Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 1: Test-bed measurement systems of gaseous and particulate emissions

This document specifies the measurement methods for gaseous and particulate exhaust emissions from reciprocating internal combustion (RIC) engines on a test bed, necessary for determining one weighted value for each exhaust gas pollutant. Various combinations of engine load and speed reflect different engine applications (see ISO 8178‑4). This document is applicable to RIC engines for mobile, transportable and stationary use, excluding engines for motor vehicles primarily designed for road use. This document can be applied to engines used, for example, for earth-moving machines, generating sets and for other applications.

Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement — Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d'essai

Le présent document spécifie les méthodes de mesure, au banc d'essai, des émissions de gaz et de particules des gaz d'échappement des moteurs alternatifs à combustion interne (RIC), nécessaires pour déterminer une valeur pondérée pour chaque polluant des gaz d'échappement. Différentes combinaisons de charge et de vitesse du moteur reflètent différentes applications du moteur (voir l'ISO 8178-4). Le présent document est applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne pour installations mobiles, transportables ou fixes, à l'exclusion des moteurs de véhicules conçus originellement pour une utilisation sur route. Le présent document peut être appliqué aux moteurs utilisés, par exemple, pour les engins de terrassement, pour les groupes électrogènes et pour d'autres applications.

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Status
Published
Publication Date
23-Jun-2020
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
24-Jun-2020
Completion Date
24-Jun-2020
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ISO 8178-1:2020 - Reciprocating internal combustion engines -- Exhaust emission measurement
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ISO 8178-1:2020 - Moteurs alternatifs à combustion interne -- Mesurage des émissions de gaz d'échappement
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 8178-1
Fourth edition
2020-06
Reciprocating internal combustion
engines — Exhaust emission
measurement —
Part 1:
Test-bed measurement systems of
gaseous and particulate emissions
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions
de gaz d'échappement —
Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d'essai
Reference number
ISO 8178-1:2020(E)
ISO 2020
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ISO 8178-1:2020(E)
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Published in Switzerland
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---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 8178-1:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................vi

Introduction ..............................................................................................................................................................................................................................vii

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols and abbreviated terms ........................................................................................................................................................... 8

4.1 General symbols ..................................................................................................................................................................................... 8

4.2 Symbols for fuel composition ..................................................................................................................................................10

4.3 Symbols and abbreviated terms for the chemical components .................................................................10

4.4 Abbreviated terms ............................................................................................................................................................................11

5 General measurement principles ....................................................................................................................................................13

5.1 Principle of emission measurement ..................................................................................................................................13

5.1.1 Mass of constituent .....................................................................................................................................................14

5.2 Exhaust sampling and dilution...............................................................................................................................................15

5.2.1 General sampling requirements ......................................................................................................................15

5.2.2 Gas sampling ....................................................................................................................................................................15

5.2.3 Raw sampling for gaseous emissions .................. ........................................................................................17

5.2.4 Dilute sampling for gaseous emissions .....................................................................................................18

5.2.5 Dilution system ..............................................................................................................................................................18

5.2.6 Dilute sampling for particulate emissions ..............................................................................................21

5.3 Measurement instruments ........................................................................................................................................................21

5.3.1 General...................................................................................................................................................................................21

5.3.2 Data recording and control ..................................................................................................................................22

5.3.3 Performance specifications for measurement instruments ....................................................23

6 Engine and ambient related measurement equipment ............................................................................................25

6.1 Dynamometer specification ......................................................................................................................................................25

6.2 Speed and torque sensors ..........................................................................................................................................................25

6.2.1 Shaft work ...........................................................................................................................................................................25

6.2.2 Speed sensors ..................................................................................................................................................................25

6.2.3 Torque sensors ...............................................................................................................................................................26

6.2.4 Engine accessories ......................................................................................................................................................26

6.3 Pressure transducers, temperature sensors, and dew point sensors...................................................26

6.4 Flow related measurements .....................................................................................................................................................26

6.4.1 Fuel flow ...............................................................................................................................................................................27

6.4.2 Intake air flow .................................................................................................................................................................27

6.4.3 Raw exhaust flow..........................................................................................................................................................27

6.4.4 Indirect exhaust flow ................................................................................................................................................28

6.4.5 Dilution air and diluted exhaust flow meters ......................................................................................29

6.4.6 Sample flow meter for batch sampling ......................................................................................................30

6.4.7 Use of gas dividers .......................................................................................................................................................31

7 Determination of the gaseous components ...........................................................................................................................31

7.1 General specifications ....................................................................................................................................................................31

