Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

Markus Bainschab; Lukas Landl; Jon Andersson; Athanasios Mamakos; Stefan Hausberger; Alexander Bergmann

doi:10.3791/61287

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Ingenieurwesen

قياس دون 23 نانومتر الحقيقي القيادة عدد انبعاثات الجسيمات باستخدام نظام أخذ العينات downToTen المحمولة

Published: May 22, 2020

doi:

10.3791/61287

Markus Bainschab¹, Lukas Landl², Jon Andersson³, Athanasios Mamakos⁴, Stefan Hausberger², Alexander Bergmann¹

¹Institute of Electrical Measurement and Sensor Systems,Graz University of Technology, ²Institute of Internal Combustion Engines and Thermodynamic,Graz University of Technology, ³Ricardo UK Ltd., ⁴AVL List GmbH

Summary

هنا هو DownToTen (DTT) المحمولة نظام قياس الانبعاثات لتقييم انبعاثات السيارات القيادة الحقيقية من جسيمات تحت 23 نانومتر.

Abstract

12 – وعتبة حجم الجسيمات الحالية لمعايير انبعاثات الجسيمات الأوروبية هي 23 نانومتر. ويمكن أن تتغير هذه العتبة لأن تكنولوجيا مركبات محرك الاحتراق في المستقبل قد تنبعث منها كميات كبيرة من جسيمات دون 23 نانومتر. طور مشروع “داونتتن” الممول من أفق 2020 طريقة لأخذ العينات والقياس لتوصيف انبعاثات الجسيمات في هذا النطاق من الحجم غير المنظم حالياً. وقد تم تطوير نظام لقياس الـ PN استناداً إلى استعراض واسع النطاق للمؤلفات والتجارب المختبرية التي تختبر مجموعة متنوعة من أساليب قياس الـ PN وأخذ العينات. ويتميز نظام القياس الذي تم تطويره بارتفاع انتشار الجسيمات وتعدد الاستخدامات، مما يتيح تقييم الجسيمات الأولية، والجسيمات الأولية المتأخرة، والهباء الجوي الثانوي، بدءا من عدد قليل من النانومترات في القطر. تقدم هذه الورقة تعليمات حول كيفية تركيب وتشغيل نظام قياس الانبعاثات المحمولة هذا (PEMS) لقياسات انبعاثات المحرك الحقيقي (RDE) وتقييم انبعاثات عدد الجسيمات دون الحد التشريعي الحالي وهو 23 نانومتر.

Introduction

وقد أسست حكومة المملكة المتحدة برنامج قياس الجسيمات من أجل “وضع بروتوكولات اختبار الموافقة على النوع لتقييم المركبات المجهزة بتكنولوجيا متقدمة لخفض الجسيمات التي من شأنها أن تكمل أو تحل محل إجراءات القياس التشريعية الحالية”¹. ويعتبر هذا الـ PMP أول نظام للانبعاثات على أساس عدد الجسيمات في العالم، ويستهدف على وجه التحديد الجسيمات الكربونية ≥23 نانومتر. وتشير القياسات الحديثة إلى أنه قد يكون من الضروري إدراج جسيمات أصغر.

الآثار الصحية السلبية من السخام الديزل مفهومة جيدا²، وبالتالي ، تم التذرع ‘المبدأ التحوطي’ على أساس أن القضاء على جزيئات الكربون من عوادم الديزل ، عن طريق الاستخدام الإلزامي للفلاتر الجسيمات الديزل (DPFs) ، كان حتميا لأسباب صحية. ولكن، نظراً لأن القيمة القصوى في التشريعات الأوروبية يجب أن تفرض اعتماد تكنولوجيات التحكم في الانبعاثات، فإن ذلك لا يمكن تحقيقه دون اتباع أسلوب قياس مناسب. وبدعم سياسي قوي في جميع أنحاء أوروبا، قادت حكومة المملكة المتحدة مفهوم PMP لتحسين قياسات الجسيمات. وقد شملت الشراكة بين الدول الأعضاء، تحت رعاية لجنة الأمم المتحدة الاقتصادية لأوروبا (UN-ECE)^3،خبرات الآخرين من جميع أنحاء العالم. وقد تم إنجاز مشروعين لبحوث الجسيمات في عام 2001. واحد منهم (جسيمات البحوث⁴⁾نفذتها وزارة البيئة والنقل والمناطق في المملكة المتحدة في حكومة المملكة المتحدة (DETR)، في شراكة مع جمعية مصنعي وتجار السيارات (SMMT) وشركات النفط المنظمة الأوروبية للبيئة والصحة والسلامة (CONCAWE). أما الآخر (جسيماتولات⁵⁾فقد تم تمويله من قبل إطار عمل الاتحاد الأوروبي^الخامس ونفذه 14 شريكاً أوروبياً مختلفاً. وقد بينت نتائج كلا المشروعين أن الإجراءات القائمة على أساس رقم الجسيمات واعدة، ولكن لا تزال هناك تحديات أمام القياسات القابلة للتكرار والقابلة للتكرار.

في عام 2007، تم نشر التقرير النهائي لـ PMP Light-DUTY Inter-Laborator Ony Inter-Laboratory⁶، بما في ذلك بعض التحسينات على طريقة قياس الكتلة القائمة على الفلتر ، مما يدل في المقام الأول على جدوى طريقة تستند إلى عدد من الأغراض التنظيمية استنادًا إلى نطاق حجم الجسيمات المحدد وتقلبات الجسيمات. وقد تم تنفيذ كلتا الطريقتين على أساس أخذ العينات من نهج نفق التخفيف المستمر الموجود في الحجم (CVS) الذي تم تطويره في الأصل من أجل كتلة الجسيمات وقياسات الانبعاثات الغازية المخففة المعبأة.

ضمن عدد أساس الأسلوب، تم اختيار الحد من حجم الجسيمات أقل من ~ 20 نانومتر. وكان الهدف الرئيسي للمشروع هو ضمان أن تخضع الجسيمات من هذا الحجم وما فوق إلى السيطرة عليها بموجب التشريعات. ومن المعروف الآن أن حجم الجسيمات الأولية في عادم المحرك يمكن أن يكون < 20 نانومتر⁷^،⁸^،⁹. لأسباب عملية، تم اختيار عداد الجسيمات مع كفاءة العد 50٪ (د₅₀) في 23 نانومتر، وأصبح هذا الحجم عتبة أقل حجم مقبول. وقد تم الاعتراف بأنه نظراً للحساسية العالية لخصائص مثل التخفيف ودرجة حرارة الهواء والرطوبة والنسبة¹⁰، يمكن أن يكون توزيع حجم الجسيمات المتطايرة وقياسات الأرقام المتكاملة قابلة للتكرار في منشأة واحدة مجهزة بـ CVS مع مركبة واحدة ، ولكن أقل بكثير من منشأة إلى مرفق. وهكذا، من أجل وضع لوائح صارمة، كان من الضروري التركيز فقط على الجسيمات غير الفولتية، مع نهج القياس الذي يحدد بشكل فعال شروط حدود الجسيمات التنظيمية على الحجم والتقلبات. وقود الديزل الأوروبي لديه تقلبات نهاية خلفية بحيث يغلي فقط عدد قليل في المئة في درجات حرارة أعلى من 350 درجة مئوية، والعمل المبكر داخل PMP أشار إلى أن أوقات الإقامة القصيرة في هذه الدرجة كانت مناسبة للتبخر الكامل من رباعية الcontane، وهو هيدروكربون خطي يحتوي على 40 ذرات الكربون مع التقلبات نحو نقطة الغليان نهاية من زيوت التشحيم المحرك¹¹. وبالتالي، أصبحت درجة حرارة 350 درجة مئوية هي النقطة المرجعية الفعلية لتقلبات الجسيمات التنظيمية >23 نانومتر.

وتتألف مواصفات نظام قياس PMP من مكونات لأخذ العينات وتكييف العينات والقياس، ملخصة في الجدول 1.

