ISO 8178-9:2000
(Main)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
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
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
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 au banc d'essai. Pour les cycles d'essai des fumées en régime transitoire, l'essai des fumées doit être 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 1 à 11 de la présente partie de l'ISO 8178 s'appliquent 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 et B de la présente partie de l'ISO 8178 comprennent chacune un cycle d'essai correspondant uniquement aux applications spécifiques énumérées dans son domaine d'application particulier. Dans la mesure du possible, le cycle d'essai des fumées décrit dans les annexes A et B utilise les catégories de moteurs et d'équipements développées dans l'ISO 8178-4. Pour certaines catégories de moteurs pour applications non routières, des méthodes d'essai des fumées «sur site» plutôt qu'«au banc d'essai» peuvent s'avérer nécessaires. Pour les moteurs utilisés dans des machines couvertes par des prescriptions supplémentaires (par exemple les réglementations relatives à l'hygiène et à la sécurité du travail), des conditions d'essai supplémentaires et des méthodes d'évaluation spéciales peuvent s'appliquer.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 8178-9
First edition
2000-10-15
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
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
Reference number
ISO 8178-9:2000(E)
©
ISO 2000
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ISO 8178-9:2000(E)
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ISO 8178-9:2000(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Symbols and units.5
5 Test conditions .6
6 Test fuels .7
7 Measurement equipment and accuracy .8
8 Calibration of the opacimeter.10
9 Test run.11
10 Data evaluation and calculation.11
11 Determination of smoke.16
Annex A (normative) Test cycle for variable-speed off-road engines.20
Annex B (normative) Test cycle for constant-speed off-road engines.27
Annex C (informative) Remarks on test cycles .31
Annex D (informative) Example of calculation procedure .32
Bibliography.42
© ISO 2000 – All rights reserved iii
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ISO 8178-9:2000(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.
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.
International Standard ISO 8178-9 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 transitory conditions
Annexes A and B form a normative part of this part of ISO 8178. Annexes C and D are for information only.
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ISO 8178-9:2000(E)
Introduction
Throughout the world there currently exists 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 purpose of ISO 8178 is to combine the key features of several existing smoke measurement procedures as
much as technically possible. Part 4 of ISO 8178 specifies a number of different test cycles to be used to
characterize gaseous and particulate emissions from nonroad engines. The test cycles in 8178-4 were developed
in recognition of the differing operating characteristics of various categories of nonroad machines. Likewise,
different smoke test cycles may be appropriate for different categories of nonroad engines and machines. Within
ISO 8178-4 it was possible to characterize and control gaseous and particulate emissions from nonroad engines
using a variety of steady-state operating points. To properly characterize and control smoke emissions from many
engine applications a transient smoke test cycle is needed.
This part of ISO 8178 is intended for the measurement of the emissions of smoke from compression ignition
internal combustion engines. 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 which allows the use of either full-flow or partial-flow opacimeters and corrects 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.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 8178-9:2000(E)
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
1 Scope
This part of ISO 8178 specifies the measurement procedures and test cycles for the evaluation of smoke emissions
from compression ignition engines on the test bed.
For transient smoke test cycles, smoke testing is conducted using smokemeters which 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 1 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 and B to this part of ISO 8178 each contain 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 part 4 of ISO 8178.
For certain categories of non-road engines "at site" rather than "test bed" smoke test procedures may prove to be
necessary. For engines used in machinery covered by additional requirements (e.g. occupational health and safety
regulations), additional test conditions and special evaluation methods may apply.
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 3046-3, Reciprocating internal combustion engines — Performance — Part 3: Test measurements.
ISO 8178-1, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 1: Test-bed
measurement of gaseous and particulate exhaust emissions.
ISO 8178-4, 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.
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ISO 8178-9:2000(E)
ISO 8178-6, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 6: Report of
measuring results and test.
ISO 8178-7, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 7: Engine
family determination.
ISO 8528-1, Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets — Part 1:
Application, ratings and performance.
