第三章 研究材料與方法
3.7 品保品管
3.7.4 稀釋比例測詴
引擎採樣使用稀釋系統來調整不同稀釋倍數，然而微粒數量濃度對 稀釋非常敏感，不同稀釋比例會造成微粒氣固項改變，進而影響微粒數 量之計數與粒徑分布情形，故於採樣中盡量保持固定之稀釋比來維持數 據之可比較性；但由於量測儀器與不同引擎操作參數之限制，本研究設 定稀釋比例範圍從 15 到 300 倍。為了確認稀釋比例是否對本研究之數據 造成影響，於研究中同一狀態下，進行不同稀釋比例量測。
為確認稀釋倍數是否對本研究之數據造成影響，於添加 10%生質柴 油(B10)怠轉條件下，進行了三種稀釋倍數測詴，分別為 214、250 和 300 倍。圖 3-18(a)顯示使用不同稀釋倍數於同操作條件下進行採樣之數量濃 度結果，看出未修正稀釋倍數之數量濃度依 214、250 和 300 倍分別為 2.57
×105、2.18×105和 1.85×105 #/cm3，而圖上 N*為依照其稀釋倍數修正後之
濃度。以稀釋 300 倍之樣本為基準，可算出 214 和 250 倍之相對差異百 分比分別為 0.9 與 2.1%，此結果顯示於高稀釋倍數下此系統仍能維持良 好之精確度。
圖 3-18(b)為未修正稀釋比例之微粒數量粒徑分布，由圖中可看出不 同稀釋比例除了對於濃度上更差異之外，在粒徑分布上幾乎毫無改變，
都呈現雙峰分布，主要波峰位於 14.5 nm，另一次要波峰強度較弱，故於 圖上放大來看大致上位於 62.8 nm，除了稀釋倍數 250 倍之次要波峰更些 微差異位於 82 nm，但造成此之主要原因為數量濃度相近，故更此偏差。
因此，扣除數量濃度太低所產生之偏差後顯示，不同稀釋倍數之粒徑分 布一致，顯示，此稀釋系統稀釋倍數調整不會造成微粒數量濃度粒徑分 布之改變。
綜合上述品保品管事項，採樣儀器之維護保養與校正可確保儀器於 採樣時發揮正常之效用；而在定容積採樣系統微粒總數量帄均損失為 13%，且採樣後之數量濃度依其粒徑大小進行損失修正，旋轉盤熱稀釋系 統之損失則不進行額外稀釋修正；在歐洲穩態採樣同天數據再現性非常 好，不同天採樣則更些許之變異；旋轉盤熱稀釋系統調整不同稀釋倍數，
其數量濃度與粒徑分布扔能維持良好之準確度。
表 3-1 研究期程
時間(年份) 2009 2010 2011
時間(月份) 工作項目
7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7
文獻探討 採樣準備 採樣時間 數據分析 論文撰寫 論文口詴 論文修改
表 3-2 測詴參數
測詴循環 油品 控制技術 行車型態
(load)
表示法
FTP B1(S50) × × B1_S50 FTP B1(S10) × × B1_S10
FTP B10 × × B10
FTP B1(S50) DOC × B1/DOC FTP B1(S50) DOC+DPF × B1/DOC+DPF USC B2(S50) × 0, 25, 50% B2_S50 USC B10 × 0, 25, 50% B10 USC B20 × 0, 25, 50% B20 USC B2(S50) DOC+DPF 0, 25, 50% B2/DOC+DPF USC B10 DOC+DPF 0, 25, 50% B10/DOC+DPF USC B20 DOC+DPF 0, 25, 50% B20/DOC+DPF USC B2(S50) DPF 0, 25, 50% B2/DPF USC B2(S50) DOC+DPF(new) 0, 25, 50% B2/DOC+DPFn
USC B2(S50) regeneration: diesel 0, 25, 50%
表 3-3 引擎規格
項 目 規 格
引擎族 (Engine Model) Hino Cummins 引擎型式 (Engine Type) W06E B5.9-160 出場年份 (Year) 1992 1996.2.5 汽缸數 (Cylinder Number) 6 6
進氣型式 (Aspiration) 自動進氣(N) 渦輪增壓 (TC) 中間冷卻器 (Intercooler) 水冷 水冷
噴油燃燒型式 (Injection Type) 直接噴射式 (DI) 直接噴射式 (DI) 汽缸尺寸 (Bore x Stroke) 104 mm × 118 mm 102 mm × 120mm 總排氣量 (Displacement) 6014 c.c. 5880 c.c.
