柴油引擎污染排放控制技术.PDF

柴油引擎污染排放控制技術 盧昭暉 國立中興大學機械工程研究所 一、前言 柴油引擎由於熱效率高、省油、使得柴油車的應用範圍日漸增加， 尤其是行走里程較長的公共汽車及貨車卡車都是使用柴油引擎為動力 來源。根據交通部的統計資料，2012年在台灣地區柴油大客貨車約只 有 19萬輛，佔所有機動車輛數的 0.8% ，佔所有汽車數量的2.7%[1] 。雖 然柴油車的比例不高，但依據全國加油站的銷售統計，柴油銷售量約 佔汽油銷售量的 44% ，佔全部銷售量的三成[2] 。這是由於大型柴油客 貨車的排氣量遠大於一 般小汽車，且大部份都使用於大眾運輸及長途 載貨等高行駛里程的用途，故其污染排放亦相當可觀。 根據環保署的交通工具排放總量 推估，柴油大客貨車所產生的粒 狀污染物約與其他所有交通工具的總合相同，硫氧化物及氮氧化物則 高於其他所有交通工具的總合。此外，柴油引擎所排放的黑煙由於可 用肉眼明顯的分辨出來 ，為一般民眾所厭惡，而降低柴油引擎的黑煙 排放也成為民眾一致的訴求。世界衛生組織 (WHO)的國際癌症研究 署 (IARC) 於2012年6月 12日正式宣布，把柴油引擎廢氣列為致癌物， 級別與石棉、砷和芥子氣一樣，屬於確定對人類致癌物質。台灣都會 地區主要的大眾運輸皆依賴公共汽車，相對的排放之空氣污染物量也 大增，對環境空氣品質造成嚴重傷害，故柴油車汙染的管制成為一項 重要的環保課題。 1 二、柴油引擎污染排放測試 全球有關柴油引擎的染排放檢測方式與排放標準可分成美國，歐 洲，與日本三大系統，因這三個地區是是全世界柴油車的主要生產與 製造國。由於重型柴油引擎的應用範圍非常廣，柴油車的種類又非常 多，重型柴油引擎的製造商與柴油車的製造商通常都分開來，同一款 重型柴油引擎可以應用到非常多種的柴油車上，故重型柴油引擎的污 染排放測試與一般汽機車的檢測方式不同，不是在車體動力計上以整 輛車來進行，而是將引擎拆下，在引擎動力計上進行。 美國最早的柴油引擎污染排放測試是穩態測試，稱為13 Mode ，這 以三種不同引擎轉速來進行測試，分別為最大負載轉速，最大扭力轉 速，與怠速。在前兩種轉速下再區分成 10% ，25% ，50% ，75% ，與100% 等五種負載，共有十種轉速與負載組合，再加上在怠速上進行三次測 試，共有十三個測試點。各測試點的污染排放量是由該測試點的污染 排放濃度，引擎排氣流量，及輸出馬力計算而得，而總排放量則是由 各測試點的污染排放量乘上測試點的比例權重而得。 為實際反應行車狀況，美國的重型柴油引擎污染排放測試改以美 國暫態循環 (US Transient Cycle)來進行，這是用來模擬重型柴油引擎在 美國都會區內的行車狀況，主要由四部份所組成，第一部份為紐約市 區 (NYNF, New York Non Freeway) ，模擬紐約市區內道路的行車狀 況，第二部份為洛杉磯市區 (LANF, Los Angle Non Freeway) ，模擬洛杉 磯市區內道路的行車狀況，第三部份為洛杉磯市區高速公路 (LAFY, Los Angle Freeway) ，模擬洛杉磯市區高速公路的行車狀況，第四部份 又重複 NYNF 。整個循環共二十分鐘，汙染測試是由兩個循環所構成， 其中第一個循環為冷啟動，第二個循環為熱啟動。在暫態循環過程中， 引擎絕大部份的時間都處於暫態的狀況，其平均負載只有最大負載的 2 20%-25% 。所相當的行車速度約為30km/h ，所相當的行車距離約為10.3 公里。 歐洲的重型柴油引擎污染排放測試早期也是以13 Mode進行，所用 的十三個測試點與美國早期的 13 Mode相同，但各點的比重則不一樣， 高轉速與高負載的比例比較高，可反應出歐洲的行車狀況。目前歐洲 也改用暫態測試，所使用的測試型態稱為歐洲暫態循環 (ETC, European Transient Cycle) ，這是依據德國實際道路測試的結果，包括市