ISO 5165:1998
(Main)Petroleum products — Determination of the ignition quality of diesel fuels — Cetane engine method
Petroleum products — Determination of the ignition quality of diesel fuels — Cetane engine method
Produits pétroliers — Détermination de la qualité d'inflammabilité des carburants pour moteurs diesel — Méthode cétane
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5165
Third edition
1998-03-01
Petroleum products — Determination of the
ignition quality of diesel fuels — Cetane
engine method
Produits pétroliers — Détermination de la qualité d'inflammabilité des
carburants pour moteurs diesel — Méthode cétane
A
Reference number
ISO 5165:1998(E)
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ISO 5165:1998(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.
International Standard 5165 was prepared by Technical Committee ISO/TC 28, Petroleum products and lubricants.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 5165:1992), of which it constitutes a technical
revision.
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All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
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Printed in Switzerland
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 5165:1998(E)
Petroleum products — Determination of the ignition quality of
diesel fuels — Cetane engine method
WARNING – The use of this International Standard may involve hazardous materials, operations and
equipment. This International Standard does not purport to address all of the safety problems associated
with its use. It is the responsibility of the user of this International Standard to establish appropriate safety
and health practices and determine the applicability of regulatory limitations prior to use.
1 Scope
This International Standard establishes the rating of diesel fuel oil in terms of an arbitrary scale of cetane numbers
using a standard single cylinder, four-stroke cycle, variable compression ratio, indirect injected diesel engine. The
cetane number provides a measure of the ignition characteristics of diesel fuel oil in compression ignition engines. The
cetane number is determined at constant speed in a pre-combustion chamber-type compression ignition test engine.
However, the relationship of test engine performance to full scale, variable speed, variable load engines is not
completely understood.
This International Standard is applicable for the entire scale range from zero cetane number (CN) to 100 CN but typical
testing is in the range of 30 CN to 65 CN.
This test may be used for unconventional fuels such as synthetics, vegetable oils, etc. However, the relationship to the
performance of such materials in full scale engines is not completely understood.
Samples with fluid properties that interfere with the gravity flow of fuel to the fuel pump or delivery through the injector
nozzle are not suitable for rating by this method.
NOTE 1 This International Standard specifies operating conditions in SI units but engine measurements are specified in
inch-pound units because these are the units used in the manufacture of the equipment, and thus some references in this
International Standard include these units in parenthesis.
NOTE 2 For the purposes of this International Standard, the expression “% (V/V)” is used to represent the volume fraction of
a material.
2 Normative references
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this
International Standard. At the time of publication, the editions indicated were valid. All standards are subject to
revision, and parties to agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the standards indicated below. Members of IEC and ISO maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 3015:1992, Petroleum products – Determination of cloud point.
ISO 3170:1988, Petroleum liquids – Manual sampling.
ISO 3171:1988, Petroleum liquids – Automatic pipeline sampling.
ISO 3696:1987, Water for analytical laboratory use – Specification and test methods.
ISO 4787:1984, Laboratory glassware – Volumetric glassware – Methods for use and testing of capacity.
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ASTM D 613-95, Standard test method for cetane number of diesel fuel oils.
ASTM E 832-81, Specification for laboratory filter papers.
3 Principle
The cetane number of a diesel fuel oil is determined by comparing its combustion characteristics in a test engine with
those for blends of reference fuels of known cetane number under standard operating conditions. This is accomplished
using the bracketing handwheel procedure which varies the compression ratio (handwheel reading) for the sample and
each of two bracketing reference fuels to obtain a specific ignition delay permitting interpolation of CN in terms of
handwheel reading.
4 Definitions
For the purposes of this International Standard, the following definitions apply.
4.1
cetane number
Measure of the ignition performance of a diesel fuel oil obtained by comparing it to reference fuels in a standardized
engine test. Ignition performance is understood to mean the ignition delay of the fuel as determined when the standard
test engine is operated under controlled conditions of fuel flow rate, injection timing and compression ratio.
4.2
compression ratio
The ratio of the volume of the combustion chamber including the pre-combustion chamber with the piston at bottom
dead center (b.d.c.) to the comparable volume with the piston at top dead center (t.d.c.)
4.3
ignition delay
Period of time between the start of fuel injection and the start of combustion. It is expressed in degrees of crank
angle rotation.
4.4
injection timing; injection advance
Time in the combustion cycle at which fuel injection into the combustion chamber is initiated. It is expressed in degrees
of crank angle.
4.5
handwheel reading
Arbitrary numerical value, related to compression ratio, obtained from a micrometer scale that indicates the position
of the variable compression plug in the pre-combustion chamber of the engine.
