Measurement of the Number and Size Distribution of Particle Emissions from Heavy Duty Engines

Hall, Diane; Stradling, Richard; Zemroch, P. J.; Rickeard, Dave J.; Mann, Nic; Heinze, Peter; Martini, Giorgio; Hagemann, Randi; Rantanen, Leena; Szendefi, Jozsef

doi:10.4271/2000-01-2000

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“…The particle sizes of interest are in the nano-metre (nm) range, and it is well established in the literature that particles can be separated into three size ranges, known as the nucleation mode, the accumulation mode, and the coarse mode [4,5,6,7]. The nucleation mode contains the smallest particles (3nm to 50nm [4,5]), and is formed mainly through the nucleation of material from the gas-phase during exhaust cooling, although it can also be solid material such as ash.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

The Impact of Biodiesel on Particle Number, Size and Mass Emissions from a Euro4 Diesel Vehicle

Tinsdale¹,

Price²,

Chen³

2010

SAE Int. J. Engines

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This item was submitted to Loughborough's Institutional Repository (https://dspace.lboro.ac.uk/) by the author and is made available under the following Creative Commons Licence conditions.For the full text of this licence, please go to: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ ABSTRACTNew European emissions legislation (Euro5) specifies a limit for Particle Number (PN) emissions and therefore drives measurement of PN during vehicle development and homologation. Concurrently, the use of biofuel is increasing in the marketplace, and Euro5 specifies that reference fuel must contain a bio-derived portion.Work was carried out to test the effect of fuels containing different levels of Fatty Acid Methyl Ester (FAME) on particle number, size, mass and composition. Measurements were conducted with a Cambustion Differential Mobility Spectrometer (DMS) to time-resolve sub-micron particles (5-1000nm), and a Horiba Solid Particle Counting System (SPCS) providing PN data from a Euro5-compliant measurement system. To ensure the findings are relevant to the modern automotive business, testing was carried out on a Euro4 compliant passenger car fitted with a high-pressure common-rail diesel engine and using standard homologation procedures.It was found that using FAME decreased total PN emissions, by 16% over the Type I drive cycle (NEDC) for a 30% biodiesel (B30) compared to mineral fuel (B0). FAME also decreased accumulation mode PN and carbonaceous mass, by 20-30% for B30 versus B0, with a consequent reduction in Diesel Particulate Filter loading rate. A 25% increase in the nucleation mode PN was found when using B30 versus B0, and the higher molecular-weight organic mass fraction also increased. Increases in nitrogen oxides when using FAMEcontaining fuels were also confirmed.

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Section: Introductionmentioning

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The Impact of Biodiesel on Particle Number, Size and Mass Emissions from a Euro4 Diesel Vehicle

Tinsdale¹,

Price²,

Chen³

2010

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“…[71], se encontró una disminución de la moda acumulación con el del grado de dilución hasta un valor de este para el que dicha moda se mantenía constante, junto con una reducción progresiva de la moda núcleos. En otros trabajos, sin embargo, se obtuvo una moda acumulación invariante frente al grado de dilución, aunque la tendencia de la moda núcleos en algunos casos se reducía [72] y en otros aumentaba [70,73,74]. Un resultado concluyente de estos estudios es la invariabilidad de la moda acumulación en ciertas condiciones de dilución, y la alta sensibilidad de la moda núcleos ante los cambios en las condiciones de dilución.…”

Section: Grado De Diluciónunclassified

“…En la literatura pueden encontrarse diversos trabajos en los que se evalúa la evolución temporal de las medidas y la influencia del tiempo de servicio motor sobre las distribuciones de tamaños de partículas Diesel [80]. Un factor común que tienen estos estudios de estabilidad, es que la moda acumulación se mantiene constante en el tiempo mientras que la moda núcleos presenta una variabilidad considerable, pudiéndose dar un aumento, observado con el uso de una sola etapa de dilución [73] o una reducción, tendencia observada con el empleo de más de una etapa de dilución [79,[81][82][83].…”

Section: Tiempo De Residenciaunclassified

“…Electrical mobility diameter (nm) otro lado, otros investigadores han encontrado que el modo acumulación no es sensible al grado de dilución, mientras que las partículas del modo nucleación formadas por material semi-volátil muestran una alta sensibilidad a este parámetro [73,82]. Por lo tanto, la variación observada en este estudio en la concentración de partículas del modo acumulación se puede atribuir a la presencia de compuestos volátiles adsorbidos y Capítulo 4.…”

Section: T Ie M Po (S ) Diám Etro De Movi Lidad Eléct Rica (Nm)unclassified

“…Este y otros estudios [73,80,142,143], a los que se suma el presente trabajo, muestran que los resultados de distribuciones de tamaños de partícula son críticamente dependientes de las condiciones y el procedimiento de medida, lo que revela la importancia de seguir de forma estricta las pautas de una metodología y un protocolo experimental adecuados.…”

Section: Introductionunclassified

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Metodología Para La Medida De Partículas en Condiciones Dinámicas De Operación Del Motor Diésel

