Sampling, measurement and characterization of exhaust gas nanoparticles smaller than 30 nm

Abstract

The adverse effects of air pollution on human health are well recognized, with 0.4 and 7 million annual premature deaths caused by air pollution in the European Union (EU) and the world, respectively (Ortiz et al., 2019)(WHO, 2012). Particle emissions from vehicles comprise a large share of air quality deterioration in European cities. Road transport contributes 11% of total emissions of particulate matter (PM) with aerodynamic size up to 2.5 μm (PM2.5) and 28% of black carbon (BC) (Ortiz et al., 2019). In particular, ultrafine particles below 100 nm in size have received separate attention, owed to their high mobility and penetration within the body (Miller et al., 2017). Road transport contributes almost up to 90% of the total emissions of such ultrafine particles (Kumar et al., 2010; Pey et al., 2009) that may equally originate from both exhaust and non-exhaust emissions (brake or tyre wear emissions) (Grigoratos & Giorgio, 2014). The need to improve air quality, in particular in terms of airborne particle concentrations, imposes ambitious goals in vehicular combustion efficiency and exhaust emissions reduction.Emission regulations are the driving force for the constant development in combustion efficiency and emission control technologies of vehicles. The SPN size threshold of 23nm is the current EU cut-off size for positive and compression ignition direct injection (DI) engines under the Euro 6 emission standard. Although total particulate mass emissions from vehicles have decreased over the years, a large fraction of them is located in the region below 10 nm. For GDI vehicles, the GMD has dropped from 70nm (Euro 2) to less than 30nm (Euro 6) (Giechaskiel, Joshi, et al., 2019). For Euro 6 CNG vehicles, the GMD appears below 25nm (Giechaskiel, Lähde, et al., 2019). As regards DPF equipped vehicles, although such vehicles are generally considered to be low PN emitters, our understanding of the contribution of diesel particle filter (DPF) regenerations to actual PN emissions on the road is in general limited. Studies conducted so far report up to 3 orders of magnitude higher SPN23, during such events, compared to normal driving (Amanatidis et al., 2014; Dwyer et al., 2010; Krajinska et al., 2020; Mamakos & Martini, 2011; Papadopoulos et al., 2020). However, there is little information on what happens to emissions of smaller particles during DPF regeneration.In this context, the current work aims to investigate the volatile and non-volatile emissions of the latest technology passenger cars, extending the particle size range down to 2.5nm. To achieve this, a novel raw exhaust sampling system with enhanced separation of solid particles and limited nanoparticle losses was utilized. The results aim to provide an assessment of the impacts of alternative fuels and engine combustion technologies on vehicle emissions and inform the next generation of emission standards and control.Τhe present dissertation was developed as follows:Chapter 1 sets out the problems of particulate emissions from internal combustion engines, presents the current legal framework for the identification of such particles as well as recent reports on the emissions of volatile and non-volatile particles from modern engines. The objectives of this dissertation are presented at the end of this chapter.Chapter 2 sets out the methodology for determining particulate emissions under laboratory conditions and actual driving conditions.From Chapter 3 to Chapter 5 are set the answers in the main research questions presented in Chapter 1. Specifically, the questions that are analyzed and answered are the following:1.How are particulate emissions affected by driving conditions and specific engine operating conditions (DPF active regeneration)? A detailed gaseous and PN emissions analysis of a Euro 6d-temp is presented. 