المرحله	الهويه	الغرض
0	مصدر العينة	أصل العينة
1	نقل الجسيمات	إجراء عينة من الأصل إلى نظام القياس
2	مزيل الجسيمات المتطايرة	القضاء على المواد المتطايرة وتحديد الجسيمات غير المتطايرة التي يتعين قياسها
3	عداد رقم الجسيمات	تعداد الجسيمات غير المتطايرة وتحديد الحد الأدنى للحجم

الجدول 1: عناصر نظام قياس PMP.

ويجري تنفيذ النهج الأوروبي لـ PMP PN وهو ينطبق الآن على الديزل الخفيف (سبتمبر 2011، EURO 5b) ومركبات GDI (سبتمبر 2014، EURO 6)، وعلى محركات الديزل والغاز الثقيلة (فبراير 2013، EURO VI).

وأظهرت القياسات الأخيرة أن بعض المركبات الخفيفة، وعلى وجه الخصوص، تكنولوجيات الإشعال شرارة، يمكن أن تنبعث مستويات كبيرة من الجسيمات < 23 نانومتر¹²^،¹³^،¹⁴. وهذا ما دفع المفوضية الأوروبية إلى تمويل مشاريع بحثية لتطوير أساليب جديدة أو موسعة يمكن تنفيذها بسرعة كبديل أو إضافة إلى اللائحة الحالية >23 نانومتر.

ويهدف أحد هذه المشاريع، وهو مشروع DownToTen (DTT)، إلى الحفاظ على النهج العام لبرنامج PMP وتوسيع نطاق القياس إلى₅₀ ≤ نانومتر. وتحقيقا لهذه الغاية، تم تصميم تكوين نظام قياس DTT ليشمل نفس العناصر الأساسية الموصوفة في الجدول 1، ولكن مع تحسين خطوات التكييف والقياس لتمكين النقل الفعال والكشف عن جزيئات < 23 نانومتر. وقد تم تطوير نظام DTT في البداية للاستخدام في المختبرات ولكن تم تعديله ليعمل كنظام محمول لقياس الانبعاثات. بالنسبة لنظام DTT PN-PEMS، تم تحسين المكونات لتقليل استهلاك الوزن والطاقة وزيادة المتانة المادية دون أن تختلف بشكل كبير عن التصميم الأصلي. بالنسبة لتطبيق الهاتف المحمول، يجب أن يكون النظام مقاومًا لدرجات الحرارة والضغوط وبيئات الاهتزازات الأكثر قسوة وانتظامًا، التي من المرجح أن تواجه في اختبار PEMS خفيف وثقيل. وقد تم نمذجة تأثير التغيرات في الضغط في مدخل النظام ودرست تجريبيا¹⁵. تم تقييم مقاومة الاهتزازات باستخدام سرير اختبار مخصص¹⁶. ولم تؤثر الاهتزازات والتسارعات التي تحدث أثناء محركات أقراص RDE النموذجية على نتائج القياس الخاصة بعدادات الجسيمات المكثفة المستخدمة. كما تم تصميم نظام DTT للاستخدام في درجات حرارة منخفضة، حيث وظيفة إزالة متقلبة غير نشطة، لتغذية غرفة الشيخوخة ودراسة الثانوية تكوين الهباء الجوي العضوي¹⁷.

عناصر التكييف الحراري في نظام قياس DTT التي تحدد حدود التقلبات التنظيمية للجسيمات بشكل وثيق توازي عناصر نظام PMP من حيث أن كلا النظامين يحتوي على التسلسل:

أول مرحلة تخفيف عدد الجسيمات
HC / المرحلة المتطايرة القضاء
مرحلة تخفيف عدد الجسيمات الثانية

الاختلافات الأساسية بين أنظمة DTT و PMP هي أن يتم اختيار مكونات نظام DTT من أجل:

زيادة انتقال ~10 نانومتر PN من مصدر العينة إلى عداد الجسيمات باستخدام أساليب تخفيف الخسارة المنخفضة ونقل الجسيمات
إزالة شاملة المتطايرة باستخدام التخلص من الجسيمات التأسد بدلا من مجرد الحد من الضغوط الجزئية من الأنواع HC قابلة للتكثيف من خلال التبخر والتخفيف
جسيمات العد من ~ 10-50 نانومتر مع كفاءة أكبر من أنظمة PMP الحالية

والهدف من هذه الورقة هو عرض استخدام نظام DTT PN-PEMS لقياس الجسيمات غير الفولتية ≥10 نانومتر من مركبة الطرق المستخدمة. ويشمل ذلك مقدمة لنظام القياس ومكوناته الرئيسية، وإجراء قياسات المعايرة المختبرية، وتركيب الجهاز لتطبيق الهاتف المحمول، وإجراء قياس حقيقي للانبعاثات الدافعة، ومعالجة بيانات القياس المجمعة.

الاجهزه

تم تصميم DTT PN-PEMS لتوفير اختراق الجسيمات العالية وصولا الى عدد قليل من نانومتر، وتخفيف عدد الجسيمات قوية، وإزالة الجسيمات المتطايرة، ومنع تشكيل الجسيمات الاصطناعية. وقد تم اختيار مكونات النظام بناء على نتائج التجارب المختبرية التي قارنت مجموعة متنوعة من التكنولوجيات لتخفيف وتكييف الهباء الجوي. يقدم هذا القسم نظرة عامة على النظام، ومبدأ العمل الخاص به، والمكونات المستخدمة. ويبين الشكل 1 تخطيطيا للنظام. ويبين الشكل 2 صورة للنظام. نظام DTT هو 60 سم وارتفاع بصمة من 50 سم × 50 سم. وزن النظام هو حوالي 20 كجم. بما في ذلك العناصر الطرفية المطلوبة (أي البطارية وقارورة الغاز) يبلغ الوزن الإجمالي حوالي 80 كجم. العناصر الرئيسية للنظام هي مرحلتي التخفيف (أي، الأولى ساخنة، ثانية الباردة)، متجرد الحفاز، وعلى الأقل واحد مضادة لجسيمات التكثيف (CPC).

الشكل 1: الرسم التخطيطي لنظام قياس الانبعاثات المحمولة رقم الجسيمات DTT. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: صورة عرض علوي لنظام أخذ العينات DTT. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ومرحلة تخفيف مستويين تقللان من تركيزات عدد الجسيمات إلى مستويات يمكن قياسها بواسطة عدادات جسيمات التكثيف (<10⁴ #/cm^3). وتستخدم المُخففات الأنبوبية المسامية المصنوعة خصيصاً لكل من مراحل التخفيف. تم اختيار هذه التكنولوجيا بسبب فقدان الجسيمات منخفضة¹⁸^،¹⁹. يمنع الشعاعي من تخفيف الهواء convectively الجسيمات بعيدا عن الجدران، مما يقلل من خسائر الجسيمات. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تكون هذه المخففات صغيرة جدا ويمكن أن تصمد أمام درجات حرارة 400 درجة مئوية. المواد المسامية المستخدمة هي أنبوب هاستالوي X مُتربّد (GKN Filters Metals GmbH، Radevormwald، ألمانيا). توفر عناصر الخلط الثابتة داخل الأنبوب المسامي هباءً جوياً مختلطاً بشكل جيد مباشرة من المصب المُخفف. وهذا يسمح بأخذ عينة تمثيلية من الهباء الجوي المخفف لمزيد من التكييف أو القياس عن طريق تقسيم تدفق الهباء الجوي مباشرة إلى المصب من المخفف، ويسمح بنظام أخذ العينات المدمجة. يتم تسخين مرحلة التخفيف الأولية عادة إلى 350 درجة مئوية، في حين يتم تشغيل المرحلة الثانية في درجة الحرارة المحيطة. عامل التخفيف من النظام هو ما يقرب من 80. وتعتمد القيمة الدقيقة على تدفق المدخل وإدارة التدفق الكتلي: تدار معدلات التدفق في نظام أخذ العينات بنظام من اثنين من وحدات التحكم في التدفق الجماعي واثنين من عدادات التدفق الجماعي. تتحكم وحدات التحكم في التدفق الجماعي في معدلات تدفق الهواء المخفف. رصد عدادات التدفق الجماعي معدلات التدفق المستخرجة في اتجاه مجرى مراحل التخفيف 1 و2. ويمكن تغيير الفروق بين التدفقات المستخرجة والتدفقات الموردة. وبعبارة أخرى، يمكن تعريف التدفق الصافي المضاف أو المطروح في مرحلة تخفيف واحدة. يتم تعريف معدل تدفق العينة ، عينة Q_sample، على أنه مجموع جميع معدلات التدفق الأخرى: 1) معدل التدفق الذي ترسمه أدوات القياس (Q_inst); 2) معدلات تخفيف تدفق الهواء (Q_{dil، i)؛} و 3) معدلات التدفق الزائد Q_{السابقين، ط}. وبالنسبة لحساب تدفق العينات، فإن مساهمات التدفقات المستخرجة من النظام إيجابية، ومساهمات التدفقات التي تُصب في النظام سلبية.

