ISO 8178-10:2002
(Main)Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 10: Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines operating under transient conditions
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 10: Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines operating under transient conditions
ISO 8178-10 specifies the measurement procedures and test cycles for the evaluation of smoke emissions from compression ignition engines under field conditions. It is intended for use primarily as a support for in-use smoke testing programmes on engines that have been "certified" or "type approved" in accordance with the provisions of ISO 8178-9. For transient smoke test cycles, smoke testing is conducted using smokemeters that operate on the light extinction principle. The purpose of this part of ISO 8178 is to define the smoke test cycles and the methods used to measure and analyse smoke. The test procedures and measurement techniques described in this part of ISO 8178 are applicable to reciprocating internal combustion (RIC) engines in general. However, an engine application can only be evaluated using this part of ISO 8178 once the appropriate test cycle has been developed.
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement — Partie 10: Cycles et procédures d'essai pour le mesurage sur site des émissions de fumées de gaz d'échappement des moteurs à allumage par compression fonctionnant en régime transitoire
L'ISO 8178-10:2002 spécifie les méthodes de mesure et les cycles d'essai pour l'évaluation des émissions de fumées des moteurs à allumage par compression sur site. Elle est principalement destinée à venir à l'appui de programmes de mesure des fumées sur site sur des moteurs qui ont été «certifiés» ou qui ont passé un «essai de type» conformément aux dispositions de l'ISO 8178-9. Pour les cycles d'essai des fumées en régime transitoire, l'essai des fumées est réalisé en utilisant des appareils de mesure de la fumée qui fonctionnent selon le principe de l'opacimétrie. Le but de l'ISO 8178-10:2002 est de définir les cycles d'essai des fumées et les méthodes utilisées pour mesurer et analyser les fumées. Les méthodes d'essai et les techniques de mesurage décrites dans l'ISO 8178-10:2002 sont applicables aux moteurs alternatifs à combustion interne en général. Cependant, une application d'un moteur ne peut être évaluée, au moyen de l'ISO 8178-10:2002, qu'une fois que le cycle d'essai approprié a été développé.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 8178-10
First edition
2002-11-01
Reciprocating internal combustion
engines — Exhaust emission
measurement —
Part 10:
Test cycles and test procedures for field
measurement of exhaust gas smoke
emissions from compression ignition
engines operating under transient
conditions
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de
gaz d'échappement —
Partie 10: Cycles et procédures d'essai pour le mesurage sur site des
émissions de fumées de gaz d'échappement des moteurs à allumage par
compression fonctionnant en régime transitoire
Reference number
ISO 8178-10:2002(E)
©
ISO 2002
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ISO 8178-10:2002(E)
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ISO 8178-10:2002(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction. v
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Terms and definitions. 2
4 Symbols and units . 4
5 Test conditions. 5
5.1 Ambient test conditions . 5
5.2 Power. 6
5.3 Engine air inlet system . 6
5.4 Engine exhaust system . 6
5.5 Engines with charge air cooling . 6
6 Test fuels. 6
7 Measurement equipment and accuracy. 7
7.1 General . 7
7.2 Test conditions. 7
7.3 Determination of smoke . 8
7.4 Accuracy . 9
8 Calibration of the opacimeter . 9
8.1 General . 9
8.2 Calibration procedure. 9
9 Test run . 10
9.1 Installation of the measuring equipment. 10
9.2 Determination of effective optical path length (L ). 10
A
9.3 Checking of the opacimeter . 15
9.4 Test cycle . 16
10 Data evaluation and calculation . 16
10.1 Data evaluation. 16
10.2 Bessel algorithm . 18
10.3 Ambient correction . 19
10.4 Test report. 20
11 Determination of smoke . 20
Annex A (normative) Test cycle for variable-speed off-road engines . 21
Annex B (normative) Test cycle for marine propulsion engines. 26
Annex C (normative) Test cycle for variable-speed engines type F (rail traction) . 31
Annex D (informative) Remarks on test cycles. 35
Bibliography. 37
© ISO 2002 – All rights reserved iii
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ISO 8178-10:2002(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 8178 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 8178-10 was prepared by Technical Committee ISO/TC 70, Internal combustion engines, Subcommittee SC 8,
Exhaust gas emission measurement.
ISO 8178 consists of the following parts, under the general title Reciprocating internal combustion engines —
Exhaust emission measurement:
Part 1: Test-bed measurement of gaseous and particulate exhaust emissions
Part 2: Measurement of gaseous and particulate exhaust emissions at site
Part 3: Definitions and methods of measurement of exhaust gas smoke under steady-state conditions
Part 4: Test cycles for different engine applications
Part 5: Test fuels
Part 6: Report of measuring results and test
Part 7: Engine family determination
Part 8: Engine group determination
Part 9: Test cycles and test procedures for test bed measurement of exhaust gas smoke emissions from
compression ignition engines operating under transient conditions
Part 10: Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust gas smoke emissions from
compression ignition engines operating under transient conditions
Annexes A, B and C form a normative part of this part of ISO 8178. Annex D is for information only.
