Characterization of wear particle emission from automobile brake by operating conditions

Abstract

Objective: As interest in air pollutants increases, regulations on pollutants generated in vehicles are also gradually being strengthened. However, research and policies on non-exhaust emissions are insufficient because the focus is mainly on exhaust emissions from internal combustion engines of vehicles. The purpose of this study was to characterize the characteristics of wear particles generated by the brake during braking of vehicles among non-exhaust emissions through experiments. Methods: This study minimized the effects of other pollutants such as exhaust emissions from the vehicle and tire wear dust using a device called a dynamometer that can be tested only with the brake parts of the vehicle. In the chamber of this device, experiments were conducted by adjusting the type of vehicle, the temperature of the disc, the deceleration strength, and the speed of the vehicle. A real-time monitoring device was used to measure particle generation and the chemical composition was determined using ICP-MS after MCE filter sampling. Results: The amount of brake wear particles generated varied depending on the vehicle type, braking strength, disc temperature, and vehicle speed. Particularly, when the speed was reduced by a large difference at a driving speed of 120 km/h, and the temperature of the disc exceeded 200°C, the amount of particles was significantly increased. In addition, as the temperature of the disk increased, the generation amount of fine particles of less than 100 nm increased significantly. The braking, which had the most particle generation, was when two people were on board, decelerating at a speed of 30 km/h from 120 km/h with a braking strength of 0.3 g and a disk temperature of 120°C. Conclusions: In this study, it was confirmed through each independent braking experiment that the difference in the amount of generated brake wear particles could occur depending on the operating conditions of the brake and the driving method of the vehicle. The heavier the weight of the vehicle, the stronger the braking strength, and the higher the temperature of the brakes, the greater the amount of particles generated. Helps to control the amount of brake wear particles generated through administrative measures, such as regulating driving speed, maintaining a gap between vehicles, and traffic volume, as well as driving habits such as reducing unnecessary weight and not taking rapid braking in the vehicle. It seems to be.

연구배경: 대기오염물질에 관한 관심이 증가하면서 차량에서 발생하는 오염물질에 관한 규제도 점차 강화되고 있다. 그러나 차량의 내연기관에서 발생하는 배기 배출물에 그 초점이 주로 맞추어져 있어 비배기 배출물에 대한 연구와 정책은 부족한 실정이다. 본 연구의 목적은 비배기 배출물 중 차량의 제동 시 브레이크에서 발생하는 마모 입자의 특성을 실험을 통해 파악하는 것이다. 연구방법: 본 연구는 차량의 브레이크 부품만을 가지고 실험이 가능한 다이나모미터라는 장치를 이용해 차량에서 배출되는 배기 배출물, 타이어 마모 분진 등의 기타 오염원의 영향을 최소화하였다. 이 장치의 챔버에서 차량의 종류, 디스크의 온도, 감속 강도 그리고 차량의 속력을 조절하여 실험을 진행하였다. 입자 발생을 측정하기 위해 실시간 모니터링 기기를 사용했으며 MCE필터를 이용해 화학 조성을 파악하였다. 결과: 차량의 종류, 제동 강도, 디스크 온도 그리고 차량의 주행 속도에 따라서 브레이크 마모 입자의 발생량의 차이가 발생했다. 특히 주행 속도가 120km/h인 상태에서 큰 차이로 감속을 했을 때와 디스크의 온도가 200℃를 넘겼을 때 입자 발생량이 두드러지게 높아졌다. 또한 디스크의 온도가 높아질수록 100nm 미만의 미세한 입자의 발생량이 크게 증가했다. 가장 입자의 발생량이 많았던 제동은 2인이 탑승한 쏘렌토, 0.3g의 제동 강도, 120℃의 디스크 온도로 120km/h에서 30km/h의 속도로 감속한 경우였다. 결론: 이 연구에서는 브레이크의 작동 조건, 차량의 주행 방식에 따라 브레이크 마모 입자의 발생량의 차이가 생길 수 있음을 각각의 독립적인 제동 실험을 통해 확인하였다. 차량의 무게가 무거울수록, 제동 강도가 강할수록 그리고 브레이크의 온도가 높을수록 발생하는 입자의 양이 증가했다. 차량에서 불필요한 무게를 줄이고 급제동을 차지 않는 등 운전 습관 차원에서, 그리고 차량의 주행 속도, 차량 간의 간격 유지, 교통량의 조절 등 행정적인 조치, 규제를 통해서 브레이크 마모 입자의 발생량을 조절하는 데에 도움이 될 것으로 보인다.