4.6
cetane meter; ignition delay meter
An electronic instrument which displays injection advance and ignition delay derived from input pulses of multiple
transducers (pickups).
4.7
injector opening pressure
Fuel pressure that overcomes the resistance of the spring which normally holds the injector nozzle pintle closed,
and thus forces the pintle to lift and release an injection spray from the nozzle.
4.8
reference pickup
Transducer(s) mounted over the flywheel of the engine, triggered by a flywheel pointer, used to establish a t.d.c.
reference and a time base for calibration of the ignition delay meter.
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4.9
injector pickup
Transducer to detect motion of the injector pintle, thereby indicating the beginning of injection.
4.10
combustion pickup
Pressure transducer exposed to cylinder pressure to indicate the start of combustion.
4.11
primary reference fuels
Hexadecane (cetane), heptamethylnonane (HMN) and volumetrically proportioned mixtures of these materials
which now define the CN scale by the relationship given in the following equation:
CN = % cetane + 0,15 (% HMN) . . . (1)
NOTE 3 The arbitrary CN scale was originally defined as the volume percent of cetane in a blend with 1-methylnaphthalene
(AMN) where cetane had an assigned value of 100 and AMN an assigned value of zero. A change from 1-methylnaphthalene
to heptamethylnonane as the low CN ingredient was made in 1962 to utilize a material of better stability and availability.
Heptamethylnonane was determined to have a CN of 15 based on engine calibration by the ASTM Diesel National Exchange
Group, using blends of cetane and AMN as primary reference fuels. The use of 1-methylnaphthalene as a primary reference
fuel is allowed.
4.12
secondary reference fuels
Volumetrically proportioned blends of two selected hydrocarbon mixtures designated “T fuel” (high CN) and “U fuel”
(low CN) where each numbered paired set of “T fuel” and “U fuel” is calibrated by the ASTM Diesel National
Exchange Group in various combinations by comparison to primary reference fuel blends.
4.13
check fuels
Diesel fuel oils calibrated by the ASTM Diesel National Exchange Group which provide a guide for an individual
laboratory to check the cetane rating performance of a specific engine unit.
5 Reagents and reference materials
water conforming to grade 3 of ISO 3696. Water shall be used in the cylinder jacket for
5.1 Cylinder jacket coolant,
laboratory locations where the resultant boiling temperature is 100 °C ± 2 °C. Water with commercial glycol-based
antifreeze added in sufficient quantity to meet the boiling temperature requirement shall be used when the laboratory
altitude dictates. A commercial multi-functional water-treatment material should be used in the coolant to minimize
corrosion and mineral scale that can alter heat transfer and rating results.
An SAE 30 viscosity grade oil meeting service classification SF/CD or SG/CE
5.2 Engine crankcase lubricating oil.
2 2
shall be used. It shall contain a detergent additive and have a kinematic viscosity of 9,3 mm /s to 12,5 mm /s at 100 °C
and a viscosity index of not less than 85. Oils containing viscosity index improvers shall not be used. Multigraded
lubricating oils shall not be used.
hexadecane with a minimum purity of 99,0 %, as determined by chromatographic
5.3 Cetane primary reference fuel,
analysis, shall be used as the designated 100 cetane number component.
, 2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane with a minimum purity of 98 %
5.4 Heptamethylnonane primary reference fuel
as determined by chromatographic analysis shall be used as the designated 15 cetane number component.
volumetric blends of two diesel fuels having widely different cetane numbers that
5.5 Secondary reference fuels,
have been round-robin engine calibrated by a recognized exchange testing group.
NOTE 4 Blends of “T fuel” and “U fuel” that have been engine calibrated by the ASTM Diesel National Exchange Group may
be and typically are used for routine testing. The calibration data are incorporated in blend tables that list the cetane numbers
assigned for various volume percentage blends of “T fuel” and “U fuel”. “T fuel” typically is in the range of 73 CN to 75 CN and
“U fuel” typically is in the range of 20 CN to 22 CN. These fuels are available from Phillips 66 Company, Bartlesville, OK, USA
and are examples of suitable products available commercially. This information is given for the convenience of users of this
International Standard and does not constitute an endorsement by ISO of these products.
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NOTE 5 Storage and use of “T fuel” and “U fuel” should be at temperatures above 0 °C to avoid potential solidification,
particularly of “T fuel”. Before a container that has been stored at low temperature is placed in service, it should be warmed to a
temperature of at least 15 °C above its cloud point as determined in accordance with ISO 3015. It should be held at this
temperature for a period of at least 30 min and then the container should be thoroughly remixed.