7.2 Gas drying .................................................................................................................................................................................................31

7.3 Analysers ...................................................................................................................................................................................................31

7.3.1 General...................................................................................................................................................................................31

7.3.2 Carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO ) analysis .....................................................31

7.3.3 Oxygen (O ) analysis .................................................................................................................................................31

7.3.4 Hydrocarbon (HC) analysis ..................................................................................................................................32

7.3.5 Non-methane hydrocarbon (NMHC) analysis......................................................................................32

7.3.6 Oxides of nitrogen (NO ) analysis ..................................................................................................................33

7.3.7 Sulphur dioxide (SO ) analysis .........................................................................................................................34

7.3.8 Ammonia (NH ) analysis .......................................................................................................................................34

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 8178-1:2020(E)

7.3.9 Dinitrogen oxide (N O) analysis ......................................................................................................................34

7.3.10 Formaldehyde (HCHO) analysis .......................................................................................................................34

7.3.11 Methanol (CH OH) analysis .................................................................................................................................35

7.3.12 Air-to-fuel measurement .......................................................................................................................................35

7.4 Measurement system......................................................................................................................................................................35

7.4.1 General...................................................................................................................................................................................35

7.4.2 Analytical system ..........................................................................................................................................................35

7.4.3 Ammonia analysis ........................................................................................................................................................36

7.4.4 Methane analysis ..........................................................................................................................................................41

7.4.5 Methanol analysis ........................................................................................................................................................45

7.4.6 Formaldehyde analysis ............................................................................................................................................45

8 Particulate determination .......................................................................................................................................................................47

8.1 Particulate mass ..................................................................................................................................................................................47

8.1.1 Particulate Sampling probes (PSP) ...............................................................................................................47

8.1.2 Transfer tubes .................................................................................................................................................................47

8.1.3 Pre-classifier .....................................................................................................................................................................48

8.1.4 Particulate sampling filters ..................................................................................................................................48

8.1.5 Weighing chamber and analytical balance specifications .........................................................49

8.2 Particle number ...................................................................................................................................................................................50

8.2.1 Sampling...............................................................................................................................................................................50

8.2.2 Compensating for particle number sample flow — Full flow dilution systems .....50

8.2.3 Compensating for particle number sample flow — Partial flow dilution

systems ..................................................................................................................................................................................50

8.2.4 Correction of PM measurement .......................................................................................................................51

8.2.5 Proportionality of partial flow dilution sampling ............................................................................52

8.3 Particulate dilution sampling system equipment ..................................................................................................52

8.3.1 General...................................................................................................................................................................................52

8.3.2 Partial flow dilution system ................................................................................................................................52

8.3.3 Full-flow dilution system .......................................................................................................................................54

8.3.4 Particulate sampling system ...............................................................................................................................57

8.4 Particle number measurement equipment .................................................................................................................60

8.4.1 System overview ...........................................................................................................................................................60

8.4.2 General requirements ...............................................................................................................................................60

8.4.3 Specific requirements ...............................................................................................................................................60

8.4.4 Typical system description ..................................................................................................................................61

9 Calibration and verification ...................................................................................................................................................................66

9.1 Calibration and performance checks ................................................................................................................................66

9.1.1 General...................................................................................................................................................................................66

9.1.2 Summary of calibration and verification .................................................................................................66

9.1.3 Verifications for accuracy, repeatability, and noise .........................................................................68

9.1.4 Linearity check ...............................................................................................................................................................69

9.1.5 Continuous gas analyser system-response and updating-recording verification 72

9.1.6 Response time verification for compensation type analysers ...............................................74

9.2 Analytical gases ...................................................................................................................................................................................75

9.2.1 General...................................................................................................................................................................................75

9.2.2 Gas specifications .........................................................................................................................................................75

9.2.3 Concentration and expiration date ...............................................................................................................77

9.2.4 Gas transfer .......................................................................................................................................................................77

9.3 Vacuum-side leak verification .................................................................................................................................................77

9.3.1 Scope and frequency..................................................................................................................................................77

9.3.2 Measurement principles ........................................................................................................................................77

9.3.3 Low-flow leak test........................................................................................................................................................77

9.3.4 Dilution-of-span-gas leak test............................................................................................................................78

9.3.5 Vacuum-decay leak test ...........................................................................................................................................78

9.4 NO -to-NO converter conversion verification ...........................................................................................................79

9.4.1 Scope and frequency..................................................................................................................................................79

9.4.2 Measurement principles ........................................................................................................................................79

iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 8178-1:2020(E)

9.4.3 System requirements ................................................................................................................................................79

