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車輛排放粒狀污染物新管制項目PN量測原理及方法
  • 發布年度:2011
  • 主要類別:環保能源
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心 環保能源部 陳佳良

    柴油車因為引擎燃燒及運作方式,較一般汽油車容易排放粒狀污染物,當其濃度高到一定程度,便會形成肉眼可以目視到的黑煙。早期的柴油車輛因為排放粒狀污染物的濃度高,尤其在加速及爬坡路段,造成柴油車一直擺脫不掉烏賊車的惡名。

    歐盟國家自1992年開始限制於歐盟境內販售之柴油車新車的粒狀物排放,並且逐期加嚴其管制標準,其粒狀污染物量測方式是讓車輛於動力計上,依法規規定之行車型態行駛,這當中車輛所排放的廢氣經過稀釋道稀釋後取部分樣本,樣本通過濾紙,粒狀污染物會殘留於濾紙上,經由測試前後的濾紙重量差異及樣本空氣佔總排放廢氣的比例,計算車輛粒狀污染物的排放總重量Particle Matter,PM。

    這樣的量測方式行之有年,但當管制值越來越低,車輛排放之粒狀污染物越來越少,單以粒狀污染物排放重量管制車輛便顯力不從心,首先,粒狀污染物的組成成分複雜,除了燃燒所產生的碳粒及灰之外,這些顆粒會再附著燃料或潤滑油所產生的有機化合物,附著多寡將影響重量量測的結果;另外,粒狀污染物排放量越來越少,測試前後濾紙的重量變化也相當少,從前可以忽略的量測誤差影響測試結果會越來越大,有些實驗室認為當粒狀污染物排放重量低於1mg/km時,其量測結果無法證實是由車輛排放還是誤差所致;而更重要的是,有許多醫學研究發現,真正對於人體有極大傷害的是粒徑小的粒狀污染物,但這些粒徑小的粒狀污染物重量輕,以重量法量測無法有效顯現其差異,舉例來說,100萬顆小粒狀物與200萬顆小粒狀物重量差異小到無法量測出來,但就數量來說卻有兩倍的差異,因此,在歐盟新五期新污染法規中,增加新的粒狀物染物量測方式,粒狀污染物數目量測Particle number,PN,以期有效管制新車輛之粒狀污染物排放。

    針對粒狀污染物數目量測方式,敘述如下:與粒狀污染物重量相同,將測試車輛置於動力計上依規定之行車型態行駛,這當中車輛所排放的廢氣經過稀釋道稀釋後取部分樣本,如圖1,樣本再一分為二,其一如先前所說,通過濾紙求得粒狀污染物排放重量,另一則用於量測粒狀污染物排放數目,當然,也可以使用獨立的探取頭,各取得粒狀污染物重量及數目的量測樣本。

    圖1 車輛粒狀污染物量測系統

    粒狀物數目量測的樣本空氣先經過前處理器,再處理非穩態之粒狀污染物後進入粒狀物數目計算儀器計算及累積,如圖1。經過前處理器,主要是要隔絕大於2.5μm以上之粒狀物,因為這樣大顆粒的粒狀物,並非由燃燒所產生,可能的來源是排氣管、稀釋道或其他管路管壁上累積之粒狀物剝落所形成。而如同前述,粒狀污染物的成分除了碳粒外,另外附著燃油或潤滑油所產生有機化合物,為消除這些物質,樣本會進行volatile particle remove處理。首先通過前處理器的樣本會經過primary dilution稀釋,需要此項步驟,係因為現今粒狀物數目計算儀器最多只能計數10000#/cm3,再經過Evaporation加熱,將附著的有機化合物蒸發燃燒,僅剩碳粒成分,進入secondary diluton稀釋降溫到粒狀物數目計算儀器可以接受的溫度。

    進入粒狀物數目計算儀器,係使用CPC,Condensation particle counter方法進行粒狀物數目量測,目前全球僅有TSI擁有專利可製造生產此項儀器。如圖2,其工作原理為粒狀物進入儀器後,會混合工作液體的蒸發氣,再通過低溫環境,此工作液體會冷凝於粒狀物上,此舉,可將粒狀污顆粒變大,經過鐳射光感應區,可感應及計算粒狀物顆粒數。

    圖2 粒狀物數目量測儀器原理,資料來源:TSI

    若您對本文有相關問題,歡迎您聯繫車輛中心 環能驗證課 陳佳良工程師 電話:04-7811222分機2220  email:ryochen@artc.org.tw
     

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