Identification of particulate matter PM in diesel engine exhaust gases

• Autorzy: Mruk, A. , Cisek, J.

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja cząstek stałych w spalinach silnika wysokoprężnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Amid the harmful and limited components of diesel exhaust gas, there are PM particles. The methodology for measuring these particles is determined by internationally adopted EPA, ISO and ECE – R49 rules. Measuring of PM emissions requires the use of a special measuring stand with a gas dilution tunnel simulating real conditions of mixing exhaust gases with surrounding air. The emissions of the particles are measured gravimetrically by weighing the masses of particles deposited on special filters, from the sample of mixture taken from the diluted tunnel. Design features of the measuring stand and the measurement conditions are determined by the rules mentioned above. To identify amid PM particulates the particles other than soot, the filters used in diesel engine testing have been analysed. Analysed filters had been applied in the study on a 6-cylinder, turbocharged SW689 diesel engine, technically proficient, working at constant measuring point, i.e. load, rotational speed and the control parameters. The particles captured on the filter were put under observational study using the possibilities of electron microscope and spectroscopic analysis. The testing was done on a scanning electron microscope JSM-5800 of the firm Jeol (Japan), coupled with an X-ray spectrometer Link ISIS of the firm Oxford Instruments Ltd. (United Kingdom). It was found, that on the filter surface, besides the soot particles of uniform colour and structure, there were also other particles of different colour and form. These particles were localized, documented and examined in terms of the chemical elements in their composition. Their dimensions also were determined. Metal particles were identified: ferrous alloy, zinc alloy and the silicon alloy. Amid the particulate matter, some heterogeneous particles were identified. They had the form of agglomerates of different structure, compound of elementary particles of different origins and materials.

PL

Wśród szkodliwych składników spalin silników wysokoprężnych występują cząstki stałe. Pomiar emisji tych cząstek, metodykę tego pomiaru, określają przyjęte w skali międzynarodowej przepisy EPA [1], ISO [2] oraz ECE - R49 [3]. Metodyka ta wymaga posługiwania się specjalnym stanowiskiem pomiarowym z tunelem rozcieńczającym spaliny, symulującym rzeczywiste warunki mieszania się wydmuchiwanych spalin z otaczającym powietrzem. Pomiar emisji cząstek odbywa się grawimetrycznie, przez dokładne ważenie ilości cząstek odfiltrowanych, osadzonych na specjalnych filtrach, z próbki mieszaniny pobranej z tunelu. Cechy konstrukcyjne stanowiska pomiarowego jak i warunki samego pomiaru określają przywołane wcześniej przepisy. W celu zidentyfikowania wśród cząstek stałych, cząstek innych niż sadza podano analizie filtry z badań silnika wysokoprężnego. Analizowane filtry pochodziły z badań silnika wysokoprężnego typu SW689, sprawnego technicznie, dla pracy w stałym punkcie pomiarowym tj. obciążenia, prędkości obrotowej i parametrów regulacyjnych. Wychwycone na filtrze cząstki podano obserwacji wykorzystując możliwości mikroskopu elektronowego i analizy spektralnej. Badania przeprowadzono na elektronowym mikroskopie skaningowym JSM-5800 firmy Jeol (Japonia), sprzężonym ze spektrometrem promieniowania rentgenowskiego Link ISIS 300 firmy Oxford Instruments Ltd. (Wielka Brytania). Stwierdzono, że na powierzchni filtra obok jednolitej w barwie i strukturze sadzy (rys.3) znajdują się inne, odróżniające się barwą i postacią (rys.2). Cząstki te, po zlokalizowano udokumentowano i zbadano pod względem występujących w ich składzie pierwiastków. Określono również ich wymiary. Stwierdzono występowanie cząstek metalowych: stopy żelaza (rys.4,5.), cynku (rys.6) oraz krzemu (rys.7). Wśród cząstek zaobserwowano również cząstki niejednorodne w postaci aglomeratów o zróżnicowanej budowie, złożonej z mikrocząstek różnego pochodzenia, zbudowanych z różnych materiałów.

Słowa kluczowe

PL

silnik o zapłonie samoczynnym; emisja spalin; emisja cząstek stałych PM

EN

diesel engine; exhaust gas emission; particulate emission

• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 1/101
• Strony: 43--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Mruk, A.

• IPSiSS, Politechnika Krakowska

autor

Cisek, J.

• IPSiSS, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] "Code of Federal Regulations", U.S.A. Environmental Protection Agency, Gaseous and Particulate Exhaust Test Procedure, 1990, Vol. 40, Part 86.
• [2] "RIC Engines - Exhaust Emission Measurement, Part 1. Test Bed Measurement of Gaseous and Particulate Exhaust Emissions from RIC Engines". Norma ISO, nr CD 8178 - 1, 1992.
• [3] „Emission of diesel engines”, U.N. Economic Commission for Europe ECE), Regulation No 49 - (z poprawkami i uzupełnieniami do r. 1992).
• [4] Black F., High L.: „Methodology for Determining Particulate and Gaseous Diesel Hydrocarbon Emissions”, SAE Technical Paper 1979, Nr 79 0422.
• [5] Frisch L.E., Johnson J.H., Leddy D.G.: „Effect of Fuels and Dilution Ratio on Diesel Particulate Emissions”, SAE - Transactions, 1979, Paper Nr 79 0417.
• [6] Lach G., Winckler J.: „Specific Problems of Sampling and Measuring Diesel Exhaust Emissions”. SAE - Transactions, 1988, nr 88 1763.
• [7] Waldenmaier D.A., Gratz L.D., Bagley S.T., Johnson J.H., Leddy D.G.: „The Influence of Sampling Conditions on the Repeatability of Diesel Particulate and Vapor Phase Hydrocarbon and PAH Measurements”. SAE-Transactions 1990, nr 90 0642.
• [8] Kittelson D.B., Johnson J.H.: „Variability in Particle Emission Measurements in the Heavy - Duty Transient Test”, SAE - Transactions, 1991, nr 910738.
• [9] Bastenhof D.: „Exhaust Gas Emission Measurements - A Contribution to a Realistic Approach”, 21 Kongres CIMAC, 1995, Interlaken, referat nr D43.
• [10] Zablocki M., Szlachta Z., Cisek J. - Sprawozdanie z realizacji projektu badawczego nr 9 T12D 02908 p.n.: „Badania wpływu parametrów regulacyjnych i konstrukcyjnych stanowiska do mierzenia emisji cząstek stałych przez silniki wysokoprężne na wyniki pomiaru”. Sprawozdanie Politechniki Krakowskiej nr 507/KBN/1997.
• [11] AVL Procedings: Motor Und Unwelt, Engine and Enwironment, AVL List GmbH, Graz 1995.