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ISO 8178-10:2002(E)
Introduction
Throughout the world there currently exist many smoke measurement procedures in various forms. Some of these
smoke measurement procedures are designed for test bed testing and may be used for certification or type-
approval purposes. Others are designed for field testing and may be used in inspection and maintenance
programmes. Different smoke measurement procedures exist to meet the needs of various regulatory agencies
and industries. The two methods typically used are the filter smokemeter method and the opacimeter.
The objective of this part of ISO 8178 is to combine the key features of several existing smoke measurement
procedures as much as is technically possible. This part of ISO 8178 is intended for the measurement of the
emissions of smoke from compression ignition internal combustion engines under field conditions. It applies to
engines operating under transient conditions – where the engine speed or load, or both, changes with time. It
should be noted that the smoke emissions from typical well-maintained naturally-aspirated engines under transient
conditions will generally be the same as the smoke emissions under steady state conditions.
Only opacimeter type smokemeters may be used for making the smoke measurements described in this part of
ISO 8178. This part of ISO 8178 allows the use of either full-flow or partial-flow opacimeters. This part of ISO 8178
accounts for differences in response time between the two types of opacimeters, but does not account for any
differences due to differences in temperatures at the sampling zone.
© ISO 2002 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 8178-10:2002(E)
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 10:
Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust
gas smoke emissions from compression ignition engines
operating under transient conditions
1 Scope
This part of ISO 8178 specifies the measurement procedures and test cycles for the evaluation of smoke emissions
from compression ignition engines under field conditions. This part of ISO 8178 is intended for use primarily as a
support for in-use smoke testing programmes on engines that have been “certified” or “type approved” in
accordance with the provisions of ISO 8178-9. ISO 8178-9 provides test procedures and test cycles for
measurement of smoke from different applications of engines operating on the test bed.
Likewise, ISO 8178-4 specifies a number of different test cycles to be used in order to characterize gaseous and
particulate emissions from nonroad engines. The test cycles in ISO 8178-4 were developed in recognition of the
differing operating characteristics of various categories of nonroad machines.
For transient smoke test cycles, smoke testing is conducted using smokemeters that operate on the light extinction
principle. The purpose of this part of ISO 8178 is to define the smoke test cycles and the methods used to measure
and analyse smoke. Specifications for measurement of smoke using the light extinction principle can be found in
ISO 11614. The test procedures and measurement techniques described in clauses 5 to 11 of this part of ISO 8178
are applicable to reciprocating internal combustion (RIC) engines in general. However, an engine application can
only be evaluated using this part of ISO 8178 once the appropriate test cycle has been developed. Annexes A to C
to this part of ISO 8178 each contains a test cycle that is relevant only for those specific applications listed in the
scope of that annex. Where possible, the smoke test cycle described in the annex utilizes the engine and machine
categories developed in ISO 8178-4.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 8178. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 8178 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 8178-4:1996, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 4: Test
cycles for different engine applications
ISO 8178-5, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels
ISO 8178-6, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 6: Report of
measuring results and test
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ISO 8178-10:2002(E)
ISO 8178-7, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 7: Engine
family determination
ISO 8178-8, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 8: Engine
group determination
ISO 8178-9:2000, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 9: Test
cycles and test procedures for test bed measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition
engines operating under transient conditions
ISO 11614:1999, Reciprocating internal combustion compression-ignition engines — Apparatus for measurement
of the opacity and for determination of the light absorption coefficient of exhaust gas
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 8178 the following terms and definitions apply.
3.1
exhaust gas smoke
visible suspension of solid and/or liquid particles in gases resulting from combustion or pyrolysis
NOTE Black smoke (soot) is mainly comprised of carbon particles. Blue smoke is usually due to droplets resulting from the
incomplete combustion of fuel or lubricating oil. White smoke is usually due to condensed water and/or liquid fuel. Yellow smoke
is caused by NO .
2
3.2
transmittance
τ
fraction of light, transmitted from a source through a smoke-obscured path, which reaches the observer or the
instrument receiver
NOTE It is expressed as a percentage.
3.3
opacity
N
fraction of light, transmitted from a source through a smoke-obscured path, which is prevented from reaching the
observer or the instrument receiver (N = 100 − τ).
NOTE It is expressed as a percentage.
3.4 Optical path length
3.4.1
effective optical path length
L
A
length of the smoke-obscured optical path between the opacimeter light source and the receiver, corrected as
necessary for non-uniformity due to density gradients and fringe effect
NOTE 1 It is expressed in metres. 9.2 describes how to determine L and how to install measuring equipment, on exhaust
A
systems that may be encountered in the field.
NOTE 2 Portions of the total light source to receiver path length which are not smoke obscured do not contribute to the
effective optical path length.
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ISO 8178-10:2002(E)
3.4.2
standard effective optical path length
L
AS
measurement used to ensure meaningful comparisons of quoted opacity values
NOTE See 10.1.4.