2.Is legislative particle identification sufficient for the identification of nanoparticles in alternative fueled engines? The PN results from lab measurements in three CNG / petrol bi-fuel cars are analyzed. 3.Is it important to identify volatile particles alongside non-volatile particles? Proposal for the improvement of the particle identification methodology through the adoption of non-volatile particle measurement technology. Relative experimental data from a CNG / petrol bi-fuel passenger vehicle are analyzed. Chapter 3 investigates gaseous and particulate emissions of a diesel passenger car (Euro 6d-temp), under specific operation events, including diesel particulate filter (DPF) active regeneration. The contribution of DPF active regeneration to sub-23nm volatile and solid particle emissions was investigated in a dedicated measurement campaign. A novel exhaust gas sampling and dilution system was employed for the determination of solid particle number (SPN) emissions down to 23nm, 10 nm, and 2.5 nm. Total particle number (TPN) emissions, including semi-volatiles, down to 10 nm and down to 5.6 nm were also measured. A DPF active regeneration was triggered during on road testing. DPF regeneration increased NOx and SPN down to 23 nm (SPN23) by 1.7 times and 3 orders of magnitude, respectively, compared to non-regenerating conditions. A second DPF regeneration was triggered during steady-state conditions in the laboratory. Once again, SPN23 emissions were at least 3 orders of magnitude higher compared to normal operation. Under regeneration conditions, SPN down to 2.5nm (SPN2.5) was 2.3 times higher than SPN23, which suggests that a significant number of particles reside below the regulated limit of 23 nm during DPF regeneration. Moreover, TPN emissions were at least 7 times higher than SPN ones. Both these observations suggest that a significant number of particles during DPF regeneration evades current SPN23 regulation. Based on the DPF active regeneration findings in RDE and lab conditions, the current study introduces an enhanced particulate emission factor that includes the impact of active DPF regenerations. Chapter 4 investigates the non-volatile particle number emissions of three bi-fuel passenger cars (Euro 6b, 6d-temp), which operate on compressed natural gas (CNG), as a primary fuel, and gasoline as a secondary one. The CNG fuel was injected into the engine using port fuel injection (PFI) while the gasoline fuel was either by PFI or by direct injection (GDI). A novel exhaust gas sampling and dilution system was employed for the determination of solid particle number (SPN) emissions at 10nm (SPN10) and 2.5nm (SPN2.5). The vehicles were tested in the laboratory over different test cycles where the CNG solid particle number emissions greater than 23 nm (SPN23) were an order of magnitude lower than GDI and PFI gasoline emissions. However, when the size threshold was lowered to 10nm or 2.5nm, emissions were similar for both fuels. Particularly, SPN2.5 emissions of the Euro 6b vehicle exceeded the Euro 6 emission standard for both fuels while the SPN23 emissions were between 40 and 2.8 times lower than the limit for CNG