TW455680B - Measurement of contaminant components in exhaust gas and reduction of excessive contaminant emissions during cold starts and while driving - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 5 5 6 8 0 A7 五、發明説明（1 ) 1.刖e 最近幾年曾積極從事降低廢氣污染物排放量之工作。 其理由是導致污染排放之交通工具數量急劇上昇。所以， 最有效的方法係發展污染物排放量低及節妁能源之新頴交 通工具。 2：最新技術 在駕駛循環過程中，汽車廢氣排放包括兩個基本時段： •常溫起動污染物排放量高之時段及 •引擎溫熱後污染物排放童低之時段。 在特定情況下之滾輪（羅勒）式測試台上無法確定車輔 道路上行駛時之污染物排放實際狀況乃一主要問題。結果 ，滾輪式測試台上所實施之測試工作並不完整而僅係部分 檢驗。除測試台之若干測試外，利用新穎就地（現場）控制 技街亦可確定是否符合「超低排放量車輛」OJLEV)、EURO ill及IV之排放標準。 在美國，小客車配有「隨車檢査」（OBD)E-糸統以監 控所有排放相關之組件，例如：蘭姆達傳感器、燃料系統 、副空氣系統、廢氣循環系統、油箱通風及燃燒中斷控制 。但污染物排放量並未測出，僅間接找出與適當傳感器訊 號之相互關係。參考資料/1/曾揭示一種測量行駛期間污 染物排放量之方法。但車輛引擎溫熱時待測量之數量太低 ，所以測蠆訊號在自然噪音中無法偵檢到。 就三用催化轉化器而言，其中僅有烴類（HC)極限值， 該值是否能符合標準係經由催化轉化器對儲氧之能力而間 -3 - ϋ - -I *^n » - rl I! - - . ---—-I I—..... - - - - -i , 一 =e (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） 455680 A7 B7 五、發明説明（ 修正丨 I « t、 X Itg®· 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 接加Μ監控。為達成此目的，將分別位於催化轉化器前後 雨個蘭姆達傳感器之測量訊號加以比較，所得訊號比得與 所轉化之烴類數量求得相互闞係。該項技術未能提供有關 實際烴類排放量之結果。但對排放標準持績降低之車輛而 言，最好直接測量排放量。 最近幾年，催化轉化器系統業已發展到可於一分鐘内 即達到其操作溫度。結果，車輔之排放量減至最低，而一 反過去之情況絕大部分之污染物係在常溫起動時排出，佔 總排放畺之最大部分。在此情況下，燃燒後/隨後之處理 或電力加熱則扮演童要角色（參閱參考資料/2/, /3/及Μ/) 。再者，若干業經發展成功之降低污染系統中，將另外添 加物質於廢氣流動體内而引起化學反應，Κ達成廢氣組成 分之預期變化（參閱參考資料/5/)。吸附劑材料係用以將 常溫起動期間之污染物保留下來。俟引擎及催化轉化器溫 熱時則將保留下來之污染物脫附掉（釋出）。用吸附劑材料 將未燃燒之烴類保留在活性碳上並將氮化物類收集在沸石 上（參閱參考貢料/6/及/7/)。迄至目前為止，尚無一種方 法旣可在常溫起動時段，又能在燃燒糸統或廢氣後處理系 統内發生缺失之困難情況下降低廢氣中污染物之排放量。 再者，如何將污染物排放量控制糸統適當地應用在飛 機、船舶及柴油火車機車上之問題亦尚未涉及。本測量方 法之目的係建立一個具有適當排放標準及Μ排放數據為基 準之參數、國際接受之評價系統。 3.車輔排放量之評估 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21 〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注^Κ項再填寫本頁) -------訂--- 45 56 8 0 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 車輔排放量將藉助於一監控糸統加以評估。該監控系 統可能裝配在新車內或作為一橫組式裝置隨後裝配在舊車 內。