5.6 Check fuels. Diesel fuel oils typical of the middle distillate type that have been engine calibrated by the ASTM
Diesel National Exchange Group.
NOTE 6 Low cetane check fuel will typically be in the range of 38 CN to 42 CN. High cetane check fuel will typically be in the
range of 50 CN to 55 CN.
6 Apparatus
6.1 Test engine assembly
As shown in figure 1 and comprising a single cylinder engine consisting of a standard crankcase with fuel pump
assembly, a cylinder with separate head assembly of the pre-combustion type (see figure 2), thermal-siphon
recirculating jacket coolant system, multiple fuel tank system with selector valving, injector assembly with specific
injector nozzle, electrical controls, and a suitable exhaust pipe. The engine shall be belt connected to a special
electric power-absorption motor which acts as a motor driver to start the engine and as a means to absorb power at
constant speed when combustion is occurring (engine firing). ASTM D 613, Annex A2 (Engine Equipment
Description and Specifications) lists all critical, non-critical and equivalent engine equipment which shall apply for
this International Standard.
6.2 Instrumentation
An electronic instrument to measure injection and ignition delay timing as well as conventional thermometry, gauges
and general purpose meters. ASTM D 613, Annex A3 (Instrumentation Description and Specifications) lists all
critical, non-critical and equivalent instrumentation which shall apply for this International Standard.
NOTE 7 Engine equipment and instrumentation are available from the single source manufacturer, Waukesha Engine
Division, Dresser Industries, Inc., 1000 West St. Paul Avenue, Waukesha, WI 53188, USA, fax: +1 414-549-2960. Waukesha
Engine Division also has authorized sales and service organizations in selected geographic areas.
6.3 Reference fuel dispensing equipment
Calibrated burettes or volumetric ware having a capacity of 400 ml to 500 ml and a maximum volumetric tolerance
of ± 0,2 %. Calibration shall be verified in accordance with ISO 4787. Burettes shall be outfitted with a delivery valve
and delivery tip to accurately control dispensed volumes. The delivery tip shall be of such size and design that shut-
off tip discharge does not exceed 0,5 ml. The rate of delivery from the dispensing system shall not exceed
500 ml/min.
NOTE 8 ASTM D 613, Appendix X1 (Reference Fuel Blending Apparatus and Procedures) provides additional information for
application of this International Standard.
6.4 Injector nozzle tester
The injector nozzle assembly shall be checked whenever the injector nozzle is removed and reassembled to ensure
that the initial pressure at which fuel is discharged from the nozzle is properly set.
NOTE 9 It is also important to inspect the type of spray pattern which occurs. Commercial injector nozzle testers which
include a lever-operated pressure cylinder, fuel reservoir and pressure gauge are available from several sources as common
diesel engine maintenance equipment.
6.5 Special maintenance tools
A number of specialty tools and measuring instruments are available for easy, convenient and effective
maintenance of the engine and testing equipment.
NOTE 10 Lists and descriptions of these tools and instruments are available from the manufacturers of the engine equipment
and those organizations offering engineering and service support for this International Standard.
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Key
A Fuel tanks
B Air heater housing
C Air intake silencer
D Fuel flow-rate burette
E Combustion pickup
F Safety guard
G Variable compression plug
handwheel
H V.C.P. locking handwheel
I Flywheel pickups
J Oil filter cap
K Injection pump safety shutoff
solenoid
L Injector assembly
M Fuel injection pump
N Fuel selector valve
O OIl filter
P Crankcase oil heater control
Q Air heater switch
R Engine start-stop panel
S Instrument panel
T Intake air temperature controller
U Dual digital cetane meter
Figure 1 — Cetane method test engine assembly
7 Sampling and sample preparation
Samples shall be collected in accordance with ISO 3170, ISO 3171 or an equivalent National Standard.
Samples shall be brought to room temperature, typically 18 °C to 32 °C, before engine testing. If necessary, samples
shall be filtered through a Type 1, Class A filter paper, conforming to ASTM E 832, at room temperature and pressure
before engine testing.
8 Basic engine and instrument settings and standard operating conditions
8.1 Installation of engine equipment and instrumentation
Locate the cetane test engine in an area where it will not be affected by certain gases and fumes that may have a
measurable effect on the CN test result.