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 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
�
fraction of light, expressed as a percentage, transmitted from a source through a smoke-obscured path and which
reaches the observer or the instrument receiver
3.3
opacity
N
fraction of light, expressed as a percentage, transmitted from a source through a smoke-obscured path and which
is prevented from reaching the observer or the instrument receiver
NOTE N = 100� �
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, expressed in
metres and corrected, as necessary, for non-uniformity due to density gradients and fringe effect
NOTE Portions of the total light source to receiver path length which are not smoke obscured do not contribute to the
effective optical path length.
3.4.2
standard effective optical path length
L
AS
measurement used to ensure meaningful comparisons of quoted opacity values
NOTE L values are defined in 10.1.4.
AS
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ISO 8178-9:2000(E)
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 (�) 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 (�), and effective optical path length (L ) are known:
A
� 1 �
��
k � In (1)
��
��
L 100
A
� 1 N
��
k��In 1 (2)
��
��
L 100
A
3.7
opacimeter
instrument used for the measurement of smoke characteristics using the optical method of transmittance
3.7.1
full-flow opacimeter
instrument in which all flow of exhaust gas passes through the smoke measuring chamber
3.7.1.1
full-flow end-of-line opacimeter
instrument which 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 which 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.
3.7.2
partial-flow opacimeter
instrument which 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.
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ISO 8178-9:2000(E)
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 with 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 reaches 10 % and 90 % of full
scale when the light source is interrupted or completely extinguished in less than 0,01 s
NOTE Additional information on the electrical response time can be found in 6.2.6.2 of ISO 11614:1999.
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ISO 8178-9:2000(E)
4 Symbols and units
See Table 1.
Table 1 — Symbols and units for terms used in this part of ISO 8178
Symbol Term Unit
B Bessel function constant 1
C Bessel function constant 1
D
Bessel function constant 1
E Bessel constant 1
f Atmospheric factor 1
a
�1
f Bessel filter cut-off frequency
c s
�1
k Light absorption coefficient
m
�1
k Ambient condition corrected light absorption coefficient
corr m
�1
k Observed light absorption coefficient
obs m
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
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 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 Time between successive smoke data (=1/sampling rate) s
T Engine intake air temperature K
a
X
Desired overall response time s
�1
Y Bessel averaged smoke value
m or %
i
3
Dry ambient density
� kg/m
Smoke transmittance %
�
Bessel constant 1
�
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ISO 8178-9:2000(E)
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 atmospheric factor f , shall be determined using equations (3) to (5).
a
For 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 formula 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, formula (4) or (5) shall be used depending on the type of charge cooling, if any.
For turbocharged compression-ignition engines without charge air cooling, or with charge air cooling by air/air
cooler:
0,7
1,2
��
99 ��T
a
f = � (4)
a ��
��
��
��p 298
s
For turbocharged compression-ignition engines with charge air to liquid charge air cooler:
0,7
0,7
��99 T
��
a
f = � (5)
a
��
��
��
��p 298
s
5.1.2 Test validation criteria — test conditions
For a test to be recognized as valid the parameter f should be such that:
a
0,93u f u 1,07 (6)
a
NOTE It is recommended that tests be with the parameter f between 0,96 and 1,06.
a
Additional validation criteria are given in 7.3.2.3 and A.3.2.2.
5.2 Power
Those auxiliaries which are necessary only for the operation of the machine and which may be mounted on the
engine shall be removed for the test. The following incomplete list is given as an example:
� air compressor for brakes;
� power steering pump;
� air conditioning compressor;
� pumps for hydraulic actuators.
For further details see 3.8 and Table B.1 of ISO 8178-1:1996.
6 © ISO 2000 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2000(E)
5.3 Engine air inlet system
The test engine shall be equipped with an air inlet system presenting an air inlet restriction within � 10 % of the
manufacturer's specified upper limit for a clean air-cleaner. The upper limit shall be at the engine operating
condition, as specified by the manufacturer, that results in the maximum air flow for the respective engine
application.
