係數趨勢一致，其可表示採樣系統之穩定；再者，暫態循環 0-300 秒與 900-1200 秒之引擎操作條件相同，可看出微粒數量排放也具更相當 程度一致性，也代表數據之信度。圖中看出大概從 400 秒開始，更較多 微粒數量排放，而在 600 秒開始到 900 秒間，微粒數量達到最多。將其 對照 US FTP 運轉條件來看，發現在 400 秒時，為 LANF 之經常性走走 停停行車時，帄均微粒排放達 8.26×1014 #/bhp-hr；而在 600-900 秒時，
LAFY 高轉速與扭力行駛條件下，帄均微粒排放達 2.06×1015 #/bhp-hr，
由此發現，高轉速與扭力行駛下會更大量微粒數量產生。
進一步將逐秒數量排放係數與 US FTP 逐秒操作參數作 Pearson 相關 係數分析，結果如圖 4-34 美國暫態循環逐運轉型態與所排放之微粒數量 排放係數相關係數分布，由圖(a)中可發現速度與排放係數相關係數為 0.69，顯示數量排放係數與引擎轉速更高度相關。圖(b)為扭力與排放係 數關係數為 0.47，發現數量排放係數與扭力更中度相關。由此推測引擎 尾氣中微粒數量排放與速度和扭力更相關，但速度影響較多。將此兩變 項(速度與扭力)與數量排放係數取自然對數作迴歸，結果如表 4-7，方程 式如下：
log(y) = 0.011X1 + 0.001X2 + 14.17，R2 = 0.79；
其中，ｙ為引擎所排放之數量排放係數(#/bhp-hr)，X1為引擎速度百分比，
X2為引擎扭力百分比。將其以接近惰轉之操作條件(速度 30%、扭力 0%) 帶入方程式中，得到數量排放係數為 3.11×1014 #/bhp-hr。在此情況下，
增加 1 單位速度，排放係數即增加為 3.19×1014 #/bhp-hr；若在加入 1 單 位扭力，排放係數則增加為 3.20×1014 #/bhp-hr。由此也可看出速度對於 引擎尾氣中數量排放係數相對影響較大，與上訴相關性結果相呼應。另 外值得注意為，惰轉情況下，引擎即具更相當之排放，顯示引擎只要啟 動即具更一定量背景排放，因此政府目前推行惰速熄火對於污染物排放 上，更相當程度之改善。
表 4-1 樣本加熱與否對微粒數量濃度之影響 Load 0% 50%
heating(300 oC)
number concentration (107 #/cm3) X 9.42 6.53 V 4.09 5.72 RPD (%) 56.6 12.4
*RPD 以未加熱前為基準計算加熱後相對差異百分比
表 4-2 未裝設尾氣後處理設備在不同條件下負載數量濃度之比較
B2_run1 B10 B20 B2_run2
Engine
Number conc.
RPD
Number conc.
RPD
Number conc.
RPD
Number conc.
RPD Load (%) (107 #/cm3) % (107 #/cm3) % (107 #/cm3) % (107 #/cm3) %
0 5.12 64 5.50 132 3.44 82 4.09 35 25 3.13 baseline 2.37 baseline 1.89 baseline 3.03 baseline 50 4.97 59 3.92 65 3.27 73 4.65 53
75 - - - 4.97 64
表 4-3 裝設尾氣後處理設備在不同條件下負載數量濃度之比較
表 4-4 不同比例生質柴油在不同負載下氧化觸媒濾煙器裝設與否微粒數 量濃度
B2_S50 B10 B20
load raw exhaust w/DOC+DPF raw exhaust w/DOC+DPF raw exhaust w/DOC+DPF (%) (107 #/cm3) (104 #/cm3) (107 #/cm3) (104 #/cm3) (107 #/cm3) (104 #/cm3)
0 5.12 6.06 5.50 4.45 3.44 5.52 25 3.13 2.18 2.37 0.79 1.89 0.77 50 4.97 3.33 3.92 1.47 3.27 2.03
表 4-5 濾煙器與新氧化觸媒濾煙器之引擎排放微粒數量濃度
B2 B2
load raw exhaust w/DOC raw exhaust w/DOC+DPFn
(%) (107 #/cm3) (104 #/cm3) (107 #/cm3) (104 #/cm3) 0 4.09 1.03 4.55 68.54 25 3.03 0.61 3.41 12.53 50 4.65 1.82 5.72 5.69 75 4.97 5.66 5.51 11.42
表 4-6 穩態測詴下不同轉速之次微米微粒數量濃度與係數表(108 #/cm3)
idle Low Load Medium Load High Load
run
Number conc. Number conc. Number conc. Number conc.