Installation of the engine and instrumentation requires placement of the engine on a suitable foundation and hook-up of
all utilities. Engineering and technical support for this function is required, and the user shall be responsible to comply
with all local and national codes and installation requirements. Proper operation of the test engine requires assembly of
a number of engine components and adjustment of a series of engine variables to prescribed specifications. Some of
these settings are established by component specifications, others are established at the time of engine assembly or
after overhaul and still others are engine-running conditions that shall be observed and/or determined by operator
adjustment during the testing process.
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Key
1 V.C.P. locking wheel 6 Precombustion chamber
2 V.C.P. handwheel 7 Cylinder head
3 V.C.P. micrometer 8 Injector nozzle assembly
4 Variable compression plug 9 Cylinder
5 Combustion pickup hole 10 Turbulence passage
Figure 2 — CFR engine cylinder head and handwheel assembly
8.2 Engine speed
The engine speed shall be 900 r/min ± 9 r/min when the engine is operating with combustion with a maximum variation
of 9 r/min occurring during a rating. Engine speed when combustion is occurring shall not be more than 3 r/min greater
than for motoring without combustion.
8.3 Valve timing
The engine shall use a four-stroke cycle with two crankshaft revolutions for each complete combustion cycle. The two
critical valve events are those that occur near top-dead-center (t.d.c.); intake valve opening and exhaust valve closing.
Intake valve opening shall occur 10,0° ± 2,5° after-top-dead-center (a.t.d.c.) with closing at 34° after-bottom-dead-
center (a.b.d.c.) on one revolution of the crankshaft and flywheel. Exhaust valve opening shall occur 40° before-
bottom-dead-center (b.b.d.c.) on the second revolution of the crankshaft or flywheel with closing at 15,0° ± 2,5° a.t.d.c.
on the next revolution of the crankshaft or flywheel. ASTM D 613, Annex A4 (Apparatus Assembly and Setting
Instructions) defines the procedures for camshaft timing which shall apply for this International Standard.
8.4 Valve lift
Intake- and exhaust- cam lobe contours, while different in shape, shall have a contour rise of 6,223 mm to 6,350 mm
(0,245 in to 0,250 in) from the base circle to the top of the lobe so that the resulting valve lift shall be
6,045 mm ± 0,05 mm (0,238 in ± 0,002 in). ASTM D 613, Annex A4 (Apparatus Assembly and Setting Instructions)
defines the procedures for measuring valve lift which shall apply for this International Standard.
8.5 Fuel pump timing
Closure of the pump plunger inlet port shall occur at a flywheel crank angle between 300° and 306° on the engine
compression stroke when the fuel flow-rate-micrometer is set to a typical operating position and the variable timing
device lever is at full advance (nearest to operator). See ASTM D 613, Annex A4 (Apparatus Assembly and Setting
6
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Instructions) for detailed instructions on setting and checking the fuel pump timing which shall apply for this
International Standard.
8.6 Fuel pump inlet pressure
A minimum fuel head established by assembly of the fuel tanks (storage reservoirs) and flow-rate-measuring burette so
that the discharge from them is 635 mm ± 25 mm above the centerline of the fuel injection pump inlet.
8.7 Direction of engine rotation
Clockwise rotation of the crankshaft shall occur when observed from the front of the engine.
8.8 Injection timing
This shall occur 13,0° b.t.d.c. for the sample and reference fuels.
8.9 Injector nozzle opening pressure
This shall be 10,3 MPa ± 0,34 MPa.
8.10 Injection flow rate
This shall be (13,0 ± 0,2) ml/min [(60 ± 1)s/13,0 ml].
8.11 Injector coolant passage temperature
This shall be 38 °C ± 3 °C.
8.12 Valve clearances
Setting the clearance between each valve stem and valve rocker half-ball to the following approximate measurements,
upon assembly with the engine cold prior to being operated, will typically provide the controlling engine-running and hot
clearance:
— intake valve 0,075 mm (0,004 in);
— exhaust valve 0,330 mm (0,014 in).
These clearances should ensure that both valves have sufficient clearance to cause valve seating during engine warm-
up. The adjustable-length valve push rods shall be set so that the valve rocker adjusting screws have adequate travel
to permit the final clearance setting. Engine running and hot clearance for both intake and exhaust valves shall be set
to 0,20 mm ± 0,025 mm (0,008 in ± 0,001 in) measured under standard operating conditions with the engine running at
equilibrium conditions on a typical diesel fuel oil.
8.13 Oil pressure
This shall be 172 kPa to 207 kPa.
NOTE 11 The CFR engine unit is equipped with a pressure gau
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 5165
Troisième édition
1998-03-01
Produits pétroliers — Détermination de la
qualité d'inflammabilité des carburants
pour moteurs diesel — Méthode cétane
Petroleum products — Determination of the ignition quality of diesel fuels —
Cetane engine method
A
Numéro de référence
ISO 5165:1998(F)
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ISO 5165:1998(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 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.
