CC BY
5
транспорт
МРНТИ 73.31.41; 55.42.81
https://doi.org//10.48081/VEGG5490
*А. р. Кульчицкий
АО «Камешковский механический завод», Российская Федерация, г. Камешково * e-mail: ark6975@mail.ru
снижение эмиссии дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей
Вредные дисперсные частицы (Particulate Matter — РМ), содержащиеся в смеси отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания и воздуха, в отличие от газообразных вредных веществ, находятся в различном агрегатным состояние: твёрдом и жидком. Наличие жидких частиц связано с конденсацией части несгоревших углеводородов топлива и смазочного масла вследствие понижения температуры ОГ при их разбавлении воздухом. А наличие твердых веществ определяется выбросом не только сажи, но твердых сульфатов, а также части несгоревших углеводородов топлива и масла вследствие их конденсации. При этом воду, находящуюся в отработавших газах, в состав РМ не включают, что обеспечивается термостатированием фильтров, на которых осаждаются РМ, до и после испытаний.
Однако в ходе стандартизованного (гравиметрического) метода измерения содержания РМ в отработавших газах невозможно обеспечить идентификацию этих составляющих. Поэтому часто под дисперсными частицами подразумевают только сажу (твёрдый углерод). Кроме того, влияние режима работы двигателя на различные составляющие не идентично: если концентрация сажи в отработавших газах пропорциональна нагрузке, то наличие жидких составляющих более характерно для режимов малых нагрузок.
Подобные упрощения не обеспечат разработку целенаправленных мероприятий по снижению эмиссии РМ, поскольку не будут приняты во внимание, с одной стороны, все их основные составляющие, а с другой стороны — влияние режима работы двигателя.
Ключевые слова: дизельный двигатель, отработавшие газы, дисперсные частицы, сажа, твёрдые сульфаты, углеводороды.
Введение
До 1989 г. согласно международным и национальным стандартам для любых типов двигателей внутреннего сгорания регламентировали содержание в отработавших газах (ОГ) только газообразных вредных веществ (ВВ): оксидов азота NOx, оксида углерода СО и суммарных углеводородов СпНт. А для дизелей, кроме того, - еще и такой физический показатель как «непрозрачность ОГ», называемый «дымность ОГ». Однако в 1989 г. в США, в 1992 г. в Европе
и Японии, а в 2000 г. и в России дополнительно ввели норму на эмиссию с ОГ дизелей еще одного ВВ - дисперсных частиц (Particle Matter - РМ). Для двигателей с принудительным воспламенением это показатель нормированию пока не подлежит, хотя такая возможность прорабатывается.
Дисперсные частицы часто называют «твердыми частицами», и под этим подразумевают только сажу (твёрдый углерод). На самом деле, составляющими РМ кроме сажи являются не только другие твердые вещества, но и жидкие. Наличие жидких веществ связано с конденсацией части несгоревших топлива и смазочного масла (углеводороды с углеродными группами от С5 до С , т.е. от пентана и выше) вследствие понижения температуры ОГ при их разбавлении воздухом. Воду, находящуюся в ОГ, в состав РМ не включают (это обеспечивается посредством выдерживания фильтров в термостате до и после испытаний при постоянной влажности). Наличие же твердых веществ определяется выбросом не только сажи, но твердых сульфатов, а также части несгоревших топлива и масла (углеводороды с углеродными группами от С и выше) вследствие их конденсации. Все указанные жидкие и твердые углеводороды носят название тяжелых углеводородов CaHb.
Стандартизованный метод измерения эмиссии РМ с ОГ - гравиметрический: согласно ему определяется разница в весе фильтров до и после пропускания через них смеси ОГ и воздуха (т.е. до и после испытаний двигателя). При этом температура смеси не должна превышать 325 К (52 оС), что имитирует процесс разбавления ОГ при их выбросе из выпускного трубопровода двигателя в атмосферу. Благодаря такой методике на фильтрах оседают все негазообразные вещества, содержащиеся в ОГ. Таким образом, дисперсные частицы - это твердые и жидкие вещества, находящиеся в смеси ОГ с воздухом при вышеуказанной температуре смеси.
