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.

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
14-Nov-2002
Withdrawal Date
14-Nov-2002
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
22-Jul-2019
Completion Date
22-Jul-2019
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ISO 8178-10:2002 - Reciprocating internal combustion engines -- Exhaust emission measurement
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ISO 8178-10:2002 - Moteurs alternatifs a combustion interne -- Mesurage des émissions de gaz d'échappement
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Standards Content (sample)

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
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 8178-10:2002(E)
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Printed in Switzerland
ii © ISO 2002 – All rights reserved
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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

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
---------------------- Page: 3 ----------------------
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.

iv © ISO 2002 – All rights reserved
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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
© ISO 2002 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
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 .
3.2
transmittance

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

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

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

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.
2 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 8178-10:2002(E)
3.4.2
standard effective optical path length
measurement used to ensure meaningful comparisons of quoted opacity values
NOTE See 10.1.4.
3.5
light absorption coefficient

fundamental means of quantifying the ability of a smoke plume or smoke-containing gas sample to obscure light

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

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:

−1 τ
k = ln (1)
L 100
−1 N
k=−ln 1 (2)
L 100
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.
© ISO 2002 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
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

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

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
Bessel function constant 1
E Bessel constant 1
Atmospheric factor 1
Bessel filter cut-off frequency
k Light absorption coefficient
Ambient condition corrected light absorption coefficient
corr
Observed light absorption coefficient
obs
K Bessel constant 1
Smoke ambient correction factor 1
Effective optical path length m
Standard effective optical path length m
Opacity %
Opacity at effective optical path length %
Opacity at standard effective optical path length %
4 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 8178-10:2002(E)
Table 1 (continued)
Symbol Term Unit
Brake effective mean pressure kPa
Dry atmospheric pressure kPa
P Engine Power kW
Instantaneous smoke value
m or %
∆t Time between successive smoke data (= 1/sampling rate) s
Overall response time s
Aver
Opacimeter electrical reponse time s
Filter response time for Bessel function s
Opacimeter physical response time s
Engine intake air temperature K
Desired overall response time s
Bessel averaged smoke value
m or %
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

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
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 
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 
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:

0,93 u f u 1,07 (6)

Smoke values obtained within this range of f shall be corrected in accordance with the provisions given in 10.3.

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.

6 © ISO 2002 – All rights reserved
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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
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.

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
---------------------- Page: 12 ----------------------
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
---------------------- Page: 1 ----------------------
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

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

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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.
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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 .

3.2
transmittance

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

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

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

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

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

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

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

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:
−1  τ 
k = ln (1)
 
L 100
 
−1  N 
k = ln 1− (2)
 
L 100
 
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

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

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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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
Facteur atmosphérique 1
Fréquence de coupure du filtre de Bessel
k Coefficient d’absorption de la lumière
Coefficient d’absorption de la lumière corrigé dans les conditions ambiantes m
corr
Coefficient d'absorption de la lumière observé
obs
Constante de Bessel 1
Facteur de correction des fumées dans les conditions ambiantes 1
Longueur effective du trajet optique m
Longueur effective normale du trajet optique m
N Opacité %
Opacité avec une longueur effective du trajet optique %
Opacité avec une longueur effective normale du trajet optique %
Pression moyenne effective au frein kPa
Pression atmosphérique sèche kPa
Puissance du moteur kW
Valeur de fumée instantanée
m ou %
Temps entre les données successives de fumée
∆t s
(= 1/vitesse d'échantillonnage)
Temps de réponse total s
Aver
Temps de réponse électrique de l’opacimètre s
Temps de réponse du filtre pour la fonction de Bessel s
Temps de réponse physique de l’opacimètre s
Température de l’air d’admission du moteur K
Temps de réponse total souhaité s
Y −1
Valeur de la fumée de Bessel moyennée
i m ou %
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

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  
 
f = ×   (3)
 
p 298
 
 

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
 
f =   × (4)
 
 
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 
f =   × (5)
 
 
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

tel que:
0,93 u f u 1,07 (6)

Les valeurs d'émission de fumées obtenues dans les limites de cette gamme de f doivent être corrigées

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;
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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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