S後裝配該監控系統時，車輔之現有結構無需修改。 在頻繁的日常行駛之情況下，欲評估車輛排放量之些 微變化非常困難。但有兩種變通之方法： •於常溫起動時段實施車輔排放量之評估及 *於行駛期間實施廢氣系統內排放量之測量。 3.1廢氣系統肉排放量之測量 如圖1所示，車輔之燃燒糸統主要由兩個元件姐成， 其中含有：引擎（1)及廢氣後處理系統（2)。引擎後面所測 量之數據係提供燃燒過程之資訊，催化轉化器後面所產生 之測量訊號係提供廢氣後處理糸統情況之資訊。在該兩個 部位所測得之最重要污染物之數量彼此差異極大。引擎後 面之數量係催化轉化器後面者之10至100倍，其中以技術 觀點而言催化轉化器係經適當地操作。測量糸統（3)係在 該兩個部位擔任實際測量工作。 圖2所示者係依照低排放量車輛（LEV)内美國US 75 — 週儀器於催化轉化器後面所記錄之測量結果。除煞車及加 速效果外，該圖未能顯示常溫起動時段以後之任何排放量 。攆基於該等數量值幾乎不可能在該等車輔内形成輕微或 gf改變之損傷。此乃由於評沽測量之訊號係參考零點且 該等訊號亦會產生自然上下起伏現象。由外界撞擊導致噪 音量昇高造成輕微損傷所引起之排放量增加幾乎不坷能顯 示出來。在此情況下，最好採用累稹法。舉例言之，在燃 -5 一 (請先閡讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） A7 455680 五、發明説明（4 ) 燒過程中可橫擬一個特定之缺點。該經橫擬之缺點可能導 致引擎後方所彤成之界定排放量 如圖3所示，所汞車輔 排放量可在催化轉化器之前面及後面測量得到，且可用作 比較數字。廢氣係首先在引擎之後，但仍在催化轉化器之 前測量。該等廢氣未經處理且可用K建立原始測量訊號Μ 測定引擎情況之特徵。後處理糸統之情況可由催化轉化器 後面量得之值容易地測定。 於催化轉化器前面及後面對廢氣實施之另一種測量方 法及所得改為輪入分析系統之數值（高及低排放量）可節省 車輛中之器具及空間，蓋因僅需一種附有一種調整測量範 圍之測量儀器。該測量儀器係依照催化轉化器後面之排放 量測量範圍而設計者。催化轉化器前面測量範圍高之排放 量可藉將其加以稀釋而調整之，而且可用解析度比較精细 之同一測量儀器偵檢之。 3.2常溫起動期間車輛排放量之確定 圖4所顯示者係催化轉化器後面測定之低排放量車輛 之蓮轉性能。除常溫起動期間車輔排放量增加外，烴類之 湄度非常低。起動後首40至80秒所測得之排放量較在該時 段後之車輔低排放量為高。其量可能達數千個百萬分點。 結果，該等排放量較引擎溫熱時随後蓮轉期間之低排放畺 更容易由測量之數據來確定。 於常溫起動期間實施測量工作之優點是：在此時段内 ,廢氣後處理系統之故障係以持別顧著方式反應在圖內。 圖5所示常溫起動峰之增高係由於催化轉化器之老化。除 -6 - - .: I - - I I II - - - - i - J^. 11 ^^1 n In mi^ •^，ve (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 ο X 297公釐） 455680 A7 B7 五、發明説明（5 ) 排放時間延長與催化轉化器需要高溫有闞外，車輔排放量 之絕對峰亦昇高。由於催化轉化器内活性物質之減少，轉 化工作之效率將降低。 即使對最新型車輔而言，常溫起動峰之形狀及大小仍 可完全反應該車輔之性能。如圖6所示玆建議建立：起動 後最大排放量在時間軸之位置（4),測量因數之最大量（5) ，常溫起動時段所需之時間（6)及常溫起動排放量之面積 (7)。離開製造廠或裝修廠時，每部車輔均配有一件個別 特徵圖解。該圖解係由數次常溫起動所得之平均值而製成 。上述四項特徵數量值均存儲在車內。相對應之環境狀況 ，例如：外界空氣溫度、壓力、空氣相對濕度等，均以標 準狀況為基準。任何其他常溫起動時段均係與該特徵圖解 作比較，依據上述四項持激數量值（4至7)可界定所發生之 變化。若任何一項變化超出預先設定之標準時，必須釋出 警告訊號。 4.常溫起動時段及行駛期間發生故障時車輔排放量之降低 若廢氣排放量數值增加（常溫起動/故障）或空氣污染 程度提高（交通流量高）時，為降低車輔排放量至最小所應 採取之因應措施，特說明若干方法如下。