9.4.4 Procedure ............................................................................................................................................................................79

9.5 Calibration and set up of gaseous measurements .................................................................................................80

9.5.1 Scope and frequency..................................................................................................................................................80

9.5.2 Calibration ..........................................................................................................................................................................81

9.5.3 HC FID response optimization ..........................................................................................................................81

9.5.4 HC FID CH response factor determination ...........................................................................................81

9.5.5 HC FID methane (CH ) response verification ......................................................................................82

9.5.6 Non-stoichiometric raw exhaust FID O interference verification ....................................82

9.5.7 Efficiency of the Non-Methane Cutter (NMC) ......................................................................................84

9.5.8 CO and CO Measurements ..................................................................................................................................87

9.5.9 NO Measurement ........................................................................................................................................................89

9.5.10 Methanol response factor .....................................................................................................................................99

9.6 Calibration of the particulate mass measuring system ..................................................................................100

9.6.1 General................................................................................................................................................................................100

9.6.2 Checking the partial flow conditions ........................................................................................................100

9.6.3 PM balance verifications and weighing process verification...............................................100

9.7 Calibration of the particle number measuring system ...................................................................................103

9.7.1 Calibration of the particle number counter ........................................................................................103

9.7.2 Calibration/Validation of the volatile particle remover ...........................................................104

9.7.3 Particle number system check procedures .........................................................................................105

9.8 Calibration of the CVS full flow dilution system ...................................................................................................105

9.8.1 General................................................................................................................................................................................105

9.8.2 Calibration of the Positive Displacement Pump (PDP) .............................................................106

9.8.3 Calibration of the Critical Flow Venturi (CFV) .................................................................................108

9.8.4 Calibration of the subsonic venturi (SSV) ............................................................................................110

9.8.5 CVS and batch sampler verification (Propane check) ................................................................112

9.8.6 Periodic calibration of the partial flow PM and associated raw exhaust gas

measurement systems ..........................................................................................................................................116

9.9 Calibration of the dynamometer ........................................................................................................................................118

9.9.1 Torque calibration ....................................................................................................................................................118

9.10 Calibration of temperature, pressure and dew point sensors .................................................................119

9.11 Flow-related measurements .................................................................................................................................................119

9.11.1 Fuel flow calibration ...............................................................................................................................................119

9.11.2 Intake air flow calibration .................................................................................................................................119

9.11.3 Exhaust flow calibration......................................................................................................................................119

Annex A (normative) 1980 international gravity formula .....................................................................................................120

Annex B (normative) Determination of system equivalence ...............................................................................................121

Annex C (normative) Carbon flow check ...................................................................................................................................................122

Annex D (normative) Statistical formulae ...............................................................................................................................................126

Annex E (informative) Examples of partial flow dilution systems ..................................................................................134

Annex F (informative) Examples of exhaust gas analysis system ....................................................................................144

Bibliography .........................................................................................................................................................................................................................148

© ISO 2020 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 8178-1:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

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on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

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constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

The committee responsible for this document is ISO/TC 70, Internal combustion engines, Subcommittee

SC 8, Exhaust gas emission measurement.

This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 8178-1:2017), which has been technically

revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— addition of provision to use alternative systems for ammonia analysis;
— improvement of weighing chamber and analytical balance specifications;
— insertion of general section on measurement instruments;
— revision of particle number measurement system requirements;
— addition concentration and expiration date for analytical gases;
— revision of the annex on carbon flow check;
— addition of the 1980 international gravity formula.
A list of all the parts in the ISO 8178 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards b

...

NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-1
Quatrième édition
2020-06
Moteurs alternatifs à combustion
interne — Mesurage des émissions de
gaz d'échappement —
Partie 1:
Mesurage des émissions de gaz et de
particules au banc d'essai
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 1: Test-bed measurement systems of gaseous and particulate
emissions
Numéro de référence
ISO 8178-1:2020(F)
ISO 2020
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ISO 8178-1:2020(F)
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CH-1214 Vernier, Genève
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 8178-1:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................vi

Introduction ..............................................................................................................................................................................................................................vii

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles et abréviations ............................................................................................................................................................................. 9

4.1 Symboles généraux.............................................................................................................................................................................. 9

4.2 Symboles pour la composition du carburant .............................................................................................................10

4.3 Symboles et abréviations des composés chimiques ............................................................................................11

4.4 Abréviations ...........................................................................................................................................................................................11

5 Principes généraux de mesurage .....................................................................................................................................................13

5.1 Principe de mesurage des émissions ................................................................................................................................14

5.1.1 Masse du constituant ................................................................................................................................................14