3.5
light absorption coefficient
k
fundamental means of quantifying the ability of a smoke plume or smoke-containing gas sample to obscure light
−1
NOTE By convention, the light absorption coefficient is expressed in reciprocal metres (m ). The light absorption
coefficient is a function of the number of smoke particles per unit gas volume, the size distribution of the smoke particles, and
the light absorption and scattering properties of the particles. In the absence of blue, white or yellow smoke or ash, the size
distribution and the light absorption/scattering properties are similar for all diesel exhaust gas samples and the light absorption
coefficient is primarily a function of the smoke particle density.
3.6
Beer-Lambert law
mathematical equation describing the physical relationships between the light absorption coefficient, k, the smoke
parameters of transmittance, τ, and effective optical path length, L
A
NOTE Because the light absorption coefficient, k, cannot be measured directly, the Beer-Lambert law is used to calculate
k, when opacity, N, or transmittance, τ, and effective optical path length, L , are known:
A
−1 τ
k = ln (1)
L 100
A
−1 N
k=−ln 1 (2)
L 100
A
3.7
opacimeter
instrument for the measurement of smoke characteristics using the optical method of transmittance
3.7.1
full-flow opacimeter
instrument in which all the exhaust gas flow passes through the smoke measuring chamber
3.7.1.1
full-flow end-of-line opacimeter
instrument that measures the opacity of the full exhaust plume as it exits the tailpipe
NOTE The light source and receiver for this type of opacimeter are located on opposite sides of the smoke plume and in
close proximity to the open end of the tailpipe. When applying this type of opacimeter, the effective optical path length is a
function of the tailpipe design.
3.7.1.2
full-flow in-line opacimeter
instrument that measures the opacity of the full exhaust plume within the tailpipe
NOTE The light source and receiver for this type of opacimeter are located on opposite sides of the smoke plume and in
close proximity to the outer wall of the tailpipe. With this type of opacimeter the effective optical path length is dependent on the
instrument.
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ISO 8178-10:2002(E)
3.7.2
partial flow opacimeter
instrument that samples a representative portion of the total exhaust flow and passes the sample through the
measuring chamber.
NOTE With this type of opacimeter the effective optical path length is a function of the opacimeter design.
3.7.3 Opacimeter response time
3.7.3.1
opacimeter physical response time
t
p
difference between the times when the raw k-signal reaches 10 % and 90 % of the full deviation when the light
absorption coefficient of the gas being measured is changed in less than 0,01 s
NOTE The physical response time of the partial flow opacimeter is defined by means of the sampling probe and transfer
tube. Additional information on the physical response time can be found in 8.2.1 and 11.7.2 of ISO 11614:1999.
3.7.3.2
opacimeter electrical response time
t
e
difference between the times when the instrument recorder output signal or display goes from 10 % to 90 % of full
scale when the opacity or light extinction coefficient is changed in less than 0,01 s
NOTE Additional information on the electrical response time can be found in 8.2.3 and 11.7.3 of ISO 11614:1999.
4 Symbols and units
For the purposes of this part of ISO 8178, the symbols and units listed in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols and units
Symbol Term Unit
D
Bessel function constant 1
E Bessel constant 1
f
Atmospheric factor 1
a
−1
f
Bessel filter cut-off frequency
s
c
−1
k Light absorption coefficient
m
−1
k
Ambient condition corrected light absorption coefficient
m
corr
−1
k
Observed light absorption coefficient
m
obs
K Bessel constant 1
K
Smoke ambient correction factor 1
S
L
Effective optical path length m
A
L
Standard effective optical path length m
AS
N
Opacity %
N
Opacity at effective optical path length %
A
N
Opacity at standard effective optical path length %
AS
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ISO 8178-10:2002(E)
Table 1 (continued)
Symbol Term Unit
p
Brake effective mean pressure kPa
me
p
Dry atmospheric pressure kPa
S
P Engine Power kW
−1
S
Instantaneous smoke value
m or %
i
∆t Time between successive smoke data (= 1/sampling rate) s
t
Overall response time s
Aver
t
Opacimeter electrical reponse time s
e
t
Filter response time for Bessel function s
F
t
Opacimeter physical response time s
p
T
Engine intake air temperature K
a
X
Desired overall response time s
−1
Y
Bessel averaged smoke value
m or %
i
3
ρ Dry ambient density kg/m
τ Smoke Transmittance %
Ω Bessel Constant 1
5 Test conditions
5.1 Ambient test conditions
5.1.1 Test condition parameter
The absolute temperature, T , of the engine intake air expressed in Kelvin, and the dry atmospheric pressure, p ,
a s
expressed in kPa, shall be measured, and the parameter, f , shall be determined according to the provisions
a
evaluated by equations (3) to (5).
Naturally-aspirated and mechanically-supercharged compression ignition engines, and compression ignition
engines with wastegates operating:
0,7
99 T
a
f=× (3)
a
p 298
s
NOTE This equation also applies if the wastegate is operating only during sections of the test cycle. If the wastegate is not
operating during any section of the test cycle, equation (4) or (5) shall be used depending on the type of charge cooling, if any.
