Aerosolimassaspektrometrian soveltaminen ajoneuvojen jahtausmittauksissa talviolosuhteissa

Tämä kandidaatintyö käsittelee ajoneuvojen päästöjen analysointia aerosolimassaspektrometrin (AMS) avulla. Työssä myös luokitellaan päästöt orgaanisen aerosolin perusteella hyödyntäen positiivisen matriisin tekijöihin jakoa (PMF). Työssä vertaillaan sekundääristä ja primääristä aerosolipäästöä. Työssä tutkitaan polttoainekäyttöisen lisälämmittimen vaikutusta ajoneuvon kokonaispäästöön. Tämä kandidaatintyö pohjautuu talvella 2021 tehtyihin ajoneuvojen jahtausmittauksiin AHMA-hankkeessa. Tarkasteltavia ajoneuvoja oli kuusi, joista puolet olivat bensiinikäyttöisiä ja puolet dieselkäyttöisiä. Työssä perehdytään liikenteen päästöaerosolin koostumukseen ja orgaanisen aerosolin yksityiskohtaisiin ominaisuuksiin. Lisäksi tarkastellaan mittauksien toteutusta ja käytettyjen laitteiden toimintaa keskittyen erityisesti aerosolimassaspektrometriin sekä PMF-analyysiin. Työssä havaitaan tuoreen päästöaerosolin koostuvan suurimmaksi osaksi orgaanisesta aineesta, mustasta hiilestä sekä sulfaateista. Hapetusvirtausreaktorilla ikäännytetty aerosoli lisää kokonaismassaa noin 70 % ja lisää orgaanisen aerosolin osuutta aineen koostumuksessa. PMF-analyysin avulla selvitettiin, että näyte koostui suurimmaksi osaksi hapettuneesta orgaanisesta aerosolista (OOA), joka on peräisin joko taustasta tai sekundäärisistä orgaanisista aerosoleista (SOA). Osa näytteestä oli hiilivedynkaltaista orgaanista aerosolia (HOA), joka on yleensä peräisin liikenteestä, ja osa biomassan poltosta syntynyttä orgaanista aerosolia (BBOA). Tuoreessa päästössä oli vähemmän OOA:ta, kuin ikääntyneessä päästössä ja taustan osuus oli suuri kaikilla mittauskerroilla. Ainoana poikkeamana olivat yhden auton mittaukset, jolloin HOA-tekijä oli todella suuri. Kyseessä ollut auto oli mitatuista vanhin, sillä oli eniten ajokilometrejä ja sen moottori oli suurin, joten tulos oli ymmärrettävä. Tulosten perusteella AMS on toimiva laite päästön koostumuksen mittaamisessa, ja PMF-analyysi on kätevä työkalu päästön luokittelussa, erityisesti taustapitoisuuden määrittämisessä. Lisäksi huomattiin, että jahtausmittauksissa taustapitoisuudet ovat huomattavia. Tämä voi vaikeuttaa halutun yksittäisen ajoneuvon päästöjen määrän ja ominaisuuksien määrittämistä. Tämä kandidaatintyö tarjoaa arvokasta tietoa liikenteen päästöjen koostumuksesta ja mittausmenetelmistä. Tutkimus on erityisen merkittävä ajoneuvojen todellisten päästöhaittojen ymmärtämisen kannalta ja voi auttaa kehittämään kattavampia menetelmiä todellisten päästöjen ominaisuuksien määrittämiseen, varsinkin yksittäisen päästölähteen erotteluun

Engine preheating under real-world subfreezing conditions provides less than expected benefits to vehicle fuel economy and emission reduction for light-duty vehicles

Six light-duty vehicles, both gasoline- and diesel-fueled, were driven a prescribed 13.8 km route in a real-world low-traffic environment under Finnish subfreezing winter conditions (−28. −10 °C). Cold starts, hot starts, and starts with different preheating strategies were used. Fuel consumption and emissions of particles and nitrogen oxides (NOx) were examined by a chasing method with a mobile laboratory. Both electric preheaters (0.3–1.2 kW) and fuel-operated auxiliary heaters (5 kW) were used in the experiments where a cold engine was preheated before starting. While most vehicles showed potential for reducing fuel consumption and emissions of particles (PM), black carbon (BC), and NOx during hot starts compared to subfreezing-cold starts, the benefits of preheating were relatively small and limited to only a few vehicles. The fuel consumption for the 13.8 km drive decreased less than 4% with one gasoline vehicle and one diesel vehicle by preheating. These two vehicles are both equipped with a fuel-operated auxiliary heater, and taking the fuel consumption of the heater during preheating into account leads to about 30% higher total fuel consumption, canceling the preheating benefit out. These two vehicles also showed the largest reductions in PM, BC, and NOx emissions achieved with preheating, e.g., the PM emission reductions being 72% (the gasoline vehicle) and 24% (the diesel vehicle). Whereas the NOx emission reduction for this gasoline vehicle was 41% when considering only the drive, it decreases to 15% when the NOx emissions from the auxiliary heater during preheating are also taken into account. High particle number (PN) emissions from all vehicles and NOx emissions from the diesel vehicles were detected. The PN emissions of particles larger than 23 nm were up to 2 orders of magnitude higher and the NOx emissions up to a factor of 21 higher than the corresponding limits in the European regulations for type-approval of new vehicles. The PN emissions did not depend on the start types; thus, no benefits to reduce them with preheating were detected. The limit-exceeding PN emissions are partially explained with the used measurement method for PN taking both nonvolatile and semivolatile particles into account, whereas the regulations take only the nonvolatile particles into account. The PM emissions were also observed to consist mostly of semivolatile material in most of the cases, organics being the main component of the semivolatile material.Peer reviewe