يتم حساب نسبة التخفيف الإجمالية من قبل DR:

ويقع متجرد الحفاز (CS) بين مرحلة التخفيف 1 و 2 ويتم تشغيله عند 350 درجة مئوية بمعدل تدفق 1 لتر في الدقيقة (L/min). متجرد الحفاز يوفر أكسدة المركبات العضوية وتخزين الكبريت. إزالة هذه المواد يضمن عزل جزء الجسيمات الصلبة. يتم منع تشكيل غير مرغوب فيه من الجسيمات المتطايرة وشبه الكهربائية ونمو جزيئات حجم تحت قطع. والمتجر الحفاز المستخدم متاح تجاريا (AVL GmbH). تم التحقق من كفاءة إزالة الجسيمات المتطايرة من CS مع جزيئات زيت التذبذب متعددة التخصصات > 50 نانومتر و> 1 ملغم / م³ (3.5-5.5 ملغ / م³) مما يدل على كفاءة > 99٪ (القيمة الفعلية 99.9 ٪٪ كما هو محدد من قبل لوائح RDE²⁰. وهذا اختبار أكثر صرامة من اختبار رباعي التشابك المنصوص عليه في البروتوكول الحالي لـ PMP.

ويستخدم واحد أو أكثر من عدادات جسيمات التكثيف لقياس تركيز عدد الجسيمات في اتجاه المصب في مرحلة التخفيف الثانية. ويتيح النظام المركزي للجسيمات مع d₅₀ من 23 نانومتر قياس الانبعاثات الخاضعة للتنظيم الحالي للجسيمات الصلبة التي يزيد حجمها عن 23 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك، فإن قياس تركيز عدد الجسيمات مع واحد أو أكثر من نقاط التركيز على المواد الكيميائية الكيميائية مع أقل_{d 50} نقطة قطع (على سبيل المثال، 10 نانومتر، 4 نانومتر) تمكن من تقييم جزء الجسيمات الصلبة غير المنظم حاليا < 23 نانومتر وصولاً إلى d₅₀ قطع حجم CPC المطبق.

خط إمداد الهواء المخفف، المُمَمَعَف الأولي للأنبوب المسامية، والمتعري الحفاز لديهم عناصر تدفئة مستقلة تحتوي على ثيرموكوبلوات من نوع K (TC). بشكل مستقل تدفئة أقسام مختلفة يتحكم في توزيع درجة الحرارة في النظام.

بالإضافة إلى ثيرموكوبل في عناصر التدفئة، يتم وضع اثنين من ثيرموكوبل المصب من مرحلة التخفيف 1 و 2. هذه الحرارية اثنين قياس درجة حرارة الهباء الجوي مباشرة.

يتم استخدام جهازي استشعار الضغط المطلق (NXP MPX5100AP) لمراقبة الضغط في مدخل ومأخذ نظام أخذ العينات.

لقياسات المحمول، يتم استخدام حزمة بطارية الطاقة كلايتون LPS 1500. زجاجة هواء اصطناعية 10 لتر تزود النظام بالهواء المخفف أثناء تطبيقات الجوال. يتم اختيار أحجام البطارية وزجاجة الغاز بحيث يمكن للنظام أن يعمل بشكل مستقل لمدة 100 دقيقة.

يتم التحكم في النظام عن طريق NI myRIO تشغيل أداة افتراضية LabVIEW. تسمح الأداة الافتراضية للتحكم في معدلات التدفق ودرجات حرارة السخان. وبصرف النظر عن المعلمات التي تسيطر عليها، يمكن رصد درجات الحرارة الهباء الجوي، والضغوط، والتسارع (عن طريق جهاز الاستشعار المدمج في myRIO) وتسجيلها. وحدة GPS ملحق myRIO تمكين تسجيل بيانات الموضع. الشكل 3 والشكل 4 تبين واجهة المستخدم من أداة افتراضية تستخدم للسيطرة على نظام DTT.

الشكل 3: DTT أداة افتراضية تخفيف مرحلة المعلمة نظرة عامة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: DTT الظاهري لوحة التحكم سخان الصك. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

أي نوع من إجراءات أخذ العينات يسبب خسائر الجسيمات. وللتمكن من حساب هذه الخسائر، يتم إجراء قياسات مختبرية لتحديد اختراق الجسيمات المعتمدة على حجم الجسيمات من خلال نظام أخذ العينات DTT. وفي هذه القياسات، يقاس تركيز الجسيمات من الهباء الجوي أحادية الاهباء في المنبع والمصب لنظام أخذ العينات باستخدام عدادين لجسيمات التكثيف. ويبين الشكل 5 الإعداد التجريبي لقياسات المعايرة. في هذا الإعداد، يتم استخدام جينغ miniCAST كمصدر للجسيمات²¹^،²². يتم استخدام وحدات تحكم التدفق الجماعي (MFC) للتحكم في تدفقات الغاز إلى الموقد. جسر تخفيف تمكن من ضبط تركيز عدد الجسيمات. جسر التخفيف هو الهواء الجسيمات عالية الكفاءة (HEPA) مرشح مواز لصمام إبرة. تعديل موضع صمام الإبرة يغير نسبة التخفيف عن طريق تغيير النسبة بين جزء من الهباء الجوي يمر عبر مرشح HEPA وجزء من الهباء الجوي يمر عبر صمام الإبرة. يتم إعادة دمج الهباء الجوي المصفى وغير المصفاة بقطعة T لتشكيل هباء جوي مخفف. ويستخدم متجرد الحفاز لإزالة المركبات المتطايرة الوفيرة التي يمكن أن تنشأ كمنتجات ثانوية لعملية الاحتراق. يستخدم المصنف الكهروستاتيكي TSI 3082 مع محلل TSI 3085 التفاضلي (نانو DMA) لتحديد حجم الجسيمات. وتستخدم اثنتان من TSI CPCs 3775 (d₅₀ = 4 نانومتر) لقياس تركيزات عدد الجسيمات في المنبع والمصب لنظام أخذ العينات DTT. نقطة قطع العدادات من_{d 50} = 4 نانومتر يسمح لتحديد الاختراق في أحجام الجسيمات منخفضة مثل 10 نانومتر وأقل.