Turbocharged compression ignition engines without charge air cooling, or with charge air cooling by air/air cooler:
0,7
1,2
T
99
a
f=× (4)
a
p 298
s
© ISO 2002 – All rights reserved 5
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ISO 8178-10:2002(E)
Turbocharged compression ignition engines with charge air to liquid charge air cooler:
0,7
0,7
T
99
a
f=× (5)
a
p 298
s
5.1.2 Test validation criteria — Test conditions
For a test to be recognized as valid, with respect to atmospheric conditions, the parameter f should be such that:
a
0,93 u f u 1,07 (6)
a
Smoke values obtained within this range of f shall be corrected in accordance with the provisions given in 10.3.
a
Results from tests conducted outside this range are not comparable to the results from ISO 8178-9.
Additional validation criteria are given in 7.3.4 (opacimeter zero drift) and annexes A to C (test cycle validation
criteria).
5.2 Power
Auxiliaries necessary only for the operation of the machine shall be turned off. If they cannot be turned off, they
shall be made to function at minimum power as much as is possible during the test. The following incomplete list of
such auxiliaries is given as an example:
air compressor;
power steering pump;
air conditioning compressor;
pumps for hydraulic actuators;
auxiliary electrical equipment (lights, blowers, etc.).
5.3 Engine air inlet system
The inlet air system shall be inspected for leaks, loose or missing clamps or fittings, etc. The general condition of
the air system, including whether or not the air cleaner is in need of service, shall be noted.
5.4 Engine exhaust system
The exhaust system shall be inspected for leaks, loose or missing clamps or fittings, etc. The general condition of
the exhaust system shall be noted.
5.5 Engines with charge air cooling
The charge air cooling system shall be inspected for leaks, loose or missing clamps or fittings, etc. The general
condition of the charge air cooling system shall be noted.
6 Test fuels
Fuel characteristics influence engine smoke emissions. Smoke tests conducted in accordance with ISO 8178-9 are
generally “certification” or “type approval” tests, utilizing a fuel specified in the regulation. Field tests are typically
not conducted using the reference fuel. Therefore, especially for vehicles that fail the smoke test, the
characteristics of the fuel used for the test shall be determined, recorded and presented with the results of the test.
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ISO 8178-10:2002(E)
Where fuels designated in ISO 8178-5 as reference fuels are used, the reference code and the analysis of the fuel
shall be provided. For all other fuels, the characteristics recorded are those listed in the appropriate universal data
sheets in ISO 8178-5.
The selection of the fuel for the test depends on the purpose of the test. Unless otherwise agreed by the parties the
fuel shall be selected in accordance with Table 2.
Table 2 — Selection of fuel
Test purpose Interested parties Fuel selection
Certification body Reference fuel, if one is defined
Type approval
(certification) Manufacturer or supplier Commercial fuel if no reference
fuel is defined
Manufacturer or supplier Commercial fuel as specified by
a
Inspection/maintenance test
the manufacturer
Customer or inspector
One or more of:
manufacturer, research
Research/development To suit the purpose of the test.
organization, fuel and lubricant
supplier, etc.
a
Customers and inspectors should note that the emission tests carried out using commercial fuel will not necessarily yield
results that are comparable to those from testing with reference fuels.
The fuel used for acceptance tests should be within the range of fuel specifications allowed by the engine manufacturer, as
specified in the engine manufacturer's technical literature. When a suitable reference fuel is not available, a fuel with properties
very close to the reference fuel may be used. The characteristics of the fuel shall be declared.
7 Measurement equipment and accuracy
7.1 General
The equipment mentioned in 7.3 shall be used for smoke tests of engines in the field.
7.2 Test conditions
7.2.1 General
This part of ISO 8178 does not contain details of engine speed, pressure and temperature measuring equipment.
Instead, only the accuracy requirements of such equipment are given in 7.4.
7.2.2 Engine speed
Measurement of engine speed is required in order to determine that the test is being run correctly. Measurement of
engine speed is required to determine if the engine governor is operating correctly – in order to avoid possible
damage to the engine. Incorrect low or high idle speeds may also cause the smoke to differ from those tests
conducted according to the provisions of ISO 8178-9.
7.2.3 Ambient temperature
Ambient temperature (dry bulb temperature) is required in order to correct smoke for the ambient test conditions
and determine if the engine complies with the standard to which it was certified according to the provisions of
ISO 8178-9.
© ISO 2002 – All rights reserved 7
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ISO 8178-10:2002(E)
7.2.4 Dry ambient pressure
Dry ambient pressure is required in order to correct smoke and determine if the engine complies with the standard
to which it was certified according to the provisions of ISO 8178-9. Dry ambient pressure is typically determined by
subtracting a calculated vapour pressure from the measured wet ambient pressure (barometric pressure). Vapour
pressure is typically calculated from measurement of the dew point temperature or the wet and dry bulb
temperatures.