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖7所示，為降低增加之排放量，廢氣系統內可裝 一吸附糸統。一吸附劑阱（收集器）包括至少一種，最好數 種化學物質，在適當吸附程序過程中，該等化學物質不僅 可將烴類而且將一氧化碳及氮氧化物分子亦保留下來。舉 例言之，該項混合物可能包括活性碳、裼土（亦稱霍佳）， -7 - 本紙張尺度適用中國國家棵準ί CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） A7 455680 五、發明説明（6 ) 及不同之泡沸石物質。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在正常蓮轉期間，廢氣係經由排氣管自由地流入大氣 内。如圖8所示，若車輔係於長期停用後開始起動或燃燒 室（8)或廢氣後處理系統（9)內發生問題，車載監控系統 (10)(0BD或0ΒΜ系統），連同將故陣情彤通知駕駛人，尚可 藉肋於閥（Π)使駿氣逆流。若交通流量高（塞車或進入城 内市區），吸附系統即自動蓮作，或駕駛人依照交通路線 糸統之指示將其納入廢氣系統。流向逆轉後，廢氣即不得 自由流入大氣内，而被導入吸附系統中。該吸附系統包括 兩個吸附阱（12及13)Κ便輪流蓮作。於常溫起動期間或燃 燒系統或廢氣後處理糸統發生故障時，則將廢氣導經吸附 系統。若燃燒系統内發生缺點，所有污染物將存儲下來直 至缺點獲得改正為止。若廢氣後處理条銃内有缺點，該等 吸附阱將輪流蓮作並以脫附（釋出）方式予以再生，經濃縮 後，將污染物再循環至正常蓮轉引擎之燃燒室（填加輔助 空氣）。藉加熱条統（14)之助提昇溫度及/或藉減低真空 条統（15)之壓力實施脫附程序。該程序係用以聯接錯誤訊 息與改正動作間之時段，以防止交通工具排放量之上昇。 俟故障偵出/顯示之後，駕駛人仍可順利地繼讀行駛100 .,..1000公里，亦即實際上即使在人口不太稠密地區，仍 可抵達下一傾修理廠。 不能實施再生之老舊吸附材料將以簡單方式加以替換 ，並藉助於模組技術。替換手鱭與目前濾油器之更換相似 。確實老舊吸附劑材料之再加工應Μ姐織化之方式實施。 *- 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ297公釐） 455680 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 五、發明説明（7 ) 吸附劑之整體材料可依照目前廢機油之模式加以處置。所 收集之吸附劑材料可依照相關之最新技術作進一步之加工 處理。 於常溫起動時段降低車輔排放量之另一種可行之方法 是：常溫起動作用係均勻地且不依賴駕駛人地加K控制。 在此方法中，所有車輔需配以自動起動裝置，該裝置自動 地達成起動作用且係以可能的最佳方式。外界狀況，例如 :溫度、空氣壓力、空氣濕度、風力、風向、冰及車載監 控系統之數值均將納人控制程序之考量内。 5.飛機、船舶及柴油火車機車内污染物排放量之確定 交通工具工業界最大之污染排放者是：船舶、飛機及 非電力驅動之火車機車。 所有三類交通工具具有之共同點是：燃燒烴類且燃燒 之生成物均K不加控制之方式釋入大氣中。因此，燃燒糸 統内需要加裝一測量系統Μ便廢氣流通。測量系統苛直接 接觸廢氣流動體或藉助於一抽取部位。 至於火車機車，藉助於經由對應界面而與測量系統相 連接之電腦可存儲及傳送數據，電腦將數據收集在一數據 載體（17)上，而且每次完成旅程後將其歸檔。若係市際火 車，數據亦可藉電話（18)傳送。於旅途中，可將數據傳送 至從事評沽之相闞地區。在船舶（19)上，可將收集到之數 據傳送至存儲媒體（例如：磁碟或不同圖表）上，藉助於在 界面處實施數據直接評估或經由衛星（20)。在飛機（21)上 ，需要使用微處理系統及輕量技術。在飛行過程中，數據 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 455680 A7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裂 五、發明説明u ) 需要存儲在微數據載體上。所有引擎則完全委由該微數據 載體監控。噴射引擎係經設計為開放系統，該等系統將熱 廢氣以高速排入大氣内。測量系統需要考量混合比例及外 界狀況。