5.4 Engine exhaust system
The test engine shall be equipped with an exhaust system presenting an exhaust back pressure within � 10 % of
the manufacturer's specified upper limit. The upper limit shall be at the engine operating condition, as specified by
the manufacturer, that results in the maximum declared power for the respective engine application. Tests may be
conducted with a muffler, as this will tend to reduced exhaust pulsations which may interfere with measurement of
smoke. Further, the use of a muffler should provide better correlation between test-bed smoke measurement and
any in-field smoke tests that may occur. The design of the muffler (i.e. volume) should be typical of that used in
actual field applications of the engine being tested.
5.5 Cooling system
An engine cooling system with sufficient capacity to maintain the engine at normal operating temperatures
prescribed by the manufacturer shall be used.
5.6 Lubricating oil
Specifications of the lubricating oil used for the test shall be recorded and presented with the results of the test.
5.7 Engines with charge air cooling
The temperature of the cooling medium and the temperature of the charge air shall be recorded.
The cooling system shall be set with the engine operating at the speed and load specified by the manufacturer. The
charge air temperature and cooler pressure drop shall be set to within �4K and � 2 kPa respectively of the
manufacturer's specification.
5.8 Test fuel temperature
The test fuel temperature shall be in accordance with the manufacturer's recommendations. In the event that the
manufacturer does not specify the temperature, it shall be 311 K� 5 K. Except for cases where “heavy” fuel is
used, the temperature specified by the manufacturer shall not be greater than 316 K. The fuel temperature shall be
measured at the inlet to the fuel injection pump unless otherwise specified by the manufacturer, and the location of
measurement shall be recorded.
6 Test fuels
Fuel characteristics influence the engine smoke emissions. Therefore, the characteristics of the fuel used for the
test shall be determined, recorded and presented with the results of the test. Where fuels designated in ISO 8178-5
are used as reference fuels, the reference code and the analysis of the fuel shall be provided. For all other fuels the
characteristics to be 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. 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.
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ISO 8178-9:2000(E)
Table 2 — Selection of fuel
Test purpose Interested parties Fuel selection
Type approval (certification) Certification body Reference fuel, if one is defined
Manufacturer or supplier Commercial fuel if no reference
fuel is defined
Manufacturer or supplier
Acceptance test Commercial fuel as specified by
a
the manufacturer
Customer or inspector
Research/development One or more of: To suit the purpose of the test
� manufacturer;
� research organization;
� fuel and lubricant supplier;
etc.
a
Customers and inspectors should note that the emission tests carried out using commercial fuel will not
necessarily comply with limits specified when using 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.
7 Measurement equipment and accuracy
7.1 General
The following equipment shall be used for smoke tests on engines using dynamometers. This part of ISO 8178
does not contain details of pressure and temperature measuring equipment. Instead, only the accuracy
requirements of such equipment necessary for conducting a smoke test are given in 7.4.
7.2 Dynamometer specification
An engine dynamometer with adequate characteristics to perform the test cycle as described in annexes A and B
shall be used. Test cycle linearity requirements apply only when tests have been conducted using an electric
dynamometer. The instrumentation for torque and speed measurement shall allow the measurement accuracy
required for running the test cycle within the limits given in annexes A and B. Speed and torque shall be sampled at
a frequency of at least 1 Hz. The accuracy of the measuring equipment shall be such that the maximum tolerances
of the figures given in Table 3 are not exceeded. Engine driven equipment that meets these requirements may be
used instead of dynamometers.
7.3 Determination of smoke
7.3.1 General
Transient smoke tests must be conducted using opacimeter-type smokemeters. Three different types of
opacimeters are allowed: in-line and end-of-line full-flow opacimeters and the partial-flow opacimeter.
Specifications for the three types of opacimeters can be found in clause 11 of this part of ISO 8178 and in clauses
6 and 7 of ISO 11614:1999. Temperature correction has not been validated for transient tests, therefore,
temperature correction of smoke results has not been included in this part of ISO 8178.