الشكل 5: الرسم التخطيطي للإعداد التجريبي المستخدم في معايرة نظام أخذ العينات DTT. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Protocol

1. إجراء المعايرة إعداد وإعداد الصكوك. ضع الأدوات الموصوفة ، الموضحة في الشكل 5، بطريقة منظمة ومدمجة في مختبر مع نظام الاستخراج. قم بتوصيل الأدوات كما هو مبين من الأسهم في الشكل 5 باستخدام أنابيب موصلة. الحفاظ على أنابيب قصيرة قدر الإمكان لتقليل خسائر الجسيمات الانتشار. قم بتوصيل الأدوات التي تتطلب الطاقة (أي نظام DTT، مضخة نظام DTT، واثنين من CPCs، DMA، المتعري الحفاز، وMFCs) إلى مآخذ التوصيل. قم بتوصيل برامج التحكم في البرامج الأساسية ونظام DTT و MFC بجهاز كمبيوتر محمول. تأكد من أن الكمبيوتر المحمول لديه البرنامج المطلوب مثبتاً للاتصال بالأجهزة المتصلة. تثبيت البرامج المفقودة إذا لزم الأمر. قم بتسخين المكونات التجريبية قبل 30 دقيقة على الأقل من بدء قياسات المعايرة لضمان إعداد قياس مستقر حراريًا. بدء تشغيل ناسخ بواسطة تعيين تدفق الغاز التي تسيطر عليها MFC الخارجية إلى إعداد البدء المحدد في دليل المستخدم. أشعلوا الشعلة تغذية السخام ولدت في نظام الاستخراج. إنتاج جسيمات السخام التي يبلغ قطرها المتوسط 50 ± 5 نانومتر عن طريق تحديد التدفقات التي تسيطر عليها مركبات الكربون الكلورية فلورية وفقاً لذلك. ويمكن العثور على جدول الإعدادات وتوزيع حجم الجسيمات المتوقعة في دليل الموقد أو في الأدب23. يمكن استخدام إعدادات miniCAST في الجدول 2: بدء تسخين متجرد الحفاز عن طريق وضع وحدة تحكم درجة الحرارة المقابلة إلى 350 درجة مئوية. قم بالتبديل على CPCs وتعيين إلى وضع التدفق المنخفض (أي تدفق مدخل 0.3 لتر / دقيقة). إعداد اتصال CPCs مع الكمبيوتر المحمول باستخدام برنامج الشركة المصنعة CPCs أو الاتصالات التسلسلية. بدء تشغيل إجراء الاحماء نظام DTT كما هو موضح في القسم 3.1. قم بتثبيت أداة التأثير مع فوهة 0.071 سم في مدخل المصنف وفقًا لدليل المستخدم. قم بتشغيل المصنف. يجب أن تظهر شاشة العرض على المصنف تدفق تأثير 1.30 ± 0.05 لتر /دقيقة. إذا كان التدفق المعروض مختلفًا، فتحقق مرتين من الأنبوب الذي يربط المصنف مع نظام النقرة و DTT. تعيين معدل تدفق اجمد من المصنف إلى 13 لتر / دقيقة باستخدام واجهة المستخدم. إذا تم استخدام مصدر أشعة سينية ناعمة (TSI 3088) ، قم بالتبديل على مُبطل المُصنّف. الغاز معدل التدفق البروبان 20 مل / دقيقة غاز التبريد (N2) 2 لتر / دقيقة تخفيف الهواء 5 لتر / دقيقة أكسدة الهواء 0.5 لتر / دقيقة خلط الغاز (N2) 0 لتر / دقيقة الجدول 2: معدلات تدفق البث المصغر المقترحة لقياسات المعايرة. بعد ما لا يقل عن 30 دقيقة من وقت الاحماء تنفيذ قياسات المعايرة. وقف تغذية السخام ولدت في نظام الاستخراج وربط منفذ الموقد إلى جسر التخفيف. تعيين حجم الجسيمات التي حددها المصنف إلى 10 نانومتر باستخدام واجهة المستخدم. باستخدام صمام إبرة جسر التخفيف، ضبط تركيز عدد الجسيمات في المنبع من نظام DTT لتكون 104 ± 103 # / سم3. ويسفر تركيز الجسيمات عن إشارة عالية نسبياً، مما يتيح أوقات قياس قصيرة بينما تعمل وحدات المعالجة الكيميائية في وضع العد الواحد، مما يضمن دقة عالية. إذا كان التركيز المطلوب من 104 ± 103 3 # / سم3 لا يمكن الوصول إليها بسبب تركيزات الجسيمات منخفضة للغاية المنبعثة من مولد السخام ، وتعظيم الإنتاجية من خلال جسر التخفيف عن طريق فتح الصمام بالكامل. ابدأ تسجيل بيانات نظام DTT (إذا لم تبدأ بالفعل) بالنقر على الزر “بدء تسجيل البيانات” في برنامج DTT Labview. ابدأ تسجيل بيانات جهازي CPCs باستخدام برنامج الملكية أو الاتصالات التسلسلية. انتظر 30 s حتى يستقر الإعداد التجريبي. لاحظ أسفل الطابع الزمني وحجم الجسيمات مجموعة للاحتفال ببداية القياس. تشغيل القياس لمدة 2 دقيقة. لاحظ أسفل الطابع الزمني لوضع علامة على نهاية القياس. كرر الخطوات 1.3.3-1.3.9 لأحجام الجسيمات من 15 نانومتر، 30 نانومتر، 50 نانومتر، و 100 نانومتر. يمكن أخذ قياسات إضافية إذا كان المطلوب دقة حجم أفضل. تنفيذ مجموعة أخرى من القياسات في نفس أحجام الجسيمات كما كان من قبل بتكرار الخطوات 1.3.2-1.3.10. إيقاف تسجيل بيانات القياس من اثنين CPCs ونظام DTT. أغلق جميع الصكوك. تقييم بيانات المعايرة التي تم جمعها باستخدام برنامج جدول بيانات. تصدير بيانات تركيز الجسيمات التي تم قياسها بواسطة CPCs إلى ملف .csv أو .txt. استيراد بيانات نظام التصنيف المركزي للمنتجات والبيانات إلى أداة تقييم البيانات. تعيين البيانات إلى القياسات المقابلة عن طريق تخصيص البيانات من كل أداة (أي 2 CPCs، نظام DTT) مع طابع زمني بين بداية ونهاية الطابع الزمني لقياس القياس إلى القياس المقابل. من المستحسن أتمتة هذه المهمة باستخدام أداة تقييم البيانات. متوسط الوقت مجموعتي بيانات تركيز الجسيمات (CPCs) ونسبة التخفيف (نظام DTT) لجميع نقاط القياس. حساب اختراق الجسيمات النسبية لجميع نقاط القياس وفقا للصيغة التالية:حيث Pn هو اختراق الجسيمات النسبية عند نقطة قياس معينة n. هو تركيز الجسيمات الذي يقاس بواسطة المصب المركزي للدستري من نظام DTT متوسط على مدى الوقت من نقطة القياس ن. هو تركيز الجسيمات المقابلة التي تقاس من قبل CPC المنبع لنظام DTT متوسط على مدى الوقت من نقطة القياس ن. هو نسبة التخفيف من نظام DTT ، متوسط على مدى الوقت من نقطة القياس ن. حساب متوسط تغلغل الجسيمات Pالمتوسط عن طريق المتوسط على مدى متوسط اختراقات الجسيمات في 30 نانومتر، 50 نانومتر، و 100 نانومتر حجم الجسيمات.وتستخدم هذه القيمة لحساب عامل الحد من تركيز الجسيمات (PCRF) تقسيم نسبة التخفيف DR معمتوسطكفاءة الاختراق P.يتم حساب نموذج حماية الانبعاثات من 30 نانومتر و 50 نانومتر و 100 نانومتر لتكون قابلة للمقارنة مع الصكوك المتوافقة مع PMP والمتاحة تجاريا. وتستخدم القياسات في أحجام أخرى من 30 نانومتر، 50 نانومتر، و 100 نانومتر لتحديد حجمd 50 قطع من النظام لتوصيف أفضل للنظام خارج الإطار التنظيمي. 2. تركيب وإعداد لمقاييس الانبعاثات الدافعة الحقيقية حدد مركبة لتقييم انبعاثات عدد الجسيمات للجسيمات <23 نانومتر. حدد مسارًا لقياس انبعاثات عدد الجسيمات للمركبة المختارة. هناك أدلة حول كيفية تحديد الطرق المناسبة في الأدب24. تركيب متر تدفق العادم (EFM) اختر EFM مع نطاق قياس يطابق نطاق تدفق العادم المتوقع للسيارة التي سيتم قياسها24. ضع صندوق التحكم EFM في صندوق السيارة. تثبيت EFM خارج السيارة، وفقا لصفائح مواصفات الشركة المصنعة. ويبين الشكل 6 مثالاً على تركيب EFM، مثبت خارجياً على أنابيب على شكل يؤدي إلى الجذع. تأكد من أن المسافة في المنبع والمصب من EFM الامتثال للوائح الاتحاد الأوروبي (أي 4x قطر الأنابيب أو 150 مم أنبوب مستقيم، أيهما أكبر، ينبغي أن يكون المنبع والمصب من جهاز استشعار تدفق). عند قياس المركبات مع عدة مُنَفَقات العادم، ينبغي أن تكون قد انضمت أنابيب العادم الفردية أمام EFM وزيادة منطقة المقطع المقطعي لهذا الأنبوب وفقاً لذلك للحفاظ على الزيادة في الضغط الخلفي العادم منخفضة قدر الإمكان. إذا لم يكن ذلك ممكناً، يمكن قياس تدفق كتلة العادم مع العديد من EFMs. تأكد من أن الموصلات من أنبوب EFM إلى أنبوب العادم للسيارة يمكن أن تصمد أمام درجات حرارة غاز العادم (أي، لا ينبغي استخدام البلاستيك). يجب أن لا يكون قطر الأنبوب وقطره وقطر أي ملحقات مطلوبة لأخذ العينات أصغر من قطر أنبوب العادم للحفاظ على ضغط الظهر العادم منخفضة قدر الإمكان. بدء الأنابيب في العادم من السيارة. قم بتوصيل العادم إلى الأنابيب الأولى مع توصيل الأنابيب والمشابك الأنابيب. تشديد المشابك الأنابيب فقط في نهاية لكي تكون قادرة على محاذاة الأنابيب أثناء تركيب. توصيل أنبوب واحد في وقت واحد مع ربط الأنابيب والمشابك الأنابيب حتى يكون هناك اتصال من العادم إلى EFM. وينبغي أن يكون هذا قصيرا قدر الإمكان. ضع مربع التحكم EFM و EFM قوس تصاعد في الجذع للتأكد من أن لا شيء ينزلق أثناء رحلة القياس. تحقق من أن جميع الأنابيب ضيقة ولا شيء يأتي فضفاضة خلال