最重要一點係飛行作業之安全完成。存檔之數據 可藉助於地面數據載體或空中無線電加以評估。經由人造 衛星實施數據傳送之方法亦需納入考量。 對所有三類交通工具而言，主要工作係在作業過程中 將非標準事件通知地面人員，但同樣重要的是排放量數據 之收集。機載評估系統需以適當方式加以設計，俾超過設 定排放搮準時該等評估系統立即在車（船、機）上釋出警告 訊號。該等訊號可能顯示燃燒系統或廢氣後處理糸統之偏 差或故障。該機載監控系統係用以增加交通工具之作業安 全。 上逑諸類蓮輸工具需要配以存儲之特徵圖解，其中可 提供有關排放量標準之資訊，該等標準包括個別之動態數 據及合計總和。該等系統需要含有有關容許每公里或哩排 放標準之正確數據。評估裝置需要含有相關所選時段之精 確設定參數，例如：飛機之起動及降落作業、柴油火車機 車之起動及煞車作業及船舶在海港内之蓮作。該等標準之 設計將依照蓮輸工具之類型、建造年份Μ及其他個別參數 若係開放型系統，測量工作之實施可用或不用肉部控 制且每項現時測量值將與歸檔之特徵圖解加以比較。若超 出排放標準太多即釋出警告訊號。若係封閉型控制系統， 交通工具將永久地連接相關的程序控制系統。亦可能需要 -----：------- ‘装------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0Χ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4556 8 0 五、發明説明（9 ) 經由程序控制系統調整行駛或飛行標準。結果，由於排放 的理由可能減低或增高速率及若因該項改變而有必要時甚 至可改變飛行路線，請參閲圖1◦。程序控制中心係在排 放量持高之時間及地點設定所需之排放標準。相闞達成蓮 輸任務之任何優點及缺點將於評估系統內納入考量。所有 存儲之數據將加Μ收集並傳送至一國際評估系統。 圃忒簡Μ說昍及幺元件煸猇說昍： 圖1 :車輔燃燒糸統之主要組件 1引擎 2廢氣後處理糸統，附催化轉化器、消音器及排 氣管 3測量系統 圔2 :美國US 75-測試循環行駛圖解（上）及對應之車輔排 放量（下） 圖3:比較式測量之裝置 圖4 :低排放量車輔常溫起動期間之排放量 圖5:老化催化轉化器對常溫起動時段之延長及烴類絕對 排放量之增加 圖6 :常溫起動排放量數學分析重要參數之說明 4起動後最大排放量在時間軸上之位置 5所建因數之最大量 6 常溫起動時段所需之時間 7常溫起動排放量之面積 ^^1 - - II - In I -·- i I- HI -roi. - - - - ..... -- - i I "V -V5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 45 56 8 0 at 五、發明説明（10) 圖7:降低排放量措施之說明 圖8 :汽車廢（排）氣条統內吸附糸統之主要位置 8 燃燒糸統 9 廢氣後處理糸統 10機載（随車）監控系統 11閥 12第一吸附阱 13第二吸附阱 〗4 加熱系統 15 真空系統 圖9:蓮輸工具與控制中心間之數據傳送 16 火車機車 17數據載體 18 電話 19船舶 20 經由人造衛星傳送 21飛機 圖10 :來自控制中心，以排放量為基準之參數造成船舶 行駛速率之減低 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -

、1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 4556 8 0 A7 B7 經濟部中央標準局*；工消費合作社印製 五、發明説明（π) US 75行駛圖解長度： 17860公尺 時段： 1877秒 最大速率：91.2公里/小時 平均速率：34公里/小時 常湩過渡時段（常溫起動） 穩定化時段 10分鐘休息 高溫過渡時段（高溫起動） 第一時段之重複 KC3He表示之烴類數量（百萬分點） 圖3 : 環境 測量条統 引擎 抽取部位1 廢氣之後處理 抽取部位2 環境 缺點 圖4 : 低排放量車輔 在C1上之T-HC標準化百萬分點 n ...... - - H - - ---In - - I— - I— I : ^~* ^ 、言 