8 © ISO 2000 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2000(E)
Table 3 — Permissible deviations of instruments for engine-related parameters
Permissible deviation Calibration
intervals
(% based on engine
Item
maximum values) in
months
accordance with ISO
3046-3
Engine speed 3
� 2%
a
Torque 3
�2%or � 5Nm
Power not applicable
� 3%
a
Whichever is greater.
7.3.2 Specifications — opacimeters
7.3.2.1 General
Smoke tests require the use of a smoke measurement and data processing system which includes three functional
units. These units may be integrated into a single component or provided as a system of interconnected
components. The three functional units are:
� a full-flow or a partial-flow opacimeter meeting the specifications of this clause. Detailed specifications for
opacimeters can be found in clause 11 and in ISO 11614;
� a data processing unit capable of performing the functions described in 10.2 and 10.3 and in annex D;
� a printer and/or electronic storage medium to record and output the required smoke values specified in
annexes A and B.
7.3.2.2 Linearity
Linearity is defined as the difference between the value measured by the opacimeter and the reference value of the
calibrating device. The linearity shall not exceed 2 % opacity.
7.3.2.3 Zero drift
The zero drift over either a one hour period or the duration of the test – whichever is the lesser – shall not exceed
1 % opacity.
7.3.2.4 Opacimeter display and range
For display in both opacity and light absorption coefficient the opacimeter shall have a measuring range
appropriate for accurately measuring the smoke of the engine being tested. The resolution shall be at least 0,1 %
of full scale.
The optical path length selected for the smoke instrument shall be suitable for the smoke levels being measured in
order to minimize errors in calibrations, measurements and calculations.
7.3.2.5 Instrument response time
The physical response time of the opacimeter shall not exceed 0,2 s, and the electrical response time of the
opacimeter shall not exceed 0,05 s.
© ISO 2000 – All rights reserved 9
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ISO 8178-9:2000(E)
7.3.2.6 Sampling requirements for partial-flow opacimeters
The sampling conditions shall conform to the requirements of 11.3.
7.3.2.7 Light source
The
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-9
Première édition
2000-10-15
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
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
Numéro de référence
ISO 8178-9:2000(F)
©
ISO 2000
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ISO 8178-9:2000(F)
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ISO 8178-9:2000(F)
Sommaire Page
Avant-propos.iv
Introduction.v
1 Domaine d’application .1
2Références normatives .1
3Termesetdéfinitions.2
4 Symboles et unités .5
5 Conditions d’essai.6
6 Carburants d’essai.7
7 Équipement de mesure et exactitude .8
8 Étalonnage de l’opacimètre.10
9 Essai.11
10 Évaluation des données et calcul .12
11 Détermination des fumées.16
Annexe A (normative) Cycle d’essai pour les moteurs à vitesse variable pour applications non
routières.22
Annexe B (normative) Cycle d’essai pour les moteurs non routiers à vitesse constante .29
Annexe C (informative) Remarques sur les cycles d’essai .34
Annexe D (informative) Exemple d’une procédure de calcul .35
Bibliographie .45
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ISO 8178-9:2000(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 confiéeaux
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.
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 delaprésente 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.
La Norme internationale ISO 8178-9 a étéélaboréepar 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 alternatifs à combustion interne à allumage par compression fonctionnant en
régime transitoire
Les annexes A et B constituent des éléments normatifs de la présente partie de l’ISO 8178. Les annexes C et D
sont données uniquement à titre d’information.
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ISO 8178-9:2000(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 auxfinsde
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 industrie. Les deux méthodes types sont la méthode du fumimètre à filtre et
l’opacimètre.
Le but de l’ISO 8178 est de combiner dans la mesure du possible les caractéristiques fondamentales de plusieurs
méthodes existantes de mesurage des fumées d’un point de vue technique. 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 développésgrâce à la
reconnaissance des différentes caractéristiques de fonctionnement de différentes catégories d’équipements non
routiers. De même, différentscyclesd’essai des fumées peuvent convenir à différentes catégories de moteurs et
d’équipements non routiers. Dans le cadre de l’ISO 8178-4, il a été possible de caractériser et de contrôler les
émissions de gaz et de particules des moteurs non routiers utilisant un grand nombre de points de fonctionnement
en régime permanent. Un cycle d’essai des fumées en régime transitoire est nécessaire pour caractériser et
contrôler correctement les émissions de fumées de nombreuses applications des moteurs.