and gasoline, respectively. Particle size distributions show a significant number of particles residing below the regulated limit of 23nm, even lower than 10nm. The results have significant implications in setting a particle number limit for alternative fuel vehicles while indicating that the current size threshold (23nm) is insufficient for particle emission testing. The main objective of the Chapter 5 is the identification of sub-23nm volatile and non-volatile particle emissions from a latest technology PFI vehicle, which operates on compressed natural gas (CNG, Euro 6d-temp), as a primary fuel, and gasoline as a secondary one. A state of the art exhaust gas sampling and dilution system along with an FTIR spectrometer were utilized for tailpipe emission testing under chassis dyno laboratory conditions. Other fuel alternatives, such as Alkylate (which is considered a pure renewable fuel) and fuel blends with octane booster MMT were also investigated. The low content in aromatics Alkylate had the lowest TPN emission performance that was below the Euro 6 limit. The parameter of dilution temperature was further analyzed since it poses a significant sensitivity to the total particle testing, especially in fuels with a high H/C ratio such as the CNG due to water production in the exhaust. Evidence suggests a dilution temperature of >75 oC is required to avoid water related volatile particles. The technical feasibility of TPN particle filtration via particulate filters (PF) was also tested in this work. Results indicate effective filtration of non-volatile and volatile particles, especially in the sub-23nm size range. Gasoline tests with PF, suggest TPN10 emissions in the order of 5x1011 p/km, below the Euro 6 regulation limit. Current results suggest that the implementation of TPN10, seems to be feasible in future regulation. Current technology PFs and ultra clean fuels such as Alkylate gasoline are suitable for TPN filtration and low emission performance, respectively. Chapter 6 presents the conclusions from the analysis of the initial research questions presented in Chapter 3 to Chapter 5, which can be summarized in the following:Chapter 3•A significant number of particles during regeneration evade current SPN23 regulation•Up to an order of magnitude higher TPN10 than SPN10 during active regeneration•Passive regeneration contributes up to 100 times higher SPN23 than normal operation•Enhanced emission factor that includes the effect of DPF active regeneration suggests up to 3.9 times higher SPN23 based on regeneration findingsChapter 4•CNG solid particle number emissions greater than 23 nm (SPN23) were an order of magnitude lower than GDI and PFI gasoline emissions•Emissions were similar for both CNG and gasoline fuels in 10 nm or 2.5 nm size threshold•SPN2.5 emissions of the Euro 6b vehicle exceeded the Euro 6 emission standard for both CNG and gasoline fuels.•SPN23 emissions were between 40 and 2.8 times lower than the limit for CNG and gasoline, respectively•Particle size distributions show a significant number of particles reside below the regulated limit of 23 nm, even lower than 10 nmChapter 5•Focus on particle number emission performance on a latest technology PFI on various alternative fuels•At least an order of magnitude higher TPN emissions than SPN ones •Experimental work suggests ≥ 75 oC as minimal sampling temperature, during TPN emission testing to avoid water condensates•High TPN emission events under fuel cut-off events, related to lube oil•Under 150 oC dilution temperature conditions, the SPN/TPN parallel testing on CNG operation, suggests that 2.7% of the TPN emissions were solid particles•PF implementation reduces TPN emissions to within Euro 6 limitsThe dissertation ends up with Chapter 7, where the proposed future extensions of the present research are listed.The novelty of this doctoral dissertation can be summarized in the following points:•PN emissions study of latest technology conventional engines (DI / PFI) under Euro 6b or later emission standards.