Effect of a Continuously Regenerating Diesel Particulate Filter on Non-Regulated Emissions and Particle Size Distribution

1998 ◽  
Author(s):  
Pelham Hawker ◽  
Georg Hüthwohl ◽  
Jürgen Henn ◽  
Wolfgang Koch ◽  
Hartmut Lüders ◽  
...  
Keyword(s):  
Particle Size ◽  
Particle Size Distribution ◽  
Size Distribution ◽  
Diesel Particulate Filter ◽  
Particulate Filter ◽  
Diesel Particulate

scholarly journals Responses of a Resistive Soot Sensor to Different Mono-Disperse Soot Aerosols

Sensors ◽  
2019 ◽  
Vol 19 (3) ◽  
pp. 705 ◽  
Author(s):  
Adrien Reynaud ◽  
Mickaël Leblanc ◽  
Stéphane Zinola ◽  
Philippe Breuil ◽  
Jean-Paul Viricelle
Keyword(s):  
Particle Size ◽  
Diesel Particulate Filter ◽  
Particle Number ◽  
Particulate Filter ◽  
European Standard ◽  
Diesel Particulate ◽  
Sensor Sensitivity ◽  
Particulate Mass

Since 2011, the Euro 5b European standard limits the particle number (PN) emissions in addition to the particulate mass (PM) emissions. New thermal engine equipped vehicles also have to auto-diagnose their own particulate filter (Diesel particulate filter or gasoil particulate filter) using on-board diagnostic (OBD) sensors. Accumulative resistive soot sensors seem to be good candidates for PM measurements. The aim of this study is to bring more comprehension about soot microstructures construction in order to link the response of such a sensor to particle size and concentration. The sensor sensitivity to the particle size has been studied using successively an electrostatic and an aerodynamic classification, showing the same trend.

Effect of Particle Size Distribution on the Deep-Bed Capture Efficiency of an Exhaust Particulate Filter

2014 ◽  
Author(s):  
Sandeep Viswanathan ◽  
Stephen S. Sakai ◽  
Mitchell Hageman ◽  
David E. Foster ◽  
Todd Fansler ◽  
...  
Keyword(s):  
Particle Size ◽  
Particle Size Distribution ◽  
Size Distribution ◽  
Particle Deposition ◽  
Operating Conditions ◽  
Particulate Filter ◽  
Particulate Emissions ◽  
Filter Loading ◽  
Particle Sizer ◽  
The Impact

The exhaust filtration analysis system (EFA) developed at the University of Wisconsin – Madison was used to perform micro-scale filtration experiments on cordierite filter samples using particulate matter (PM) generated by a spark-ignition direct injection (SIDI) engine fueled with gasoline. A scanning mobility particle sizer (SMPS) was used to characterize running conditions with four distinct particle size distributions (PSDs). The distributions selected differed in the relative number of accumulation versus nucleation mode particles. The SMPS and an engine exhaust particle sizer (EEPS) were used to simultaneously measure the PSD downstream of the EFA and the real-time particulate emissions from the SIDI engine to determine the evolution of filtration efficiency during filter loading. Cordierite filter samples with properties representative of diesel particulate filters (DPFs) were loaded with PM from the different engine operating conditions. The results were compared to understand the impact of particle size distribution on filtration performance as well as the role of accumulation mode particles on the diffusion capture of PM. The most penetrating particle size (MPPS) was observed to decrease as a result of particle deposition within the filter substrate. In the absence of a soot cake, the penetration of particles smaller than 70 nm was seen to gradually increase with time, potentially due to increased velocities in the filter as flow area reduces during filter loading, or due to decreasing wall area for capture of particles by diffusion. Particle re-entrainment was not observed for any of the operating conditions.

scholarly journals Χαρακτηρισμός νανοσωματιδίων προερχομένων από διεργασίες καύσης και συνθετικών νανοσωματιδίων και αξιολόγηση επιπτώσεων τεχνολογιών ελέγχου

2020 ◽  
Author(s):  
Ελένη Παπαϊωάννου
Keyword(s):  
Reactive Oxygen Species ◽  
Particle Size ◽  
Diesel Particulate Filter ◽  
Diesel Oxidation Catalyst ◽  
Oxidation Catalyst ◽  
Particulate Filter ◽  
Oxygen Species ◽  
Diesel Particulate ◽  
Diesel Oxidation