點火順序 (Injection Sequence) 1-4-2-6-3-5 1-5-3-6-2-4 點火角度(Injection Timing) 15 DEG 12.3DEG 壓縮比 (Compression Ratio) 17.9 : 1 17.9 : 1 惰速轉速 (Idle Speed) 750 rpm 810 rpm 最大馬力 (Max. Power) 121kW@3000 rpm 118kW@2400 rpm 最大扭力 (Max. Torque) 363Nm@1600 rpm 534Nm@1600 rpm
管制期別 (Phase) Ⅱ Ⅲ
表 3-4 油品物理化學特性
表 3-5 濾煙器規格
項目 單位 型號
主晶相含量 % ≧85
孔數 孔/inch2 100
壁厚 Mm 0.71%
開孔面積 % 65
容重 g/cm2 0.5
氣孔率 % 45-50
微孔孔徑
m
2-3吸水率 % 25-30
膨脹係數 10-7/(800 C) 15-18
軟化溫度
C
1360抗壓強度 MPa
A 向≧12 B 向≧4
比表面積 m2/g 5-10
外型尺寸 mm
圓形 外徑 2401.5 高度 3051%
表 3-6 濾煙器化學組成百分比
化學成分 組成百分比
SiO2 501%
Al2O3 351%
MgO 151%
Fe2O3 <0.55%
CaO <0.5%
N2O+K2O <0.3%
表 3-7 歐洲穩態測詴引擎操作參數(旋轉盤熱稀釋系統)
ESC mode
Load Torque Speed EGT
(%) Nm Rpm oC
1 0 7.0 1800 73
9 25 97.5 1800 211
3 50 187.8 1800 308
4 75 292.5 1800 428
8 100 385.7 1800 600
表 3-8 穩態測詴操作參數(定容積稀釋系統)
測詴條件 引擎轉速 轉速百分比 引擎負載 負載百分比 輸出功率
Rpm % Nm % kW
惰轉 (Idle)
810 0 2 0 0.5
低轉速 (L speed)
1200 25 210 40 26.4
中轉速 (M speed)
1635 51 255 50 43.7
高轉速 (H speed)
2065 80 255 50 55.1
表 3-9 旋轉盤熱稀釋系統各採樣條件下稀釋比
Fuel B2 B10 B20 B2_DPF B2_DOC+DPFn Aftertreatment Load dilution ratio
0% 250.0 254.8 300.0 300.0 300.0
25% 250.0 300.0 300.0 250.0 300.0
50% 250.0 300.0 300.0 250.0 300.0
75% 250.0 300.0
0% 15.3 15.3 15.3 15.0 15.0
25% 15.3 15.3 18.8 15.0 15.0
50% 15.3 15.3 15.3 15.0 15.0
75% 15.0 15.0
100% 15.0 15.0
Mean 250.0 284.9 300.0 262.5 300.0
Mean 15.3 15.3 16.5 15.0 15.0
表 3-10 CVS 採樣稀釋系統各採樣條件下稀釋比
B1 S10 B10 B1/DOC B1/DOC+DPF Dilution 1st 2nd 1st 2nd 1st 2nd 1st 2nd 1st 2nd Cold 17.5 5.9 17.6 8.9 32.1 8.9 17.6 - 21.4 8.0 Hot1 17.6 5.9 17.7 8.9 31.9 9.9 17.8 - 21.1 8.0 Hot2 17.7 6.1 17.7 8.9 17.7 - 21.7 8.0 Hot3 17.7 6.1 17.7 8.9 17.8 - 21.4 8.0 Hot4 17.7 - 21.5 8.0 Hot5 18.3 5.9 21.4 8.0
表 3-11 不同粒徑微粒於旋轉盤熱稀釋系統管線中之傳輸效率理論值計 算
粒徑(nm) 擴散損失後傳輸效率 重力損失後傳輸效率 總傳輸效率 11 0.920 1.000 0.920 21 0.963 1.000 0.963 51 0.988 1.000 0.988 101 0.995 1.000 0.995 214 0.998 0.999 0.997 307 0.998 0.999 0.997 521 0.999 0.997 0.996 1083 0.999 0.988 0.988
