Particle emissions from car brakes : The influence of contact conditions on the pad-to-rotor interface

• Main Author: Alemani, Mattia
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: KTH, Tribologi 2017
• Subjects: Car brakes emissions; transition temperature; working conditions; environmental design; pin-on-disc; Bilbromsutsläpp; övergångstemperatur; arbetsförhållanden; miljödesign; pinne-på-skiva; Mechanical Engineering; Maskinteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-208701; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:978-91-7729-462-7

Due to their adverse health effects emissions have been regulated for over three decades. Brake wear particulate matter is the most important non-exhaust source, however current knowledge is mainly limited to observational studies. This thesis aims to investigate relations between the brake system contact conditions and the related emissions on a model scale; validate the results on a component level; and understand to what extent they are significant on a full-scale. Paper A investigates the influence of nominal contact pressure on a model scale. Results show that higher pressure corresponds to higher emissions Paper B investigates the influence of the nominal contact pressure, for different friction materials, on a model scale. A temperature threshold, responsible for a relevant emission increase, is identified. Paper C investigates particle characteristics and wear mechanisms for different nominal contact pressures, on a model scale. Results show an enhanced tribo-layer at higher pressure levels. Paper D investigates the influence of brake system conditions on emissions, on a model scale. Results show that frictional power is the most important parameter. A transition temperature independent of the contact condition is identified. Paper E investigates similarities occurring on a component scale and a model scale in terms of emissions. Results show a promising correlation, and the possibility of using a pin-on-disc tribometer for R&amp;D activities. Paper F investigates analogies occurring on a component scale and a model scale, in terms of friction performance, fictional surface and chemical composition. Results show similar phenomena occurring for the two test stands. Paper G analyses real brake system working conditions in a urban environment defining, by means of an inertia dyno bench, the related emissions. Results reveal emission factors compliant to EURO6 and EURO2 regulations, in terms of number and mass, respectively. === På grund av deras negativa hälsoeffekter har partikel emissioner reglerats i över tre årtionden. Bromsslitagepartiklar är den viktigaste icke-avgaskällan, men nuvarande kunskaper är huvudsakligen begränsade till observationsstudier. Avhandlingen syftar till att undersöka förhållandena mellan bromssystemets kontaktförhållanden och de relaterade utsläppen på modellskala. Validera resultaten på komponentnivå och förstå i vilken utsträckning de är betydande i full skala. Papper A undersöker påverkan av nominellt kontakttryck i en modellskala. Resultat visar att högre tryck motsvarar högre utsläpp. Papper B undersöker påverkan av det nominella kontakttrycket, för olika friktionsmaterial, i modellskala. En temperaturtröskel,  för en emissionsökning identifieras. Papper C undersöker partikelegenskaper och slitagemekanismer för olika nominella kontakttryck, i en modellskala. Resultat visar ett förbättrat triboskikt vid högre trycknivåer. Papper D undersöker påverkan av bromssystemets förhållanden på utsläpp i en modellskala. Resultat visar att friktionskraften är den viktigaste parametern. En övergångstemperatur oberoende av kontaktförhållandet identifieras. Papper E undersöker likheter som uppträder på komponentskala och  modellskala när det gäller emissioner. Resultatet visar en lovande korrelation, och möjligheten att använda en pinne-på-skiva-tribometer för FoU-aktiviteter. Papper F undersöker analogier som förekommer på en komponentskala och en modellskala, vad gäller friktionsprestanda, friktionsyta och kemisk sammansättning. Resultat visar liknande fenomen som förekommer för de två testskalorna. Papper G analyserar verkliga bromssystem arbetsförhållanden i en stadsmiljö som definierar, med hjälp av en tröghetsdyno bänk, de relaterade utsläppen. Resultatet visar utsläppsfaktorer som är förenliga med EURO6 och EURO2-reglerna, i fråga om antal respektive massa. === <p>QC 20170808</p> === REBRAKE Project