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Chemical characterization of the particulate and gas phase emissions of a gasoline single cylinder engine

D. DUCA, Y. CARPENTIER, M. VOJKOVIC, C. PIRIM, C. FOCSA

Université de Lille, CNRS, UMR 8523 - PhLAM - Physique des Lasers, Atomes et Molécules, Lille F-59000, France

[2020]

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Résumé

Les émissions générées par la combustion sont constituées à  la fois de particules et d'espèces en phase gazeuse, toutes deux ayant une influence majeure sur la chimie de l'atmosphère et la santé de la population. La toxicité et la réactivité de ces émissions sont déterminées par leur composition chimique. Par conséquent, pour comprendre l'impact des émissions de combustion, il est nécessaire d'obtenir leur caractérisation chimique, en particulier la répartition des espèces volatiles entre les particules et la phase gazeuse. Dans cette étude, nous utilisons une nouvelle méthode d'échantillonnage couplée à une approche analytique basée sur la spectrométrie de masse pour caractériser les phases particulaire et gazeuse des émissions produites par un moteur monocylindre à essence. Les deux phases sont collectées avec un système à deux filtres: le premier filtre retient les particules tandis que la phase gazeuse passe et est collectée sur le second filtre grâce à une couche de charbon actif le recouvrant. Tous les échantillons sont ensuite caractérisés avec un spectromètre de masse (Two step laser mass spectrometer, L2MS) et diverses techniques statistiques sont utilisées pour mettre en évidence les différences entre les échantillons. Nous avons pu déterminer l'impact du régime moteur et des systèmes de post-traitement (catalytic stripper) sur la chimie des particules et de la phase gazeuse.


Mots clés

particules et phase gazeuse, émissions des moteurs à essence, spectrométrie de masse

Abstract

Combustion produces both particulate and gas phase emissions that have a major influence on the atmospheric chemistry and human health. The toxicity and reactivity of these emissions is determined by their chemical composition. Therefore, to fully understand the impact of combustion by-products their detailed chemical characterization is required, including the partitioning of volatile species between the particulate and gas phase. In this study, we use a new sampling method coupled to a mass spectrometry based analytical approach to fully characterize both particulate and gas phase emissions of a gasoline single cylinder engine. The two phases are collected using a two-filter system - the first filter retains the particles while letting through the gas phase which is collected on the second filter, covered with activated carbon. All samples are then characterized with a two-step laser mass spectrometer (L2MS) and various statistical procedures are used to explain the differences between the samples. We were able to determine the impact of the engine regime and after-treatment systems (catalytic stripper) on the chemistry of both particulate and gas phase.


Keywords

particulate and gas phase, gasoline engine emissions, mass spectrometry

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2020-19780

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