ISO 8178-5:2008
(Main)Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels
ISO 8178-5:2008 specifies fuels whose use is recommended for performing the exhaust emission test cycles given in ISO 8178-4 and ISO 8178-11. It is applicable to reciprocating internal combustion engines for mobile, transportable and stationary installations excluding engines for motor vehicles primarily designed for road use. It may be applied to engines used, e.g. earth-moving machines and generating sets, and for other applications.
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement — Partie 5: Carburants d'essai
L'ISO 8178-5:2008 spécifie les carburants dont l'utilisation est recommandée pour effectuer les cycles d'essai des émissions de gaz d´échappement donnés dans l'ISO 8178-4 et l'ISO 8178-11. Elle est applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne pour installations mobiles, transportables et fixes, à l'exclusion des moteurs de véhicules conçus originellement pour des applications routières. La présente partie de l'ISO 8178 peut être appliquée aux moteurs utilisés, par exemple pour les engins de terrassement, pour les groupes électrogènes et pour d'autres applications.
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 8178-5
Second edition
2008-10-15
Reciprocating internal combustion
engines — Exhaust emission
measurement —
Part 5:
Test fuels
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de
gaz d'échappement —
Partie 5: Carburants d'essai
Reference number
ISO 8178-5:2008(E)
©
ISO 2008
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ISO 8178-5:2008(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 8178-5:2008(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 3
4 Symbols and abbreviations . 4
5 Choice of fuel . 5
5.1 General. 5
5.2 Influence of fuel properties on emissions from compression ignition engines . 6
5.3 Influence of fuel properties on emissions from spark ignition engines. 8
6 Overview of fuels . 9
6.1 Natural gas . 9
6.2 Liquefied petroleum gas . 9
6.3 Motor gasolines . 10
6.4 Diesel fuels . 10
6.5 Distillate fuel oils . 10
6.6 Residual fuel oils . 11
6.7 Crude oil . 11
6.8 Alternative fuels . 11
6.9 Requirements and additional information. 11
Annex A (informative) Calculation of the fuel specific factors. 24
Annex B (informative) Equivalent non-ISO test methods . 29
Annex C (informative) Organizations capable of providing specifications for commercial fuels . 31
Bibliography . 32
© ISO 2008 – All rights reserved iii
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ISO 8178-5:2008(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 2.
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 document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 8178-5 was prepared by Technical Committee ISO/TC 70, Internal combustion engines, Subcommittee
SC 8, Exhaust gas emission measurement.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 8178-5:1997), which has been technically
revised.
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 under field conditions
⎯ Part 3: Definitions and methods of measurement of exhaust gas smoke under steady-state conditions
⎯ Part 4: Steady-state 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
⎯ Part 11: Test-bed measurement of gaseous and particulate exhaust emissions from engines used in
nonroad mobile machinery under transient test conditions
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ISO 8178-5:2008(E)
Introduction
In comparison with engines for on-road applications, engines for off-road use are made in a much wider range
of power output and configuration and are used in a great number of different applications.
Since fuel properties vary widely from country to country a broad range of different fuels is listed in this part of
ISO 8178 — both reference fuels and commercial fuels.
Reference fuels are usually representative of specific commercial fuels but with considerably tighter
specifications. Their use is primarily recommended for test bed measurements described in ISO 8178-1 and
ISO 8178-11.
For measurements typically at site where emissions with commercial fuels, whether listed or not in this part of
ISO 8178 are to be determined, uniform analytical data sheets (see Clause 5) are recommended for the
determination of the fuel properties to be declared with the exhaust emission results.
© ISO 2008 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 8178-5:2008(E)
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust
emission measurement —
Part 5:
Test fuels
1 Scope
This part of ISO 8178 specifies fuels whose use is recommended for performing the exhaust emission test
cycles given in ISO 8178-4 and ISO 8178-11.
It is applicable to reciprocating internal combustion engines for mobile, transportable and stationary
installations excluding engines for motor vehicles primarily designed for road use. This part of ISO 8178 may
be applied to engines used, e.g. earth-moving machines and generating sets, and for other applications.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 2160:1998, Petroleum products — Corrosiveness to copper — Copper strip test
ISO 2719:2002, Determination of flash point — Pensky-Martens closed cup method
ISO 3007:1999, Petroleum products and crude petroleum — Determination of vapour pressure — Reid
method
ISO 3015:1992, Petroleum products — Determination of cloud point
ISO 3016:1994, Petroleum products — Determination of pour point
ISO 3104:1994, Petroleum products — Transparent and opaque liquids — Determination of kinematic
viscosity and calculation of dynamic viscosity
ISO 3105:1994, Glass capillary kinematic viscometers — Specifications and operating instructions
ISO 3405:2000, Petroleum products — Determination of distillation characteristics at atmospheric pressure
ISO 3675:1998, Crude petroleum and liquid petroleum products — Laboratory determination of density or
relative density — Hydrometer method
ISO 3733:1999, Petroleum products and bituminous materials — Determination of water — Distillation method
ISO 3735:1999, Crude petroleum and fuel oils — Determination of sediment — Extraction method
ISO 3830:1993, Petroleum products — Determination of lead content of gasoline — Iodine monochloride
method
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ISO 8178-5:2008(E)
ISO 3837:1993, Liquid petroleum products — Determination of hydrocarbon types — Fluorescent indicator
absorption method
ISO 3993:1984, Liquefied petroleum gas and light hydrocarbons — Determination of density or relative
density — Pressure hydrometer method
ISO 4256:1996, Liquefied petroleum gases — Determination of gauge vapour pressure — LPG method
ISO 4260:1987, Petroleum products and hydrocarbons — Determination of sulfur content — Wickbold
combustion method
ISO 4262:1993, Petroleum products — Determination of carbon residue — Ramsbottom method
ISO 4264:2007, Petroleum products — Calculation of cetane index of middle-distillate fuels by the
four-variable equation
ISO 5163:2005, Petroleum products — Determination of knock characteristics of motor and aviation fuels —
Motor method
ISO 5164:2005, Petroleum products — Determination of knock characteristics of motor fuels — Research
method
ISO 5165:1998, Petroleum products — Determination of the ignition quality of diesel fuels — Cetane engine
method
ISO 6245:2001, Petroleum products — Determination of ash
ISO 6246:1995, Petroleum products — Gum content of light and middle distillate fuels — Jet evaporation
method
ISO 6326-5:1989, Natural gas — Determination of sulfur compounds — Part 5: Lingener combustion method
ISO 6615:1993, Petroleum products — Determination of carbon residue — Conradson method
ISO 6974 (all parts), Natural gas — Determination of composition with defined uncertainty by gas
chromatography
ISO 7536:1994, Petroleum products — Determination of oxidation stability of gasoline — Induction period
method
ISO 7941:1988, Commercial proprane and butane — Analysis by gas chromatography
ISO 8178-1:2006, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 1:
Test-bed measurement of gaseous and particulate exhaust emissions
ISO 8216-1:2005, Petroleum products — Fuels (class F) — Classification — Part 1: Categories of marine
fuels
ISO 8217:2005, Petroleum products — Fuels (class F) — Specifications of marine fuels
ISO 8691:1994, Petroleum products — Low levels of vanadium in liquid fuels — Determination by flameless
atomic absorption spectrometry after ashing
ISO 8754:2003, Petroleum products — Determination of sulfur content — Energy-dispersive X-ray
fluorescence spectrometry
ISO 8973:1997, Liquefied petroleum gases — Calculation for density and vapour pressure
2 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 8178-5:2008(E)
ISO 10307-1, Petroleum products — Total sediment in residual fuel oils — Part 1: Determination by hot
filtration
ISO 10307-2, Petroleum products — Total sediment in residual fuel oils — Part 2: Determination using
standard procedures for ageing
ISO 10370, Petroleum products — Determination of carbon residue — Micro method
ISO 10478:1994, Petroleum products — Determination of aluminium and silicon in fuel oils — Inductively
coupled plasma emission and atomic absorption spectroscopy methods
ISO 13757:1996, Liquefied petroleum gases — Determination of oily residues — High-temperature method
ISO 14597:1997, Petroleum products — Determination of vanadium and nickel content — Wavelength-
dispersive X-ray fluorescence spectrometry
EN 116:1997, Diesel and domestic heating fuels — Determination of cold filter plugging point
EN 238:1996, Liquid petroleum products — Determination of the benzene content by infrared spectrometry
3 Terms and definitions
For the purposes of document, the following terms and definitions apply.
NOTE Also see any applicable definitions contained in the standards listed in the tables in Annex B.
3.1
carbon residue
residue remaining after controlled thermal decomposition of a product under a restricted supply of oxygen (air)
NOTE The historical methods of Conradson and Ramsbottom have largely been replaced by the carbon residue
(micro) method.
[ISO 1998-2:1998, 2.50.001]
3.2
cetane index
number, calculated to represent the approximate cetane number of a product from its density and distillation
characteristics
NOTE The formula used for calculation is reproduced from statistical analysis of a very large representative sample
of world-wide diesel fuels, on which cetane number and distillation data are known, and thus is subject to change at 5 to
10 year intervals. The current formula is given in ISO 4264. It is not applicable to fuels containing an ignition-improving
additive.
[ISO 1998-2:1998, 2.30.111]
3.3
cetane number
number on a conventional scale, indicating the ignition quality of a diesel fuel under standardized conditions
NOTE It is expressed as the percentage by volume of hexadecane (cetane) in a reference mixture having the same
ignition delay as the fuel for analysis. The higher the cetane number, the shorter the delay.
[ISO 1998-2:1998, 2.30.110]
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ISO 8178-5:2008(E)
3.4
crude oil
naturally occurring form of petroleum, mainly occurring in a porous underground formation such as sandstone
[ISO 1998-1:1998, 1.05.005]
NOTE Hydrocarbon mixture, generally in a liquid state, which may also include compounds of sulfur, nitrogen,
oxygen, metals and other elements.
3.5
diesel fuel
gas-oil that has been specially formulated for use in medium and high-speed diesel engines, mostly used in
the transportation market
NOTE It is often referred to as “automotive diesel fuel”.
[ISO 1998-1:1998, 1.20.131]
3.6
diesel index
number which characterizes the ignition performance of diesel fuel and residual oils, calculated from the
density and the aniline point
NOTE No longer widely used for distillate fuels due to inaccuracy of this method, but applicable to some blended
distillate residual fuel oils. See also 3.2, cetane index.
3.7
liquefied petroleum gas
LPG
mixture of light hydrocarbons, consisting predominantly of propane, propene, butanes and butenes, that may
be stored and handled in the liquid phase under moderate conditions of pressure and at ambient temperature
[ISO 1998-1:1998, 1.15.080]
3.8
octane number
number on a conventional scale expressing the knock-resistance of a fuel for spark-ignition engines
NOTE It is determined in test engines by comparison with reference fuels. There are several methods of test;
consequently the octane number should be accompanied by reference to the method used.
[ISO 1998-2:1998, 2.30.100]
3.9
oxygenate
oxygen containing organic compound which may be used as a fuel or fuel supplement, such as various
alcohols and ethers
4 Symbols and abbreviations
The symbols and abbreviations used in this part of ISO 8178 are identical with those given in
ISO 8178-1:2006 (Clause 4 and Annex A). Those which are essential for this part of ISO 8178 are repeated
below in order to facilitate comprehension.
4 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 8178-5:2008(E)
Symbol Definition Unit
SI
λ Excess air factor (in kilograms dry air per kilogram of fuel) kg/kg
k Fuel specific factor for exhaust flow calculation on wet basis —
f
k Fuel specific factor for the carbon balance calculation —
CB
a
q Intake air mass flow rate on wet basis kg/h
maw
a
q Exhaust gas mass flow rate on wet basis kg/h
mew
q Fuel mass flow rate kg/h
mf
w Mass fraction of hydrogen in the fuel %
ALF
w Mass fraction of carbon in the fuel %
BET
w Mass fraction of sulfur in the fuel %
GAM
w Mass fraction of nitrogen in the fuel %
DEL
w Mass fraction of oxygen in the fuel %
EPS
z Fuel factor for calculation of w —
ALF
a
At reference conditions (T = 273,15 K and p = 101,3 kPa).
5 Choice of fuel
5.1 General
As far as possible, reference fuels should be used for certification of engines.
Reference fuels reflect the characteristics of commercially available fuels in different countries and are
therefore different in their properties. Since fuel composition influences exhaust emissions, emission results
with different reference fuels are not usually comparable. For lab-to-lab comparison of emissions even the
properties of the specified reference fuel are recommended to be as near as possible to identical. This can
theoretically best be accomplished by using fuels from the same batch.
For all fuels (reference fuels and others), the analytical data shall be determined and reported with the results
of the exhaust measurement.
For non-reference fuels, the data to be determined are listed in the following tables:
⎯ Table 4 (Universal analytical data sheet — Natural gas);
⎯ Table 8 (Universal analytical data sheet — Liquefied petroleum gas);
⎯ Table 12 (Universal analytical data sheet — Motor gasolines);
⎯ Table 17 (Universal analytical data sheet — Diesel fuels);
⎯ Table 19 (Universal analytical data sheet — Distillate fuel oils);
⎯ Table 21 (Universal analytical data sheet — Residual fuel oils);
⎯ Table 22 (Universal analytical data sheet — Crude oil).
An elemental analysis of the fuel shall be carried out when the possibility of an exhaust mass flow
measurement or combustion air flow measurement, in combination with the fuel consumption, is not possible.
In such cases, the exhaust mass flow can be calculated using the concentration measurement results of the
exhaust emission, and using the calculation methods given in ISO 8178-1:2006, Annex A. In cases where the
fuel analysis is not available, hydrogen and carbon mass fractions can be obtained by calculation. The
recommended methods are given in A.2.1, A.2.2 and A.2.3.
© ISO 2008 – All rights reserved 5
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ISO 8178-5:2008(E)
Emissions and exhaust gas flow calculations depend on the fuel composition. The calculation of the fuel
specific factors, if applicable, shall be done in accordance with ISO 8178-1:2006, Annex A.
NOTE For non-ISO test methods equivalent to those of ISO International Standards mentioned in this part of
ISO 8178, see Annex B.
5.2 Influence of fuel properties on emissions from compression ignition engines
Fuel quality has a significant effect on engine emissions. Certain fuel parameters have a more or less
pronounced influence on the emissions level. A short overview on the most influencing parameters is given in
5.2.1 to 5.2.3.
5.2.1 Fuel sulfur
Sulfur naturally occurs in crude oil. The sulfur still contained in the fuel after the refining process is oxidized
during the combustion process in the engine to SO , which is the primary source of sulfur emission from the
2
engine. Part of the SO is further oxidized to sulfate (SO ) in the engine exhaust system, the dilution tunnel, or
2 4
by an exhaust aftertreatment system. Sulfate will react with the water present in the exhaust to form sulfuric
acid with associated water that will condense and finally be measured as part of the particulate emission (PM).
Consequently, fuel sulfur has a significant influence on the PM emission.
The mass of sulfates emitted from an engine depends on the following parameters:
⎯ the fuel consumption of the engine (BSFC);
⎯ the fuel sulfur content (FSC);
⎯ the S ⇒ SO conversion rate (CR);
4
⎯ the weight increase by water absorption standardized to H SO ·7H O.
2 4 2
Fuel consumption and fuel sulfur content are measurable parameters, whereas the conversion rate can only
be predicted, since it may vary from engine to engine. Typically, the conversion rate is approximately 2 % for
engines without aftertreatment systems. The following formula has been applied for estimating the sulfur
impact on PM, as presented below:
FSC CR
Sulfur=×BSFC × × 6,937 5 (1)
PM
100 100
where
BSFC is the brake specific fuel consumption, expressed in grams per kilowatt-hour (g/kW⋅h);
FSC is the fuel sulfur content, expressed in milligrams per kilogram (mg/kg);
CR is the S ⇒ SO conversion rate, expressed in percent (%);
4
6,937 5 is the S ⇒ H SO⋅7H O conversion factor.
2 4 2
The relationship between fuel sulfur content and sulfate emission is shown in Figure 1 for an engine without
aftertreatment and a S ⇒ SO conversion rate of 2 %.
4
Many aftertreatment systems contain an oxidation catalyst as integral part of the overall aftertreatment system.
The major purpose of the oxidation catalyst is to enhance specific chemical reactions necessary for the proper
function of the aftertreatment system. Since the oxidation catalyst will also oxidize a considerable amount of
SO to SO , the aftertreatment system is likely to produce a high amount of additional particulates in the
2 4
presence of fuel sulfur. When using such aftertreatment systems, the conversion rate can drastically increase
to about 30 % to 70 % depending on the efficiency of the catalytic converter. This will have a major impact on
the PM emission, as shown in Figure 2 for sulfur levels below 0,05 % (500 ppm).
6 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 8178-5:2008(E)
Key
X sulfur content, in mg/kg
Y sulfur PM, in g/kW⋅h
Figure 1 — Relationship between fuel sulfur and sulfate emission for engines without aftertreatment
Key
X sulfur content, in mg/kg
Y sulfur particulate emission (PM), in g/kW⋅h
a
70 % conversion.
b
30 % conversion.
Figure 2 — Relationship between fuel sulfur and sulfate emission for engines with aftertreatment
© ISO 2008 – All rights reserved 7
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ISO 8178-5:2008(E)
5.2.2 Specific considerations for marine fuels
For marine fuels (distillate and residual fuel oils), sulfur and nitrogen have a significant impact on PM and NO
x
emissions, respectively.
Typically, the sulfur content is higher than for onroad or nonroad diesel fuels by a factor of approximately 10,
as shown in Table 20. Even without any aftertreatment system, the PM sulfur level will be approximately
0,4 g/kW⋅h for a 2 % sulfur fuel. In addition, the high ash, vanadium and sediment fractions will significantly
contribute to the total PM emission. As a consequence, the inherent engine PM emission, which is mainly soot,
is only a very small fraction of the total PM emission. In the application of aftertreatment systems, 5.2.1 should
be carefully considered.
The average nitrogen content of residual fuel oil is currently around 0,4 %, but steadily increasing. In some
cases, nitrogen contents between 0,8 % and 1,0 % have been reported. Assuming a 55 % conversion rate at
a nitrogen level of 0,8 % will increase the NO emission of the engine by more than 2 g/kW⋅h. This is a
x
significant portion of the total NO emission, and has therefore to be carefully taken into account.
x
5.2.3 Other fuel properties
There are a couple of other fuel parameters that have a significant influence on emissions and fuel
consumption of an engine. Contrary to the sulfur influence, their magnitude is less predictable and
unambiguous, but there is always a general trend that is valid for all engines. The most important of these
parameters are the cetane number, density, poly-aromatic content, total aromatics content and distillation
characteristics. Their influence is briefly summarized, below.
For NO , total aromatics is the predominant parameter whereas the effect of poly-aromatics and density is
x
less significant. This can be explained by an increase of the flame temperature with higher aromatics content
during combustion, which results in increased NO emission. For PM, density and poly-aromatics are the most
x
significant fuel parameters. In general, NO will be reduced by 4 % if aromatics are reduced from 30 % to
x
10 %. A similar reduction is possible for PM when reducing poly-aromatics from 9 % to 1 %.
Increasing the cetane number (CN) will improve engine cold start and therefore white smoke emission. It has
also a favorable influence on NO emission particularly at low loads, where reductions of up to 9 % can be
x
achieved if CN is increased from 50 to 58, and fuel consumption with improvements of up to 3 % for the same
CN range.
5.3 Influence of fuel properties on emissions from spark ignition engines
Fuel parameters that have a significant influence on emissions and fuel consumption of an SI engine include
octane number, sulfur level, metal-containing additives, oxygenates, olefins and benzene.
Engines are designed and calibrated for a certain octane value. When a customer uses gasoline with an
octane level lower than that required, knocking may result which could lead to severe engine damage.
Engines equipped with knock sensors can handle lower octane levels by retarding the spark timing.
As mentioned above, sulfur naturally occurs in crude oil. If the sulfur is not removed during the refining
process, it will contaminate the fuel. Sulfur has a significant impact on engine emissions by reducing the
efficiency of catalysts. Sulfur also adversely affects heated exhaust gas oxygen sensors. Consequently, high
sulfur levels will significantly increase HC and NO emissions. Also, lean burn technologies, which require NO
x x
aftertreatment technologies, are extremely sensitive to sulfur.
Metal-containing additives usually form ash and can therefore adversely affect the operation of catalysts and
other components, such as oxygen sensors, in an irreversible way that increases emissions. For example,
MMT (methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl) is a manganese-based compound marketed as an
octane-enhancing fuel additive for gasoline. The combustion products of MMT coat internal engine
components such as spark plugs, potentially causing misfire which leads to increased emissions, increased
fuel consumption and poor engine performance. They also accumulate on and partly plug the catalyst causing
an increased fuel consumption in addition to reduced emission control.
8 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 8178-5:2008(E)
Oxygenated organic compounds, such as MTBE and ethanol, are often added to gasoline to increase octane,
to extend gasoline supplies, or to induce a lean shift in engine stoichiometry to reduce carbon monoxide
emissions. The leaner operation reduces carbon monoxid
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-5
Deuxième édition
2008-10-15
Moteurs alternatifs à combustion
interne — Mesurage des émissions de
gaz d'échappement —
Partie 5:
Carburants d'essai
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 5: Test fuels
Numéro de référence
ISO 8178-5:2008(F)
©
ISO 2008
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ISO 8178-5:2008(F)
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ii © ISO 2008 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 8178-5:2008(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 3
4 Symboles et abréviations . 5
5 Choix du carburant. 5
5.1 Généralités . 5
5.2 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par compression. 6
5.3 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par étincelle . 9
6 Vue d'ensemble des carburants. 10
6.1 Gaz naturels . 10
6.2 Gaz de pétrole liquéfiés . 10
6.3 Essences pour automobiles . 11
6.4 Carburants pour moteurs diesel . 11
6.5 Carburants de type distillat . 11
6.6 Carburants résiduels. 12
6.7 Pétrole brut. 12
6.8 Carburants de substitution. 12
6.9 Exigences et informations additionnelles.13
Annexe A (informative) Calcul des facteurs spécifiques du carburant . 28
Annexe B (informative) Méthodes d'essai non ISO équivalentes . 33
Annexe C (informative) Adresses des organismes pouvant fournir les spécifications
des carburants du commerce. 35
Bibliographie . 36
© ISO 2008 – Tous droits réservés iii
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ISO 8178-5:2008(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 2.
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 du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 8178-5 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.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 8178-5:1997), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
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 en régime permanent 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
⎯ Partie 11: Mesurage au banc d'essai des émissions de gaz et de particules des gaz d'échappement de
moteurs d'engins mobiles non routiers en régime transitoire
iv © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 8178-5:2008(F)
Introduction
Par comparaison avec les moteurs pour applications routières, les moteurs pour applications non routières
sont réalisés en une gamme beaucoup plus large de puissances de sortie et de configurations, et sont utilisés
dans un grand nombre d'applications différentes.
Comme les propriétés des carburants diffèrent de manière importante d'un pays à l'autre, une grande variété
de carburants différents est énumérée dans la présente partie de l'ISO 8178, aussi bien des carburants de
référence que des carburants du commerce.
Les carburants de référence sont généralement représentatifs des carburants du commerce spécifiques, mais
les prescriptions qui s'y rattachent sont beaucoup plus rigoureuses. Il est avant tout recommandé d'utiliser ces
carburants pour les mesurages au banc d'essai prescrits dans l'ISO 8178-1 et l'ISO 8178-11.
Pour les mesurages généraux sur site qui visent à déterminer les émissions avec des carburants du
commerce, que ces données soient incluses ou non dans la présente partie de l'ISO 8178, il est bon d'utiliser
des feuilles de données analytiques uniformes (voir Article 5) pour déterminer les propriétés des carburants à
déclarer en fonction des résultats d'émissions de gaz d'échappement.
© ISO 2008 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 8178-5:2008(F)
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des
émissions de gaz d'échappement —
Partie 5:
Carburants d'essai
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 8178 spécifie les carburants dont l'utilisation est recommandée pour effectuer les
cycles d'essai des émissions de gaz d'échappement donnés dans l'ISO 8178-4 et l'ISO 8178-11.
Elle est applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne pour installations mobiles, transportables et
fixes, à l'exclusion des moteurs de véhicules conçus originellement pour des applications routières. La
présente partie de l'ISO 8178 peut être appliquée aux moteurs utilisés, par exemple pour les engins de
terrassement, pour les groupes électrogènes et pour d'autres applications.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 2160:1998, Produits pétroliers — Action corrosive sur le cuivre — Essai à la lame de cuivre
ISO 2719:2002, Détermination du point d'éclair — Méthode Pensky-Martens en vase clos
ISO 3007:1999, Produits pétroliers et pétrole brut — Détermination de la pression de vapeur — Méthode Reid
ISO 3015:1992, Produits pétroliers — Détermination du point de trouble
ISO 3016:1994, Produits pétroliers — Détermination du point d'écoulement
ISO 3104:1994, Produits pétroliers — Liquides opaques et transparents — Détermination de la viscosité
cinématique et calcul de la viscosité dynamique
ISO 3105:1994, Viscosimètres à capillaires en verre pour viscosité cinématique — Spécifications et
instructions d'utilisation
ISO 3405:2000, Produits pétroliers — Détermination des caractéristiques de distillation à pression
atmosphérique
ISO 3675:1998, Pétrole brut et produits pétroliers liquides — Détermination en laboratoire de la masse
volumique — Méthode à l'aréomètre
ISO 3733:1999, Produits pétroliers et bitumineux — Dosage de l'eau — Méthode par distillation
ISO 3735:1999, Pétrole brut et fuel-oils — Détermination de la teneur en sédiments — Méthode par extraction
© ISO 2008 – Tous droits réservés 1
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ISO 8178-5:2008(F)
ISO 3830:1993, Produits pétroliers — Détermination de la teneur en plomb de l'essence — Méthode au
monochlorure d'iode
ISO 3837:1993, Produits pétroliers liquides — Détermination des groupes d'hydrocarbures — Méthode par
adsorption en présence d'indicateurs fluorescents
ISO 3993:1984, Gaz de pétrole liquéfiés et hydrocarbures légers — Détermination de la masse volumique ou
de la densité relative — Méthode de l'aréomètre sous pression
ISO 4256:1996, Gaz de pétrole liquéfiés — Détermination de la pression de vapeur relative — Méthode GPL
ISO 4260:1987, Produits pétroliers et hydrocarbures — Dosage du soufre — Méthode de combustion
Wickbold
ISO 4262:1993, Produits pétroliers — Détermination du résidu de carbone — Méthode Ramsbottom
ISO 4264:2007, Produits pétroliers — Calcul de l'indice de cétane des distillats moyens par équation à quatre
variables
ISO 5163:2005, Produits pétroliers — Détermination des caractéristiques antidétonantes des carburants pour
moteur automobile et aviation — Méthode moteur
ISO 5164:2005, Produits pétroliers — Détermination des caractéristiques antidétonantes des carburants pour
moteurs automobile — Méthode recherche
ISO 5165:1998, Produits pétroliers — Détermination de la qualité d'inflammabilité des carburants pour
moteurs diesel — Méthode cétane
ISO 6245:2001, Produits pétroliers — Détermination de la teneur en cendres
ISO 6246:1995, Produits pétroliers — Teneur en gommes des distillats légers et moyens — Méthode
d'évaporation au jet
ISO 6326-5:1989, Gaz naturel — Détermination des composés soufrés — Partie 5: Méthode de combustion
Lingener
ISO 6615:1993, Produits pétroliers — Détermination du résidu de carbone — Méthode Conradson
ISO 6974 (toutes les parties), Gaz naturel — Détermination de la composition avec une incertitude définie par
chromatographie en phase gazeuse
ISO 7536:1994, Produits pétroliers — Détermination de la stabilité à l'oxydation de l'essence — Méthode de la
période d'induction
ISO 7941:1988, Propanes et butanes commerciaux — Analyse par chromatographie en phase gazeuse
ISO 8178-1:2006, 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
ISO 8216-1:2005, Produits pétroliers — Classification des combustibles (classe F) — Partie 1: Catégories des
combustibles pour la marine
ISO 8217:2005, Produits pétroliers — Combustibles (classe F) — Spécifications des combustibles pour la
marine
ISO 8691:1994, Produits pétroliers — Détermination des basses teneurs en vanadium dans les combustibles
liquides — Méthode par spectrométrie d'absorption atomique sans flamme après calcination
2 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 8178-5:2008(F)
ISO 8754:2003, Produits pétroliers — Détermination de la teneur en soufre — Spectrométrie de fluorescence
de rayons X dispersive en énergie
ISO 8973:1997, Gaz de pétrole liquéfiés — Méthode de calcul de la masse volumique et de la pression de
vapeur
ISO 10307-1, Produits pétroliers — Insolubles existants dans les fuel-oils résiduels — Partie 1: Détermination
par filtration à chaud
ISO 10307-2, Produits pétroliers — Sédiment total dans les fuel-oils résiduels — Partie 2: Détermination à
l'aide de méthodes de vieillissement de référence
ISO 10370, Produits pétroliers — Détermination du résidu de carbone — Méthode micro
ISO 10478:1994, Produits pétroliers — Détermination de l'aluminium et du silicium dans les combustibles —
Méthodes par spectroscopie d'émission à plasma induit et spectroscopie d'absorption atomique
ISO 13757:1996, Gaz de pétrole liquéfiés — Détermination des résidus huileux — Méthode à haute
température
ISO 14597:1997, Produits pétroliers — Dosage du vanadium et du nickel — Spectrométrie de fluorescence X
dispersive en longueur d'onde
EN 116:1997, Combustibles pour moteurs diesel et pour installations de chauffage domestique —
Détermination de la température limite de filtrabilité
EN 238:1996, Produits pétroliers liquides — Essence — Détermination de la teneur en benzène par
spectrométrie infrarouge
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
NOTE Voir aussi les définitions applicables figurant dans les normes citées dans les tableaux de l'Annexe B.
3.1
résidu de carbone
résidu restant après décomposition thermique contrôlée d'un produit sous une alimentation limitée en
oxygène (air)
NOTE Les méthodes historiques Conradson et Ramsbottom sont largement remplacées par la méthode micro de
résidu de carbone.
[ISO 1998-2:1998, 2.50.001]
3.2
indice de cétane calculé
nombre donnant approximativement l'indice de cétane d'un produit, calculé à partir de sa masse volumique et
de ses caractéristiques de distillation
NOTE La formule utilisée pour ce calcul est tirée de l'analyse statistique d'un très grand nombre de carburants diesel
représentatifs de la production mondiale, et pour lesquels les données d'indice de cétane et de distillation sont connues:
de ce fait, la formule peut nécessiter une révision tous les cinq ans à dix ans. La formule actuelle est donnée dans
l'ISO 4264. Elle n'est pas applicable aux carburants contenant un additif d'amélioration du cétane.
[ISO 1998-2:1998, 2.30.111]
© ISO 2008 – Tous droits réservés 3
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ISO 8178-5:2008(F)
3.3
indice de cétane
nombre d'une échelle conventionnelle, indiquant l'aptitude d'un combustible, pour moteur du type diesel, à
s'enflammer dans des conditions normalisées
NOTE Il est exprimé par le pourcentage en volume d'hexadécane (cétane) dans un mélange de référence présentant
le même délai d'inflammation que le combustible à analyser. L'indice de cétane est d'autant plus élevé que le délai
d'inflammation est court.
[ISO 1998-2:1998, 2.30.110]
3.4
pétrole brut
pétrole naturel se trouvant principalement dans des couches souterraines poreuses telles que les grès
[ISO 1998-1:1998, 1.05.005]
'
NOTE Mélange dhydrocarbures, généralement à l'état liquide, pouvant également contenir des composés de soufre,
d'azote, d'oxygène, de métaux ainsi que d'autres éléments.
3.5
carburant diesel
gas-oil qui a été spécialement formulé pour l'utilisation dans les moteurs diesel à vitesse moyenne ou rapide,
surtout pour le transport
REMARQUE La Note de la version anglaise ne concerne pas la version française.
[ISO 1998-1:1998, 1.20.131]
3.6
indice diesel
'
nombre caractérisant la qualité dallumage des carburants diesel et des carburants résiduels, calculé à partir de
'
la masse volumique et du point daniline
NOTE Du fait de son inexactitude, cet indice est généralement peu utilisé pour les carburants de type distillat, mais
s'applique à certains carburants issus de mélanges de résidus de raffinage. Voir également 3.2, indice de cétane calculé.
3.7
gaz de pétrole liquéfiés
GPL
mélange d'hydrocarbures légers, composé principalement de propane, de propène, de butanes et de butènes,
qui peut être stocké et manipulé en phase liquide sous pression modérée et à température ambiante
[ISO 1998-1:1998, 1.15.080]
3.8
indice d'octane
nombre d'une échelle conventionnelle, exprimant la résistance à la détonation des carburants pour moteurs à
allumage commandé
NOTE Il est déterminé dans des moteurs d'essai par comparaison avec des carburants de référence. Plusieurs
méthodes d'essai étant utilisées, l'indice d'octane est accompagné de la référence à la méthode utilisée.
[ISO 1998-2:1998, 2.30.100]
3.9
oxydant
composant organique contenant de l'oxygène et pouvant être utilisé comme carburant ou additif, comme divers
alcools et éthers
4 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 8178-5:2008(F)
4 Symboles et abréviations
Les symboles et abréviations utilisés dans la présente partie de l'ISO 8178 sont identiques à ceux indiqués
dans l'ISO 8178-1:2006 (Article 4 et Annexe A). Ceux qui sont essentiels dans la présente partie de
l'ISO 8178 sont répétés ci-après pour faciliter la compréhension.
Symbole
Définition Unité
SI
λ Facteur d'excès d'air (en kilogrammes d'air sec par kilogramme de carburant) kg/kg
k Facteur spécifique du carburant pour le calcul du débit des gaz d'échappement humides —
f
k Facteur spécifique du carburant pour le calcul du bilan carbone —
CB
a
q Débit-masse de l'air d'admission humide kg/h
maw
a
q Débit-masse des gaz d'échappement humides kg/h
mew
q Débit-masse du carburant kg/h
mf
w Fraction massique d'hydrogène du carburant %
ALF
w Fraction massique de carbone du carburant %
BET
w Fraction massique de soufre du carburant %
GAM
w Fraction massique d'azote du carburant %
DEL
w Fraction massique d'oxygène du carburant %
EPS
z Facteur du carburant pour le calcul de w —
ALF
a
Aux conditions de référence (T = 273,15 K et p = 101,3 kPa).
5 Choix du carburant
5.1 Généralités
'
Lorsque cela s'avère possible, il convient dutiliser des carburants de référence pour la certification des
moteurs.
Les carburants de référence reflètent les caractéristiques des carburants disponibles dans le commerce dans
divers pays et qui ont donc des propriétés différentes. Étant donné que la composition du carburant a une
'
influence sur les émissions de gaz déchappement, les émissions correspondant à des carburants de
référence différents sont généralement incomparables. Pour les comparaisons des émissions entre
laboratoires, il est recommandé que les propriétés des carburants de référence spécifiés soient aussi proches
que possible. La meilleure manière d'y parvenir est d'utiliser des carburants de même lot.
Pour tous les carburants (carburants de référence ou autres), les données analytiques doivent être définies et
jointes au rapport de mesure des gaz d'échappement.
Pour les carburants qui ne sont pas de référence, les données à déterminer sont énumérées dans les
tableaux suivants:
⎯ Tableau 4 (Fiche de données analytiques générales — Gaz naturels);
⎯ Tableau 8 (Fiche de données analytiques générales — Gaz de pétrole liquéfiés);
⎯ Tableau 12 (Fiche de données analytiques générales — Essences pour automobiles);
⎯ Tableau 17 (Fiche de données analytiques générales — Carburants pour moteurs diesel);
⎯ Tableau 19 (Fiche de données analytiques générales — Carburants de type distillat);
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ISO 8178-5:2008(F)
⎯ Tableau 21 (Fiche de données analytiques générales — Carburants résiduels);
⎯ Tableau 22 (Fiche de données analytiques générales — Pétrole brut).
Une analyse élémentaire du carburant doit être effectuée quand il est impossible de procéder à des
'
mesurages du débit-masse des gaz déchappement ou du débit de l'air de combustion, en même temps que
la consommation de carburant. Dans ces cas, il est possible de calculer le débit-masse des gaz
' '
déchappement à l'aide des résultats des mesurages de la concentration des gaz déchappement et des
méthodes de calcul prescrites dans l'ISO 8178-1:2006, Annexe A. À défaut de disposer de l'analyse du
carburant, les fractions massiques d'hydrogène et de carbone peuvent être obtenues par calcul. Les
méthodes recommandées sont spécifiées en A.2.1, A.2.2 et A.2.3.
Les calculs des émissions et du débit des gaz d'échappement dépendent de la composition du carburant. Le
calcul des facteurs spécifiques du carburant, si nécessaire, doit être réalisé conformément à
l'ISO 8178-1:2006, Annexe A.
NOTE Pour les méthodes d'essai non ISO équivalentes à celles des Normes internationales ISO mentionnées dans
la présente partie de l'ISO 8178, se reporter à l'Annexe B.
5.2 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par compression
La qualité du carburant a une influence significative sur les émissions des moteurs. Certains paramètres du
carburant ont une incidence plus ou moins marquée sur le niveau des émissions. Un bref aperçu des
paramètres les plus influents est donné en 5.2.1 à 5.2.3.
5.2.1 Teneur en soufre du carburant
Le soufre est généralement présent dans le pétrole brut. Le soufre résiduel présent dans le carburant après le
procédé de raffinage est oxydé au cours du procédé de combustion en SO , qui constitue la principale source
2
d'émission de soufre du moteur. Une partie du SO est ensuite oxydée en sulfate (SO ) dans le système
2 4
d'échappement du moteur, le tunnel de dilution ou par un système de traitement postcombustion des gaz
d'échappement. Le sulfate réagit avec l'eau présente dans les gaz d'échappement pour former, avec la
condensation de l'eau, de l'acide sulfurique, qui est finalement mesuré comme partie intégrante des émissions
de particules (PM). Par conséquent, la teneur en soufre du carburant a une influence significative sur les
émissions de particules.
La masse des sulfates émis par un moteur dépend des paramètres suivants:
⎯ la consommation de carburant du moteur (BSFC);
⎯ la teneur en soufre du carburant (FSC);
⎯ le taux de conversion (CR) de S en SO ;
4
⎯ l'augmentation de poids par absorption d'eau normalisée à H SO , 7H O.
2 4 2
La consommation de carburant et la teneur en soufre du carburant sont des paramètres mesurables; le taux
de conversion pour sa part ne peut qu'être estimé dans la mesure où il peut varier d'un moteur à l'autre. En
général, le taux de conversion est d'environ 2 % pour des moteurs sans système de traitement
postcombustion des gaz d'échappement. La Formule (1) est appliquée pour estimer l'effet du soufre sur les
émissions de particules (PM), comme présenté ci-dessous:
FSC CR
Soufre=×BSFC × × 6,9375 (1)
PM
100 100
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ISO 8178-5:2008(F)
où
BSFC est la consommation spécifique de carburant au frein, exprimée en grammes par kilowatt-heure
(g/kW⋅h);
FSC est la teneur en soufre du carburant, exprimée en milligrammes par kilogramme (mg/kg);
CR est le taux de conversion de S en SO , exprimé en pourcent (%);
4
6,937 5 est le facteur de conversion de S en H SO , 7H O.
2 4 2
La Figure 1 illustre la relation entre la teneur en soufre du carburant et l'émission de sulfate pour un moteur
sans traitement postcombustion des gaz d'échappement et pour un taux de conversion de S en SO de 2 %.
4
De nombreux systèmes de traitement postcombustion comportent un catalyseur d'oxydation faisant partie
intégrante du système. Le catalyseur d'oxydation a pour principal objet d'améliorer les réactions chimiques
spécifiques nécessaires au bon fonctionnement du système de traitement postcombustion. Dans la mesure
où le catalyseur d'oxydation convertit une quantité importante de SO en SO , le système de traitement
2 4
postcombustion est susceptible de produire une grande quantité de particules supplémentaires en présence
de soufre dans le carburant. L'utilisation de ces systèmes de traitement postcombustion risque d'augmenter
de manière conséquente le taux de conversion d'environ 30 % à 70 %, selon le rendement du pot catalytique.
Cela a un effet important sur les émissions de particules (PM), illustrées à la Figure 2, pour des teneurs en
soufre (fraction massique) inférieures à 0,05 % (500 ppm).
Légende
X teneur en soufre en mg/kg
Y PM du soufre en g/kW⋅h
Figure 1 — Relation entre la teneur en soufre et l'émission de sulfates pour des moteurs
sans traitement de postcombustion des gaz d'échappement
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ISO 8178-5:2008(F)
Légende
X teneur en soufre en mg/kg
Y PM du soufre en g/kW⋅h
a
Conversion à 70 %.
b
Conversion à 30 %.
Figure 2 — Relation entre la teneur en soufre et l'émission de sulfates pour des moteurs
avec traitement de postcombustion des gaz d'échappement
5.2.2 Considérations spécifiques aux carburants marins
Pour les carburants marins (carburants de type distillat et résiduels), le soufre et l'azote ont un impact
important sur les émissions de particules et de NO , respectivement.
x
En général, la teneur en soufre est plus élevée que pour les carburants diesel routiers ou non routiers, et cela
d'un facteur d'environ 10, tel qu'illustré au Tableau 20. Même sans système de traitement postcombustion des
gaz d'échappement, la teneur en soufre dans l'émission de particules est d'environ 0,4 g/kW⋅h pour un
carburant contenant 2 % de soufre. De plus, les fractions importantes de cendres, de vanadium et de
sédiments contribuent de manière significative à l'émission de particules totale. Par conséquent, l'émission de
particules propre au moteur, constituée principalement de suie, ne représente qu'une très petite fraction de
l'émission de particules totale. Lors de l'application d'un système de trai
...
Questions, Comments and Discussion
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