•Experimental results from bi-fuel CNG / petrol engines with Euro 6b emission standards and later.•Experimental analysis of specific engine events such as active and passive diesel particle filter (DPF) regeneration under laboratory and real driving conditions.•Study of the effect of driving dynamics on PN emissions in real driving conditions.•Study of the effect of alternative fuels such as paraffin gasoline (Alkylate) and octane booster additives (MMT) on volatile and non-volatile emissions.

Οι δυσμενείς επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην ανθρώπινη υγεία είναι αρκετά αναγνωρισμένες, με 0.4 και 7 εκατομμύρια ετήσιους πρόωρους θανάτους που προκαλούνται από την ατμοσφαιρική ρύπανση στην Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ) και στον κόσμο, αντίστοιχα (Ortiz et al., 2019) (WHO, 2012). Οι εκπομπές σωματιδίων από οχήματα αποτελούν μεγάλο μερίδιο της υποβάθμισης της ποιότητας του αέρα στις ευρωπαϊκές πόλεις. Οι οδικές μεταφορές συμβάλλουν στο 11% των συνολικών εκπομπών σωματιδίων (PM) με αεροδυναμικό μέγεθος έως 2.5 μm (PM2.5) και 28% μαύρου άνθρακα (BC) (Ortiz et al., 2019). Συγκεκριμένα, τα εξαιρετικά μικρά σωματίδια μεγέθους κάτω των 100 nm έχουν λάβει ξεχωριστή προσοχή, λόγω της υψηλής κινητικότητας και διείσδυσής τους μέσα στο σώμα (Miller et al., 2017). Οι οδικές μεταφορές συμβάλλουν σχεδόν στο 90% των συνολικών εκπομπών τέτοιων εξαιρετικά μικρών σωματιδίων (Kumar et al., 2010; Pey et al., 2009) που μπορεί να προέρχονται εξίσου από εκπομπές καυσαερίων και μη καυσαερίων (εκπομπές φθοράς φρένων ή ελαστικών). (Grigoratos & Giorgio, 2014). Η ανάγκη βελτίωσης της ποιότητας του αέρα, ιδίως όσον αφορά τις συγκεντρώσεις σωματιδίων στον αέρα, επιβάλλει φιλόδοξους στόχους για την βελτίωση των τεχνολογιών κινητήρων εσωτερικής καύσης οχημάτων και τη μείωση των εκπομπών καυσαερίων. Οι κανονισμοί εκπομπών είναι η κινητήρια δύναμη για τη συνεχή ανάπτυξη των τεχνολογιών απόδοσης καύσης και ελέγχου εκπομπών των οχημάτων. Το όριο μεγέθους SPN των 23 nm είναι το τρέχον μέγεθος αποκοπής της ΕΕ για κινητήρες άμεσου ψεκασμού με θετική ανάφλεξη και ανάφλεξη με συμπίεση (DI) σύμφωνα με το πρότυπο εκπομπών Euro 6. Αν και οι συνολικές εκπομπές μάζας σωματιδίων από τα οχήματα έχουν μειωθεί με την πάροδο των ετών, ένα μεγάλο μέρος αυτών εντοπίζεται στην περιοχή κάτω από τα 10 nm. Για τα οχήματα GDI, το GMD έχει πέσει από 70nm (Euro 2) σε λιγότερο από 30nm (Euro 6) (Giechaskiel, Joshi, et al., 2019). Για οχήματα CNG Euro 6, το GMD εμφανίζεται κάτω από 25nm (Giechaskiel, Lähde, et al., 2019). Όσον αφορά τα οχήματα εξοπλισμένα με DPF, αν και αυτά τα οχήματα θεωρούνται γενικά ότι εκπέμπουν χαμηλά PN, η κατανόησή μας για τη συμβολή της αναγέννησης του φίλτρου σωματιδίων ντίζελ (DPF) στις πραγματικές εκπομπές PN στο δρόμο είναι γενικά περιορισμένη. Μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι στιγμής αναφέρουν έως και 3 τάξεις μεγέθους υψηλότερες εκπομπες SPN23, κατά τη διάρκεια τέτοιων συμβάντων, σε σύγκριση με την κανονική οδήγηση (Amanatidis et al., 2014; Dwyer et al., 2010; Krajinska et al., 2020; Mamakos & Martini, 2011; Papadopoulos et al., 2020). Ωστόσο, υπάρχουν λίγες πληροφορίες σχετικά με το τι συμβαίνει με τις εκπομπές μικρότερων σωματιδίων κατά την αναγέννηση του DPF.