5.2 Échantillonnage et dilution des gaz d’échappement ...........................................................................................15

5.2.1 Exigences générales relatives à l’échantillonnage ...........................................................................15

5.2.2 Échantillonnage des gaz .........................................................................................................................................16

5.2.3 Échantillonnage des émissions gazeuses brutes ...............................................................................18

5.2.4 Échantillonnage des émissions gazeuses diluées .............................................................................19

5.2.5 Système de dilution ....................................................................................................................................................19

5.2.6 Échantillonnage des émissions de particules diluées ...................................................................22

5.3 Instruments de Mesure .................................................................................................................................................................22

5.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................22

5.3.2 Enregistrement et contrôle des données .................................................................................................23

5.3.3 Spécifications de performance des instruments de mesure ...................................................24

6 Équipement de mesure relatif au moteur et aux conditions ambiantes .................................................26

6.1 Spécifications du dynamomètre ............................................................................................................................................26

6.2 Capteurs de vitesse et de couple...........................................................................................................................................27

6.2.1 Travail de l’arbre ...........................................................................................................................................................27

6.2.2 Capteurs de vitesse .....................................................................................................................................................27

6.2.3 Capteurs de couple ......................................................................................................................................................27

6.2.4 Accessoires du moteur ........................................................................................................................................... ..27

6.3 Transducteurs de pression, capteurs de température et capteurs de point de rosée ............27

6.4 Mesures en rapport avec le débit .........................................................................................................................................28

6.4.1 Débit de carburant ......................................................................................................................................................28

6.4.2 Débit d’air d’admission ...........................................................................................................................................28

6.4.3 Débit de gaz d’échappement bruts ................................................................................................................29

6.4.4 Débit de gaz d’échappement déterminé par une méthode indirecte ..............................30

6.4.5 Débitmètres d’air de dilution et de gaz d’échappement dilués ............................................31

6.4.6 Débitmètre d’échantillon pour l’échantillonnage par lots ........................................................32

6.4.7 Utilisation de diviseur de gaz .............................................................................................................................33

7 Détermination des composants gazeux .....................................................................................................................................33

7.1 Spécifications générales ...............................................................................................................................................................33

7.2 Séchage des gaz ...................................................................................................................................................................................33

7.3 Analyseurs................................................................................................................................................................................................33

7.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................33

7.3.2 Analyse du monoxyde de carbone (CO) et du dioxyde de carbone (CO ) ....................33

7.3.3 Analyse de l’oxygène (O ) .....................................................................................................................................34

7.3.4 Analyse des hydrocarbures (HC) ....................................................................................................................34

7.3.5 Analyse des hydrocarbures non méthaniques (NMHC) ..............................................................34

7.3.6 Analyse des oxydes d’azote (NO ) ..................................................................................................................35

7.3.7 Analyse du dioxyde de soufre (SO ) .............................................................................................................36

7.3.8 Analyse de l’ammoniac (NH ) .................. ..........................................................................................................37

© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 8178-1:2020(F)

7.3.9 Analyse du protoxyde d’azote (N O) ...........................................................................................................37

7.3.10 Analyse du formaldéhyde (HCHO) ................................................................................................................37

7.3.11 Analyse du méthanol (CH OH) .........................................................................................................................37

7.3.12 Mesurage du rapport air/carburant ............................................................................................................38

7.4 Système de mesure ...........................................................................................................................................................................38

7.4.1 Généralités .........................................................................................................................................................................38

7.4.2 Système analytique .....................................................................................................................................................38

7.4.3 Analyse de l’ammoniac ............................................................................................................................................39

7.4.4 Analyse du méthane ...................................................................................................................................................44

7.4.5 Analyse du méthanol .................................................................................................................................................47

7.4.6 Analyse du formaldéhyde ......................................................................................................................................48

8 Détermination des particules ..............................................................................................................................................................50

8.1 Masse des particules .......................................................................................................................................................................50

8.1.1 Sondes d’échantillonnage des particules (PSP) .................................................................................50

8.1.2 Tubes de transfert ........................................................................................................................................................50

8.1.3 Séparateur primaire ...................................................................................................................................................51

8.1.4 Filtres d’échantillonnage des particules ...................................................................................................51

8.1.5 Spécifications relatives à la chambre de pesée et à la balance analytique ..................52

8.2 Nombre de particules .....................................................................................................................................................................53

8.2.1 Échantillonnage .............................................................................................................................................................53

8.2.2 Compensation du débit de l’échantillon en nombre de particules –

systèmes de dilution à débit complet .........................................................................................................53