表 3-12 不同粒徑微粒於採樣管線中之傳輸效率理論值計算
粒徑(nm) 擴散損失後傳輸效率 重力損失後傳輸效率 總傳輸效率 11 0.849 1.000 0.849 21 0.931 1.000 0.931 51 0.978 1.000 0.978 101 0.990 0.999 0.990 214 0.996 0.998 0.994 307 0.997 0.997 0.994 521 0.998 0.992 0.990 1083 0.999 0.970 0.969
表 3-13 美國暫態循環同一引擎測詴條件下，微粒數量濃度樣本數與組
文獻回顧
歐洲穩態循
(a)
(b)
(c) (d)
圖 3-3 濾煙器照片 (a) 濾煙器帄面圖 (b) 實際照片 (c) DOC (d) DPF
擴散器 DOC DPF
圖 3-4 歐洲穩態循環
US transient cycle
M ax im um pe rc ent (% )
0 20 40 60 80 100
120 Speed
Time (s)
0 300 600 900 1200
0 20 40 60 80 100 120
Torque
NYNF LANF LAFY NYNF
圖 3-6 旋轉盤熱稀釋系統示意圖
Engine exhaust
SMPS+C
dilution air
Dynamometer
Heating:300 o C
Engine1
80
oC
GS-500
圖 3-7 旋轉盤熱稀釋系統儀器實際圖
圖 3-8 旋轉盤稀釋氣原理圖
圖 3-9 旋轉盤樣本盤 (10 盤)
圖 3-10 旋轉盤稀釋系統實際採樣圖
Load/speed profile
CO
2NO
XCO HC
Pump
outside air
SMPS+C
Exhaust
Data
Engine2
1
stdilution
2
nddilution
Add dilution
venturi
O ut sid e ai r
Heat exch.
Dynamometer
GS-350
圖 3-12 外加稀釋道 (上圖)示意圖 (下圖)實際採樣圖
1 st dilution
SMPS+C Clean air
2nd dilution dilution tunnel
(a)
(b)
QA/QC
圖 3-15 採樣系統之擴散與重力微粒損失百分比: (a)定容積採樣系統 (b)
嘉義中國石油採樣
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
-40
Sample system loss
10 100 1000
Per c en tage of Lo s s (% )
-40
圖 3-16 同一引擎測詴條件下，不同天量測所獲得微粒數量濃度之組間 相對標準偏差
Load
0 % 25 % 50 %
Number Concent ration (10
7#/
cm
3)
0 1 2 3 4 5 6
Day1 Day2 Day3
RSD:13 % (n=9)
RSD:18 % (n=9)
RSD:4 % (n=6) B2 raw exhaust
圖 3-17 同一引擎測詴條件下不同天採樣之粒徑分布再現性測詴(a)負
(a) 1800 rpm 25 % Load
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entr ati on dN/dl ogDp (10
7#/c m
3)
0
B2 raw exhaust
(b) 1800 rpm 50 % Load
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number C onc entrati on dN/ dl ogDp(10
7#/c m
3)
0
圖 3-18 不同稀釋倍數對微粒數量濃度與粒徑分布之影響(a)數量濃度(b) 粒徑分布(未調整稀釋倍數)
Dilution ratio
214 250 300
Nu mb e r Co n c e n tr a ti o n ( 1 0
4# /c m
3)
1
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Nu mbe r Con c en tra ti on dN /dl og Dp (1 0
4#/c
m
3)
Particle Diameter, Dp (nm)
10 100 1000
Number Concentration dN/dlogDp (103 #/cm3)
0