رحلة القياس. قم بتشغيل EFM. بعد الاحماء وقت يصل الى 15 دقيقة اعتمادا على درجة الحرارة المحيطة (انظر دليل المستخدم EFM) ، ومقياس تدفق كتلة العادم على استعداد لقياس25،26،27،28. الشكل 6: صورة لـ EFM مثبتة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. إعداد وتركيب نظام قياس DTT في صندوق السيارةملاحظة: تجري القياسات الموصوفة هنا مع عدادين لجسيمات التكثيف كجهازين للعد لنظام DTT. واحدة من CPCs (TSI 3790A) لديها أقلd 50 حجم قطع من 23 نانومتر، وهو ما يعادل الحد التشريعي الحالي. أما النظام المركزي الصيني الآخر (المتاح تجارياً 10 نانومتر AVL CPC) فقد قطع50 d أقل من 10 نانومتر. ويمكّن قياس انبعاثات الجسيمات باستخدام هذين الصكين بالتوازي من تقييم الانبعاثات المنظمة حالياً (> 23 نانومتر) وكسر < 23 نانومتر. خذ جهاز كمبيوتر محمول وقم بتثبيت برنامج DTT والبرنامج لتسجيل بيانات قياس CPC. ضع زجاجة الهواء الاصطناعية في الجذع أو على الأرض أمام المقاعد الخلفية واصلحها باستخدام الأشرطة. ضع البطارية في صندوق السيارة واصلحها. قم بتوصيل كابل الإدخال بالمُسَنَد المتردد وتوصيله بمصدر طاقة محلي. ضع ونصلح المضخات الفراغية لنظام أخذ العينات وعدادات الجسيمات التكثيف في جذع السيارة وتوصيلها بالبطارية. ضع نظام DTT في صندوق السيارة واثبت موقفها باستخدام الأشرطة. الشكل 7 والشكل 8 يظهران نظام DTT في صندوق السيارة. قم بتوصيل النظام بحزمة بطارية الجوال. قم بتوصيل مدخلين MFCs لنظام DTT إلى إمدادات ثابتة من الهواء المضغوط. قم بتوصيل MFMs اثنين من منفذ نظام DTT إلى مضخة فراغ. استخدام أنابيب مناسبة لدفع العادم من المضخة خارج السيارة. قم بتوصيل نظام DTT بجهاز القياس المحمول باستخدام كبل USB. قم بتوصيل مدخل النظام بنقطة أخذ العينات في اتجاه مجرى EFM. قم بتوصيل مدخل طاقة النظام بالبطارية. قم بتوصيل مداخل طاقة جسيمات التكثيفات ببطارية. قم بتوصيل CPCs بمضخة الفراغ الخارجية الخاصة بكل منها. قم بتركيب زجاجات بوتانول منCS بحزم على إطار نظام التخفيف بعيدًا قدر الإمكان عن ركاب السيارة. تأكد من أن هو مشدود على غطاء ضيق ولا يفتح أثناء محرك القياس عند التسارع. استخدام أنابيب مناسبة لدفع العادم من CPCs و / أو مضخة خارجية خارج السيارة. قم بتوصيل وحدات المعالجة المركزية بالكمبيوتر المحمول باستخدام كابلات USB.ملاحظة: يظهر الشكل 9 السيارة المعدة. يتم تثبيت نظام DTT في صندوق السيارة. كما تم تركيب نظام PN-PEMS متاح تجارياً لاستخدامه كمرجع للانبعاثات المنظمة للجسيمات الصلبة > 23 نانومتر. الشكل 7: DTT PEMS من داخل السيارة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 8: DTT PEMS داخل صندوق السيارة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 9: مركبة مزودة بـ PN-PEMS (AVL MOVE) و DTT PEMS مثبتان. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 3. عملية القياس التدفئة والبدء في نظام القياس التبديل على اثنين CPCs وإمدادات فراغ خارجي. افتح برنامج CPCs على كمبيوتر محمول القياس وقم بإنشاء اتصال مع وحدات المعالجة المركزية. ويمكن أن يتم الاتصال إما عن طريق البرمجيات الخاصة بالأجهزة أو عن طريق الاتصالات التسلسلية كما هو موضح في دليل CPC. أغلق صمامات الإبرة في اتجاه المصب من MFMs. قم بتشغيل مضخة نظام أخذ العينات DTT. قم بالتبديل على نظام أخذ العينات عن طريق دفع التبديل الأحمر لأسفل. افتح التطبيق رتيف LabVIEW على الكمبيوتر. الاتصال مع النظام يبدأ تلقائيا. واجهة المستخدم الرسومية (GUI) من التطبيق DTT LabVIEW يعرض الآن التدفقات داخل وخارج في مراحل التخفيف 1 و 2، والتي ينبغي أن تكون 0.00 لتر / دقيقة. إذا لم يكن كذلك، تحقق من أن صمامات الإبرة مغلقة بشكل صحيح. أدخل تدفق الكتلة التي رسمها أدوات القياس المتصلة في sl/min. إذا كان التدفق الذي رسمته الأدوات غير معروف، قم بقياسه باستخدام عداد تدفق الكتلة المحمول (على سبيل المثال، سلسلة Vögtlin red-y المدمجة). إعادة توصيل الأنابيب بعد قياس التدفقات التي رسمها CPCs. فتح ببطء صمامات إبرة حتى كل من “تدفق” تصل إلى 10.0 ± 0.5 sL /min. كل من “التدفقات في” سوف تزيد إلى نفس القيم المطابق “تدفق خارج”. ضبط “إضافة تدفق” (أي، الفرق بين تخفيف تدفق الهواء وتدفق الزائد) من كل من مراحل التخفيف للحصول على درجة QCS = 1.0 ± 0.1 لتر / دقيقة من خلال متجرد الحفاز وتدفق مدخل عينة منQ = 1.0 ± 0.1 لتر / دقيقة. انقر على “سخان” علامة التبويب لتعيين درجات الحرارة سخان. تعيين درجات الحرارة سخان من إمدادات الهواء المخفف، ومخفف أنبوب مسامية الأولى، والمتعرية الحفاز إلى 350 درجة مئوية. سيبدأ النظام الآن في التسخين. أسفل “تعيين” واجهات يتم عرض درجات الحرارة الحالية ونسب طاقة التدفئة. الانتظار حتى درجة حرارة الغاز مرحلة التخفيف المصب 1(“تي DilStage 1” في واجهة المستخدم الرسومية) تصل إلى 290 درجة مئوية قبل بدء محرك القياس. هذا سوف يستغرق حوالي 20 دقيقة. تسجيل البيانات ابدأ في تسجيل البيانات على أجهزة القياس المتصلة بنظام أخذ العينات DTT. ابدأ في تسجيل بيانات نظام أخذ العينات عن طريق الضغط على الزر “بدء تسجيل البيانات” واختر مسار واسم ملف في النافذة المنبثقة. سيتم عرض مسار ملف السجل و سوف يشير الضوء الأخضر إلى حفظ البيانات. يتم تسجيل بيانات النظام على تردد 2 هرتز. تسجيل بيانات تركيز الجسيمات من CPC باستخدام البرامج المناسبة. يمكن أن يكون هذا إما من الشركة المصنعة أو برنامج الاتصالات التسلسلية (على سبيل المثال، PuTTY). ابدأ تسجيل تدفق العادم مع EFM. القياده قبل قيادة الطريق المحدد، افصل كابل شحن البطارية والتبديل من إمدادات الهواء المضغوط الثابتة إلى قارورة الغاز. محرك المسار المحدد. بعد القيادة اضغط على “تسجيل …” لإيقاف تسجيل البيانات. أغلق الأدوات أعد شحن البطارية للاستعداد لمحرك الأقراص التالي. 4 – تحليل البيانات استيراد البيانات من نظام أخذ العينات، EFM (لتدفق العادم)، وأجهزة القياس في نفس برنامج تحليل البيانات. تنفيذ محاذاة الوقت مع الأخذ في الاعتبار الوقت العادم يحتاج إلى نقلها من أنبوب إلى أجهزة القياس. وقت النقل tمن خلال نظام التخفيف هو 2.5 s. يمكن حسابعينة وقت النقل tخلال خط أخذ العينات كما يلي:حيث tعينة هو وقت النقل من خلال خط أخذ العينات في ثوان، tdil هو وقت النقل من خلال نظام التخفيف (2.5 ثانية)، العينةsample هي منطقة المقطع عرضي من خط أخذ العينة في m2، lالعينة هو طول خط أخذ العينة من نقطة العينة إلى مدخل نظام التخفيف في متر، Q̇العينة هو نظام تخفيف DTT تدفق نظام في m3/s. إضافة tعينة إلى tdil للحصول على مجموع الوقت تأخير tالمجموع:ملاحظة: على سبيل المثال، tالمجموع لطول أنبوب 0.5 م مع قطر أنبوب داخلي من 4 مم وتدفق عينة من 1 L/min يساوي 2.88 s. يظهر الشكل 10 مثالاً على محاذاة الوقت من عدد الجسيمات قياس (خط منقط الأزرق) إلى عدد الجسيمات المُنقطة الوقت (الخط الأزرق). الشكل 10: مثال على محاذاة الوقت لرقم الجسيمات المقاسة PN في #/cm3 مقارنة بتدفق كتلة العادم المقاسة بالكيلوغرام/الساعة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. لكي تتمكن من حساب رقم الجسيمات في PN # / ق، تدفق حجم غاز العادم V̇exhaust_norm في سم3/s يجب أن تحسب أولا وفقا للصيغة التالية:حيث V̇exhaust_norm هو تدفق حجم العادم القياسي في م3/ ق، ṁالعادم هو تدفق كتلة العادم مقاسة في كجم / الثانية، R هو ثابت الغاز المثالي للهواء (287.1 J/kg *K)، Tالقاعدة هي درجة الحرارة في الظروف القياسية (273.15 ك)، و فالقاعدة هو الضغط في الظروف القياسية (101،330 Pa). ومع تدفق حجم العادم هذا في الظروف القياسية يمكن حساب عدد الجسيمات بضرب V̇exhaust_norm مع نسبة التخفيف DR لنظام أخذ العينات، وتركيز cPN الذي يقاس بواسطة CPCs، والمعام 106 (للتحويل من m3 إلى سم3). لتصحيح خسائر الجسيمات، مضاعفة تدفق العادم الجسيمات مرات معدل تركيز عدد الجسيمات مع عامل الحد من تركيز الجسيمات النظام(PCRF) بدلا من نسبة التخفيف DR. ويرد وصف لتحديد PCRF في قسم توجيه المعايرة 1:

Representative Results

بيانات المعايرة (اختراق الجسيمات): ويبين الشكل 11 رسماً نموذجياً للاختراق النسبي للجسيمات في نظام DTT كدالة لقطر حركة الجسيمات. وقد تم قياس وتقييم البيانات المقابلة على النحو المبين في الفرع 1 من التعليمات. وتبين المؤامرة أن الانحرافات بين نقطتي قياس في نفس قطر التنقل كانت أقل من 5٪. تشير الانحرافات الأكبر من 10% إلى عدم الاستقرار في الإعداد التجريبي. في هذه الحالة ، كان لا بد من تكرار المعايرة مع زيادة أوقات التثبيت الاحماء. كل من الاحماء الوقت (عادة 30 دقيقة) ، و وقت الاستقرار (عادة 30 s) زيادة بمعامل 1.5. فقدت الجسيمات التي تمر عبر نظام DTT بسبب الانتشار والحرارة. وقد نجمت الخسائر الحرارية عن درجة حرارة متدرجة تُسحب جسيمات نحو جدران نظام أخذ العينات. هذا هو حجم الجسيمات تأثير مستقل29; في المقابل، الانتشار هو درجة عالية من حجم الجسيمات تعتمد. تسبب تدرج التركيز في تدفق جسيمات صافية نحو الجدران حيث فقدت الجسيمات. جعلت الانتشارية يرتفع مع حجم جسيم سفلى هذا ال [ا] مسيطرة خسارة آلية لجسيمات ≤10 [م].أن. وتبين الخطوط الواردة في الشكل 11 التي تشير إلى الفقد الحراري، والانتشار، ومجموع الخسائر تبعيات حجم الجسيمات المعنية. بالنسبة للخسائر الانتشارية، استخدمت هذه الوظيفة لتوضيح تبعية حجم الجسيمات التقريبية: يعتمد الاختراق P على معلمة مناسبة و معامل الانتشار D: يعتمد معامل الانتشار على ثابت بولتزمان k، درجة الحرارة المطلقة T، ηاللزوجة ، وقطر الجسيمات dp، ومعامل تصحيح زلة كننغهام Cc، وهو دالة للمسير الحر المتوسط وقطر الجسيمات29. وأسفرت البيانات الموضحة في الشكل 11 في متوسط الجسيمات التالية كفاءة الاختراق Pالمتوسط: يشار إلى حجم الجسيمات حيث تبلغ كفاءة الاختراق إلى 50٪ كـd 50. ويصفD 50 اختراق قطع سمة النظام. لنظام DTT كانd 50 11 نانومتر. وd50 هو مبين في الشكل 11. الشكل 11: اختراق الجسيمات كدالة لقطر حركة الجسيمات.النقاط التي تم وضع علامة عليها باللون الأزرق هي نتائج القياس. وتشير الخطوط المتقطعة باللونين البرتقالي والأخضر إلى الخسائر المرتبطة بـ الحرارة والانتشار على التوالي. ويمثل الخط الأحمر مجموع الخسائر بوصفه مجموع الخسائر الانتشارية والحرارية. يُظهر الخط الأرجواني المنقط متوسط اختراق الجسيمات Pmean كما تم حسابه في قسم تعليم قياس المعايرة 1. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الصلبة عدد الجسيمات: ويبين الشكل 12 معدل انبعاثات عدد الجسيمات بمرور الوقت للدقائق العشر الأولى من محرك قياس RDE. يتم عرض البيانات من نظام DTT PEMS باستخدام 10 نانومتر و 23 نانومتر CPC مع بيانات من نظام نقطة قطع 23 نانومتر المتاحة تجاريًا. وقد حُسبت معدلات انبعاثات الجسيمات من تركيزات الجسيمات المعنية مضروبة في معدل تدفق العادم على النحو المبين أعلاه في الفرع 4 من تعليم تحليل البيانات. واعتمدت الأداة المرجعية (AVL MOVE) على شاحن نشر لقياس تركيز عدد الجسيمات. وعلى الرغم من اختلاف مبادئ الاستشعار، فإن البيانات التي تم قياسها مع نظام إدارة البيانات (DTT PEMS) كانت عموماً متفقة بشكل جيد جداً مع البيانات التي تم قياسها بواسطة نظام معلومات المعلومات (PEMS) المتاح تجارياً. حدثت طفرات حادة في الإشارات الثلاثة لأن أجهزة قياس الجسيمات يمكنها الإبلاغ عن تركيزات جسيمات صفرية مؤقتًا ولا يمكن عرض الأصفار في المؤامرات اللوغاريتمية. وكانت انبعاثات الجسيمات المقاسة بـ 10 نانومتر من نوع CPC قريبة جداً من الانبعاثات المقاسة بـ 23 نانومتر CPC لغالبية الفترة الزمنية المبينة في الشكل 12. ومع ذلك ، في البداية بين 10 و 25 s كان هناك حدوث كبير 50٪ من العدد الإجمالي للجسيمات المنبعثة كانت تتراوح بين 10 نانومتر و 23 نانومتر. يمكن أن تؤدي العمليات الديناميكية للبدء البارد في التوازن غير الحراري إلى اختلاف توزيعات حجم الجسيمات عن الانبعاثات من السيارة الساخنة30. ومناقشة هذه العمليات المعقدة تتجاوز نطاق هذا العمل. ويمكن الاطلاع على مزيد من المعلومات حول هذا الموضوع في الأدبيات31،32،33. الشكل 12: يظهر الجزء العلوي من الشكل معدل انبعاث عدد الجسيمات بمرور الوقت لأول 10 دقائق من محرك قياس RDE.وتستخدم البيانات التي تقاس باستخدام نظام DTT PEMS باستخدام 10 نانومتر و23 نانومتر CPC ونظام نقطة قطع 23 نانومتر (AVL MOVE) كمرجع. الجزء السفلي من الشكل يظهر سرعة السيارة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

