Analysis of the Particulates Emitted by Internal Combustion Engines

Analyse des particules émises par la combustion dans les moteurs

Institut français du pétrole

Corresponding author: laurent.forti@ifp.fr

Abstract

Diesel engine particulate matter (PM) emissions are nowadays globally regulated and limited through a driving cycle measurement. Thus, a known flow of diluted exhaust gases is sampled and filtered. The weighing of the filter before and after the test allows the determination of the soot mass emitted by the vehicle. If these values are useful to limit the pollution of the vehicles, they do not make it possible to the researchers to answer all their interrogations. Indeed, those need more precise information on the nature and the composition of the particles so, for example, to better understand and simulate the phenomena governing their formation. This information also makes it possible to know their toxicity, to compare in a finer way the emissions of various types of engines, Diesel or spark ignited, or to evaluate the influence of the fuel, the lubricant or the after-treatment system. These data are useful for both the car manufacturer and petroleum industry and also for professionals of health and those of environment. The various methods of sampling and analyses here described make it possible to obtain this more complete information on the particles such as the volatile or soluble compound contents, the content of sulphates, polycyclic aromatic compounds, metal, etc. The interest of these analyses is shown through results of various studies referring, for example, to the formation of the particles or the influence, on those, of the engine technology or of the fuel properties. This work enables us to propose axes of progress for the evolution of the existing methods of analysis or to define new analytical procedures, which could open new perspectives to the researchers.

Résumé

Les émissions de particules des véhicules à moteur Diesel sont aujourd'hui réglementées et limitées de façon globale par une mesure sur cycle de conduite. Ainsi, un débit connu de gaz d'échappement dilués est prélevé et filtré. La pesée du filtre avant et après l'essai permet la détermination de la masse de suies émise par le véhicule. Si ces valeurs sont utiles pour limiter la pollution des véhicules, elles ne permettent pas aux chercheurs de répondre à toutes leurs interrogations. En effet, ceux-ci ont besoin d'informations plus précises sur la nature et la composition des particules afin, par exemple, de mieux comprendre et modéliser les phénomènes régissant leur formation. Ces informations permettent aussi d'en connaître la toxicité, de comparer de façon plus fine les émissions de différents types de moteurs, Diesel ou à allumage commandé, ou encore d'évaluer l'influence du carburant, du lubrifiant ou du système de post-traitement. Ces données sont donc utiles à la fois aux secteurs de l'automobile, du pétrole, de la santé et de l'environnement. Les différentes méthodes de prélèvement et d'analyse présentées permettent ainsi d'accéder à ces informations plus complètes sur les particules, telles que la teneur en composés volatiles ou solubles, la teneur en sulfates, en composés aromatiques polycycliques, en métaux, etc. L'intérêt de ces analyses est montré au travers de résultats de différentes études ayant trait, par exemple, à la formation des particules ou à l'influence, sur celles-ci, de la technologie moteur ou du carburant. Ces travaux nous permettent de dégager des axes de progrès pour l'évolution des méthodes d'analyse existantes ou pour définir de nouvelles procédures analytiques qui pourraient ouvrir de nouvelles perspectives aux chercheurs.