Источники наличия в ОГ сажи и тяжелых углеводородов - неполностью сгоревшие топливо и смазочное масла, т.е. причина - несовершенство рабочего процесса дизеля, а также наличие масла на стенках цилиндра в зоне выше верхнего поршневого кольца (где оно подвергается воздействию высоких температур вследствие сгорания топлива). При этом площадь контакта поверхности цилиндра с горячими продуктами сгорания зависит от перемещения поршня. Что касается твердых сульфатов, то они образуются при взаимодействии продуктов сгорания серы, содержащейся в топливе, с барием и кальцием, входящими в состав моющих присадок к маслам. Кроме того, в ОГ присутствуют и другие твердые вещества: продукты износа деталей двигателя, зола и кокс топлива и масла; но их содержание по сравнению с вышеперечисленными составляющими незначительно.
Улучшение экологических показателей двигателей, а также объектов, на которых эти двигатели установлены, базируется на анализе влияния различных факторов (конструктивных и регулировочных) на выброс того или иного ВВ. Сложность решения указанной задачи в отношении РМ связана, во-первых, с разнообразием физических и химических показателей их составляющих (в отличие от газообразных ВВ); во-вторых, с различным характером влияния режима работы
двигателя на эти составляющие; в-третьих, с противоположным реагированием на различные мероприятия по сравнению с процессом образования и разложения NOx; и в-четвертых, с невозможностью выявления составляющих РМ при проведении оценки их эмиссии стандартизованным гравиметрическим методом. Последнее обстоятельство можно обойти посредством применения, например, хроматографов и масс-спектрометров, но эти способы очень дорогостоящи и длительны. Оперативность же анализа получаемых результатов во многом определяет затраты времени и средств на проведение исследований.
Оценка эмиссии ВВ с ОГ производится на основании испытаний двигателя по т.н. «испытательным циклам» (ИЦ) - совокупности режимов работы, представляющих собой сочетание различных частот вращения коленчатого вала и нагрузок. Наиболее известны испытания по ИЦ, включающим 8 и 13 режимов: первые - для случая применения двигателей на внедорожной самоходной технике (ВДСТ: тракторы, строительно-дорожные, коммунальные и т.п. машины), вторые
- для автомобильного транспорта полной массой более 3,5 т. При проведении доводочных исследований двигателя снимают сотни ИЦ (длительность каждого
- 1,5...2,0 часа) при измерении выбросов газообразных ВВ. А при оценке эмиссии РМ добавляется время, необходимое для выдержки фильтров до и после испытаний, для предварительных измерений расхода воздуха (для настройки степени разбавления ОГ на каждом режиме, для проведения самого ИЦ, для взвешивания фильтров до и после испытаний. Таким образом, продолжительность однократного испытания по оценке эмиссии РМ с ОГ по стандартизованному ИЦ не менее 8,0 часов. И в итоге будет получена одно значение - интегральное для всего ИЦ. Это не позволит выявить ни режимы работы двигателя, ни составляющие дисперсных частиц, которые вносят основной вклад в выброс РМ. Соответственно, невозможно будет разработать целенаправленные мероприятия по улучшению экологических характеристик двигателя.
Материалы и методы
На основании анализа литературных данных [1.10], а также результатов собственных исследований по оценке степени распада суммарных углеводородов на отдельные группы [11], автором была разработана модель образования дисперсных частиц в потоке ОГ со следующими допущениями [12]:
- дисперсные частицы состоят из трех основных компонентов: сажи С, твердых сульфатов MSO4 и тяжелых углеводородов С_НЬ;
- сажесодержание С пропорционально значению дымности N отработавших газов;
- образование твердых сульфатов MSO4 пропорционально расходу топлива вт, содержанию серы S в топливе и степени конверсии продуктов сгорания серы;
- доля тяжелых углеводородов С_НЬ в суммарных СпНт зависит от режима работы дизеля, который идентифицируется температурой отработавших газов 1.;
- дифференцирование источников тяжелых углеводородов С_НЬ (от топлива СН&е1 и от смазочного масла СНоД) определяется уровнем расхода масла на угар Gм;
- неопределенность разработанной модели обуславливается содержанием в ОГ золы и кокса топлива, механических примесей в маслах, продуктов износа деталей двигателя, а также принятием 100% конверсии продуктов сгорания серы в твердые сульфаты.
Общий вид зависимости концентрации дисперсных частиц в ОГ от уровня дымности ОГ, массового содержания серы в топливе, концентрации суммарных углеводородов и режима работы двигателя выглядит следующим образом:
рм = + ^ С) + ^(Ш^ Шо1Р ^ С).