7.3 Determination of smoke
7.3.1 General
Transient smoke tests shall be conducted using opacimeter-type smokemeters. Three different types of
opacimeters are allowed, in
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-10
Première édition
2002-11-01
Moteurs alternatifs à combustion interne —
Mesurage des émissions de gaz
d'échappement —
Partie 10:
Cycles et procédures d'essai pour le
mesurage sur site des émissions de
fumées de gaz d'échappement des moteurs
à allumage par compression fonctionnant
en régime transitoire
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 10: Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust
gas smoke emissions from compression ignition engines operating under
transient conditions
Numéro de référence
ISO 8178-10:2002(F)
©
ISO 2002
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ISO 8178-10:2002(F)
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ISO 8178-10:2002(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
1 Domaine d’application. 1
2 Références normatives. 1
3 Définitions. 2
4 Symboles et unités. 5
5 Conditions d’essai . 6
5.1 Conditions d'essai ambiantes. 6
5.2 Puissance. 6
5.3 Système d'admission d’air du moteur . 7
5.4 Système d’échappement du moteur . 7
5.5 Moteurs avec système de refroidissement de l’air d'admission. 7
6 Carburants d’essai . 7
7 Équipements de mesure et exactitude. 8
7.1 Généralités. 8
7.2 Conditions d’essai . 8
7.3 Détermination des émissions de fumées . 8
7.4 Exactitude . 9
8 Étalonnage de l’opacimètre . 10
8.1 Généralités. 10
8.2 Mode opératoire d'étalonnage . 10
9 Cycle d'essai. 11
9.1 Installation de l'équipement de mesure. 11
9.2 Détermination de la longueur effective du trajet optique (L ) . 11
A
9.3 Vérification de l’opacimètre . 18
9.4 Cycle d’essai. 18
10 Évaluation des données et calcul. 18
10.1 Évaluation des données . 18
10.2 Algorithme de Bessel. 20
10.3 Correction du milieu ambiant . 22
10.4 Rapport d’essai . 23
11 Détermination des fumées . 23
Annexe A (normative) Cycle d’essai pour les moteurs à vitesse variable pour applications non
routières . 24
Annexe B (normative) Cycle d'essai pour les moteurs marins de propulsion. 29
Annexe C (normative) Cycle d’essai pour les moteurs à vitesse variable du groupe F (moteurs de
traction ferroviaires) . 34
Annexe D (informative) Remarques sur les cycles d’essai. 38
Bibliographie. 40
© ISO 2002 – Tous droits réservés iii
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ISO 8178-10:2002(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 8178 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.
L'ISO 8178-10 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 70, Moteurs à combustion interne, sous-comité
SC 8, Mesurage des émissions de gaz d'échappement.
L’ISO 8178 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général 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
Partie 2: Mesurage des émissions de gaz et de particules sur site
Partie 3: Définitions et méthodes de mesure de la fumée des gaz d’échappement dans des conditions
stabilisées
Partie 4: Cycles d’essai pour différentes applications des moteurs
Partie 5: Carburants d’essai
Partie 6: Rapport de mesure et d’essai
Partie 7: Détermination des familles de moteurs
Partie 8: Détermination des groupes de moteurs
Partie 9: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage au banc d’essai des émissions de fumées de gaz
d’échappement des moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression fonctionnant en
régime transitoire
Partie 10: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage sur site des émissions de fumées de gaz
d'échappement des moteurs à allumage par compression fonctionnant en régime transitoire
Les annexes A, B et C constituent des éléments normatifs de la présente partie de l’ISO 8178. L’annexe D est
donnée uniquement à titre d’information.
iv © ISO 2002 – Tous droits réservés
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ISO 8178-10:2002(F)
Introduction
Il existe actuellement à l'échelle mondiale de nombreuses méthodes de mesure des fumées sous diverses formes.
Certaines de ces méthodes sont conçues pour des mesures au banc d'essai et peuvent être utilisées aux fins de
certification ou d'essai de type. D'autres sont conçues pour des essais sur site et peuvent être utilisées dans les
programmes de contrôle et de maintenance. Il existe différentes méthodes de mesure des fumées qui satisfont les
besoins des différentes autorités et industries. Les deux méthodes types sont la méthode du fumimètre à filtre et
celle de l'opacimètre.
Le but de la présente partie de l’ISO 8178 est de combiner dans toute la mesure du possible les caractéristiques
fondamentales de plusieurs méthodes existantes de mesurage des fumées d'un point de vue technique. La
présente partie de l’ISO 8178 est destinée à être utilisée pour le mesurage sur site des émissions de fumées des
moteurs à combustion interne à allumage par compression. Elle s'applique aux moteurs fonctionnant en régime
transitoire, lorsque la vitesse ou la charge du moteur, ou les deux à la fois, varient avec le temps. Il convient de
noter que les émissions de fumées des moteurs à aspiration naturelle bien entretenus en régime transitoire, sont
généralement identiques aux émissions de fumées en régime permanent.
Seuls les fumimètres du type opacimètre peuvent être utilisés pour réaliser les mesurages des fumées décrits dans
la présente partie de l’ISO 8178. La présente partie de l’ISO 8178 autorise l'utilisation d'opacimètres à débit total ou
à débit partiel. La présente partie de l’ISO 8178 corrige les relevés pour les différences de temps de réponse entre
les deux types d'opacimètres, mais ne rend pas compte de toutes les différences dues aux différences de
température de la zone d'échantillonnage.