n Mean RSD (%) n Mean RSD (%) n Mean RSD (%) n Mean RSD (%) 1 2 5.05 37 5 2.43 16 5 4.88 32 5 11.24 15 2 5 3.48 33 5 3.43 13 5 3.31 43 5 8.49 27 3 5 2.47 34 5 4.61 8 5 5.61 40 Mean 12 3.67 41 10 2.93 22 15 4.10 31 15 9.86 36 Mean* 11.65 0.61 1.48 2.67
*單位為 1015 #/bhp-hr
表 4-7 美國暫態循環測詴下五種測詴條件之次微米微粒數量排放係數與濃度總表(1013 #/bhp-hr)
*Arithmetic mean
**Weighted
mean:Cold:Hot=1:6
表4-8 引擎速度及扭力與數量排放係數迴歸
模式
未標準化係數 標準化係數
t 顯著性 B 之估計值 標準誤 Beta 分配
(常數) 14.170 0.010 1,432.46 0.000 Speed 0.011 0.000 0.850 54.29 0.000 Torque 0.001 0.000 0.071 4.51 0.000 依變數：log(Emission Factor)
圖 4-1 樣本加熱與否對微粒數量濃度粒徑分布之影響 (a) 0%負載 (b) 50%負載
(a) 0% load
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/ c m
3)
0
圖 4-2 使用一般市售超級柴油(B2)在不同引擎負載下未裝設尾氣後處理 設備之微粒數量濃度
B2 raw exhaust
Load (%)
0 25 50 75
Nu mb e r Co n c e n tr a ti o n ( 1 0 7 # /c m 3 )
0 1 2 3 4 5 6
baseline 35 %
53 % 64 %
圖 4-3 使用一般市售超級柴油(B2) 在不同引擎負載下裝設濾煙器之微
N u m b e r C o n cen tr a tion ( 1 0
4# /cm
3)
0
B2 w/DOC+DPFn
Load (%)
0 25 50 75 100
Number Conc entra ti on (1 0
4#/c
m
3)
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
(a) B2_S50 raw exhaust
Load
(b) B10 raw exhaust
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
圖 4-5 不同比例生質柴油在不同引擎負載下未裝設尾氣後處理設備之微 粒數量濃度粒徑分布 (a)市售 B2 柴油 (b)10%生質柴油 (c)20%生質柴油
(c) B20 raw exhaust
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
(a) B2 w/DOC+DPF
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
5#/c m
3)
0
圖 4-6 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 (a) 氧化觸媒濾煙器 (b)濾煙器 (c)新氧化觸媒濾煙器
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
4#/c m
3)
0
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
5#/c m
3)
0.0
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
axis-0%
Numb er Con c en tra ti on dN/d log Dp ( 10
6#/c m
3)
0
Numb er Con c en tra ti on dN/d log Dp ( 10
5#/c m
3)
0
圖 4-7 在相同負載下使用不同比例生質柴油之微粒數量濃度
圖 4-8 在相同負載下使用不同比例生質柴油之微粒數量濃度減量效率
Load (%)
0 25 50
Number Conc entra ti on (10
7#/c m
3)
0
Re du c ti on eff ic ien c y (% )
-20
圖 4-9 不同比例生質柴油之微粒加權帄均數量濃度
B2 B10 B20
Weighted * Numb er Con c en tra ti on (10
7#/c m
3)
0
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
圖 4-10 在相同負載下使用不同比例生質柴油之微粒數量濃度粒徑分布 (a)0% (b)25% (c)50% 負載
(b) 25 % load
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
圖 4-11 不同比例生質柴油之微粒加權帄均數量濃度粒徑分布
圖 4-12 不同比例生質柴油不同負載下裝設氧化觸媒濾煙器(DOC+DPF)
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
W eighted* Number Conc entra ti on dN/dl ogDp ( 10
7#/c m
3)
0
B2_S50 B10 B20
Re d u c ti o n effi c ie n c y ( % )
98.0 99.88 99.93 99.93
99.92 99.97
99.96 99.84
99.96 99.94
Load
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
圖 4-14 引擎尾氣微粒數量濃度與裝設尾氣後處理設備之加權帄均數量 濃度減量效率
B2_S50
DPF DOC+DPFn
Re du c ti on eff ic ien c y (% )
98.0
B2_DOC+DPF
B10_DOC+DPF
B20_DOC+DPF B2_DPF
B2_DOC+DPFn
Wei ghted* Number Concentr ati on (10
4#/cm
3)
1
圖 4-15 使用一般市售超級柴油(B2)在不同負載下是否裝設氧化觸媒濾
B2 number concentration
10 100 1000
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
7#/c m
3)
0
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
5#/c m
3)
0
10 100 1000
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
7#/c m
3)
0
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
4#/c m
3)
0
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
7#/c m
3)
0
Numbe r Conc entr ati on dN/dlogDp ( 10
3#/c m
3)
0
圖 4-16 使用一般市售超級柴油(B2)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
DOC+DPF reduction efficiency
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Re d u c ti o n effi c ie n c y ( %)
80 85 90 95 100
B2 0 % Load
圖 4-17 使用不同比例生質柴油是否裝設氧化觸媒濾煙器之微粒加權數
(a) B2 Weighted Mean
10 100 1000
Wei ghte d Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
7#/c m