Результаты и обсуждение
В качестве примера ниже приведены результаты испытаний дизеля типа 3ЧН10,5/12,0 номинальной мощностью 36,0 кВт с целью выявления критичных режимов и составляющих РМ на итоговую эмиссию РМ с ОГ (рисунок 1).
На основании расчетной оценки эмиссии РМ по косвенным данным было определено, что основной вклад в эмиссию вносят тяжелые углеводороды от масла СН (48,0 % от итогового выброса), влияние твердых сульфатов MSO4 почти в 2 раза слабее (25,9 %), еще меньший вклад вносят сажа С (16,5%) и тяжелые углеводороды от топлива СН (9,6 %) (рисунок 1, а). Подобная картина указывает на большой расход масла на угар.
а) б)
(РМ
ГМ - UB г uRti
В)
Рисунок 1 - Оценка долевого влияния составляющих РМ (а) и (б) и режима работы двигателя (в) на эмиссию дисперсных частиц при испытаниях по 8-ступенчатому циклу Правил ЕЭК ООН № 96-01.
На рисунке 1, в приведены результаты оценки влияния каждого из восьми режимов испытаний ИЦ; характеристика указанного ИЦ представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Ступенчатый испытательный цикл дизелей ВДСТ по Правилам ЕЭК ООН №96-01
№ режима Номинальный скоростной режим № режима Промежуточный скоростной режим
№1 номинальная мощность N ' ном №5 наибольший крутящий момент Мпр
№2 75% N ном №6 75% М пр
№3 50% N ном №7 50% М пр
№4 10% N ном №8 минимальные обороты холостого хода
Согласно Правилам ЕЭК ООН №96-01, ИЦ включает три скоростных режима: соответствующий номинальной мощности (№ 1.. .№ 4), промежуточный (№ 5.. .№ 7) и минимальных оборотов холостого хода (№ 8). Первые два скоростных режима включают в себя несколько различных нагрузочных режимов. При этом промежуточный скоростной режим может совпадать с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту, в том случае, если последняя лежит в диапазоне от 75 % до 60 % от номинального скоростного режима. В противном случае промежуточная частота принимается равной ближайшему значению границы диапазона (т.е. либо 75 %, либо 60 % от номинальной), в связи с чем режим максимального крутящего момента может учитываться, а может и не учитываться.
Подобное разнообразие режимов работы двигателя предопределяет большой разброс характеристик процессов топливоподачи и газообмена. Все это ведет к неидентичности характера протекания рабочего процесса на каждом из режимов ИЦ, что связано с разными количествами подаваемых топлива и воздушного заряда, давлениями и температурами воздушного заряда (особенно для двигателя с наддувом), продолжительностью и максимальным давлением впрыскиваемого топлива, с большим диапазоном изменения температур продуктов сгорания и т.д. Следствием всего перечисленного будет различное протекание процессов образования и разложения вредных веществ в цилиндре двигателя. Из этого вытекает и необходимость учета особенностей каждого из режимов работы двигателя при разработке мероприятий по снижению выброса ВВ с ОГ.
Согласно полученным данным (см. рис.1в), наибольшее влияние на итоговый выброс РМ оказал режим номинальной мощности (№ 1) - почти 20 %; режимы № 2.. .№ 5 оказывают практически одинаковое влияние - по 14.16 % каждый; и только режимы № 6.. .№ 8 имеют наименьшее влияние - не более 20 % вместе взятые. Эти данные интересны тем, что заметно отличающиеся между собой режимы № 2.. .№ 5 вносят одинаковый вклад, хотя среди них есть как режим малой нагрузки (№ 4), так и режим наибольшего крутящего момента (№ 5). Подобная картина свидетельствует о постепенном изменении степени влияния каждого
из компонентов в зависимости от режима; соответственно и мероприятия по снижению суммарного выброса РМ должны учитывать эти особенности.
Данные рисунка 1, б дополняют анализ: на режимах №3 и, особенно, №4 (по сравнению с № 2 и № 5) проявляется влияние тяжелых углеводородов от топлива, а на режиме № 5 - режиме наибольшего крутящего момента (относительно № 2...№ 4) - сажи. После устранения проблемы повышенного расхода масла на угар (что отмечено выше), были разработаны мероприятия по снижению эмиссии С и СН&е1 с ОГ: несмотря на то, что оба компонента представляют собой продукты неполного сгорания, снижение их эмиссии обеспечивалось различными путями. Что касается твердых сульфатов, то это свидетельствует о неудовлетворительном удельном расходе топлива, поскольку содержание серы в топливе постоянно, то выброс MSO4 пропорционален расходу топлива.