La Norme internationale ISO 5165 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 28, Produits pétroliers
et lubrifiants.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 5165:1992), dont elle constitue une
révision technique.
© ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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X.400 c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE ISO ISO 5165:1998(F)
Produits pétroliers — Détermination de la qualité d'inflammabilité
des carburants pour moteurs diesel — Méthode cétane
AVERTISSEMENT — L'utilisation de la présente Norme internationale implique l'intervention de
produits, d'opérations et d'équipements à caractère dangereux. La présente Norme
internationale n'est pas censée aborder tous les problèmes de sécurité concernés par son
usage. Il est de la responsabilité de l'utilisateur de consulter et d'établir des règles de sécurité et
d'hygiène appropriées et de déterminer l'applicabilité des restrictions réglementaires avant
utilisation.
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale prescrit une méthode de détermination de la qualité d’inflammabilité
des carburants pour moteurs diesel, exprimés sur une échelle arbitraire d'indice de cétane, en utilisant
un moteur monocylindre diesel à injection indirecte fonctionnant selon un cycle quatre temps et à taux
de compression variable. L'indice de cétane est déterminé à vitesse de rotation constante, sur un
moteur d'essai à allumage par compression et à préchambre de combustion. Cependant, la relation
entre la performance obtenue sur moteur d'essai et le comportement sur moteur de taille réelle, à
régime de rotation et charge variable, n'est pas complètement comprise.
La présente Norme internationale s'applique dans la gamme d'indices de cétane (IC) allant de 0 à 100,
mais les essais classiques se font entre 30 et 65 d’IC.
Cet essai peut être utilisé pour des carburants non conventionnels comme des produits de synthèse,
des huiles végétales, etc. Toutefois, la relation n'est pas complètement comprise entre la performance
de ses produits et comportement sur moteur de taille réelle.
Les échantillons dont les propriétés de fluide interféreraient avec l'écoulement par gravité entre le
réservoir et la pompe ou avec le débit au travers du nez de l'injecteur, ne peuvent être testés selon cette
méthode.
NOTE 1 La présente Norme internationale définit les conditions opératoires en unités S.I. mais les mesures du moteur sont
définies en pouces (in) et en livres car ce sont les unités utilisées pour la construction de l’équipement, et certaines des
références de la présente Norme internationale donnent ainsi ces unités entre parenthèses.
NOTE 2 Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes «%(m/m)» et «%(V/V)» représentent
respectivement les fractions massique et volumique.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au moment de la
publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties
prenantes des accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres de la
CEI et de l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur à un moment donné.
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ISO 5165:1998(F) ISO
ISO 3015:1992, Produits pétroliers — Détermination du point de trouble.
ISO 3170:1988, Produits pétroliers — Échantillonnage manuel.
ISO 3171:1988, Produits pétroliers — Échantillonnage automatique en oléoduc.
Eau pour laboratoire à usage analytique — Spécification et méthodes
ISO 3696:1987,
d'essai.
ISO 4787:1984, Verrerie volumétrique - Méthode d'utilisation et de mesure de capacité.
ASTM D 613-95, Standard test method for cetane number of diesel fuel oils.
ASTM E 832-81, Specification for laboratory filter papers.
3 Principe
L'indice de cétane d'un carburant diesel est déterminé en comparant, sur un moteur d'essai dans des
conditions opératoires standards, ses caractéristiques de combustion avec celles de mélanges de
carburants de référence ayant des indices de cétane connus. Ceci est réalisé en utilisant la procédure
par encadrement qui fait varier le taux de compression (relevé de volant) pour l'échantillon et chacun
des deux carburants de référence d'encadrement afin d'obtenir un délai d'inflammation spécifique. Ceci
permet d'obtenir l'indice de cétane par interpolation à partir des relevés de volant.
4 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions suivantes s'appliquent:
4.1
indice de cétane
Mesure de la performance d’allumage d’un carburant diesel obtenue en la comparant aux carburants de
référence lors d’un essai de moteur normalisé. On entend par performance d’allumage le délai
d’inflammation du carburant, tel qu’il est déterminé sur un moteur d’essai normalisé dans des conditions
contrôlées de débit du carburant, d’avance à l’injection et de taux de compression.
4.2
taux de compression
Rapport du volume de la chambre de combustion, y compris la préchambre, avec le piston au point mort
bas (p.m.b.), sur le même volume avec le piston étant au point mort haut (p.m.h.).
