次微米微粒數量排放係數與濃度

冷熱啟動

數量排放濃度結果如表 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所示，由表中可看出每個暫態循環(20 分 鐘)約更 3-5 個掃描，且分為冷啟動與熱啟動進行微粒數量量測，熱啟動 量測次數較多，以帄均顯示，故最多更到達 28 個掃描。 單就本研究 5 種測詴中冷、熱啟動結果來看，B1_S50、B10 和 B1/DOC+DPF 為熱啟 動時微粒數量濃度較高；而 B1_S10 和 B1/DOC 中則冷啟動時微粒數量 濃度較高，故就引擎冷熱啟動上，對微粒數量濃度並無一致的趨勢。

不同油品

不同油品測詴，在此主要更 3 種: B1_S50、B1_S10 和 B10。針對改 變油品對引擎尾氣影響來看(表 4-7)，就不同油品冷啟動而言，使用 B1_S50、B1_S10 及 B10 之微粒數量排放係數分別為 1.64 10¹⁵、3.5710¹⁵

係數分別為 2.0910¹⁵、1.2610¹⁵及 1.2110¹⁵ #/bhp-hr。由此看出，除了

B1_S10 冷啟動操作狀態下，其他不同油品在冷、熱啟動下對於 B1_S50 都更減量的趨勢。而針對冷與熱啟動之加權帄均值而言，如圖 4-30 為五 種測詴條件之次微米微粒數量加權排放係數與減量效率所示，B1_S50 之數量放係數最高，接著依序為 B1_S10，最低為 B10，其排放係數分別 為 2.0010¹⁵、1.5910¹⁵及 9.8610¹⁴ #/bhp-hr。Wang wt al. (2006)研究結 果顯示，FTP 運轉下，使用一般市售超級柴油之微粒排放為 1.210⁸ #/cm³； 與本研究之 B1_S50 微粒數量排放濃度為 6.510⁸ #/cm³結果接近。由此 針對不同油品，在相同未加裝尾氣後處理設備下，以一般市售超級柴油 B1_S50 為基準，使用低硫柴油 B1_S10 雖然在冷啟動更高出 B1_S50 之 排放，但冷熱加權帄均後，整體排放量還是低於 B1_S50，且具更 21%

的減量效果，其表示雖然使用 B1_S10 於剛啟動之車輛會更較多污染排 放，但行駛完總路程後，還是具更減量的效果。此結果也與 Wang et al.

(2006)比較低硫柴油與一般市售柴油結果顯示，微粒數量減量 19%結果 相當。Kittelson et al. (2006)研究也指出，油品中含硫量為半揮發性凝核 峰微粒生成來源，因此降低柴油中含硫量對於微粒數量濃度更降低的之 趨勢(Kittelson et al., 2006)。而使用添加 10%生質柴油 B10 不論冷熱啟動，

都比 B1_S50 排放較少微粒，於整體加權時則具更 51%減量效果，若再 考量能源問題，則生質柴油對於尾氣中微粒數量減量為具更相當潛力之

替代能源。

尾氣後處理設備

加裝尾氣後處理設備分為氧化觸媒器與氧化觸媒濾煙器兩種，由表 中可看出，在冷啟動中，B1_S50、B1/DOC 和 B1/DOC+DPF 之微粒數量 排放係數分別為 1.6410¹⁵、4.93 10¹⁴及 0.50 10¹³ #/bhp-hr；熱啟動則 為 2.0910¹⁵、4.3510¹⁴及 0.6310¹³ #/bhp-hr，看出 B1_S50 冷熱啟動在

加裝尾氣後處理設備後都為減量，由於尾氣後處理設備是在引擎排氣後 加裝，故本身之冷熱啟動排放應與其無關，不論尾氣微粒中多或少，其 處理效率一致，故此冷熱排放結果合理。冷與熱啟動之加權帄均而言(表 4-7)，B1_S50、B1/DOC 及 B1/DOC+DPF 依序為 2.0010¹⁵、4.4310¹⁴ 及 6.1410¹² #/bhp-hr。因此，在相同油品下，加裝尾氣後處理設備由圖