Следует обратить внимание на то, что в случае отсутствия разбиения эмиссии тяжелых углеводородов по источникам (топливо и масла), весь их выброс был бы отнесен на счет топлива (что характерно для ряда моделей образования РМ в дизелях [1.3]). Хотя вклад неполноты сгорания топлива заметен только на режимах малых нагрузок - № 4 и № 8. Таким образом, учет группового состава углеводородов, содержащихся в отработавших газах позволит обеспечить селективный подбор катализаторов для окислительных нейтрализаторов [13].
Применение разработанной методики оценки эмиссии РМ позволило предложить и реализовать целенаправленные мероприятия по доводке дизеля 3ЧН10,5/12,0, что обеспечило снижение удельного выброса дисперсных частиц с ОГ более чем в 2 раза (с 0,58 до 0,26 г/кВтч). При этом характер влияния отдельных компонентов и режимов на итоговый выброс РМ существенно изменился (рисунок 2).
В первую очередь следует отметить не только снижение долевого влияние тяжелых углеводородов масла на всех режимах ИЦ, но и тяжелых углеводородов топлива на режиме № 4 (с 50 до 10 %). При этом, естественно, возросло относительное влияние эмиссии сажи и, особенно, твердых сульфатов - почти в 2 раза каждый. Однако абсолютные значения эмиссии всех компонентов, кроме выброса MSO4 (обусловленное увеличением удельного расхода топлива), снизились, что и обеспечило общее улучшение экологических показателей двигателя.
I 4
в)
Рисунок 2 - Результат доводки дизеля
Выводы
Разработка мероприятий по снижению эмиссии дисперсных частиц с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания возможна только при наличии информации об основных составляющих дисперсных частиц, а также о степени влияния каждого из режимов испытательного цикла на эмиссию этих составляющих.
Особенности стандартизованного гравиметрического метода измерения удельного выброса дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей не позволяют выявить лимитирующие режимы - режимы испытаний, вносящие основной вклад в итоговый выброс дисперсных частиц, а также не позволяют оценить долевой вклад составляющих дисперсных частиц в интегральное значение их эмиссии;
Относительный состав дисперсных частиц - содержание тяжелых углеводородов, сажи и твердых сульфатов - изменяется в широких пределах: 20.80 %, 10.50 % и 5.30 %, соответственно, и обусловлено характеристиками систем топливоподачи и газообмена, а также организацией смесеобразования в камере сгорания.
Эмиссия твёрдых сульфатов пропорциональна содержанию в топливе серы, а также содержанию бария и кальция в моющих присадках к маслам;
Снижению эмиссии сажи способствует повышение степени гомогенизации топливовоздушной смеси в ходе процессов топливоподачи и смешения в камере сгорания;
Учет группового состава углеводородов, содержащихся в отработавших газах позволит обеспечить селективный подбор катализаторов для окислительных нейтрализаторов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Басевич, В. Я., Исамухамедов, В. С., Карпов, В. П. Углеводороды С1 - С3 в выхлопе ДВС // Химическая физика, 1992, т.11, № 11. - С. 1575-1579.
2 Филипосянц, Т. Р., Иванов, А. Г. К вопросу об ускоренных методах контроля и доводки дизелей по экологическим параметрам // Экология двигателя и автомобиля: Сб. науч. тр. НАМИ. - М., 1998. - С. 19-25.
3 Парсаданов, И. В. Повышение качества дизелей на основе топливно-экологического критерия. - Харьков : Изд. Центр НТУ «ХПИ», 2003. - 244 с.
4 Экология автомобильных двигателей внутреннего сгорания // В. А. Звонов, Л. С. Заиграев, В. И. Черных, А. В. Козлов. - Луганск : ВНУ им. В. Даля, 2004. - 268 с.
5 Muntean, G. G. The State of the Science in Diesel Particulate Control // 2005 Diesel Engine Emissions Reduction (DEER) Conference Presentations and Posters.
6 Greeves, G, Wang, J. T. Origins of Diesel Particulate Mass Emissions // SAE Transactions, 1981, Vol. 90. - P. 1161-1172.
7 Heywood, G. B. Образование загрязняющих веществ и борьба с ними в двигателях с искровым зажиганием. - М. : Машиностроение, 1981. - 407 с.
8 Alkidas, A. C. Relationship between smoke measurements and particulate measurements // SAE Paper. - 1984. - № 840412. - 9 p.