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NORME INTERNATIONALE ISO 8178-10:2002(F)
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des
émissions de gaz d'échappement —
Partie 10:
Cycles et procédures d'essai pour le mesurage sur site des
émissions de fumées de gaz d'échappement des moteurs à
allumage par compression fonctionnant en régime transitoire
1 Domaine d’application
La présente partie de l'ISO 8178 spécifie les méthodes de mesure et les cycles d'essai pour l'évaluation des
émissions de fumées des moteurs à allumage par compression sur site. La présente partie de l'ISO 8178 est
principalement destinée à venir à l’appui de programmes de mesure des fumées sur site sur des moteurs qui ont
été «certifiés» ou qui ont passé un «essai de type» conformément aux dispositions de l’ISO 8178-9. L’ISO 8178-9
fournit des procédures et des cycles d’essai pour le mesurage des fumées pour différentes applications de moteurs
fonctionnant sur le banc d’essai.
De même, l'ISO 8178-4 spécifie un nombre de cycles d'essai différents à utiliser pour caractériser les émissions de
gaz et de particules des moteurs pour applications non routières. Les cycles d'essai décrits dans l'ISO 8178-4 ont
été développés grâce à la reconnaissance des différentes caractéristiques de fonctionnement de différentes
catégories d'équipements non routiers.
Pour les cycles d'essai des fumées en régime transitoire, l'essai des fumées est réalisé en utilisant des appareils
de mesure de la fumée qui fonctionnent selon le principe de l'opacimétrie. Le but de la présente partie de
l'ISO 8178 est de définir les cycles d'essai des fumées et les méthodes utilisées pour mesurer et analyser les
fumées. Les spécifications relatives au mesurage des émissions de fumées utilisant le principe de l'opacimétrie
figurent dans l’ISO 11614. Les méthodes d'essai et les techniques de mesurage décrites dans les articles 5 à 11
de la présente partie de l'ISO 8178 sont applicables aux moteurs alternatifs à combustion interne en général.
Cependant, une application d'un moteur ne peut être évaluée, au moyen de la présente partie de l’ISO 8178,
qu’une fois que le cycle d'essai approprié a été développé. Les annexes A à C de la présente partie de l’ISO 8178
comprennent chacune un cycle d'essai correspondant uniquement aux applications spécifiques énumérées dans
leur domaine d'application. Dans la mesure du possible, le cycle d'essai des fumées décrit dans l'annexe en
question utilise les catégories de moteurs et d'équipements développées dans l'ISO 8178-4.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 8178. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 8178 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 8178-4 :1996, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —
Partie 4: Cycles d'essai pour différentes applications des moteurs
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ISO 8178-10:2002(F)
ISO 8178-5, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —
Partie 5: Carburants d'essai
ISO 8178-6, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —
Partie 6: Rapport de mesure et d'essai
ISO 8178-7, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —
Partie 7: Détermination des familles de moteurs
ISO 8178-8, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —
Partie 8: Détermination des groupes de moteurs
ISO 8178-9:2000, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —
Partie 9: Cycles et procédures d'essai pour le mesurage au banc d'essai des émissions de fumées de gaz
d'échappement des moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression fonctionnant en régime
transitoire
ISO 11614:1999, Moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression — Appareillage de mesure
de l'opacité et du coefficient d'absorption de la lumière des gaz d'échappement
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 8178, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
fumée des gaz d’échappement
suspension visible de particules solides et/ou liquides dans les gaz résultant de la combustion ou de la pyrolyse
NOTE La fumée noire (suie) se compose principalement de particules de carbone. La fumée bleue résulte habituellement
des gouttelettes dues à la combustion incomplète du carburant ou de l'huile de lubrification. La fumée blanche résulte
habituellement de l'eau de condensation et/ou du combustible liquide. La fumée jaune résulte de la présence de NO .
2
3.2
transmittance
τ
fraction de lumière transmise par une source à travers un faisceau opacifié par la fumée, qui atteint l'observateur
ou le récepteur de mesure
NOTE Elle s'exprime en pourcentage.
3.3
opacité
N
fraction de lumière émise par une source à travers un faisceau opacifié par la fumée, qui n'atteint pas l'observateur
ou le récepteur de mesure (N = 100 − τ)
NOTE Elle s'exprime en pourcentage.
3.4 Longueur du trajet optique
3.4.1
longueur effective du trajet optique
L
A
longueur du trajet optique opacifié par la fumée entre la source lumineuse de l'opacimètre et le récepteur, corrigée
si nécessaire pour sa non-uniformité due au gradient de densité et à l'effet de bord
NOTE 1 Elle s'exprime en mètres. Le paragraphe 9.2 explique comment déterminer L et comment installer les appareils de
A
mesure sur les systèmes d’échappement auxquels il est possible d’être confronté sur site.
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ISO 8178-10:2002(F)
NOTE 2 Les parties du trajet optique total entre la source lumineuse et le récepteur non opacifiées par la fumée ne
contribuent pas à la longueur effective du trajet optique.