La présente partie de l’ISO 8178 est destinée àêtre utilisée pour le mesurage 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 et 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 8178-9:2000(F)
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 émissionsdefumées de gaz d'échappement des moteurs
alternatifs à combustion interne 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 au banc d’essai.
Pour les cycles d’essai des fumées en régime transitoire, l’essai des fumées doit être 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 1 à 11
de la présente partie de l’ISO 8178 s’appliquent aux moteurs alternatifs à combustion interne en général.
Cependant, une application d’un moteur ne peut être évaluée, au moyendelaprésente partie de l’ISO 8178,
qu’une fois que le cycle d’essai approprié a été développé. Les annexes A et B de la présentepartiede l’ISO 8178
comprennent chacune un cycle d’essai correspondant uniquement aux applications spécifiques énumérées dans
son domaine d’application particulier. Dans la mesure du possible, le cycle d’essai des fumées décrit dans les
annexes A et B utilise les catégories de moteurs et d’équipements développées dans l’ISO 8178-4.
Pour certaines catégories de moteurs pour applications non routières, des méthodes d’essai des fumées «sur site»
plutôtqu'«au banc d’essai» peuvent s’avérer nécessaires. Pour les moteurs utilisés dans des machines couvertes
par des prescriptions supplémentaires (par exemple les réglementations relatives à l’hygiène et à la sécurité du
travail), des conditions d’essai supplémentaires et des méthodes d’évaluation spéciales peuvent s’appliquer.
2Références 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 présentepartiedel'ISO8178sont 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 3046-3, Moteurs alternatifs à combustion interne — Performances — Partie 3: Mesures pour les essais.
ISO 8178-1, 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.
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ISO 8178-9:2000(F)
ISO 8178-4, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d’échappement —
Partie 4: Cycles d’essai pour différentes applications des moteurs.
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 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 8528-5, Groupes électrogènes à courant alternatif entraînés par moteurs alternatifs à combustion interne —
Partie 5: Groupes électrogènes.
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 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 8178, termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
fuméedesgaz 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 résultedelaprésencedeNO .
2
3.2
transmittance
�
fraction de lumière, exprimée en pourcentage, transmise par une source à travers un faisceau opacifié par la
fumée, qui atteint l’observateur ou le récepteur de mesure
3.3
opacité
N
fraction de lumière, exprimée en pourcentage, émise par une source à travers un faisceau opacifié par la fumée,
qui n’atteint pas l’observateur ou le récepteur de mesure
NOTE N = 100� �
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, exprimée
en mètres et corrigée, si nécessaire, pour sa non-uniformité due au gradient de densité et à l’effet de bord
NOTE Les parties du trajet optique total entre la source lumineuse et le récepteur non opacifiées par la fuméene
contribuent pas à la longueur effective du trajet optique.
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3.4.2
longueur effective normale du trajet optique
L
AS
valeur étalon de la longueur effective du trajet optique choisie pour permettre des comparaisons significatives entre
les valeurs d'opacité
NOTE Les valeurs de L sont définies en 10.1.4.
AS
3.5
coefficient d’absorption de la lumière
k
moyen fondamental permettant de déterminer la capacité d’un panache de fuméeoud’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 propriétésd’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 (�) et la longueur effective du trajet optique (L )
A
NOTE Dans la mesure où le coefficient d’absorption de la lumière (k)nepeut être mesuré directement, la loi de Beer-
Lambert est utiliséepourcalculer k,lorsque l’opacité (N) oulatransmittance (�), ainsi que la longueur effective du trajet optique
(L ) sont connus:
A
�1 �
��
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 fuméeutilisantlaméthode 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’extrémitéà débit total
instrument de mesure de l’opacité de la totalité du panache de fuméeaumoment 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 opposésdu
panache de fuméeet sont à proximité de la sortie libre du tuyau d’échappement. Lorsqu’on utilisecetyped’opacimètre, la
longueur effective du trajet optique dépend de la conception du tuyau d’échappement.
