Investigations of nanoparticle emissions of two gasoline cars MPI & DI at stationary part load operation

• Autorzy: Czerwiński J. , Comte P. , Keller A. , Mayer A.

Warianty tytułu

PL

Emisja nanocząstek z dwóch pojazdów wyposażonych w silniki ZI – MPI i DI w warunkach stacjonarnych przy częściowym obciążeniu

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Starting from Euro 6 not only for diesel but also for gasoline vehicles, with direct injection technology (GDI) a solid particle number emissions limit of 6 × 10¹¹#/km becomes effective. The limit was temporary extended for GDI to 6 x 10¹²#/km. Nuclei of metals as well as organics are suspected to significantly contribute especially to the ultrafine particle size fractions, and thus to the particle number concentration. In the project GasOMeP (Gasoline Organic & Metal Particulates) metal-nanoparticles (including sub 20 nm) from gasoline cars are investigated for different engine technologies. In the present paper some results of basic investigations of nanoparticles from two gasoline cars – an older one with MPI and a never one with DI – are represented. The measurements were performed at vehicle tailpipe, with varying sampling conditions and with different SMPS-systems, which enabled the mobility scanning in different size ranges. The results show that the older vehicle with MPI emits high particle count concentrations. The size distributions are decisively bimodal with high numbers in nuclei mode. In this case, the particle counting below 10 nm yields important information. The emissions of the newer vehicle with DI show no typical uniform shape of particle size distributions and are at lower level, than for the older vehicle. There is no visible nuclei mode and the ultrafine particle concentrations below 10 nm are insignificant. A sampling with a strongly increased primary dilution has a clear influence on the indicated (higher) particle concentrations.

PL

Począwszy od normy Euro 6 wprowadzone zostanie ograniczenie emisji cząstek stałych do 6 × 10¹¹#/km nie tylko dla pojazdów wyposażonych w silniki ZS, ale także dla pojazdów z silnikami ZI z bezpośrednim wtryskiem paliwa (GDI). Dopuszczalna liczba cząstek stałych emitowanych przez pojazdy wyposażone w silniki GDI była tymczasowo zwiększona do 6 × 10¹²#/km. Cząstki metali, jak również substancje organiczne prawdopodobnie są powodem emisji bardzo małych cząstek stałych, przyczyniając się do zwiększenia liczby emitowanych cząstek stałych. W projekcie GasOMeP (cząstki organiczne i metalowe z silników benzynowych) badana jest emisja nanocząstek metali (również o średnicy < 20 nm) z samochodów wyposażonych w silniki benzynowe różnych generacji. W artykule przedstawiono wyniki badań emisji nanocząstek z dwóch samochodów wyposażonych w silniki benzynowe – starszy z wtryskiem MPI i nowszy z wtryskiem DI. Spaliny pobierano z układu wylotowego pojazdu przy różnych warunkach pomiarowych i z wykorzystaniem urządzeń do pomiaru emisji cząstek stałych o różnych zakresach pomiarowych. Wyniki badań wskazują, że stężenie cząstek stałych w spalinach starszego pojazdu z wtryskiem MPI jest duże. Rozkłady wielkości mają charakter bimodalny z dużymi wartościami w fazie nukleacji. Wtedy istotny jest pomiar liczby cząstek stałych o średnicy mniejszej niż 10 nm. Emisja z pojazdu z wtryskiem typu DI nie wykazuje typowego jednolitego kształtu rozkładu wymiarowego, również liczba cząstek stałych jest mniejsza niż z pojazdu starszego. Nie zauważono znaczącej emisji cząstek w fazie nukleacji, a stężenia cząstek najmniejszych o średnicy poniżej 10 nm są nieznaczne. Pobór próbki spalin przy zastosowaniu dużego współczynnika rozcieńczenia ma zauważalny wpływ na zwiększenie stężenia cząstek stałych.

Słowa kluczowe

EN

nanoparticles; emission standards; ambient air limits; health benefits

PL

nanocząstki; limity emisji; normy jakości powietrza; korzyści zdrowotne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 53, nr 3
• Strony: 3--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czerwiński J.

• Laboratorium for IC-Engines and Exhaust Gas Control, University of Applied Sciences Biel-Bienne, Switzerland

autor

Comte P.

• AFHB, University of Applied Sciences, Biel-Bienne, Switzerland

autor

Keller A.

• Technik Thermische Maschinen (TTM), Switzerland

autor

Mayer A.

• School of Engineering, Institute of Aerosol and Sensor Technology

Bibliografia

• [1] Sgro L.A. et al.: Investigating the origin of nuclei particles in GDI engine exhausts. Combustion and Flame, 2012. 159(4), p. 1687–1692.
• [2] Mayer A., Czerwinski J., Ulrich A., Mooney J.J.: Metal-Oxide Particles in Combustion Engine Exhaust. SAE Technical Paper 2010-01-0792.
• [3] Mayer A., Czerwinski J., Kasper M., Ulrich A., Mooney J.J.: Metal Oxide Particle Emissions from Diesel and Petrol Engines. SAE Technical Paper 2012-01-0841.
• [4] Ulrich A. et al.: Particle and metal emissions of diesel and gasoline engines are particle filters appropriate measures? Proceedings of the 16th ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles 2012.
• [5] Buchholz B.A., Dibble R.W., Rich D., Cheng A.S. (ed).: Quantifying the contribution of lubrication oil carbon to particulate emissions from a diesel engine. SAE Technical Paper 2003-01-1987.
• [6] Sonntag D.B., Bailey Ch.R., Fulper C.R., Baldauf R.W.: Contribution of Lubricating Oil to Particulate Matter Emissions from Light-Duty Gasoline Vehicles in Kansas City. Environment Science & Technology, 27. Febr. 2012.
• [7] Bach C.: Emissionsvergleich verschiedener Antriebsarten in aktuellen Personenwagen. Untersuchung der Emissionen von aktuellen Personenwagen mit konventionellen und direkteingespritzten Benzinmotoren, Dieselmotoren mit und ohne Partikelfilter, sowie Erdgasmotoren. (Empa Final Report for Novatlantis and Bundesamt für Umwelt BAFU,), in Empa Report 2007 (Novatlantis).
• [8] Bielaczyc P., Szczotka A., Woodburn J.: An overview of particulate matter emissions from modern light duty vehicles. Combustion Engines, No. 2/2013 (153), 101–108. ISSN 0138-0346.
• [9] Chan T.W., Meloche E., Kubsh J., Brezny R., Rosenblatt D., Rideout G.: Impact of Ambient Temperature on Gaseous and Particle Emissions from a Direct Injection Gasoline Vehicle and its Implications on Particle Filtration. SAE Technical Paper 2013-01-0527, Detroit, April 2013.
• [10] Mathis U., Kaegi R., Mohr M., Zenobi R.: TEM analysis of volatile nanoparticles from particle trap equipped diesel and direct-injection spark-ignition vehicles. Atmospheric Environment 38 (2004) 4347-4355, April 2004.
• [11] Lee K.O., Seong H., Sakai St., Hageman M., Rothamer D.: Detailed Morphological Properties of Nanoparticles from Gasoline Direct Injection Engine Combustion of Ethanol Blends. SAE Technical Paper 2013-24-0185, Napoli, September 2013.