Ιδιαίτερη ανησυχία παρατηρείται κατά την τελευταία δεκαετία στην επιστημονική κοινότητα, σχετικά με τις δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία - κυρίως στο αναπνευστικό σύστημα- και στο περιβάλλον, των αερολυμάτων αποτελούμενων από νανοσωματίδια που προέρχονται είτε από διεργασίες καύσης (κυρίως ρύπανση από οχήματα) είτε παράγονται μέσω σύνθεσης για προϊόντα νανοτεχνολογίας. Η διατριβή επικεντρώνεται κυρίως στην έρευνα αερολυμάτων νανοσωμαιδίων που παράγονται από διεργασίες καύσης, χωρίς να παραλείψει να ενσωματώσει τη μελέτη συνθετικών νανοσωματιδίων που σχετίζονται με τις τεχνολογίες ελέγχου εκπομπών κινητήρων καύσης. Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά/ιδιότητες των αερολυμάτων νανοσωματιδίων (αριθμός σωματιδίων και μέγεθος, κατανομή μεγέθους, χημική σύσταση και ειδική επιφάνεια) αναλύθηκαν και μετρήθηκαν με σκοπό την κατανόηση και αξιολόγηση της συσχέτισης τους με πιθανή τοξικότητα των σωματιδίων. Οι κύριες τεχνικές χαρακτηρισμού παρουσιάζονται μαζί με ορισμένες καινοτόμες τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί με βάση τη θεωρία του φωτοιονισμού και εφαρμόζονται για την ανίχνευση ή/και ταξινόμηση των σωματιδίων που παράγονται από την καύση σε κινητήρες οχημάτων (σωματίδια αιθάλης) αλλά και συμπυκνωμάτων προερχόμενων από πυρήνωση/συμπύκνωση συστατικών των καυσαερίων (πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες, PAH) που έχουν προσροφηθεί στην επιφάνειά των σωματιδίων. Για την αξιολόγηση της επίδρασης της κατανομής μεγέθους σωματιδίων στην υγεία αναπτύχθηκε και αξιολογήθηκε πρωτότυπος δειγματολήπτης επιλεκτικού διαχωρισμού μεγέθους σωματιδίων, (Selective Particle Size, SPS sampler), ικανός να παρέχει συνεχή ροή νανοσωματιδίων συγκεκριμένων περιοχών μεγέθους. Ο σχεδιασμός του SPS βασίζεται και συνδυάζει τις αρχές των φαινομένων μεταφοράς αερολύματος και των τεχνολογιών διαχωρισμού. Σωματίδια μικρότερα από ένα δεδομένο μέγεθος απομακρύνονται από την εξάτμιση λόγω της διάχυσης Brown, ενώ η αφαίρεση σωματιδίων πάνω από ένα δεδομένο μέγεθος επιτυγχάνεται με το μηχανισμό της αδρανειακής μεταφοράς/πρόσκρουσης. Εφαρμόζοντας το δείγματολήπτη SPS στα καυσαέρια από κινητήρες οχημάτων, αποδεικνύεται ότι είναι δυνατόν να ληφθούν δύο ρεύματα αερολύματος με ευρέως διαχωρισμένες κατανομές μεγέθους σωματιδίων (νανομετρικών διαστάσεων), κατάλληλες για μελέτες βιολογικής έκθεσης. Προκειμένου να μελετηθούν οι διάφορες παράμετροι που επηρεάζουν την υγεία του ανθρώπου και σχετίζονται με τα αερολύματα νανοσωματιδίων, υπάρχει απαίτηση για την εύρεση μεθόδων/εργαλείων για οργανοτυπική έκθεση και ομοιόμορφη έκθεση κυττάρων σε νανοσωματίδια. Οργανοτυπική έκθεση σημαίνει ότι τα νανοσωματίδια πρέπει να έρθουν σε επαφή με το βιολογικό δείγμα με όσο πιο παρόμοιο τρόπο γίνεται με αυτόν της πραγματικής έκθεσης κατά την εισπνοή, ενώ το βιολογικό δείγμα πρέπει να διατηρείται σε αντίστοιχες οργανοτυπικές συνθήκες (θερμοκρασία, υγρασία, κλπ). Για το σκοπό αυτό, στην παρούσα διατριβή, σχεδιάστηκαν, κατασκευάστηκαν και αξιολογήθηκαν καινοτόμοι θάλαμοι ομοιόμορφης και οργανοτυπικής in vitro έκθεσης πολλαπλών βιολογικών δειγμάτων (Multiculture Exposure Chamber, MEC), όπου οι καλλιέργειες γίνονται στη διεπιφάνεια υγρού/αερίου σε ειδικά ενθέματα (inserts) που τοποθετούνται στις θέσεις των φρεατίων (wells) των πιάτων καλλιεργειών. Η πρώτη γενιά του θαλάμου έκθεσης περιλάμβανε 4 πιάτα καλλιεργειών