Rodríguez¹

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ResumenLas estrictas normativas aplicadas a los motores Diesel y los cambios en la medida de partículas a través de métodos no gravimétricos, han supuesto una mayor exigencia al diseño y optimización de estos motores en cuanto a su emisión de contaminantes. De igual manera existen requerimientos más estrictos para las técnicas y metodologías de medida que se deben emplear para evaluar dichas emisiones.Desde el año 2003 un grupo de expertos sobre contaminación y energía auspiciados por la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (UNECE-GRPE), inicio el programa para la medida de partículas "Particle Measurement Programme (PMP)", con el fin de desarrollar nuevas técnicas que permitan sustituir o complementar al método gravimétrico de medida de partículas el cual, se viene aplicando en Europa desde 1993 cuando se implementó la normativa EURO 1.El método propuesto por el PMP especifica la medida de concentración numérica de partículas cuyo diámetro sea mayor que 23 nm. En este caso las partículas sólidas se definen como las partículas que pueden permanecer en el aerosol de escape después de ser diluido y sometido a un proceso de calentamiento en un tubo de evaporación, cuya temperatura está controlada entre 300°C y 400°C.Con el objetivo de desarrollar una metodología alternativa a la propuesta por el PMP, la tesis doctoral que se presenta se ha basado en el estudio teórico -experimental de distintos parámetros que afectan a la medida de partículas cuando el motor está trabajando en condiciones de operación transitorias. En el trabajo se aborda el desarrollo de una metodología de medida definida a partir de la estimación teórica del efecto de distintos factores del sistema de muestreo, así como la validación experimental de los efectos de estos factores sobre la medida.Aplicando de forma estricta la metodología desarrollada, se han realizado estudios con el fin de caracterizar la emisión de partículas del motor Diesel, bajo distintas condiciones de operación dinámicas, así como la evaluación de diferentes formulaciones de combustibles. En estos estudios el análisis de resultados se ha centrado en determinar la influencia de las condiciones de operación sobre la emisión total de partículas, la distribución de tamaños y concentración de partículas de la moda núcleos, a la cual pertenecen la mayor parte de las partículas con diámetros inferiores a 23 nm. ResumLes estrictes normatives aplicades als motors Diesel i els canvis en la mesura de partícules per mètodes no gravimètrics han suposat una major exigència al disseny i optimització d'aquests motors pel que fa a la seua emissió de contaminants. De la mateixa manera hi ha requeriments més estrictes per les tècniques i metodologies de mesura que s'han d'emprar per avaluar aquestes emissions.Des de l'any 2003 un grup d'experts sobre contaminació i energia patrocinats per la Comissió Econòmica de les Nacions Unides per a Europa (UNECE-GRPE) va iniciar el programa per a la mesura de partícules "Particle Measurement Programme (PMP)", amb la finalitat de desenvo...

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Effect of biodiesel on the particle size distribution in the exhaust of common-rail diesel engine and the mechanism of nanoparticle formation

Zhang

Zhao

et al. 2009

Sci. China Ser. E-Technol. Sci.

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Citation: Zhang X S, Zhao H, Hu Z J, et al. Effect of biodiesel on the particle size distribution in the exhaust of common-rail diesel engine and the mechanism of nanoparticle formation.Effect of biodiesel blends on the particle size distribution (PSD) of exhaust aerosol and the mechanism of nanoparticle formation were investigated with a modern common rail light-duty diesel engine. The results showed that PSD of diesel included two modes: nucleation mode (NM) and accumulation mode (CM). The criterion diameter of the two modes is 50 nm. Only CM was observed for all fuels under the condition of 50 N·m, 2000 r/min. When the engine torque was higher than 150 N·m, log-modal PSD of diesel shifted to bimodal. At higher loads, if the biodiesel blend ratio was below 60%, the PSD of biodiesel blends still included the two modes. However, no NM particles were found for pure biodiesel. At lower loads, only CM was found in PSD of all fuels. Significant reduction of CM particles was found for biodiesel blends compared with diesel. Discussion on the mechanism of nanoparticle formation indicated that for the light-duty diesel engine with oxidation catalysts, fuel consumption and exhaust temperature increased with increasing the engine loads, and SO 2 was converted to SO 3 by catalyst which, in its hydrated form, could act as the precursor for biodiesel NM formation. Therefore, sulfur level of biodiesel blends dominates the nanoparticle formation in light-duty diesel engine with oxidation catalysts.biodiesel, particle size distribution, nanoparticle, common rail

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Measurement of the Number and Size Distribution of Particle Emissions from Heavy Duty Engines

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The Impact of Biodiesel on Particle Number, Size and Mass Emissions from a Euro4 Diesel Vehicle

The Impact of Biodiesel on Particle Number, Size and Mass Emissions from a Euro4 Diesel Vehicle

Metodología Para La Medida De Partículas en Condiciones Dinámicas De Operación Del Motor Diésel

Effect of biodiesel on the particle size distribution in the exhaust of common-rail diesel engine and the mechanism of nanoparticle formation

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