ويعرض هذا العمل نظام أخذ العينات من الـ DTT وتطبيقه كنظام محمول لقياس الانبعاثات. تم تصميم النظام وبناءه ضمن مشروع الاتحاد الأوروبي أفق 2020 DTT لتمكين قياسات انبعاثات عدد الجسيمات أقل من الحد الحالي لحجم الجسيمات التشريعية من 23 نانومتر. ويمكّن تعدد استخدامات النظام من تقييم انبعاثات عدد الجسيمات الصلبة الخاضعة للتنظيم، فضلا عن مجموع انبعاثات الجسيمات والدراسات المتعلقة بالهباء الجوي الثانوي. لتفسير نتائج القياس بدقة، من الضروري إجراء المعايرة مع نظام DTT. هذا هو لتقييم اختراق الجسيمات النسبية لأحجام الجسيمات المختلفة، لتكون قادرة على حساب عامل تصحيح الذي يفسر خسائر الجسيمات. من الأهمية بمكان توفير وقت الاحماء كافية لنظام أخذ العينات نفسه وبقية الإعداد التجريبي للوصول إلى التوازن الحراري وتحقيق نتائج دقيقة قياس المعايرة.

ويرد وصف لتطبيق نظام DTT لقياس انبعاثات عدد الجسيمات الصلبة مع خفض حجم الجسيمات الأدنى بمقدار 23 نانومتر (التنظيم الحالي) و10 نانومتر (تجريبي). لكي تكون قادرة على تقييم انبعاثات عدد الجسيمات من مركبة من الضروري تحديد تركيز عدد الجسيمات ومعدل تدفق كتلة العادم. يغطي نظام DTT قياس تركيز عدد الجسيمات. يتم قياس تدفق كتلة العادم باستخدام عداد تدفق العادم (EFM). من الأهمية بمكان لتثبيت EFM وفقا لتعليمات الشركة المصنعة. وتؤثر القياسات الخاطئة لمعدل تدفق العادم تأثيراً مباشراً على معدلات الانبعاثات المستنتجة. عند معالجة البيانات المقاسة، من المهم إجراء محاذاة دقيقة للوقت لبيانات تركيز الجسيمات وبيانات تدفق العادم. وهذا ضروري لأن معدل الانبعاثات هو معدل تدفق العادم مضروبا في تركيز عدد الجسيمات. وإذا لم يتم محاذاة الإشارةين بشكل صحيح، فإن الانبعاثات على محرك الأقراص بأكملها يمكن أن تنحرف بشكل كبير عن الانبعاثات الحقيقية.

نظام DTT ليس جهازًا تجاريًا ولكنه أداة بحث متعددة الاستخدامات. ويستخدم هذا النظام في استقصاء انبعاثات المركبات غير المنظمة بدلا من إجراء قياسات التصديق التي تثبت الامتثال للأنظمة الحالية. براعة عالية تأتي على حساب زيادة استهلاك الطاقة وتخفيف الهواء. عند استخدام نظام القياسات المتنقلة، يجب أن يوضع في الاعتبار الوزن المضاف إلى السيارة بسبب البطارية (30 كجم) وزجاجة الغاز (20 كجم) لتغطية استهلاك الطاقة والهواء للنظام. يبلغ الوزن الإجمالي المضاف إلى السيارة عند قياس انبعاثات PN مع نظام DTT حوالي 80 كجم ، وهو ما يماثل شخص آخر يتم نقله في السيارة. الوزن المضاف يمكن أن يؤدي إلى زيادة طفيفة في الانبعاثات، خاصة إذا كان محرك يتضمن قدرا كبيرا من التسارع و / أو التلال.

يمكن استخدام نظام DTT للتحقيق في انبعاثات العادم غير المنظم < 23 نانومتر. ويمكن قياس كل من انبعاثات عدد الجسيمات الصلبة والإجمالية. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يكون أداة مفيدة لدراسة المجال المعقد لتكوين الهباء الجوي الثانوي. تطبيق آخر ممكن للنظام هو قياس جسيمات ارتداء الفرامل السيارات. يمكن أن يكون جزء كبير من الجسيمات المنبعثة أثناء أحداث الكبح أصغر من 30 نانومتر³⁴. مع d₅₀ من حوالي 11 نانومتر، ونظام DTT هو مناسبة لدراسة هذه الانبعاثات. على الرغم من أنه من المعروف أن انبعاثات غير العادم تساهم على قدم المساواة تقريباً في انبعاثات PM₁₀ المرتبطة بحركة المرور³⁵، إلا أن انبعاثات الجسيمات غير العادم لا تزال غير منظمة. ويرجع ذلك إلى عملية توليد الجسيمات المعقدة التي نادراً ما يمكن استنساخها، مما يجعل من الصعب جداً وضع إجراءات تنظيمية. وعلاوة على ذلك، التركيب الكيميائي والسمية ذات الصلة من الجسيمات ارتداء الفرامل العضوية لا يزال غير معروف على نطاق واسع³⁵.

نظام DTT هو أداة مفيدة لتحسين فهمنا لكل من العادم وغير العادم ذات الصلة حركة الانبعاثات الجسيمات.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يتم تنفيذ هذا العمل في إطار مشروع H2020 DownToTen. وقد تلقى هذا المشروع تمويلاً من برنامج الاتحاد الأوروبي للبحوث والابتكار في أفق 2020 بموجب اتفاقية المنح رقم 724085.