με 6 διαθέσιμα φρεάτια για κυτταρικές καλλιέργειες (σύνολο 24 θέσεις καλλιεργειών), ενώ η δεύτερη γενιά του θαλάμου MEC ΙΙ αύξησε τον αριθμό των καλλιεργειών σε 36. Η αξιολόγησή της ομοιόμορφης εναπόθεσης των νανοσωματιδίων στις κυτταρικές καλλιέργειες πραγματοποιήθηκε με δύο τύπους νανοσωματιδίων (σωματίδια αιθάλης κινητήρα ντίζελ, και συνθετικά νανοσωματίδια που ενσωματώνονται σε τεχνολογίες ελέγχου απαερίων εξάτμισης κινητήρα) και με όργανα μέτρησης των χαρακτηριστικών των νανοσωματιδίων. Επίσης, η ομοιόμορφη και ελεγχόμενη δοσιμετρία των νανοσωματιδίων, στα οποία εκτίθενται οι κυτταρικές καλλιέργειες, αξιολογήθηκε με βάση μετρήσεις της απόδοσης συλλογής νανοσωματιδίων και μικροσκοπία ηλεκτρονικής διέλευσης (TEM). Επιπλέον, εξετάστηκε η πιθανότητα παραγωγής δραστικών μορφών οξυγόνου (Reactive Oxygen Species, ROS) (π.χ. παραγωγή ελεύθερων ριζών και υπεροξειδίων) με αποτέλεσμα την παραγωγή οξειδωτικού στρες στα κύτταρα, που μπορεί να προκαλέσει εκτεταμένη κυτταρική βλάβη ή βλάβη στο DNA. Επιπλέον, μετρήθηκε η παραγωγή ROS/οξειδωτικού στρες σε κύτταρα από σωματίδια CeO2 με σκοπό τη συσχέτιση του μεγέθους και των δομικών χαρακτηριστικών τους (κρυσταλλικό μέγεθος, ειδική επιφάνεια και πορώδες) με την ικανότητα οξειδώσεως αιθάλης και τη δημιουργία ROS/οξειδωτικού στρες στα κύτταρα. Ο έλεγχος και η αξιολόγηση και των δύο θαλάμων έκθεσης πραγματοποιήθηκε εκθέτοντας διαφορετικές κυτταρικές καλλιέργειες είτε σε αερόλυμα καυσαερίων κινητήρα οχημάτων είτε σε νανοσωματίδια οξειδίου του Δημητρίου (CeO2). Πραγματοποιήθηκαν εκθέσεις κυψελιδικών επιθηλιακών κυττάρων και κυττάρων αίματος σε απαέρια εξάτμισης κινητήρα Diesel για να προσδιοριστεί εάν οι τεχνολογίες ελέγχου εκπομπών Diesel (είτε συστήματος οξειδωτικού μετατροπέα, Diesel Oxidation Catalyst (DOC) σε σειρά με φίλτρο αιθάλης, Diesel Particulate Filter (DPF), είτε με τον εμπλουτισμό του καυσίμου ντίζελ με πρόσθετο καυσίμου CeO2) επηρεάζουν τις ανοσορρυθμιστικές αντιδράσεις των κυττάρων. Τέλος, προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση της κατανομής μεγέθους σωματιδίων καυσαερίων σε βιολογικές αποκρίσεις (δραστηριότητα υποκινητή της κυτοκίνης, έκκριση κυτοκίνης και βιωσιμότητα κυττάρων), οργανώθηκαν πειράματα με τη λειτουργία του συστήματος SPS -MEC.Συμπερασματικά, το σύστημα δειγματοληψίας που αναπτύχθηκε παρουσιάζει σταθερό λόγο αραίωσης, ικανότητα απομάκρυνσης πτητικών ενώσεων > 99% και χαρακτηρίζεται από ελάχιστες απώλειες σωματιδίων (η διείσδυση στερεών σωματιδίων έως 10 nm είναι υψηλότερη από 80%) ακόμη και στα μικρότερα μεγέθη σωματιδίων. Οι μετρήσεις της ικανότητας φόρτισης σωματιδίων με την εφαρμογή του φωτοηλεκτρικού φορτιστή (UV-PEC) με βάση το όριο φωτονιονισμού (μήκος κύματος φωτός UV) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση του χημικού αποτυπώματος πολυαρωματικών υδρογονανθράκων στα σωματίδια των καυσαερίων. Ο συνδυασμός SPS -MEC αποτελεί καινοτόμο σύστημα για την σταθερή και γρήγορη αξιολόγηση επιλεγμένων μεγεθών ροής νανοσωματιδίων που εκτίθενται σε in vitro καλλιέργειες κυττάρων. Αποδεικνύεται ότι τα μικρότερα σωματίδια με μέση διάμετρο μεγέθους τα 54 nm παρουσιάζουν αυξημένη παραγωγή κυτοκινών, σε σχέση με κατανομές μεγαλύτερου μεγέθους σωματιδίων. Τέλος τα πρόσθετα καυσίμου -ακόμη και σε μικρές συγκεντρώσεις στο καύσιμο diesel- εμφανίζονται να έχουν επίδραση στην υγεία του ανθρώπου καθώς αυξάνουν την παραγωγή ενώσεων ROS.