3.4.2
longueur effective normale du trajet optique
L
AS
valeur étalon de la longueur effective du trajet optique pour permettre des comparaisons significatives entre les
valeurs d’opacité
NOTE Voir 10.1.4.
3.5
coefficient d’absorption de la lumière
k
moyen fondamental permettant de déterminer la capacité d'un panache de fumée ou d'une fumée contenant un
échantillon de gaz à opacifier la lumière
−1
NOTE Par convention, le coefficient d'absorption de la lumière s'exprime en mètres moins un (m ). Il est fonction du
nombre de particules de fumée par unité de volume de gaz, de la distribution granulométrique des particules de fumée, de
l'absorption de la lumière et des propriétés de dispersion des particules. En l'absence de fumée bleue, blanche ou jaune ou de
cendres, la distribution granulométrique et les propriétés d'absorption/de dispersion de la lumière sont semblables pour tous les
échantillons de gaz d'échappement de moteurs diesels et le coefficient d'absorption de la lumière est principalement fonction de
la densité des particules de fumée.
3.6
loi de Beer-Lambert
équation mathématique décrivant les relations physiques entre le coefficient d'absorption de la lumière, k, les
paramètres de la fumée, la transmittance, τ, et la longueur effective du trajet optique, L
A
NOTE Dans la mesure où le coefficient d'absorption de la lumière, k, ne peut être mesuré directement, la loi de Beer-
Lambert est utilisée pour calculer k, lorsque l'opacité, N, ou la transmittance, τ, ainsi que la longueur effective du trajet optique,
L , sont connus:
A
−1 τ
k = ln (1)
L 100
A
−1 N
k = ln 1− (2)
L 100
A
3.7
opacimètre
instrument de mesure des caractéristiques de la fumée utilisant la méthode optique de la transmittance
3.7.1
opacimètre à débit total
instrument avec lequel la totalité des gaz d'échappement transite par la chambre de mesurage des émissions de
fumées
3.7.1.1
opacimètre d'extrémité à débit total
instrument qui mesure l'opacité de la totalité du panache de fumée au moment où il sort du tuyau d'échappement
NOTE La source lumineuse et le récepteur applicables à ce type d'opacimètre sont situés des deux côtés opposés du
panache de fumée et sont à proximité de la sortie libre du tuyau d'échappement. Lorsque ce type d'opacimètre est utilisé, la
longueur effective du trajet optique dépend de la conception du tuyau d'échappement.
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ISO 8178-10:2002(F)
3.7.1.2
opacimètre en ligne à débit total
instrument qui mesure l'opacité de la totalité du panache de fumée dans le tuyau d'échappement
NOTE La source lumineuse et le récepteur applicables à ce type d'opacimètre sont situés des deux côtés opposés au
panache de fumée et à proximité de la paroi extérieure du tuyau d'échappement. Avec ce type d'opacimètre, la longueur
effective du trajet optique dépend de l'instrument.
3.7.2
opacimètre à débit partiel
instrument qui prélève une partie représentative de la totalité des gaz d'échappement et qui fait transiter
l'échantillon par la chambre de mesurage
NOTE Avec ce type d'opacimètre, la longueur effective du trajet optique dépend de la conception de l'opacimètre.
3.7.3 Temps de réponse de l’opacimètre
3.7.3.1
temps de réponse physique de l’opacimètre
t
p
différence entre les instants où le signal k brut atteint 10 % et 90 % de la pleine échelle lorsque le coefficient
d’absorption de la lumière du gaz mesuré se modifie en moins de 0,01 s
NOTE Le temps de réponse physique de l’opacimètre à débit partiel est défini avec la sonde d’échantillonnage et le tube
de transfert. Des informations supplémentaires relatives au temps de réponse physique sont données en 8.2.1 et 11.7.2 de
l’ISO 11614:1999.
3.7.3.2
temps de réponse électrique de l’opacimètre
t
e
différence entre les instants où le signal de sortie ou l'affichage de l'appareil d'enregistrement varie entre 10 % et
90 % de la pleine échelle lorsque l’opacité ou le coefficient d’opacimétrie se modifie en moins de 0,01 s.
NOTE Des informations supplémentaires relatives au temps de réponse électrique sont données en 8.2.3 et 11.7.3 de
l’ISO 11614:1999.
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ISO 8178-10:2002(F)
4 Symboles et unités
Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 8178, le Tableau 1 présente les symboles et unités applicables.