9 Hardenberg, H., Albreht, H. Grenzen der Rumassnbestimmung aus optishen Transmessungen // MTZ : Motortechn. Z. - 1987. - № 2. - Р. 51-54.
10 Muntean, G. G. A theoretical model for the correlation of smoke number to dry particulate concentration in diesel exhaust // SAE paper. - 1999. - № 1999-010515. - 9 p.
11 Кульчицкий, А. Р., Коротнев, А. Г., Петров, В. Л., Честнов, Ю. И.
Эмиссия углеводородов с отработавшими газами дизелей. // Двигателестроение, 2000, № 2. - С. 37-39.
12 Кульчицкий, А. Р. Расчетно-экспериментальное определение выброса дисперсных частиц с отработавшими газами дизелей // Двигателестроение, 2005, № 4. - с. 39-44.
13 Арендарский, Д. А., Коротнев, А. Г., Немцев, А. Н., Кульчицкий, А. Р., Честнов, Ю. И. Исследование эффективности стеклотканного катализатора в потоке отработавших газов дизеля // Двигателестроение, 2005, № 2. - с. 43-46.
REFERENCES
1 Basevich, V. Ya., Isamukhamedov, V. S., Karpov, V. P. Uglevodorody' S1 - S3 v vy'xlope DVS [Hydrocarbons C1 - C3 in the exhaust of internal combustion engines] // Chemical Physics, 1992, v.11, № 11. - P. 1575 - 1579.
2 Filiposyants, T. R., Ivanov, A. G. K voprosu ob uskorenny'x metodax kontrolya i dovodki dizelej po e'kologicheskim parametram [On the issue of accelerated methods of control and refinement of diesel engines according to environmental parameters] // Ecology of the engine and car : Sat. scientific tr. US. - Moscow, 1998. - P. 19-25.
3 Parsadanov, I. V. Povy'shenie kachestva dizelej na osnove toplivno-e'kologicheskogo kriteriya [Improving the quality of diesel engines based on fuel and environmental criteria] - Kharkov : Ed. Center NTU «KhPI», 2003. - 244 p.
4 E'kologiya avtomobil'ny'x dvigatelej vnutrennego sgoraniya [Ecology of automotive internal combustion engines] // V. A. Zvonov, L. S. Zaigraev, V. I. Chernykh, A. V. Kozlov. - Lugansk : VNU im. V. Dalya, 2004. - 268 p.
5 Muntean, G. G. The State of the Science in Diesel Particulate Control // 2005 Diesel Engine Emissions Reduction (DEER) Conference Presentations and Posters.
6 Greeves, G., Wang, J. T. [Origins of Diesel Particulate Mass Emissions] // SAE Transactions, Vol. 90. - P. 1161-1172, 1981.
7 Heywood, G. B. Obrazovanie zagryaznyayushhix veshhestv i bor'ba s nimi v dvigatelyax s iskrovy'm zazhiganiem [Formation and control of contaminants in spark ignition engines] - Moscow : Mashinostroenie, 1981. - 407 p.
8 Alkidas A. C. Relationship between smoke measurements and particulate measurements // SAE Paper. - 1984. - № 840412. - 9 P.
9 Hardenberg H., Albreht H. Grenzen der Rumassnbestimmung aus optishen Transmessung-en // MTZ : Motortechn. Z. - 1987. - № 2. - P. 51-54.
10 Muntean, G. G. A theoretical model for the correlation of smoke number to dry particulate concentration in diesel exhaust // SAE paper. - 1999. - № 1999-010515. - 9 P.
11 Kulchitsky, A. R., Korotnev, A. G., Petrov, V. L., Chestnov, Yu. I. E'missiya uglevodorodov s otrabotavshimi gazami dizelej. [Emission of hydrocarbons with exhaust gases of diesel engines] // Dvigatelestroyeniye, 2000, № 2. - P. 37-39.
12 Kulchitsky, A. R. Raschetno-e'ksperimental'noe opredelenie vy'brosa dispersny'x chasticz s otrabotavshimi gazami dizelej [Calculation and experimental determination of the emission of dispersed particles with exhaust gases of diesel engines] // Dvigatelestroyeniye, 2005, №4. - P. 39-44.
13 Arendarsky, D. A., Korotnev, A. G., Nemtsev, A. N., Kulchitsky, A. R., Chestnov, Yu. I. Issledovanie e'ffektivnosti steklotkannogo katalizatora v potoke otrabotavshix gazov dizelya [Investigation of the efficiency of a glass-woven catalyst in the exhaust gas flow of a diesel engine] // Dvigatelestroyeniye, 2005, № 2. - P. 43-46.