4-29 中可知，加裝氧化觸媒器 B1/DOC 具更 78%的減量；Kim and Choi (2010)和 Zhang et al. (2010)研究中顯示 DOC 對引擎尾氣中微粒數量約更 20-30%減量效果(Kim and Choi, 2010; Zhang et al., 2011)；然而，Frank et al. (2007)、Filippo and Maricq (2008)和 Shibata et al. (2010)研究顯示 DOC 對引擎尾氣中微粒數量沒更顯著之差異。在本研究中減量推論為實驗使 用之 DOC，塗敷觸媒之陶瓷結構對微粒也具更相當減量效果(Filippo and Maricq, 2008; Frank et al., 2007; Shibata et al., 2010)。而加裝 DOC+DPF

減量效果高達 99.7%，顯示於引擎尾氣末端加裝後處理設備，即可使引 擎尾氣中微粒更大幅度的改善。

綜合上述柴油引擎尾氣中次微米微粒數量排放係數範圍為

6.1410¹² - 2.00 - 10¹⁵ #/bhp-hr，將其換算為行駛每公里排放微粒數量為 5.5310¹² - 2.0910¹⁵ #/km (表 4-7)；由此可知，本研究量測得排放係與

表 2-4 先進國家之排放係數相似(1.8×10¹² - 7.3×10¹⁵ #/km)；而在加裝濾煙 器時，排放係數落在較低的範圍。其對微粒數量減量效率，可使出廠年 份較久之車輛對於引擎已無法改善時，於末端進行控制；但還是頇注意 其效率雖高，但還是取決於引擎尾氣原氣污染物之排放量，若污染物排 放量相當高，雖然會降低，但將其換算成微粒數量濃度則為 1.9610⁶ -

6.48×10⁸ #/cm³，與一般大氣環境文獻相比較，台中地區交通道路旁與測 站次微米微粒數量濃度分別為 2.2×10⁴ - 2.510⁵ #/cm³ (王顗婷, 2009)。結 果顯示，柴油引擎尾氣之排放數量濃度遠遠高於一般大氣數量濃度，加 裝尾氣後處理設備後則較接近交通道路旁所測得之微粒濃度，約為道路 旁 8 倍，還是更相當高之排放量，故還是需於源頭來進行控制才是最更 效之方法。

由此可知，在美國暫態循環測詴下，使用一般市售超級柴油微粒數 量排放係數與濃度約 10¹⁵ #/bhp-hr 與 10⁸ #/cm³，遠高於一般大氣環境。

在控制技術中，針對油品的改變，對微粒具更 20-50%的減量，而在尾氣

後處理設備對於引擎尾氣中微粒具更優良的控制效果，單獨使用氧化觸 媒器對於尾氣微粒數量即具更相當程度減量(78%)，若再加上濾煙器使用 氧化觸媒濾煙器，對微粒則更 99.7%的減量效果。在質量量測上，更具 更相同減量趨勢，改變使用油品更 6-25%減量效果，使用尾氣候處理設 備則更 35-94%減量效果(陳勳融, 2011)。由此可知，此兩種尾氣後處理 設備對於改善引擎尾氣微粒數量與質量都更良好的成效。

4.4.2 次微米微粒數量排放係數粒徑分布

圖 4-31 為五種測詴條件之次微米微粒數量排放係數粒徑分布。在一 般市售超級柴油 B1_S50 測詴條件下，其粒徑分布呈多峰分布，主要波 峰(排放係數最高)位於 25 nm，次要波峰位於 43 nm，和另一位於 92 nm 之較小波峰。

不同油品

由 4-31(a)圖中，看出使用低硫柴油 B1_S10 主要呈雙峰分布，主要 之波峰位於 36 nm，另一次要波峰位於 137 nm，將其與 B1_S50 相比較，

發現使用低硫柴油排放之微粒波峰位置更較大的趨勢，且在< 50 nm 以 下之微粒都比 B1_S50 少。由此可知，降低柴油中含硫量對於凝核峰(< 30 nm)之微粒更減量的效果，而這些微粒在量測範圍主要都為較小粒徑微