8.2.3 Compensation du débit de l’échantillon en nombre de particules –

systèmes de dilution à débit partiel .............................................................................................................54

8.2.4 Correction de la mesure de la MP...................................................................................................................55

8.2.5 Proportionnalité de l’échantillonnage par dilution à débit partiel ...................................55

8.3 Équipement du système d’échantillonnage des particules par dilution ............................................55

8.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................55

8.3.2 Système de dilution à débit partiel ...............................................................................................................55

8.3.3 Système de dilution à débit complet ............................................................................................................58

8.3.4 Système d’échantillonnage des particules ..............................................................................................60

8.4 Équipement de mesure du nombre de particules .................................................................................................63

8.4.1 Vue d’ensemble du système ................................................................................................................................63

8.4.2 Exigences générales ...................................................................................................................................................64

8.4.3 Exigences spécifiques ...............................................................................................................................................64

8.4.4 Description d’un système type .........................................................................................................................65

9 Étalonnage et vérification ........................................................................................................................................................................71

9.1 Contrôles d’étalonnage et de performance .................................................................................................................71

9.1.1 Généralités .........................................................................................................................................................................71

9.1.2 Résumé de l’étalonnage et de la vérification ........................................................................................71

9.1.3 Vérification de l’exactitude, de la répétabilité et du bruit .........................................................74

9.1.4 Contrôle de linéarité ..................................................................................................................................................74

9.1.5 Vérification de la réponse du système d’analyse des gaz en continu et de

l’enregistrement de sa mise à jour ................................................................................................................78

9.1.6 Vérification du temps de réponse pour les analyseurs de type à compensation ..80

9.2 Gaz d’analyse .........................................................................................................................................................................................81

9.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................81

9.2.2 Spécifications des gaz ...............................................................................................................................................81

9.2.3 Concentration et date d'expiration ...............................................................................................................83

9.2.4 Transfert de gaz .............................................................................................................................................................83

9.3 Contrôle d’étanchéité du côté dépression ....................................................................................................................83

9.3.1 Domaine d’application et fréquence ............................................................................................................83

9.3.2 Principes de mesurage ........................................................................................................................................... ..83

9.3.3 Essai d’étanchéité à faible débit.......................................................................................................................84

9.3.4 Essai d’étanchéité de la dilution du gaz d’ajustage .........................................................................84

9.3.5 Essai d’étanchéité par décroissance du vide ........................................................................................84

9.4 Vérification de la conversion du convertisseur de NO en NO ....................................................................86

iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 8178-1:2020(F)

9.4.1 Domaine d’application et fréquence ............................................................................................................86

9.4.2 Principes de mesurage ........................................................................................................................................... ..86

9.4.3 Exigences relatives au système ........................................................................................................................86

9.4.4 Procédure ............................................................................................................................................................................86

9.5 Étalonnage et mise en place des mesures gazeuses ............................................................................................87

9.5.1 Domaine d’application et fréquence ............................................................................................................87

9.5.2 Étalonnage ..........................................................................................................................................................................87

9.5.3 Optimisation de la réponse du FID aux HC ............................................................................................87

9.5.4 Détermination du coefficient de réponse au CH du FID de mesure des HC ............88

9.5.5 Vérification de la réponse au méthane (CH ) du FID de mesure des HC ......................89

9.5.6 Vérification non stœchiométrique de l’interférence de O dans la mesure

des gaz d’échappement bruts avec le FID................................................................................................89

9.5.7 Efficacité du convertisseur d’hydrocarbures non méthaniques (NMC) ........................91

9.5.8 Mesurages du CO et du CO ...................................................................................................................................

2 94

9.5.9 Mesurage des NO ..........................................................................................................................................................

x 96

9.5.10 Coefficient de réponse au méthanol .................. ........................................................................................108

9.6 Étalonnage du système de mesure de la masse des particules ...............................................................108

9.6.1 Généralités ......................................................................................................................................................................108

9.6.2 Contrôle des conditions de débit partiel ...............................................................................................109

9.6.3 Vérifications de la balance de MP et vérification du processus de pesée .................109

9.7 Étalonnage du système de mesure du nombre de particules ...................................................................112

9.7.1 Étalonnage du compteur de nombre de particules ......................................................................112

9.7.2 Étalonnage/validation du séparateur de particules volatiles (VPR) ............................113

9.7.3 Procédures de contrôle du système de comptage des particules ....................................114

9.8 Étalonnage du système de dilution à débit complet du CVS ......................................................................114

9.8.1 Généralités ......................................................................................................................................................................114