Σε αυτό το πλαίσιο, η τρέχουσα εργασία στοχεύει στη διερεύνηση των πτητικών και μη πτητικών εκπομπών των επιβατικών αυτοκινήτων τελευταίας τεχνολογίας, επεκτείνοντας το εύρος μεγέθους σωματιδίων στα 2.5 nm. Για να επιτευχθεί αυτό, χρησιμοποιήθηκε ένα νέο σύστημα δειγματοληψίας καυσαερίων με ενισχυμένο διαχωρισμό στερεών σωματιδίων και περιορισμένες απώλειες νανοσωματιδίων. Τα αποτελέσματα στοχεύουν να παρέχουν μια αξιολόγηση των επιπτώσεων των εναλλακτικών καυσίμων και τεχνολογιών κινητήρα εσωτερικής καύσης στις εκπομπές των οχημάτων και να ενημερώσουν την επόμενη γενιά προτύπων εκπομπών και ελέγχου. Η παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε ως εξής: Το Κεφάλαιο 1 παρουσιάζει τα προβλήματα των εκπομπών σωματιδίων από κινητήρες εσωτερικής καύσης, παρουσιάζει το ισχύον νομικό πλαίσιο για την αναγνώριση τέτοιων σωματιδίων καθώς και πρόσφατες αναφορές για τις εκπομπές πτητικών και μη πτητικών σωματιδίων από σύγχρονους κινητήρες. Οι στόχοι της παρούσας διπλωματικής εργασίας παρουσιάζονται στο τέλος αυτού του κεφαλαίου. Το Κεφάλαιο 2 εκθέτει τη μεθοδολογία για τον προσδιορισμό των εκπομπών σωματιδίων υπό εργαστηριακές συνθήκες και πραγματικές συνθήκες οδήγησης. Από το Κεφάλαιο 3 έως το Κεφάλαιο 5 τίθενται οι απαντήσεις στα κύρια ερευνητικά ερωτήματα που παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 1. Συγκεκριμένα, τα ερωτήματα που αναλύονται και απαντώνται είναι τα ακόλουθα: 1.Πώς επηρεάζονται οι εκπομπές σωματιδίων από τις συνθήκες οδήγησης και τις ειδικές συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα (DPF active regeneration); Παρουσιάζεται μια λεπτομερής ανάλυση αερίων και εκπομπών PN μιας θερμοκρασίας Euro 6d. 2.Είναι επαρκής η νομοθεσία εκπομπών στερεών σωματιδίων πάνω από 23nm για την αναγνώριση σωματιδίων για την ταυτοποίηση νανοσωματιδίων σε κινητήρες με εναλλακτικά καύσιμα; Αναλύονται τα αποτελέσματα PN από εργαστηριακές μετρήσεις σε τρία αυτοκίνητα CNG / βενζίνης δύο καυσίμων.3. Είναι σημαντικό να αναγνωρίζουμε τα πτητικά σωματίδια μαζί με τα μη πτητικά σωματίδια; Πρόταση για τη βελτίωση της μεθοδολογίας αναγνώρισης σωματιδίων μέσω της υιοθέτησης της τεχνολογίας μέτρησης μη πτητικών σωματιδίων. Αναλύονται σχετικά πειραματικά δεδομένα από επιβατικό όχημα CNG/βενζίνης δύο καυσίμων. Το Κεφάλαιο 3 διερευνά τις εκπομπές αερίων και σωματιδίων ενός επιβατικού αυτοκινήτου ντίζελ (Euro 6d-temp), κάτω από συγκεκριμένα γεγονότα λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της ενεργού αναγέννησης του φίλτρου σωματιδίων ντίζελ (DPF). Η συμβολή της ενεργού αναγέννησης DPF στις εκπομπές πτητικών και στερεών σωματιδίων κάτω των 23 nm διερευνήθηκε σε μια ειδική εκστρατεία μέτρησης. Χρησιμοποιήθηκε ένα νέο σύστημα δειγματοληψίας και αραίωσης καυσαερίων για τον προσδιορισμό των εκπομπών αριθμού στερεών σωματιδίων (SPN) μέχρι τα 23nm, 10 nm και 2,5 nm. Μετρήθηκαν επίσης οι εκπομπές συνολικού αριθμού σωματιδίων (TPN), συμπεριλαμβανομένων των ημιπτητικών, έως 10 nm και έως 5,6 nm. Μια ενεργή αναγέννηση DPF ενεργοποιήθηκε κατά τη διάρκεια δοκιμών στο δρόμο. Η αναγέννηση του DPF αύξησε τα NOx και το SPN στα 23 nm (SPN23) κατά 1.7 φορές και 3 τάξεις μεγέθους, αντίστοιχα, σε σύγκριση με συνθήκες μη αναγέννησης. Μια δεύτερη αναγέννηση DPF ενεργοποιήθηκε σε συνθήκες σταθερής κατάστασης στο εργαστήριο. Για άλλη μια φορά, οι εκπομπές SPN23 ήταν τουλάχιστον 3 τάξεις μεγέθους υψηλότερες σε σύγκριση με την κανονική