Tableau 1 — Symboles et unités
Symbole Grandeur Unité
D Constante de la fonction de Bessel 1
E Constante de Bessel 1
f
Facteur atmosphérique 1
a
−1
f
Fréquence de coupure du filtre de Bessel
s
c
−1
k Coefficient d’absorption de la lumière
m
−1
k
Coefficient d’absorption de la lumière corrigé dans les conditions ambiantes m
corr
−1
k
Coefficient d'absorption de la lumière observé
m
obs
K
Constante de Bessel 1
K
Facteur de correction des fumées dans les conditions ambiantes 1
s
L
Longueur effective du trajet optique m
A
L
Longueur effective normale du trajet optique m
AS
N Opacité %
N
Opacité avec une longueur effective du trajet optique %
A
N
Opacité avec une longueur effective normale du trajet optique %
AS
p
Pression moyenne effective au frein kPa
me
p
Pression atmosphérique sèche kPa
s
P
Puissance du moteur kW
−1
S
Valeur de fumée instantanée
m ou %
i
Temps entre les données successives de fumée
∆t s
(= 1/vitesse d'échantillonnage)
t
Temps de réponse total s
Aver
t
Temps de réponse électrique de l’opacimètre s
e
t
Temps de réponse du filtre pour la fonction de Bessel s
F
t
Temps de réponse physique de l’opacimètre s
p
T
Température de l’air d’admission du moteur K
a
X
Temps de réponse total souhaité s
Y −1
Valeur de la fumée de Bessel moyennée
i m ou %
3
ρ Densité ambiante sèche kg/m
τ Transmittance de la fumée %
Ω Constante de Bessel 1
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ISO 8178-10:2002(F)
5 Conditions d’essai
5.1 Conditions d'essai ambiantes
5.1.1 Paramètres de conditions d’essai
La température absolue, T , de l’air d’admission du moteur, exprimée en Kelvin, et la pression atmosphérique
a
sèche, p , exprimée en kilopascals, doivent être mesurées et le paramètre facteur atmosphérique, f , doit être
s a
déterminé conformément aux dispositions évaluées par les équations (3) à (5).
Pour les moteurs à aspiration naturelle, les moteurs à allumage par compression à suralimentation mécanique et
les moteurs à allumage par compression à soupape d'écrêtage, on a:
0,7
T
99
a
f = × (3)
a
p 298
s
NOTE Cette équation s'applique également lorsque la soupape d'écrêtage ne fonctionne que pendant une partie du cycle
d'essai. Si la soupape d'écrêtage ne fonctionne pas du tout pendant une partie du cycle d'essai, l’équation (4) ou (5) sera
utilisée selon les type de refroidisseur, s'il y en a un.
Pour les moteurs à allumage par compression turbocompressés avec ou sans refroidissement de l'air d'admission
par l'intermédiaire d'un refroidisseur à air, on a:
0,7
1,2
99 T
a
f = × (4)
a
p 298
s
Pour les moteurs à allumage par compression turbocompressés avec refroidissement de l'air d'admission par un
fluide de refroidissement, on a:
0,7
0,7
99 T
a
f = × (5)
a
p 298
s
5.1.2 Critères de validation des essais — Conditions d’essai
Pour qu'un essai soit reconnu valable, eu égard aux conditions atmosphériques, il convient que le paramètre f soit
a
tel que:
0,93 u f u 1,07 (6)
a
Les valeurs d'émission de fumées obtenues dans les limites de cette gamme de f doivent être corrigées
a
conformément aux dispositions de 10.3. Les résultats d’essais réalisés en dehors de cette gamme ne sont pas
comparables aux résultats de l’ISO 8178-9.
D'autres critères de validation sont donnés en 7.3.4 (dérive du zéro de l'opacimètre) et dans les annexes A à C
(critères de validation des cycles d'essai).
5.2 Puissance
Les accessoires qui sont uniquement nécessaires pour le fonctionnement de la machine doivent être arrêtés.
Lorsqu’il est impossible de les arrêter, ils doivent dans la mesure du possible fonctionner à la puissance minimale
pour l’essai. La liste non exhaustive suivante de tels accessoires est donnée à titre d'exemple:
compresseur d’air;
pompe pour direction assistée;
compresseur de conditionnement d'air;
6 © ISO 2002 – Tous droits réservés
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ISO 8178-10:2002(F)
pompes pour les commandes hydrauliques;
accessoires électriques (lumière, ventilateurs, etc.).
5.3 Système d'admission d’air du moteur
Le système d'admission d’air doit être inspecté pour rechercher d’éventuelles fuites, des brides ou fixations mal
serrées ou manquantes, etc. L’état général du circuit d’air, y compris si un filtre à air est nécessaire, doit être noté.
5.4 Système d’échappement du moteur
Le système d’échappement doit être inspecté pour rechercher d’éventuelles fuites, des brides ou fixations mal
serrées ou manquantes, etc. L’état général du système d’échappement doit être noté.
5.5 Moteurs avec système de refroidissement de l’air d'admission
Le système de refroidissement de l’air d'admission doit être inspecté pour rechercher d’éventuelles fuites, des
brides ou fixations mal serrées ou manquantes, etc. L’état général du système de refroidissement de l’air
d'admission doit être noté.
6 Carburants d’essai
Les caractéristiques du carburant influencent l'émission de fumées du moteur. Les essais de fumées réalisés
conformément à l’ISO 8178-9 sont généralement des essais de «certification» ou «essai de type», utilisant un
carburant spécifié par la réglementation. Les essais sur site ne sont généralement pas réalisés en utilisant le
carburant de référence. Par conséquent, notamment pour les véhicules qui échouent à l’essai de fumées, les
caractéristiques du carburant utilisé pour l'essai doivent être déterminées, consignées et présentées avec les
résultats de l'essai. Lors
...
Questions, Comments and Discussion
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