9.8.2 Étalonnage de la pompe volumétrique (PDP) ..................................................................................115

9.8.3 Étalonnage du venturi à écoulement critique (CFV) ..................................................................118

9.8.4 Étalonnage du venturi subsonique (SSV) .............................................................................................119

9.8.5 Vérification du CVS et de l’échantillonneur par lots (contrôle au propane) ..........122

9.8.6 Étalonnage périodique de la MP à débit partiel et systèmes de mesure

des gaz d’échappement bruts associés ...................................................................................................127

9.9 Étalonnage du dynamomètre ...............................................................................................................................................129

9.9.1 Étalonnage du couple.............................................................................................................................................129

9.10 Étalonnage des capteurs de température, de pression et de point de rosée ...............................130

9.11 Mesures en rapport avec le débit ......................................................................................................................................130

9.11.1 Étalonnage du débit de carburant ..............................................................................................................130

9.11.2 Étalonnage du débit d’air d’admission ...................................................................................................130

9.11.3 Étalonnage du débit de gaz d’échappement.......................................................................................130

Annexe A (normative) Formule de gravité internationale de 1980 ..............................................................................131

Annexe B (normative) Détermination de l’équivalence des systèmes .......................................................................132

Annexe C (normative) Contrôle du débit de carbone ...................................................................................................................133

Annexe D (normative) Formules statistiques ......................................................................................................................................137

Annexe E (informative) Exemples de systèmes de dilution à débit partiel ...........................................................145

Annexe F (informative) Exemples de système d’analyse des gaz d’échappement ..........................................155

Bibliographie .......................................................................................................................................................................................................................160

© ISO 2020 – Tous droits réservés v
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ISO 8178-1:2020(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique l'ISO/TC 70, Moteurs à combustion interne,

Sous-comité SC 8, Mesurage des émissions de gaz d’échappement.

Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 8178-1:2017), qui a fait l'objet

d'une révision technique.

Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivants:

— ajout d'une disposition prévoyant l'utilisation de systèmes alternatifs pour l'analyse de l'ammoniac;

— amélioration des spécifications de la chambre de pesée et de la balance d'analyse;

— insertion d'une section générale sur les instruments de mesure;

— révision des exigences relatives aux systèmes de mesure du nombre de particules;

— ajout de la concentration et de la date d'expiration pour les gaz d’analyse;
— révision de l'annexe sur le contrôle du flux de carbone;
— ajout de la formule internationale de gravité de 1980.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 8178 se trouve sur le site web de l’ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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ISO 8178-1:2020(F)
Introduction

Le présent document est prévu pour être utilisé comme méthode de mesure pour déterminer les

niveaux d’émissions de gaz et de particules des moteurs alternatifs à combustion interne (RIC) pour

toute utilisation autre que sur les automobiles. Son but est de fournir les caractéristiques des émissions

des moteurs qui, par l’application de coefficients de pondération et de cycles d’essai appropriés, peuvent

être utilisées comme indication des niveaux d’émission des mo
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 8178-1
ISO/TC 70/SC 8
Reciprocating internal combustion
Secretariat: DIN
engines — Exhaust emission
Voting begins on:
2020-03-23 measurement —
Voting terminates on:
Part 1:
2020-05-18
Test-bed measurement systems of
gaseous and particulate emissions
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions
de gaz d'échappement —
Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc
d'essai
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 8178-1:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 8178-1:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

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Published in Switzerland
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Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................vi

Introduction ..............................................................................................................................................................................................................................vii

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols and abbreviated terms ........................................................................................................................................................... 8

4.1 General symbols ..................................................................................................................................................................................... 8

4.2 Symbols for fuel composition ..................................................................................................................................................10

4.3 Symbols and abbreviated terms for the chemical components .................................................................10

4.4 Abbreviated terms ............................................................................................................................................................................11

5 General measurement principles ....................................................................................................................................................13

5.1 Principle of emission measurement ..................................................................................................................................13

5.1.1 Mass of constituent .....................................................................................................................................................14

5.2 Exhaust sampling and dilution...............................................................................................................................................15

5.2.1 General sampling requirements ......................................................................................................................15

5.2.2 Gas sampling ....................................................................................................................................................................16

5.2.3 Raw sampling for gaseous emissions .................. ........................................................................................18

5.2.4 Dilute sampling for gaseous emissions .....................................................................................................19

5.2.5 Dilution system ..............................................................................................................................................................19

5.2.6 Dilute sampling for particulate emissions ..............................................................................................22

5.3 Measurement instruments ........................................................................................................................................................22

5.3.1 General...................................................................................................................................................................................22