λειτουργία. Υπό συνθήκες αναγέννησης, το SPN έως τα 2.5 nm (SPN2.5) ήταν 2.3 φορές υψηλότερο από το SPN23, γεγονός που υποδηλώνει ότι ένας σημαντικός αριθμός σωματιδίων βρίσκεται κάτω από το ρυθμιζόμενο όριο των 23 nm κατά την αναγέννηση του DPF. Επιπλέον, οι εκπομπές TPN ήταν τουλάχιστον 7 φορές υψηλότερες από αυτές του SPN. Και οι δύο αυτές παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι ένας σημαντικός αριθμός σωματιδίων κατά την αναγέννηση του DPF αποφεύγει την τρέχουσα ρύθμιση του SPN23. Με βάση τα ευρήματα ενεργού αναγέννησης DPF σε συνθήκες RDE και εργαστηρίου, η παρούσα μελέτη εισάγει έναν ενισχυμένο παράγοντα εκπομπής σωματιδίων που περιλαμβάνει τον αντίκτυπο των ενεργών αναγεννήσεων DPF.Το Κεφάλαιο 4 διερευνά τις εκπομπές μη πτητικού αριθμού σωματιδίων τριών επιβατικών αυτοκινήτων δύο καυσίμων (Euro 6b, 6d-temp), τα οποία λειτουργούν με συμπιεσμένο φυσικό αέριο (CNG), ως πρωτεύον καύσιμο και βενζίνη ως δευτερεύον. Το καύσιμο CNG εγχύθηκε στον κινητήρα χρησιμοποιώντας λιμενικό ψεκασμό καυσίμου (PFI) ενώ το καύσιμο βενζίνης ήταν είτε με PFI είτε με άμεσο ψεκασμό (GDI). Ένα νέο σύστημα δειγματοληψίας και αραίωσης καυσαερίων χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των εκπομπών αριθμού στερεών σωματιδίων (SPN) στα 10nm (SPN10) και 2.5nm (SPN2.5). Τα οχήματα δοκιμάστηκαν στο εργαστήριο σε διαφορετικούς κύκλους δοκιμών όπου οι εκπομπές αριθμού στερεών σωματιδίων CNG μεγαλύτερες από 23 nm (SPN23) ήταν μια τάξη μεγέθους χαμηλότερες από τις εκπομπές βενζίνης GDI και PFI. Ωστόσο, όταν το όριο μεγέθους μειώθηκε στα 10nm ή στα 2.5nm, οι εκπομπές ήταν παρόμοιες και για τα δύο καύσιμα. Ειδικότερα, οι εκπομπές SPN2.5 του οχήματος Euro 6b ξεπέρασαν το πρότυπο εκπομπών Euro 6 και για τα δύο καύσιμα, ενώ οι εκπομπές SPN23 ήταν μεταξύ 40 και 2.8 φορές χαμηλότερες από το όριο για το CNG και τη βενζίνη, αντίστοιχα. Οι κατανομές μεγέθους σωματιδίων δείχνουν σημαντικό αριθμό σωματιδίων που βρίσκονται κάτω από το ρυθμιζόμενο όριο των 23 nm, ακόμη και χαμηλότερο από 10 nm. Τα αποτελέσματα έχουν σημαντικές επιπτώσεις στον καθορισμό ενός ορίου αριθμού σωματιδίων για οχήματα εναλλακτικών καυσίμων, ενώ υποδεικνύουν ότι το τρέχον όριο μεγέθους (23 nm) είναι ανεπαρκές για τη δοκιμή εκπομπών σωματιδίων.Ο κύριος στόχος του Κεφαλαίου 5 είναι ο προσδιορισμός των εκπομπών πτητικών και μη πτητικών σωματιδίων κάτω των 23 nm από ένα όχημα τελευταίας τεχνολογίας PFI, το οποίο λειτουργεί με συμπιεσμένο φυσικό αέριο (CNG, Euro 6d-temp), ως κύριο καύσιμο και βενζίνη ως δευτερεύουσα. Ένα σύγχρονο σύστημα δειγματοληψίας και αραίωσης καυσαερίων μαζί με ένα φασματόμετρο FTIR χρησιμοποιήθηκαν για τη δειγματοληψία εκπομπών καυσαερίου εξάτμισης υπό εργαστηριακές συνθήκες. Διερευνήθηκαν επίσης άλλες εναλλακτικές λύσεις καυσίμου, όπως η παραφινική βενζίνη (Alkylate, το οποίο θεωρείται καθαρό ανανεώσιμο καύσιμο) και μίγματα καυσίμων με ενισχυτή οκτανίων MMT. Η χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκυλικά αρωματικά είχε τη χαμηλότερη απόδοση εκπομπών TPN που ήταν κάτω από το όριο Euro 6. Η παράμετρος της θερμοκρασίας αραίωσης αναλύθηκε περαιτέρω, καθώς παρουσιάζει σημαντική ευαισθησία τις τελικές εκπομπές TPN, ειδικά σε καύσιμα με υψηλή αναλογία H/C όπως το CNG λόγω παραγωγής νερού στα καυσαέρια. Τα στοιχεία υποδηλώνουν ότι απαιτείται θερμοκρασία αραίωσης >75 oC για να αποφευχθούν τα πτητικά σωματίδια που σχετίζονται με το νερό. Η τεχνική σκοπιμότητα της διήθησης των πτητικών και μη πτητικών σωματιδίων TPN μέσω φίλτρων σωματιδίων (PF) δοκιμάστηκε επίσης σε αυτή την εργασία. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν αποτελεσματική διήθηση μη πτητικών και πτητικών σωματιδίων, ειδικά στην περιοχή μεγέθους κάτω των 23 nm. Οι δοκιμές βενζίνης με PF υποδηλώνουν εκπομπές TPN10 της τάξης των 5x1011 p/km, κάτω από το όριο ρύθμισης Euro 6. Τα τρέχοντα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η εφαρμογή του TPN10 φαίνεται να είναι εφικτή σε μελλοντική νομοθετική ρύθμιση. Τα φίλτρα σωματιδίων τρέχουσας τεχνολογίας και τα εξαιρετικά καθαρά καύσιμα, όπως το Alkylate, είναι κατάλληλα για αποδοτικό φιλτράρισμα των TPN και απόδοση χαμηλών εκπομπών, αντίστοιχα.Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την ανάλυση των αρχικών ερευνητικών ερωτημάτων που παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 3 έως το Κεφάλαιο 5, τα οποία μπορούν να συνοψιστούν στα ακόλουθα:Kεφάλαιο 3•Ένας σημαντικός αριθμός σωματιδίων κατά τη διάρκεια της αναγέννησης βρίσκονται κάτω από το νομοθετικό όριο των SPN23•Μέχρι μία τάξη μεγέθους υψηλότερο TPN10 από το SPN10 κατά την ενεργή αναγέννηση•Η παθητική αναγέννηση συμβάλλει έως και 100 φορές υψηλότερες εκπομπές SPN23 σε σχέση με την κανονική λειτουργία•Ο ενισχυμένος συντελεστής εκπομπής που περιλαμβάνει την επίδραση της ενεργητικής αναγέννησης DPF υποδηλώνει έως και 3.9 φορές υψηλότερες εκπομπές SPN23, με βάση τα ευρήματα αναγέννησηςΚεφάλαιο 4•Οι εκπομπές αριθμού στερεών σωματιδίων CNG μεγαλύτερες από 23 nm (SPN23) ήταν κατά μία τάξη μεγέθους χαμηλότερες από τις εκπομπές βενζίνης GDI και PFI•Οι εκπομπές ήταν παρόμοιες τόσο για τα καύσιμα CNG όσο και για τη βενζίνη σε όριο μεγέθους 10 nm ή 2.5 nm•Οι εκπομπές SPN2.5 του οχήματος Euro 6b υπερέβησαν το πρότυπο εκπομπών Euro 6 τόσο για τα καύσιμα CNG όσο και για τη βενζίνη.•Οι εκπομπές SPN23 ήταν μεταξύ 40 και 2.8 φορές χαμηλότερες από το όριο για το CNG και τη βενζίνη, αντίστοιχα•Οι κατανομές μεγέθους σωματιδίων δείχνουν ότι ένας σημαντικός αριθμός σωματιδίων βρίσκεται κάτω από το νομοθετικό όριο των 23 nm, ακόμη και χαμηλότερο από 10 nmΚεφάλαιο 5•Εστίαση στην μελέτη εκπομπών αριθμού σωματιδίων σε ένα PFI τελευταίας τεχνολογίας με διάφορα εναλλακτικά καύσιμα•Τουλάχιστον κατά μια τάξη μεγέθους υψηλότερες εκπομπές TPN από τις εκπομπές SPN•Η πειραματική εργασία προτείνει ≥ 75 oC ως ελάχιστη θερμοκρασία δειγματοληψίας, κατά τη διάρκεια δοκιμής εκπομπών TPN για την αποφυγή συμπυκνωμάτων νερού•Συμβάντα υψηλών εκπομπών TPN σε συνθήκες ρυμούλκησης κινητήρα (motoring), που σχετίζονται με λιπαντικό•Κάτω από συνθήκες θερμοκρασίας αραίωσης 150 oC, η παράλληλη μέτρηση SPN/TPN στη λειτουργία CNG υποδηλώνει ότι το 2.7% των εκπομπών TPN ήταν στερεά σωματίδια•Με την χρήση φίλτρων σωματιδίων PF μειώνονται οι εκπομπές TPN σε περιοχή εντός των ορίων Euro 6Η διατριβή καταλήγει στο Κεφάλαιο 7, όπου παρατίθενται οι προτεινόμενες μελλοντικές επεκτάσεις της παρούσας έρευνας. Η καινοτομία αυτής της διδακτορικής διατριβής μπορεί να συνοψιστεί στα ακόλουθα σημεία:•Μελέτη εκπομπών PN συμβατικών κινητήρων τελευταίας τεχνολογίας (DI/PFI) σύμφωνα με τα πρότυπα εκπομπών Euro 6b ή μεταγενέστερα.•Πειραματικά αποτελέσματα από κινητήρες CNG / βενζίνης διπλού καυσίμου με πρότυπα εκπομπών Euro 6b και μεταγενέστερα.•Πειραματική ανάλυση συγκεκριμένων συμβάντων λειτουργίας κινητήρα, όπως η ενεργητική και παθητική αναγέννηση φίλτρου σωματιδίων ντίζελ (DPF) υπό εργαστηριακές και πραγματικές συνθήκες οδήγησης.•Μελέτη της επίδρασης της δυναμικής οδήγησης στις εκπομπές PN σε πραγματικές συνθήκες οδήγησης.•Μελέτη της επίδρασης εναλλακτικών καυσίμων, όπως η βενζίνη τύπου Alkylate και πρόσθετων ενίσχυσης οκτανίων (MMT), στις πτητικές και μη πτητικές εκπομπές.