Materials

2x Condensation Particle Counter 4 nm	TSI	3775	Particle counter with a cut point of 4 nm
5x Mass Flow Controllers (MFC)	Vögtlin		Mass flow controllers for controlling the miniCast gas flows
AVL M.O.V.E. EFM Exhaust Flow Meter	AVL		Device for the measurement of the exhaust flow rate of vehicles
Catalytic Stripper	Custom made		Device for the removal of volatile compounds in an aerosol by oxidation
Compressed Air			Oxidation and dilution air supply for miniCast
Condensation Particle Counter 10 nm	AVL		Particle counter with a cut point of 10 nm
Condensation Particle Counter 23 nm	TSI	3790A	Particle counter with a cut point of 23 nm
Differential Mobility Analyzer	TSI	3085	Part of the electrostatic classifier where the particle are separeted by mobility.
Dilution Bridge	Custom made		Needle valve in parallel to HEPA filters. Used to adjust particle concentrations for calibration purposes
DownToTen Sampling System	Custom made		Custom made sampling system for the assessment of automotive sub-23 nm particle emissions
Electrostatic Classifier	TSI	3082	Device for the classifaction of arosol particles by electrical mobility diameter
Hand held Mass Flow Meter (MFM)	Vögtlin		Device for measuring the inlet flow of measurement instruments
miniCast Soot Generator	Jing Ltd		Combastion aerosol standard, soot generator
Mobile Battery LPS 1500	Clayton Power		Battery for power supply of the DTT measurement system
Nitrogen Gas Bottle			Nitrogen for Mixing gas and quench gas supply of miniCast
Propane Gas Bottle			Fuel for miniCast
Soft X-Ray Neutralizer	TSI	3088	Device for the establishmentof the equillibrium charge distribution of aerosol particles
Synthetic Air Bottle 10 L			Gas Bottle for the dilution air supply

Referenzen

Dunne, M. GRPE Particulate Measurement Programme (PMP). 7th ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles. , (2003).
Sydbom, A., et al. Health effects of diesel exhaust emissions. European Respiratory Journal. 17 (4), 733-746 (2001).
Vehicle Regulations – Transport. UNECE Available from: https://www.unece.org/trans/main/welcwp29.html (2020)
Andersson, J., Wedekind, B. . DETR / SMMT / CONCAWE Particulate Research Programme 1998-2001 SUMMARY REPORT. , (2001).
Samaras, Z., et al. Publication data form 1. Framework Programme European Commission-DG TrEn. 5 th Framework Programme Competitive and Sustainable Growth Sustainable Mobility and Intermodality 2. Contract No. , (2005).
Rönkkö, T., et al. Effects of gaseous sulphuric acid on diesel exhaust nanoparticle formation and characteristics. Environmental Science and Technology. 47 (20), 11882-11889 (2013).
Liati, A., Dimopoulos Eggenschwiler, P. Characterization of particulate matter deposited in diesel particulate filters: Visual and analytical approach in macro-, micro- and nano-scales. Combustion and Flame. 157 (9), 1658-1670 (2010).
Liati, A., Schreiber, D., Arroyo Rojas Dasilva, Y., Dimopoulos Eggenschwiler, P. Ultrafine particle emissions from modern Gasoline and Diesel vehicles: An electron microscopic perspective. Environmental Pollution. 239, 661-669 (2018).
Kittelson, D. B. Recent Measurements of Nanoparticle Emissions from Engines. Current Research on Diesel Exhaust Particles Japan Association of Aerosol Science and Technology. , 5 (2001).
Bruno, T. J., Ott, L. S., Smith, B. L. Composition-Explicit Distillation Curves of Waste Lubricant Oils and Resourced Crude Oil: A Diagnostic for Re-Refining and Evaluation. American Journal of Environmental Sciences. 6 (6), 523-534 (2010).
Giechaskiel, B., Vanhanen, J., Väkevä, M., Martini, G. Investigation of vehicle exhaust sub-23 nm particle emissions. Aerosol Science and Technology. 51 (5), 626-641 (2017).
. Call: H2020-GV-2016-2017: DownToTen. 48th PMP Update Available from: https://wiki.unece.org/download/attachments/73924923/PMP-48-10/DTT_Update_Nov_2018.pdf (2018)
. PMP 50th Session – Transport – Vehicle Regulations – UNECE Wiki Available from: https://wiki.unece.org/display/trans/PMP+50th+Session (2019)
PEMS accuracies under harsh environmental conditions. 23rd Transport and Air Pollution Conference, Thessaloniki 2019 Available from: https://www.tapconference.org/assets/files/previous-confereces/proceedings/2019_Proceedings.zip (2019)
Karjalainen, P., et al. Time-resolved characterization of primary particle emissions and secondary particle formation from a modern gasoline passenger car. Atmospheric Chemistry and Physics. 16 (13), 8559-8570 (2016).
Mikkanen, P., Moisio, M., Keskinen, J., Ristimäki, J., Marjamäki, M. Sampling method for particle measurements of vehicle exhaust. SAE Mobilus. , 219 (2001).
Giechaskiel, B., et al. Review of motor vehicle particulate emissions sampling and measurement: From smoke and filter mass to particle number. Journal of Aerosol Science. 67, 48-86 (2014).
EC Commission Regulation (EU) 2017/1154. Official Journal of the European Union Available from: https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1154/oj (2017)
Mamakos, A., Khalek, I., Giannelli, R., Spears, M. Characterization of combustion aerosol produced by a mini-CAST and treated in a catalytic stripper. Aerosol Science and Technology. 47 (8), 927-936 (2013).
Jing, L. Standard Combustion Aerosol Generator (SCAG) for Calibration Purposes. Atmospheric Environment. 27 (8), 1271-1275 (1999).
Moore, R. H., et al. Mapping the operation of the miniature combustion aerosol standard (Mini-CAST) soot generator. Aerosol Science and Technology. 48 (5), 467-479 (2014).
Giechaskiel, B., et al. Implementation of portable emissions measurement systems (PEMS) for the real-driving emissions (RDE) regulation in Europe. Journal of Visualized Experiments. (118), e54753 (2016).
EC Commission Regulation (EU) 2017/1151. Official Journal of the European Union Available from: https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2017/1151/oj (2017)
EC REGULATION (EC) No 715/2007 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL. Official journal of the European Union Available from: https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007R0715 (2007)
EC DIRECTIVE 2007/46/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL. Official journal of the European Union Available from: https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32007L0046 (2007)
EC Commission Regulation 2790/99. Official Journal of the European Communities Available from: https://eur-lex.europa.eu/Legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:3A31999R2790 (1999)
Hinds, W. C. . Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. , (2012).
Badshah, H., Kittelson, D., Northrop, W. Particle Emissions from Light-Duty Vehicles during Cold-Cold Start. SAE International Journal of Engines. 9 (3), 1775-1785 (2016).
First results of vehicle technology effects on sub-23nm exhaust particle number emissions using the DownTo10 sampling and measurement system. 22nd ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles Available from: https://www.nanoparticles.ch/archive/2018_Andersson_PR.pdf (2018)
Giechaskiel, B., Manfredi, U., Martini, G. Engine exhaust solid sub-23 nm particles: I. Literature survey. SAE International Journal of Fuels and Lubricants. 7 (2834), 950-964 (2014).
Including cold-start emissions in the Real-Driving Emissions (RDE) test procedure. Publications Office of the European Union Available from: https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/66874f0c-fd85-11e6-8a35-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF/source-120155396 (2017)
Mathissen, M., Scheer, V., Vogt, R., Benter, T. Investigation on the potential generation of ultrafine particles from the tire-road interface. Atmospheric Environment. 45 (34), 6172-6179 (2011).
Grigoratos, T., Martini, G. Brake wear particle emissions: a review. Environmental Science and Pollution Research. 22 (4), 2491-2504 (2015).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Diesen Artikel zitieren

Bainschab, M., Landl, L., Andersson, J., Mamakos, A., Hausberger, S., Bergmann, A. Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System. J. Vis. Exp. (159), e61287, doi:10.3791/61287 (2020).