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 455680 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（12) 常溫起動 高溫蓮轉 時間（分鐘） 圈5 : 烴類數量（百萬分點） 在高極限之催化轉化器 老化之催化轉化器 新催化轉化器 時間（秒） 圖6 : 烴類數量（百萬分點） 時間（秒） 圖7 : 未附吸附胼之排放量 附有吸附阱之排放量 T-HC(百萬分點） 常溫起動 引擎缺點 修理 時間 打開 _ 14 一 (請，先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

,1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） 45 56 8 0 A7 B7 五、發明説明（13) 脫附 關閉 吸附阱之步驟 圖8 : 廢氣 再循環 輔肋空氣 廢氣 圖9 : 測量數據之傳送 控制指令之發布 測量數據 參數 圖1 0 : 氮氧化物數量 計劃排放量 經濟部中央標準局男工消費合作社印製 (#先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由減緩行駛速率而降低之排放量 依照參數 時間 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（2IOX297公釐）

Claims (1)

1. A8 BS C8 D8 455680 六、申請專利範圍 1. 一種測量廢氣内污染物成分之方法，其中用常溫起動 時段評估廢氣相關因素之質量，氣體物質【例如：烴類 (HC)、一氧化碳(CO)及氮氧化物(NO)】之濃度係藉助於一 氣體分析裝置確定，而且用 •待確定之物質最大濃度 •常溫起動時段之時間（的長短> •起動後排放最大值之暫時位置及 •常溫起動排放量之面積 評估交通工具排放特性之特有參數。 2· —種測量廢氣内污染物成分之方法，其中在製造廉或 裝修廠内每部車輛將重複歷經品質控制之常溫起動時段， 於所有廢氣相關因素適當運作狀況下確定如申請專利範圍 第1項參數之數據並經算出平均值之後，將其存儲在車載 測量及控制系統内，且每次新常溫起動作用所確定之參數 將與存儲之參數加以比較，藉此外界狀況將與標準化之狀 況有所關聯，任何不適宜及超出標準之改變將產生警告訊 號。 00 種測董行致期間廢氣内污染物成分之方法，其中將 人為的及故意產生的故障與車輛混在一起作為典型狀況， 該等典型狀況將導致一定量污染物濃度之增加，同' 此，燃燒系統後面所發生之高濃度將於稀釋後加以 而催化轉化器後面出現之低濃度將不經稀釋而加 為比較催化轉化器前後所建立之兩種程序，如」= 圍第1項之最大值、總面積及時間歷程之特性等3係作為 ----------f------- —訂---------線.W (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 私紙張又度適35 τ國固家標準（CNS)A4規格（2W X 297公沒7 A8 B8 C8 D8 455680 申請專利範圍 比較數值。 4· 一種吸附系統，其中吸附劑材料包含數種不同數量之 物質’視引擎型式、車輛型式及性能而定，其品質及數量 不同，所以適用於配有火星點火或柴油引擎之各種車輛； 為保留烴類、一氧化破及氮氧化物之分子，主要係用活性 碳、霍佳、及泡沸石，但，視任務性質而定，亦可能選擇 其他物質’吸附劑材料數量之選擇係依照下一修理廠之平 均距離及發生瑕疵時之平均車輛排放章。 5· 種降低常温起動時段廢氣内污染物之方法，其中起 動作用將由機載MSR系統自動控制，以確保在儘可能最 佳狀況下達成均勻起動作用，因而可作永久性比較與控 制，藉以將最重要之環境參數，例如：外界溫度、空氣壓 力與濕度以及其他特徵數值連同控制起動作用之機載監控 系統之數據納入考量。 ---------裝---！11 訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟即智慧財產局員工消費合作社印製

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