3.7.1.2
opacimètre en ligne à débit total
instrument de mesure de l’opacité de la totalité du panache de fumée dans le tuyau d’échappement
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NOTE La source lumineuse et le récepteur applicables à ce type d’opacimètre sont situés des deux côtés opposésau
panache de fuméeet à proximité de la paroi extérieure du tuyau d’échappement. Avec ce type d’opacimètre, la longueur
effective du trajet optique dépenddel’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
tempsderéponse 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’opacitmètre 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 dans l’ISO 11614:1999,
8.2.1 et 11.7.2.
3.7.3.2
tempsderéponse électrique de l’opacimètre
t
e
différence entre les instants où le signaldesortieoul’affichage de l’appareil d’enregistrement atteint 10 % et 90 %
de la pleine échelle lorsque la source lumineuse est interrompue ou complètement éteinte en moins de 0,01 s
NOTE Des informations supplémentaires relatives au temps de réponse électrique sont données dans l’ISO 11614:1999,
6.2.6.2.
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4 Symboles et unités
Voir le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et unitésutilisésdans laprésente partie de l'ISO 8178
Symbole Grandeur Unité
B constante de la fonction de Bessel 1
C
constante de la fonction de Bessel 1
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 observée 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
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
temps entre des données successives de fumée s
�t
(� 1/vitesse d’échantillonnage)
T température de l’air d’admission du moteur K
a
X temps de réponse total souhaité s
�1
Y valeur de la fuméedeBesselmoyennée
m ou %
i
transmittance de la fumée%
�
3
densité ambiante sèche
� kg/m
constante de Bessel 1
�
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5 Conditions d’essai
5.1 Conditions d’essai ambiantes
5.1.1 Paramètres des conditions d’essai
La température absolue, T ,del’air d’admission du moteur, exprimée en Kelvins, et la pression atmosphérique
a
sèche, p ,exprimée en kilopascals, doivent être mesurées et le paramètre, f ,doit être déterminé au moyen des
s a
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
��99 T
��
a
f = � (3)
a
��
��
��
��p 298
s
NOTE Cette formule 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, la formule (4) ou la formule (5)
sera utilisée,selonletypederefroidisseur,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, il convient que le paramètre f soit tel que:
a
0,93u f u 1,07 (6)
a
NOTE Il est recommandé de choisir pour les essais un paramètre, f , compris entre 0,96 et 1,06.
a
D’autres critères de validation sont donnés en 7.3.2.3 et en A.3.2.2.
5.2 Puissance
Il convient que certains auxiliaires nécessaires uniquement pour le fonctionnement de la machine et pouvant être
montés sur le moteur soient retirés pour l’essai. La liste non exhaustive suivante est donnée à titre d’exemple:
� compresseur d’air pour les freins;
� compresseur pour direction assistée;
� compresseur de conditionnement d’air;
� pompes pour les commandes hydrauliques.
Pour plus de détails, voir l’ISO 8178-1:1996, 3.8 et Tableau B.1.
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ISO 8178-9:2000(F)
5.3 Système d’admission d’air du moteur
Le moteur en essai doit être équipé d’un système d’admission d’air présentant un étranglement à l’admission d’air
régléà �10% delalimite supérieure spécifiée par le constructeur pour un filtre à air propre. La limite supérieure
doit être celle correspondant aux conditions de fonctionnement du moteur, telles que définies par le constructeur,
qui engendrent le débit d’air maximal pour l’application du moteur.
5.4 Système d’échappement du moteur
Le moteur en essai doit être équipé d’un système d’échappement dont la contre-pression à l’échappement, réglée
à � 10 % de la limite supérieure spécifiée par le constructeur. La limite supérieure doit être dans les conditions de
fonctionnement du moteur telles que définies par le constructeur, celle qui provoque la puissance maximale
déclarée pour l’application du moteur. Les essais peuvent être réalisés avec un silencieux, ce qui conduira à
réduire les pulsations à l’échappement susceptibles d’interférer sur le mesurage des émissions de fumées,etil
convient que l’utilisation de ce silencieux fournisse une meilleure corrélation entre le mesurage des émissions de
fumées au banc d’essai et les essais de mesurage des émissions de fumées sur site susceptibles d’être réalisées.
Il convient que la conception du silencieux (c’est-à-dire le volume) soit typique de celle utilisée pour les applications
réelles sur site du moteur soumis à l’essai.
5.5 Système de refroidissement
Un système de refroidissement du moteur d’une capacité suffisante pour maintenir le moteur aux températures de
fonctionnement normales spécifiées par le constructeur doit être utilisé.
5.6 Huile de lubrification
Les spécifications de l’huile de lubrification utilisée pour l’essai doivent être consignées et jointes aux résultats
d’essai.
5.7 Moteurs avec refroidissement de l’air d’admission
La température du fluide de refroidissement et la température de l’air d’alimentation doivent être consignées.
Le système de refroidissement doit être réglé avec le moteur fonctionnant à la vitesse et à la charge spécifiées par
le constructeur. La température de l’air d’alimentation et la chute de pression dans le refroidisseur doivent être
réglées, respectivement à �4Kprèset à �2kPaprès, sur les valeurs spécifiées par le constructeur.
5.8 Température du carburant d’essai
La température du carburant doit être conforme aux recommandations du constructeur. Lorsque le constructeur ne
précise pas la température, elle doit être de 311 K �5K. À l’exception des cas où on utilise du carburant «lourd»,
la température spécifiée par le constructeur ne doit pas être supérieure à 316 K. La température du carburant doit
être mesurée à l’entréedela pompe d’injection de carburant sauf spécification contraire du constructeur, et
l’emplacement de mesure doit être consigné.
6 Carburants d’essai
Les caractéristiques du carburant influencent l’émission de fumées du moteur. Par conséquent, il convient que les
caractéristiques du carburant utilisé pour l’essai soient déterminées, consignées et présentées avec les résultats
de l’essai. Lorsque les carburants désignéscomme «carburants de référence» dans l’ISO 8178-5 sont utilisés, le
code de référence et l’analyse du carburant doivent être fournis. Pour tous les autres carburants, les
caractéristiques à enregistrer doivent être celles figurant dans les fiches techniques universelles appropriées de
l’ISO 8178-5.
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ISO 8178-9:2000(F)
La sélection du carburant pour l’essai dépend du but de l’essai. Sauf accord particulier entre les parties, le
carburant doit être sélectionné conformément au Tableau 2. Lorsqu'un carburant de référence approprié n’est pas
disponible, un carburant présentant des caractéristiques très proches de celles du carburant de référence peut être
utilisé. Les caractéristiques du carburant doivent être déclarées.
Tableau 2 — Sélection du carburant
Objet de l’essai Parties intéressées Sélection du carburant
Essai de type (certification) Organisme de certification Carburant de référence, s’il est défini
Constructeur ou fournisseur Carburant commercial si aucun
carburant de référence n’est défini
Essai de réception Constructeur ou fournisseur Carburant commercial spécifié par le
a
constructeur
Client ou contrôleur
Recherche/développement Au moins l’une parmi les suivantes: Carburant permettant de satisfaire
l’essai
� constructeur;
� organisme de recherche;
� fournisseur de carburant et
d’huile de lubrification; etc.
a
Il convient que les clients et les contrôleurs prennent note du fait que les essais d’émission réalisésavec des
carburants commerciaux ne sont pas nécessairement conformes aux limites spécifiées lorsque des carburants de
référence sont utilisés. II convient que les spécifications du carburant utilisé pour les essais de réception soient à
l’intérieur de la gamme des spécifications de carbura
...
Questions, Comments and Discussion
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