Understanding particulate matter - Material analyses of real-life diesel particulate filters and correlation to vehicles’ operational data

Abstract: Syftet med denna studie var att undersöka effekterna av driftsparametrar på ett antal mätbara askrelaterade parametrar i dieselpartikelfilter (DPF) i tunga fordon. Tidigare studier visar att askans packningsdensitet, askflöde och hur askan fördelas inuti ett DPF är beroende av parametrar som temperatur, avgasflöde och oljeförbrukning ett fordon har. Det finns anledning att tro att dessa parametrar också påverkas av hur ett fordon används, varför olika driftsparametrar analyserades för korrelation med de uppmätta askparametrarna. De driftsparametrar som undersöktes i denna studie var medelhastighet, antal stopp per 100 km, tomgångsprocent och bränsleförbrukning. Studien startade med metodutveckling av mätning av askvikter hos DPF och jämförde tre olika metoder, benämnda I, II och III. Metod II, som innebar att väga en bit av ett filter före och efter rengöring av filterstycket från aska med tryckluft valdes som den mest pålitliga och användbara metoden eftersom den var snabbare, behövde mindre av varje DPF för att ge kompletta resultat och kunde användas vid analys av DPF-prover som inte hade undersökts innan de användes i ett fordon. Askvikten, tillsammans med den volymetriska fyllningsgraden och genom att känna till inloppsvolymen för ett DPF användes för att beräkna askans packningsdensitet. Fyllningsgraden och askfördelningsprofilen mättes med bildanalys av mikroskopbilder av sågade tvärsnitt av filterstycket. Korrelationsstudien utfördes sedan med dessa metoder och korrelerades med operativa data extraherade från databaser på Scania CV. För att studera vilka parametrar som var korrelerade till varandra utfördes en principal component analysis (PCA) med de operativa och uppmätta variablerna som en matris av data. PCA-analysen visade att tre primalkomponenter (PC) utgjorde >90% av variationen i de erhållna data och att plug/wall-förhållandet, som är ett numeriskt värde för askfördelningen, var starkt positivt korrelerat med ett fordons medelhastighet och negativt korrelerat med antalet stopp, tomgångsprocent och bränsleförbrukning. Vidare visade askflödet en svagare positiv korrelation med tomgångsprocent, antal stopp och bränsleförbrukning medan oljeförbrukningen visade en ännu lägre korrelation med dessa parametrar. Detta indikerar att oljeförbrukningen ej skall ses som en konstant proportionell andel av bränsleförbrukningen för samtliga fordon vid beräkning av serviceintervall för DPFer. Askans packningsdensitet visade ingen till mycket låg korrelation med andra variabler i studien vilket kan bero på att proverna med hög andel väggaska har använts betydligt kortare sträcka än övriga prover, vilket kan ha gjort så att askan inte hunnits packas hårt i filterkanalerna.