Материал поступил в редакцию 06.02.23.
*А. Р. Кульчицкий
Камешково механикальщ зауыты, Ресей Федерациясы, Камешково Материал 06.02.23 баспага тYCтi.
ДИЗЕЛЬДЕ ПАЙДАЛАНЫЛFАН ГАЗДАРДЬЩ ДИСПЕРСТ1 1Ш1НАРА ЭМИССИЯСЫН ТЭМЕНДЕТУ
1штен жанатын цозгалтцыштардыц пайдаланылган газдарыныц (EG) жэне ауаныц цоспасыныц цурамындагы зиянды ducnepcmi бвлшектер (Particulate Matter — PM) газ mopi3di зиянды заттардан айырмашылыгы агрегаттыц куйде болады: цатты жэне суйыц. Суйыц белшектердщ болуы жанар-жагармайдыц жанбаган квмiрсутектерШц 6ip белтнщ конденсациялануымен байланысты, олар ауамен суйылтылган кезде шыгатын газдардыц температурасыныц темендеуiне байланысты. Ал цатты заттардыц болуы куйетц гана емес, цатты сульфаттардыц, сондай-ац олардыц конденсациялануыта байланысты жанармай мен мунайдыц жанбаган кемiрсутектерiнiц белтнщ шыгарылуышен аныцталады. Бул ретте пайдаланылган газдардагы су ПМ цурамына кiрмейдi, бул сынацтарга дейт жэне одан кейт ПМ тундырылатын сyзгiлердi термостаттау арцылы цамтамасыз етiледi. Алайда, пайдаланылган газдардагы PMмазмунын елшеудщ стандартталган (гравиметриялыц) эдiсi барысында бул компоненттердi аныцтауды цамтамасыз ету мумкт емес. Сондыцтан кебiнесе дисперстi белшектер деп тек куйе (цатты кемiртек) тусттеди Сонымен цатар, цозгалтцыштыц жумыс режимтщ эртyрлi компоненттерге эсерi бiрдей емес: егер пайдаланылган газдардагы куйе концентрациясы жуктемеге пропорционал болса, онда суйыц компоненттердщ болуы темен жуктеме режимдерте кебiрек тэн. Мундай оцайлатулар PM шыгарындыларын азайту бойынша мацсатты шараларды эзiрлеудi цамтамасыз етпейдi, ейткет, бiр жагынан, олардыц барлыц негiзгi компоненттерi, ал екiншi жагынан, цозгалтцыштыц жумыс режимтщ эсерi ескерiлмейдi.
Кiлттi сездер: дизельдт цозгалтцыш, пайдаланылган газдар, дисперстi белшектер, куйе, цатты сульфаттар, кемiрсутектер.
*A. R. Kulchitskiy
Kameshkovo Mechanical Plant,
Russian Federation, Kameshkovo. Material received on 06.02.23
REDUCTION OF THE EMISSION OF DISPERSED PARTICLES WITH DIESEL EXHAUST GASES
Harmful dispersed particles (Particulate Matter — PM) contained in the mixture of exhaust gases of internal combustion engines and air, unlike gaseous harmful substances, are in a different state of aggregation: solid and liquid. The presence of liquid particles is associated with the condensation of part of the unburned hydrocarbons of the fuel and lubricating oil due to a decrease in the temperature of the exhaust gases when they are diluted with air. And the presence of solids is determined by the emission of not only soot, but solid sulfates, as well as part of the unburned hydrocarbons of the fuel and oil due to their condensation. At the same time, the water in the exhaust gases is not included in the composition of the PM, which is ensured by thermostating the filters on which the PM is deposited before and after the tests. However, in the course of a standardized (gravimetric) method for measuring the content of PM in exhaust gases, it is impossible to ensure the identification of these components. Therefore, often only soot (solid carbon) is meant by dispersed particles. In addition, the influence of the engine operating mode on various components is not identical: if the soot concentration in the exhaust gases is proportional to the load, then the presence of liquid components is more typical for low load modes. Such simplifications will not ensure the development of targeted measures to reduce PM emissions, since, on the one hand, all their main components will not be taken into account, and on the other hand, the influence of the engine operating mode.
Keywords: diesel engine, exhaust gases, dispersed particles, soot, solid sulfates, hydrocarbons.
