水冷式四行程機車使用複合碳系奈米流體之熱性能、引擎性能及PM2.5排放研究

針對水冷四行程機車之冷卻液散熱效果進行相關研究，利用冷卻系統添加複合碳系奈米流體(HCBNF)溶於原廠冷卻液，再加入分散劑GA(阿拉伯膠)進行電磁加熱攪拌3 h與超音波震盪1 h，以製備複合碳系奈米冷卻液(HCBNC)。分別進行在不同濃度及溫度的沉降、比熱、導熱、黏度及磨潤試驗探討基礎性質，實驗分別試驗base、0.02 wt.％、0.04 wt.％、0.06 wt.％的HCBNC，基礎試驗中沉降試驗的結果發現HCBNC在靜置30天，0.04 wt.％效果非常穩定幾乎沒有沉澱現象。黏度試驗發現0.06 wt.％黏度高於其他的濃度；比熱試驗發現 0.04 wt.％濃度低於其他濃度和base；熱傳導試驗0.04 wt.％為最佳導熱係數；最後磨潤試驗0.04 wt.％、0.06 wt.％兩者的磨耗改善率高於base。綜合以上四項試驗結果，選用濃度0.04wt.％進行後續實驗。 將最佳濃度0.04wt.％ HCBNC加入於熱交換系統平台及實車實驗，在熱交換系統平台中水散熱性能改善率為37.5 ％、空氣散熱性能改善率為6.45％，而引擎暖車性能實驗中水散熱性能改善率為23 ％、空氣散熱性能改善率為7.94％。在實車HCBNC分別與原廠冷卻液與純水相比ECE-40行車型態燃油消耗量改善12 ％、14 ％，定速50 km/h行車型態燃油消耗量改善9 ％、13 ％，平均燃油消耗量(km/L)改善11 ％、14 ％。平路與爬坡行車型態測試油門開度固定25 %，平路行車型態車速改善率3 ％、4 ％，爬坡行車型態車速改善率8 ％、18 ％。 在四項實驗ECE-40 行車型態試驗、定速行車型態試驗、爬坡行車型態試驗、平路行車型態試驗，HCBNC分別與原廠冷卻液與純水相比平均對於汽缸壁溫度下降17.25 %、10.5 %；出水口溫度改善率9.5 %、9.25 %；汽缸壁(排氣管) 溫度下降9.75 %、7.75 %；火星塞溫度下降8.25 %、8.75 %。在廢氣排放添加HCBNC分別與原廠冷卻液與純水相比的HC排放總量減少13 %、20 %；CO排放總量減少39 %、 49 %，而CO2排放總量減少20 %、28 %。在PM排放測試，粒徑2 μm以上總量減少79 %、 61 %，粒徑3 μm以上總量減少20 %、 77 %。