4.3
délai d’inflammation
Période entre le début de l’injection de carburant et le début de la combustion. Il est exprimé en degrés
d’angle de rotation du vilebrequin.
4.4
calage d’injection; avance à l’injection
Temps dans le cycle de combustion auquel l’injection de carburant dans la chambre de combustion est
initiée. Il est mesuré en degrés d’angle vilebrequin.
4.5
relevé de volant
Valeur numérique arbitraire, liée au taux de compression et obtenue sur une échelle micrométrique,
indiquant la position du piston plongeur qui fixe le volume de la chambre de précombustion du moteur.
2
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ISO ISO 5165:1998(F)
4.6
compteur de cétane; compteur de délai d'inflammation
Instrument électronique qui affiche l'avance à l'injection et le délai d’inflammation obtenus des
impulsions d'entrée de multiples capteurs.
4.7
pression d'ouverture de l'injecteur
Pression du carburant qui dépasse la résistance du ressort qui maintient normalement en position
fermée l'aiguille de l'injecteur et qui oblige ainsi cette aiguille à se soulever et à émettre un jet de
carburant au travers de la buse.
4.8
capteur de référence
Capteur(s) monté(s) sur le volant du moteur et déclenché(s) par un indicateur du volant, utilisé(s) pour
établir une référence de point mort haut (p.m.h.) et une base de temps pour l'étalonnage du compteur
de délai d'inflammation.
4.9
capteur d'injection
Capteur qui détecte le mouvement de l'aiguille d'injecteur et qui indique, de ce fait, le début de
l'injection.
4.10
capteur de combustion
Capteur de pression exposé à la pression du cylindre dans le but d'indiquer le début de la combustion.
4.11
carburants de référence primaires
Hexadécane (n-cétane), heptaméthylnonane (HMN), et mélanges de ces produits exprimés en
pourcentage en volume, qui définissent dorénavant l'échelle d'indice de cétane (IC) selon la relation
suivante:
n
IC = % -cétane + 0,15 (% HMN) . (1)
n
NOTE 3 L'échelle arbitraire d'indice de cétane était à l'origine définie comme étant le pourcentage en volume de -cétane
n
dans un mélange avec du 1-méthylnaphtalène (AMN), où le -cétane avait une valeur attribuée de 100 et l'AMN une valeur
attribuée de 0 . Le passage du 1-méthylnaphtalène à l'heptaméthylnonane en tant que référence à bas indice de cétane s'est
fait en 1962, pour utiliser une produit plus stable au stockage et plus disponible. La valeur d'indice de cétane de
l'heptaméthylnonane fut établie à 15 lors d'un essai circulaire du Diesel National Exchange Group de l'ASTM, en utilisant des
mélanges de n-cétane et d'AMN en tant que carburants de référence primaires. Il est possible d'utiliser le 1-méthylnaphtalène
comme carburant de référence primaire.
4.12
carburants de référence secondaires
Mélanges, exprimés en pourcentage en volume, de deux mélanges d'hydrocarbures désignés l'un par
«carburant T» (indice de cétane élevé) et l'autre par «carburant U» (indice de cétane bas) où chaque lot
de «carburant T» et de «carburant U», numéroté et apparié, a été étalonné par le Diesel National
Exchange Group de l'ASTM, suivant des combinaisons variées, par comparaison à des mélanges de
carburants de référence primaires.
4.13
carburants de contrôle
Carburants diesel étalonnés par le Diesel National Exchange Group de l’ASTM, qui constituent un
moyen pour un laboratoire individuel de contrôler la capacité d'une unité moteur spécifique à mesurer
l'indice de cétane.
3
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5 Réactifs et produits de référence
5.1 Liquide de refroidissement du cylindre: de l’eau conforme à la qualité 3 de l'ISO 3696 doit être
utilisée pour le refroidissement du cylindre dans les laboratoires où la température d'ébullition résultante
est de 100 °C ± 2°C. Utiliser de l'eau contenant de l'antigel commercial à base de glycol en quantité
suffisante pour répondre aux spécifications en température d'ébullition lorsque l'altitude du laboratoire
l'impose. Il est conseillé d'utiliser un produit commercial multi-fonctionnel de traitement de l'eau devrait
être utilisé dans le liquide de refroidissement pour minimiser la corrosion et l'entartrage qui peuvent
affecter les transferts thermiques et la qualité des résultats.