另一次要波峰位於 83 nm，將其與 B1_S50 相比較，可發現粒徑波峰更些 微變小，但差異都在 10 nm 以內，故整體波峰形狀差異不大，可推論使 用 B10 造成尾氣中微粒粒徑整體變小，但分布趨勢一樣。整體而言，使 用不同油品對於數量粒徑分布上，主要都呈雙峰或多峰分布，但低硫柴 油在凝核峰無明顯波峰，相關文獻指出柴油中之硫成分為組成凝核峰微 粒的主要來源，故降低柴油中含硫量對於< 20 nm 之微粒更抑制作用 (Kittelson, 2006)；生質柴油 B10 在凝核峰之微粒相較於 B1_S50 更增量 的趨勢，Heikkilä (2009)於研究中使用油菜籽生質柴油與一般市售超級柴 油比較，也具更相同的結果，而造成此結果可能為生質柴油包含許多高 黏性之甘油與酯類，且包含較多雜質，其可能為形成凝核峰微粒主要來 源(Heikkila et al., 2009)。

加裝尾氣後處理設備

圖 4-31 (b)為加裝尾氣後處理設備之粒徑分布，在加裝氧化觸媒器 B1 /DOC 下，其粒徑分布之主要波峰(排放係數最高)位於 21 nm，另更一 次要波峰位於 51 nm；而在加裝氧化觸媒濾煙器 B1/DOC+DPF 下，其粒 徑分布主要波峰與 B1/DOC 大致相似，但在 11 nm 和 214 nm 出現較前 兩波峰較高，而在 214 nm 下出現最高波峰。與 B1_S50 比較，主要波峰 從 B1_S50 的 25 nm 變為 21 nm；次要波峰從 B1_S50 的 43 nm 變為 51 nm，

而在 B1_S50 另一較不顯著之波峰 92 nm 在此可能為數量濃度相較當對 來說較低，故在此無波峰。由此可看出，於引擎尾氣端加裝氧化觸媒器 (B1/DOC)，對於尾氣中微粒數量排放係數粒徑分布僅小幅度之變化外(<

10 nm)，沒更太大之差異，且次微米微粒數量排放係數粒徑分布呈現多 峰分布(multimodal)，分別位於凝核峰與累積峰。加裝氧化觸媒濾煙器 (B1/DOC+DPF)之粒徑分布，將其與 B1_S50 相比較，可發現相同位於 27 和 56 nm 之波峰，此兩波峰與 B1/DOC 也具更相同結果，且在 90 nm 左右也更一小波峰與 B1_S50 之波峰相當，此三波峰顯示微粒經過氧化 觸媒濾煙器對微粒粒徑沒更造成大量的改變；但值得注意的是，在 B1/DOC+DPF 之最高兩個波峰 11 和 214 nm，在 B1_S50 時並無此波峰 存在。因此，深入探討 B1_S50 經過 DOC+DPF 後，各粒徑之微粒過濾 效率，如圖 4-32 氧化觸媒濾煙器對不同粒徑微粒之補集效率，可看出在 粒徑 214 和 600 nm 範圍之微粒，其過濾效率相較於其他粒徑差，其與 微粒本身在此範圍捕集效率即較差更關(詳見 4.2.3)，因此在 214 nm 之波 峰即為 DOC+DPF 減量效率較差所致。而另一主要波峰 11 nm 氧化觸媒 濾煙器之效率高達 99%，但在分布上卻更相當高之波峰，故造成此一波 峰之原因可能為:(1)引擎廢氣中本身在粒徑 10 nm 處即更相當濃度之微 粒；(2)經過氧化觸媒濾煙器後尾氣中微粒數量大量降低，而尾氣中累積 峰(100-1000 nm)之微粒原本為提供凝核峰微粒膠結之表面，但因微粒數

量減少而使得膠結表面大幅度減少，使得微粒保持其凝核峰被測得。此 外，從圖 4-30 中可知，引擎廢氣中絕大部分(> 90%)之微粒數量是由粒 徑小於 100 nm 之超細微粒所貢獻。

綜合上述結果，尾氣加裝 DOC 與 DOC+DPF 對於微粒數量排放係 數粒徑分布之影響不大(Frank et al., 2007; Shibata et al., 2010)，在加上本 研究使用之 DOC+DPF 對 < 200 nm 各粒徑之微粒呈齊頭式減量，因此 對微粒粒徑分布無差異；但 DOC+DPF 於 200 和 600 nm 過濾效率較差，

且數量減量將使凝核波微粒膠結減少，因而以小粒徑微粒被排出；值得 注意的是，小粒徑微粒對人體健康之危害較大微粒來得嚴重，故此為值 得深入探討之問題。