5.3.2 Data recording and control ..................................................................................................................................22

5.3.3 Performance specifications for measurement instruments ....................................................23

6 Engine and ambient related measurement equipment ............................................................................................25

6.1 Dynamometer specification ......................................................................................................................................................25

6.2 Speed and torque sensors ..........................................................................................................................................................25

6.2.1 Shaft work ...........................................................................................................................................................................26

6.2.2 Speed sensors ..................................................................................................................................................................26

6.2.3 Torque sensors ...............................................................................................................................................................26

6.2.4 Engine accessories ......................................................................................................................................................26

6.3 Pressure transducers, temperature sensors, and dew point sensors...................................................26

6.4 Flow related measurements .....................................................................................................................................................27

6.4.1 Fuel flow ...............................................................................................................................................................................27

6.4.2 Intake air flow .................................................................................................................................................................27

6.4.3 Raw exhaust flow..........................................................................................................................................................27

6.4.4 Indirect exhaust flow ................................................................................................................................................29

6.4.5 Dilution air and diluted exhaust flow meters ......................................................................................30

6.4.6 Sample flow meter for batch sampling ......................................................................................................31

6.4.7 Use of gas dividers .......................................................................................................................................................31

7 Determination of the gaseous components ...........................................................................................................................31

7.1 General specifications ....................................................................................................................................................................31

7.2 Gas drying .................................................................................................................................................................................................31

7.3 Analysers ...................................................................................................................................................................................................32

7.3.1 General...................................................................................................................................................................................32

7.3.2 Carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO ) analysis .....................................................32

7.3.3 Oxygen (O ) analysis .................................................................................................................................................32

7.3.4 Hydrocarbon (HC) analysis ..................................................................................................................................32

7.3.5 Non-methane hydrocarbon (NMHC) analysis......................................................................................32

7.3.6 Oxides of nitrogen (NO ) analysis ..................................................................................................................33

7.3.7 Sulphur dioxide (SO ) analysis .........................................................................................................................34

7.3.8 Ammonia (NH ) analysis .......................................................................................................................................35

© ISO 2020 – All rights reserved iii
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ISO/FDIS 8178-1:2020(E)

7.3.9 Dinitrogen oxide (N O) analysis ......................................................................................................................35

7.3.10 Formaldehyde (HCHO) analysis .......................................................................................................................35

7.3.11 Methanol (CH OH) analysis .................................................................................................................................35

7.3.12 Air-to-fuel measurement .......................................................................................................................................35

7.4 Measurement system......................................................................................................................................................................36

7.4.1 General...................................................................................................................................................................................36

7.4.2 Analytical system ..........................................................................................................................................................36

7.4.3 Ammonia analysis ........................................................................................................................................................36

7.4.4 Methane analysis ..........................................................................................................................................................41

7.4.5 Methanol analysis ........................................................................................................................................................45

7.4.6 Formaldehyde analysis ............................................................................................................................................45

8 Particulate determination .......................................................................................................................................................................47

8.1 Particulate mass ..................................................................................................................................................................................47

8.1.1 Particulate Sampling probes (PSP) ...............................................................................................................47

8.1.2 Transfer tubes .................................................................................................................................................................47

8.1.3 Pre-classifier .....................................................................................................................................................................48

8.1.4 Particulate sampling filters ..................................................................................................................................48

8.1.5 Weighing chamber and analytical balance specifications .........................................................49

8.2 Particle number ...................................................................................................................................................................................50

8.2.1 Sampling...............................................................................................................................................................................50

8.2.2 Compensating for particle number sample flow — Full flow dilution systems .....50

8.2.3 Compensating for particle number sample flow — Partial flow dilution

systems ..................................................................................................................................................................................50

8.2.4 Correction of PM measurement .......................................................................................................................51

8.2.5 Proportionality of partial flow dilution sampling ............................................................................52

8.3 Particulate dilution sampling system equipment ..................................................................................................52

8.3.1 General...................................................................................................................................................................................52

8.3.2 Partial flow dilution system ................................................................................................................................52

8.3.3 Full-flow dilution system .......................................................................................................................................54

8.3.4 Particulate sampling system ...............................................................................................................................57

8.4 Particle number measurement equipment .................................................................................................................60

8.4.1 System overview ...........................................................................................................................................................60

8.4.2 General requirements ...............................................................................................................................................60

8.4.3 Specific requirements ...............................................................................................................................................60

8.4.4 Typical system description ..................................................................................................................................61

9 Calibration and verification ...................................................................................................................................................................66

9.1 Calibration and performance checks ................................................................................................................................66