5.2 Lubrifiant du carter moteur: de l’huile de viscosité SAE 30 qui réponde à la classification de
service SF/CD ou SG/CE doit être utilisée. Cette huile doit contenir un additif détergent et avoir une
² ²
viscosité cinématique comprise entre 9,3 mm /s et 12,5 mm /s à 100 °C, ainsi qu'un indice de viscosité
d'au moins 85. Les huiles qui contiennent un améliorant d'indice de viscosité ne doivent pas être
utilisées. Les huiles multigrades ne doivent pas être utilisées.
5.3 Cétane comme carburant de référence primaire: de l’hexadécane d'une pureté d'au moins
99,0 %, déterminée par analyse chromatographique, doit être utilisé comme composant d'indice de
cétane 100.
5.4 Heptaméthylnonane comme carburant de référence primaire: du 2, 2, 4, 4, 6, 8, 8-hepta-
méthylnonane d'une pureté d'au moins 98 %, déterminée par analyse chromatographique, doit être
utilisé comme composant d'indice de cétane 15.
5.5 Carburants de référence secondaires, consistant en mélanges volumétriques de deux carburants
pour moteurs diesel dont les indices de cétane sont très différents et qui ont fait l'objet d'essais
circulaires sur des moteurs étalonnés par un groupe d'essai officiel.
NOTE 4 Les mélanges de «carburant T» et de «carburant U» étalonnés sur moteur par le Diesel National Exchange Group de
l'ASTM sont en général utilisés pour des essais de routine. Les données de l'étalonnage sont intégrées aux tableaux de
mélange qui donnent les indices de cétane pour différents mélanges en pourcentage volumique de «carburant T» et de
«carburant U» L'indice de cétane du «carburant T» est classiquement situé entre 73 et 75 et celui du «carburant U» entre 20 et
22. Ces carburants sont disponibles chez Phillips 66 Company, Bartlesville, OK, USA. Ces carburants sont des exemples de
produits appropriés disponibles sur le marché. Cette information est donnée à l'intention des utilisateurs de la présente Norme
internationale et ne signifie nullement que l'ISO approuve ou recommande l'emploi exclusif des produits ainsi désignés.
NOTE 5 Il est souhaitable que le stockage des carburants «T» et «U» se fasse à des températures supérieures à 0 °C pour
éviter une possible solidification, particulièrement pour le «carburant T». Avant d'utiliser un container stocké à basse
température, il est bon de le porter à une température d'au moins 15 °C au-dessus de son point de trouble mesuré
conformément à l'ISO 3015. Il convient de le maintenir à cette température pendant au moins 30 min, puis d'homogénéiser
parfaitement son contenu.
5.6 Carburants de contrôle, consistant en carburants pour moteurs diesel, de type distillat moyen,
qui ont été étalonnés sur moteur par le Diesel National Exchange Group de l’ASTM.
NOTE 6 Les carburants de contrôle à bas indice de cétane ont classiquement un indice de cétane compris entre 38 et 42. Les
carburants de contrôle à haut indice de cétane ont un indice classiquement compris entre 50 et 55.
6 Unité d'essai de cétane
6.1 Moteur
Comme le montre la figure 1, cette méthode d'essai utilise un moteur monocylindre composé d'un carter
standard avec pompe d'injection, d'un cylindre avec une culasse séparée du type à préchambre, d'un
système de refroidissement fonctionnant par thermosiphon, d'un système de plusieurs réservoirs de
carburant muni d'un robinet distributeur, d'un ensemble injecteur avec un ajutage spécifique, de
commandes électriques et d'un tuyau d'échappement approprié. Le moteur est relié par courroie à un
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moteur électrique à absorption spécial qui entraîne le moteur au démarrage et qui absorbe la puissance
à vitesse constante lorsque il y a combustion (inflammation moteur).
L'annexe A2 de l'ASTM D 613 (Description et spécifications de l'équipement moteur) dresse la liste de
tous les éléments spécifiques, non spécifiques et équivalents de l'équipement moteur qui doivent être
utilisés dans la présente Norme internationale. La figure 2 montre la disposition des éléments de la
chambre de combustion qui doit être utilisée pour la présente Norme internationale.
6.2 Appareillage
Cette méthode d'essai utilise un système électronique pour mesurer l'avance à l'injection et le délai
d'inflammation de même que des thermomètres traditionnels, des sondes et des compteurs de tous
types. L'annexe A3 de l'ASTM D 613 (Description et spécifications de l'appareillage) dresse la liste de
tous les équipements spécifiques, non spécifiques et équivalents du moteur qui sont utilisés dans la
présente Norme internationale.
