Kaasumoottorin pakokaasun pienhiukkasten fysikaaliset ominaisuudet
Alanen, Jenni (2014)
Alanen, Jenni
2014
Ympäristö- ja energiatekniikan koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-12-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201412081608
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201412081608
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkittiin maakaasumoottorin kaasu- ja hiukkaspäästöjä keskittyen hiukkasten fysikaalisiin ominaisuuksiin. Mittaukset tehtiin maakaasukäyttöiseksi muokatulla henkilöauton bensiinimoottorilla, jonka kaasumaiset päästöt oli saatu vastaamaan voimalaitoskaasumoottorin kaasumaisia päästöjä. Moottorin päästöjä tutkittiin ilman jälkikäsittelyjärjestelmiä ja SCR-pelkistyskatalysaattorin kanssa. Mittaukset suoritettiin yhteistyössä kolmen laboratorion kesken. Osallisina mittauksissa olivat TTY:n aerosolifysiikan laboratorio, VTT ja Ilmatieteen laitos.
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kaasumoottorin hiukkaspäästön pitoisuus, hiukkasten koko ja syntyprosessi. Mittaukset toimivat samalla hyvänä lähtökohtana tulevien kaasumoottorimittausten suunnittelulle ja toteutukselle. Hiukkasten haihtuvuus- ja varausominaisuuksia sekä näytteen laimennuksen määrän vaikutusta hiukkasten pitoisuuteen mitattiin niiden syntyperän ja koostumuksen selvittämiseksi.
Mitattujen hiukkasten koko oli hyvin pieni, kaksihuippuisen hiukkaskokojakauman huiput olivat hiukkaskokojen 3–5 nm ja noin 10 nm kohdalla ja läpimitaltaan yli 10 nm hiukkasia oli vähän. Kokonaislukumääräpitoisuus moottorista oli vähäinen, 2–35•106 #/cm3 ja hiukkasten massapitoisuus jäi pieneksi suurten hiukkasten vähäisyyden vuoksi.
Syntyneiden hiukkasten ytimet ja hiukkasilla havaittu varaus olivat mittausten perusteella todennäköisesti syntyneet jo moottorin sylinterissä. Laimennusprosessin aikana ytimien päälle kondensoitui materiaalia, mahdollisesti erilaisia rikkiyhdisteitä ja hiilivetyjä, jos niiden osapaine laimennusprosessissa oli tarpeeksi suuri, eli jos laimennuskerroin oli tarpeeksi pieni. Osa kondensoituneesta materiaalista haihtui takaisin kaasufaasiin, kun aerosolinäyte lämmitettiin 265 ◦C:een.
Tämä oli ensimmäinen kerta, kun voimalaitoskaasumoottorin hiukkaspäästön varautuneisuutta on tutkittu tai alle 2 nm:n kokoisia hiukkasia maakaasumoottorin hiukkaspäästössä on mitattu. Myös havainto, että kaasumoottoripäästön hiukkaset eivät haihdu kokonaan 265 ◦C:ssa, vaan niiden koko ainoastaan pienenee, tehtiin ensimmäistä kertaa tässä tutkimuksessa.
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää kaasumoottorin hiukkaspäästön pitoisuus, hiukkasten koko ja syntyprosessi. Mittaukset toimivat samalla hyvänä lähtökohtana tulevien kaasumoottorimittausten suunnittelulle ja toteutukselle. Hiukkasten haihtuvuus- ja varausominaisuuksia sekä näytteen laimennuksen määrän vaikutusta hiukkasten pitoisuuteen mitattiin niiden syntyperän ja koostumuksen selvittämiseksi.
Mitattujen hiukkasten koko oli hyvin pieni, kaksihuippuisen hiukkaskokojakauman huiput olivat hiukkaskokojen 3–5 nm ja noin 10 nm kohdalla ja läpimitaltaan yli 10 nm hiukkasia oli vähän. Kokonaislukumääräpitoisuus moottorista oli vähäinen, 2–35•106 #/cm3 ja hiukkasten massapitoisuus jäi pieneksi suurten hiukkasten vähäisyyden vuoksi.
Syntyneiden hiukkasten ytimet ja hiukkasilla havaittu varaus olivat mittausten perusteella todennäköisesti syntyneet jo moottorin sylinterissä. Laimennusprosessin aikana ytimien päälle kondensoitui materiaalia, mahdollisesti erilaisia rikkiyhdisteitä ja hiilivetyjä, jos niiden osapaine laimennusprosessissa oli tarpeeksi suuri, eli jos laimennuskerroin oli tarpeeksi pieni. Osa kondensoituneesta materiaalista haihtui takaisin kaasufaasiin, kun aerosolinäyte lämmitettiin 265 ◦C:een.
Tämä oli ensimmäinen kerta, kun voimalaitoskaasumoottorin hiukkaspäästön varautuneisuutta on tutkittu tai alle 2 nm:n kokoisia hiukkasia maakaasumoottorin hiukkaspäästössä on mitattu. Myös havainto, että kaasumoottoripäästön hiukkaset eivät haihdu kokonaan 265 ◦C:ssa, vaan niiden koko ainoastaan pienenee, tehtiin ensimmäistä kertaa tässä tutkimuksessa.