9.1.1 General...................................................................................................................................................................................66

9.1.2 Summary of calibration and verification .................................................................................................66

9.1.3 Verifications for accuracy, repeatability, and noise .........................................................................68

9.1.4 Linearity check ...............................................................................................................................................................69

9.1.5 Continuous gas analyser system-response and updating-recording verification 72

9.1.6 Response time verification for compensation type analysers ...............................................74

9.2 Analytical gases ...................................................................................................................................................................................75

9.2.1 General...................................................................................................................................................................................75

9.2.2 Gas specifications .........................................................................................................................................................75

9.2.3 Concentration and expiration date ...............................................................................................................77

9.2.4 Gas transfer .......................................................................................................................................................................77

9.3 Vacuum-side leak verification .................................................................................................................................................77

9.3.1 Scope and frequency..................................................................................................................................................77

9.3.2 Measurement principles ........................................................................................................................................77

9.3.3 Low-flow leak test........................................................................................................................................................77

9.3.4 Dilution-of-span-gas leak test............................................................................................................................78

9.3.5 Vacuum-decay leak test ...........................................................................................................................................78

9.4 NO -to-NO converter conversion verification ...........................................................................................................79

9.4.1 Scope and frequency..................................................................................................................................................79

9.4.2 Measurement principles ........................................................................................................................................79

iv © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 8178-1:2020(E)

9.4.3 System requirements ................................................................................................................................................79

9.4.4 Procedure ............................................................................................................................................................................79

9.5 Calibration and set up of gaseous measurements .................................................................................................80

9.5.1 Scope and frequency..................................................................................................................................................80

9.5.2 Calibration ..........................................................................................................................................................................81

9.5.3 HC FID response optimization ..........................................................................................................................81

9.5.4 HC FID CH response factor determination ...........................................................................................81

9.5.5 HC FID methane (CH ) response verification ......................................................................................82

9.5.6 Non-stoichiometric raw exhaust FID O interference verification ....................................82

9.5.7 Efficiency of the Non-Methane Cutter (NMC) ......................................................................................84

9.5.8 CO and CO Measurements ..................................................................................................................................87

9.5.9 NO Measurement ........................................................................................................................................................89

9.5.10 Methanol response factor .....................................................................................................................................99

9.6 Calibration of the particulate mass measuring system ..................................................................................100

9.6.1 General................................................................................................................................................................................100

9.6.2 Checking the partial flow conditions ........................................................................................................100

9.6.3 PM balance verifications and weighing process verification...............................................100

9.7 Calibration of the particle number measuring system ...................................................................................103

9.7.1 Calibration of the particle number counter ........................................................................................103

9.7.2 Calibration/Validation of the volatile particle remover ...........................................................104

9.7.3 Particle number system check procedures .........................................................................................105

9.8 Calibration of the CVS full flow dilution system ...................................................................................................105

9.8.1 General................................................................................................................................................................................105

9.8.2 Calibration of the Positive Displacement Pump (PDP) .............................................................106

9.8.3 Calibration of the Critical Flow Venturi (CFV) .................................................................................108

9.8.4 Calibration of the subsonic venturi (SSV) ............................................................................................110

9.8.5 CVS and batch sampler verification (Propane check) ................................................................112

9.8.6 Periodic calibration of the partial flow PM and associated raw exhaust gas

measurement systems ..........................................................................................................................................116

9.9 Calibration of the dynamometer ........................................................................................................................................118

9.9.1 Torque calibration ....................................................................................................................................................118

9.10 Calibration of temperature, pressure and dew point sensors .................................................................119

9.11 Flow-related measurements .................................................................................................................................................119

9.11.1 Fuel flow calibration ...............................................................................................................................................119

9.11.2 Intake air flow calibration .................................................................................................................................119

9.11.3 Exhaust flow calibration......................................................................................................................................119

Annex A (normative) 1980 international gravity formula .....................................................................................................120

Annex B (normative) Determination of system equivalence ...............................................................................................121

Annex C (normative) Carbon flow check ...................................................................................................................................................122

Annex D (normative) Statistical formulae ...............................................................................................................................................126

Annex E (informative) Examples of partial flow dilution systems ..................................................................................134

Annex F (informative) Examples of exhaust gas analysis system ....................................................................................144

Bibliography .........................................................................................................................................................................................................................148

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ISO/FDIS 8178-1:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

The committee responsible for this document is ISO/TC 70, Internal combustion engines, Subcommittee

SC 8, Exhaust gas emission measurement.

This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 8178-1:2017), which has been technically

revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— addition
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.