NOTE 7 Ce moteur et son appareillage sont disponibles chez un seul fabricant, Waukesha Engine Division, Dresser
Industries, Inc. 1000 West St Paul Avenue, Waukesha, WI 53188, Fax: +1 414-549-2960. La division moteur de Waukesha
possède un réseau de vente et de service après-vente dans différentes zones géographiques sélectionnées.
Légende
A Réservoirs de carburant
B Logement du réchauffeur d'air
C Silencieux d'admission
D Burette de débit du carburant
E Capteur de combustion
F Carter de protection
G Volant de réglage du rapport
volumétrique
H Volant de blocage
I Capteurs de référence
J Orifice de remplissage d'huile
K Solénoïde d'arrêt de sécurité de la
pompe à injection
L Injecteur
M Pompe d'injection de carburant
N Vanne de sélection du carburant
O Filtre à huile
PRéglage de la température d^huile
moteur
Q Contacteur de chauffage d'air
R Commande de marche-arrêt du
moteur
S Panneau des instruments de
contrôle
TRéglage de la température de l'air
admis
U Compteur de cétane numérique à
double affichage digital
Figure 1 — Ensemble moteur pour la méthode cétane
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Légende
1 Volant de blocage 6 Préchambre de combustion
2 Volant de réglage du piston plongeur 7 Culasse
3 Vernier 8 Ensemble injecteur
4 Piston plongeur 9 Cylindre
5 Emplacement du capteur de pression 10 Canal de transfert
Figure 2 — Culasse et ensemble volant du moteur CFR
6.3 Équipement de préparation de carburant de référence
Des burettes étalonnées ou des matériels de verrerie jaugés de précision, de capacité de 400 ml ou
±
500 ml, et dont la tolérance volumique maximale est de 0,2 % doivent être utilisés. L'étalonnage doit
être vérifié conformément à l'ISO 4787. Les burettes doivent être munies d'un robinet distributeur et
d'une tubulure de sortie permettant de contrôler avec précision le volume écoulé. La tubulure de sortie
doit être d'une taille et d'une conception telles que le volume s'écoulant à la fermeture du robinet ne soit
pas supérieur à 0,5 ml. Le débit d'écoulement au travers de ce système ne doit pas dépasser
500 ml/min.
NOTE 8 L'appendice X1 de l'ASTM D 613 (Appareils et procédures de mélange des carburants de référence) fournit des
informations supplémentaires utiles à l'application de la présente Norme internationale.
6.4 Contrôle de l'injecteur
L'injecteur doit être vérifié à chaque démontage et remontage pour s'assurer du bon réglage de la
pression de tarage.
NOTE 9 Il est important aussi de vérifier la forme du jet émis. Des systèmes commercialisés de contrôle d'injecteur
comprenant un cylindre de pression manoeuvrable par levier, un réservoir de carburant et un capteur de pression sont des
équipements de maintenance courants pour les moteurs diesel et sont disponibles chez différents fabricants.
6.5 Outils spécifiques de maintenance
Un certain nombre d'outils et d'instruments de mesure spéciaux peuvent être utilisés pour une
maintenance facile, pratique et efficace du moteur et des appareils d'essai.
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NOTE 10 Les listes et descriptions des outils et des instruments sont disponibles auprès du fabricant des moteurs et des
organisations qui offrent un soutien technique et une assistance pour l'utilisation de la présente Norme internationale.
7 Échantillonnage et préparation de l'échantillon
Les échantillons doivent être collectés conformément à l'ISO 3170, à l'ISO 3171 ou à une norme
nationale équivalente.
Les échantillons doivent être portés à la température ambiante, soit en général entre 18 °C et 32 °C,
avant de pratiquer les essais moteurs. Si nécessaire, les échantillons peuvent être filtrés, avant l'essai
moteur, à température ambiante, au travers d'un filtre papier de type I, classe A, conformément à
l’ASTM E 832.
8 Réglages de base du moteur et des instruments et conditions opératoires standards
8.1 Installation de l'équipement et de l'instrumentation du moteur
Placer le moteur d'essai en un lieu où il ne sera pas perturbé par certains gaz et fumées qui pourraient
avoir un effet quantifiable sur le résultat de la mesure d'indice de cétane. L'installation du moteur et de
l'équipement exige de placer le moteur sur des fondations appropriées et d'effectuer toutes les
connections. Prévoir le soutien technologique nécessaire, l'utilisateur étant responsable du respect des
réglementations locales et nationales et des spécifications en matière d’installation. Pour que le moteur
d'essai soit installé convenablement, il faut monter un certain nombre de composants et régler un
ensemble de paramètres moteur selon des spécifications établies. