陳世銘臺灣大學：生物產業機電工程學研究所陳俊吉Chen, Chun-ChiChun-ChiChen2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/52894機動車輛排放之污染物中對人體影響最大的莫過於懸浮微粒，台灣地區機車數量達一千三百八十餘萬輛，機車密度為世界之最，所以有效控制機車污染量能使空氣品質明顯改善。在台灣民營加油站普及，且因高油價時代來臨，所以有不肖商人在油品中添加溶劑賺取差價，因此本實驗使用機車引擎與兩家不同公司生產之95無鉛汽油，添加不同比例二甲苯，探討二甲苯添加比例對機車排放微粒與燃燒廢氣組成之影響。利用電子式低壓衝擊器(ELPI，Electrical Low-Pressure Impactors )與燃燒廢氣檢測儀進行微粒與廢氣檢測。由實驗結果顯示，添加二甲苯的比例越高確實造成廢氣微粒數量上升，但廢氣中微粒的峰值粒徑不隨著添加劑的改變產生變化，峰值出現在0.04∼0.2μm之間，微粒的數量隨著引擎轉速增加而上升，在同轉速下不同的檔位也會影響微粒排放數量，隨著引擎轉速的增加，適當的切換檔位可以減少微粒的產生。燃料中添加二甲苯比例越高，引擎越不容易啟動。引擎廢氣中的一氧化碳、二氧化硫含量極低，主要原因為引擎符合機車第四期排放法規與實驗採熱機測試之故，燃料燃燒完全，不易產生一氧化碳，加上95無鉛汽油含硫量極低，所以不易產生二氧化硫。The most influence on human body is aerosol from motor vehicle emission. Taiwan motorcycle's quantity is up to more than 13,800,000, the density of motorcycle is the highest in the world. To control the emission from motorcycle can make air quality obviously improve. The private service gas station is popularized in Taiwan. Some unworthy businessman adds solvents to earn the price differential in the oil. This study used 95 unleaded gas of different companies, add different proportion of xylene. Utilize the Electrical Low-Pressure Impactors (ELPI) to measure particles number concentration and waste gas composition with Combustion Analyzers. Add the high proportion of the xylene really causes the quantity of particle of the waste gas to rise high concentration by the experimental result. The particle diameter of peak value is not changed with the change of the additive. The mode of aerosol is between 0.04~0.2μm. The number conceration of the particle rises as the rotational speed of the engine increases. Different gears will influence the quantity of particle with the same rotational speed. With the increase of the rotational speed of the engine , it can reduce the production of the particle in the proper change gears. Gasoline with high proportion xylene is harder to start an engine. Carbon monoxide and sulfur dioxide in the engine waste gas are extremely low. Because of the experiment use hot-engine test fuel can be burned completely and 95 unleaded gasoline almost have no sulfur.目　　錄 目　　錄 I 圖 目 錄 III 表 目 錄 VIII 第一章 前言 1 第二章 文獻探討 3 2-1 空氣污染指標定義 3 2-2 指標定義物的種類與對人體產生之危害 5 2-3懸浮微粒(PM/TSP)介紹 7 2-3-1懸浮微粒的來源 7 2-3-2懸浮微粒的特性 9 2-3-3懸浮微粒對人體健康的影響 12 2-4引擎排放微粒的形成 14 2-5 引擎排放微粒相關研究 16 第三章實驗設備與方法 20 3-1實驗機車引擎與操作條件 20 3-1-1實驗引擎規格 20 3-1-2實驗操作條件 22 3-2燃料油品與添加劑 23 3-3引擎排放廢氣檢測儀器與方法 26 3-3-1廢氣氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳量測方法 26 3-3-2引擎排放微粒量測方法 27 3-3-3微粒充電原理 31 3-3-4 衝擊盤量測原理 32 3-4實驗流程 37 第四章 結果討論 41 4-1惰速狀態下不同燃料對廢氣組成與微粒數量與質量討論 41 4-2時速10公里時不同燃料對廢氣組成與微粒數量與質量影響 46 4-3時速20公里時不同燃料對廢氣組成與微粒數量與質量影響 55 4-4時速30公里時不同燃料對廢氣組成與微粒數量與質量影響 66 4-5時速50公里時不同燃料對廢氣組成與微粒數量與質量影響 77 第五章 結論 86 參考文獻 87 圖 目 錄 圖 2- 1一般常見粒狀物質尺寸分佈範圍 (COOPER, 1988) 11 圖 2- 2引擎排放微粒示意圖 (KITTELSON, 1998) 15 圖 2- 3引擎排放微粒的組成百分比 (KITTELSON, 1998) 15 圖 2- 4 柴油引擎排氣微粒粒徑濃度分布，使用SMPS及ELPI量測 19 圖 2- 5柴油引擎排放微粒粒徑濃度分布，使用SMPS及APS量測 19 圖 3- 1 實驗引擎與動力計架設圖 21 圖 3- 2 CA-6213 表示圖 (TSI INCORPORATED , 2004) 26 圖 3- 3 ELPI外觀(DEKATI LTD, 2001) 29 圖 3- 4 ELPI量測流程圖(DEKATI LTD, 2001) 30 圖 3- 5 電暈放電的運作情形(DEKATI LTD, 2001) 31 圖 3- 6 ELPI內部衝擊盤構造 33 圖 3- 7 不規則微粒與其等效球體 (HINDS, 1999)計算方式 34 圖 3- 8 簡化之衝擊版模型(DEKATI LTD, 2001) 35 圖 3- 9 ELPI各個衝擊盤的收集效率曲線(DEKATI LTD, 2001) 36 圖 3- 10 實驗流程圖 39 圖 3- 11 實驗儀器架構圖 40 圖 4- 1 惰速狀態下使用不同燃料產生各階微粒數量濃度 44 圖 4- 2 惰速狀態下使用不同燃料產生各階微粒質量濃度 44 圖 4- 3 惰轉狀態下使用不同燃料產生之微粒總數量濃度 45 圖 4- 4 惰轉狀態下使用不同燃料產生之微粒總質量濃度 45 圖 4- 5 一檔時速10公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 51 圖 4- 6 一檔時速10公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 51 圖 4- 7 二檔時速10公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 52 圖 4- 8 二檔時速10公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 52 圖 4- 9 C牌在時速10公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 53 圖 4- 10 T牌在時速10公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 53 圖 4- 11 C牌在時速10公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 54 圖 4- 12 T牌在時速10公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 54 圖 4- 13 一檔時速20公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 61 圖 4- 14 一檔時速20公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 61 圖 4- 15 二檔時速20公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 62 圖 4- 16 二檔時速20公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 62 圖 4- 17 三檔時速20公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 63 圖 4- 18 三檔時速20公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 63 圖 4- 19 C牌在時速20公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 64 圖 4- 20 T牌在時速20公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 64 圖 4- 21 C牌在時速20公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 65 圖 4- 22 T牌在時速20公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 65 圖 4- 23 三檔時速30公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 72 圖 4- 24 三檔時速30公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 72 圖 4- 25 四檔時速30公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 73 圖 4- 26 四檔時速30公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 73 圖 4- 27 五檔時速30公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 74 圖 4- 28 五檔時速30公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 74 圖 4- 29 C牌在時速30公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 75 圖 4- 30 T牌在時速30公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 75 圖 4- 31 C牌在時速30公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 76 圖 4- 32 T牌在時速30公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 76 圖 4- 33 四檔時速50公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 82 圖 4- 34 四檔時速50公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 82 圖 4- 35 五檔時速50公里狀態下使用不同燃料各階微粒數量濃度 83 圖 4- 36 五檔時速50公里狀態下使用不同燃料各階微粒質量濃度 83 圖 4- 37 C牌在時速50公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 84 圖 4- 38 T牌在時速50公里不同檔位下之排放微粒總數量濃度比較圖 84 圖 4- 39 C牌在時速50公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 85 圖 4- 40 T牌在時速50公里不同檔位下之排放微粒總質量濃度比較圖 85 表 目 錄 表 2-1 污染物濃度與污染物指數對照表(環保署，2005) 4 表 2-2 PSI值與其對應的空氣品質(COOPER, 1998) 4 表 2- 3 常見懸浮微粒之中英文對照表及說明 8 表 2- 4 懸浮微粒濃度對人體健康影響程度 13 表 3- 1 引擎基本規格(光陽勁爆維修手冊，2004) 20 表 3- 2 機車引擎操作條件 22 表 3- 3 車用無鉛汽油國家標準(中國石油, 2006) 24 表 3- 4 二甲苯基本資料 25 表 3- 5 實驗燃料混合體積比 25 表 3- 6 CA-6213量測範圍表(TSI INCORPORATED , 2004) 27 表 4- 1 引擎於惰速狀態下排放微粒數據統計表 41 表 4- 2 交叉設計引擎於惰速狀態下排放微粒總數量濃度變方分析表 43 表 4- 3 交叉設計引擎於惰速狀態下排放微粒總質量濃度變方分析表 43 表 4- 4 引擎於時速10公里狀態下排放微粒數據統計表 47 表 4- 5 交叉設計引擎於時速10公里時排放微粒總數量濃度變方分析表 50 表 4- 6 交叉設計引擎於時速10公里時排放微粒總質量濃度變方分析表 50 表 4- 7 引擎於時速20公里狀態下排放微粒數據統計表 56 表 4- 8 交叉設計引擎於時速20公里時排放微粒總數量濃度變方分析表 60 表 4- 9 交叉設計引擎於時速20公里時排放微粒總質量濃度變方分析表 60 表 4- 10 引擎於時速30公里狀態下排放微粒數據統計表 67 表 4- 11 交叉設計引擎於時速30公里時排放微粒總數量濃度變方分析表 71 表 4- 12 交叉設計引擎於時速30公里時排放微粒總質量濃度變方分析表 71 表 4- 13 引擎於時速50公里狀態下排放微粒數據統計表 78 表 4- 14 交叉設計引擎於時速50公里時排放微粒總數量濃度變方分析表 81 表 4- 15 交叉設計引擎於時速50公里時排放微粒總質量濃度變方分析表 81en-US機車引擎95無鉛汽油懸浮微粒電子式低壓衝擊器gasoline engine95 unleaded gasolineparticleselectrical low-pressure impactors (ELPI)xylenethesis