3)
0
Wei ghte d Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
5#/c m
3)
0
raw exhaust (left axis) w/DOC+DPF (right axis) 11.1 nm
62 nm 11 nm
62 nm
(b) B10 Weighted Mean
10 100 1000
Wei ghte d Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
7#/c m
3)
0
Wei ghte d Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
5#/c m
3)
0
raw exhaust (left axis) w/DOC+DPF (right axis) 15 nm
68 nm 11 nm
46.8
(c) B20 Weighted Mean
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Wei ghte d Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
7#/c m
3)
0
Wei ghte d Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
5#/c m
3)
0
raw exhaust (left axis) w/DOC+DPF (right axis)
16 nm
(a) 0% load
10 100 1000
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
7#/c m
3)
0 5 10 15 20
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
4#/c m
3)
0 5 10 15 20
raw exhaust (left axis) w/DPF (right axis)
(b) 25% load
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
7#/c m
3)
0
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
3#/c m
3)
0 5 10 15 20
raw exhaust (left axis) w/DPF (right axis) B2 number concentration
(c) 50% load
10 100 1000
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
4#/c m
3)
0
raw exhaust (left axis)
w/DPF (right axis)
圖 4-18 使用一般市售超級柴油(B2)在不同負載下是否裝設濾煙器之微粒 數量濃度粒徑分布 (a)0% (b)25% (c)50% (d)75% 負載
(d) 75% load
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
7#/c m
3)
0
Numb er Concentr ati on dN/dlogDp ( 10
4#/c m
3)
0
raw exhaust (left axis) w/DPF (right axis)
DPF reduction efficiency
10 100 1000
Red uc ti on effi c ienc y (%)
80
Particle Diameter, Dp (nm)
圖 4-19 使用一般市售超級柴油(B2)在不同負載操作下尾氣中微粒數量 濃度裝設 DPF 之減量效率粒徑分布 (a)50 (b)75%負載
圖 4-20 使用一般市售超級柴油(B2)裝設濾煙器與否之微粒加權數量濃度 粒徑分布
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Re d u c ti o n effi c ie n c y ( %)
80
B2 Weighted Mean
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
W eighted Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
7#/c m
3)
0
W eighted Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (1 0
4#/c m
3)
0
raw exhaust (left axis) w/DPF (right axis) 15 nm
11 nm
75 nm
83 nm
(a) 0% load
10 100 1000
Num be r Con cen tr ation dN/dlog Dp (1 0
7#/cm
3)
0
Num be r Con cen tr ation dN/dlog Dp (1 0
6#/cm
3)
0 w/DOC+DPFn (right axis)
(b) 25% load
10 100 1000
Num be r Con cen tr ation dN/dlog Dp (1 0
7#/cm
3)
0
Num be r Con cen tr ation dN/dlog Dp (1 0
4#/cm
3)
0 w/DOC+DPFn (right axis)
(c) 50% load
10 100 1000
Num be r Con cen tr ation dN/dlog Dp (1 0
7#/cm
3)
0
Num be r Con cen tr ation dN/dlog Dp (1 0
4#/cm
3)
0 w/DOC+DPFn (right axis)
圖 4-21 使用一般市售超級柴油(B2)在不同負載下是否裝設新氧化觸媒濾 煙器之微粒數量濃度粒徑分布 (a)0% (b)25% (c)50% (d)75% 負載
圖 4-22 一般市售超級柴油(B2)在 75%負載操作下尾氣中微粒數量濃度 裝設 DOC+DPF 之減量效率粒徑分布
(d) 75% load
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number Concen trat ion dN/ dlogD p (10
7#/ cm
3)
0 4 8 12 16
Number Concen trat ion dN/ dlogD p (10
4#/ cm
3)
0 w/DOC+DPFn (right axis)
DOC+DPFn reduction efficiency
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Reduct ion ef ficiency (%)
80
圖 4-23 裝設新氧化觸媒濾煙器與否之微粒加權數量濃度粒徑分布
B2 Weighted Mean
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Numbe r Con cen trat ion dN/ dlogD p (10
7#/ cm
3)
0
Numbe r Con cen trat ion dN/ dlogD p (10
6#/ cm
3)
0 w/DOC+DPFn (right axis) 16 nm
11 nm
68 nm
75 nm
圖 4-24 尾氣後處理設備不同粒徑減量效率 (a)DOC+DPF (b)DPF (c)DOC+DPFn
Reduction Efficiency
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
80
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Red uc ti on e ffi c iency ( %)
80
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
80
圖 4-25 DOC+DPF 再生過程逐秒微粒數量濃度排放
regeneration
Time (HH:mm:ss)