scholarly journals Soot Particle Classifications in the Context of a Resistive Sensor Study

Proceedings ◽  
2018 ◽  
Vol 2 (13) ◽  
pp. 987 ◽  
Author(s):  
Adrien Reynaud ◽  
Mickael Leblanc ◽  
Stéphane Zinola ◽  
Philippe Breuil ◽  
Jean-Paul Viricelle
Keyword(s):  
Particle Size ◽  
Particulate Matter ◽  
Diesel Particulate Filter ◽  
Soot Particle ◽  
Particle Number ◽  
Particulate Filter ◽  
European Standard ◽  
Diesel Particulate ◽  
Resistive Sensor ◽  
Micro Structures

Since 2011, Euro 5b European standard limits the particle number (PN) emissions in addition to the particulate matter (PM) emissions. New thermal engines equipped vehicles have to auto-diagnose their own Diesel particulate filter (DPF) using on-board diagnostic (OBD) sensors. Accumulative resistive soot sensors seem to be good candidates for PM measurements. The aim of this study is to bring more comprehension about soot micro-structures construction in order to link the response of such a sensor to particle size and PN concentration. The sensor sensitivity to the particle size has been studied using successively an electrostatic and an aerodynamic classification, showing the same trend.

Effects of CVS Tunnel, Ambient and Instrument Dilution on Characteristics of Nano Diesel Particulate Matter Evolution

2012 ◽  
Author(s):  
Yuebin Wu ◽  
Nigel N. Clark ◽  
Daniel K. Carder
Keyword(s):  
Particle Size ◽  
Particulate Matter ◽  
Diesel Engine ◽  
Particle Size Distribution ◽  
Size Distribution ◽  
Diesel Particulate Matter ◽  
Size Distributions ◽  
Particle Size Distributions ◽  
Diesel Particulate ◽  
Exhaust Plume

In 2007, U.S. certification standards for heavy duty on-road diesel engine particulate matter (PM) emissions were reduced from 0.1g/bhp-hr to 0.01g/bhp-hr, representing an order of magnitude reduction in pollutant level. The Tier 4 standards for nonroad diesel engines, being phased in from 2008 through 2015, also require similar level of reduction in PM. Most conventional diesel engines could meet these low PM standards, once equipped with a diesel particulate filter (DPF). However, accurate, repeatable measurements of this PM may pose significant challenges. Gravimetric PM measurement involves diluting exhaust, then collecting the resultant aerosol sample on approved filter media. Few data exist to characterize the evolution of particulate matter (PM) in dilution tunnels, particularly at very low PM mass levels. Data are lacking as well, for PM evolution in portable dilution instruments and in exhaust plumes downstream of the tailpipe. Size distributions of ultra-fine particles in the diesel exhaust from a naturally aspirated ISUZU C240 diesel engine, equipped with a DPF, were studied. Particle size distribution data, during steady-state engine operations, were collected using a Cambustion DMS500 Fast Particulate Spectrometer. The effects of dilution ratios, dilution rates, and residence times on the diesel particulate matter (DPM) size distributions were analyzed and discussed. Measurements were made for three dilution methods: dilution in standard primary and secondary-dilution tunnels with a full scale Constant Volume Sampler (CVS) system, instrument dilution with a Portable Particulate Measurement Device (PPMD), and ambient dilution at the post-tailpipe exhaust plume centerline. Gaseous emissions measurements were utilized as surrogate confirmation of adequate mixing at the various measurement locations, as well as an indicator of dilution ratios. Tunnel sample results indicated varying size distributions at tunnel cross sections where the flow was still developing. Evolution of particle-size distributions was observed even for fully mixed primary flow conditions. Size distributions at the end of the secondary dilution tunnel were observed to vary with different secondary-dilution ratios. Particle-size distributions of post-tailpipe and PPMD test results were analyzed and compared with those results collected from the full-flow tunnel. Results from post-tailpipe sampling indicate that nucleation was the dominant process when the exhaust plume was diluted along the post-tailpipe centerline. Results from PPMD dilution measurements indicate that change of particle-size-distribution curves, including number count and mass concentration levels, were not as strongly correlated to dilution ratios as were the results from the other two sampling methods. This study shows that particle-size distributions measured inside full-flow dilution tunnel can adequately mimic freshly emitted exhaust sampled immediately post-tailpipe.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document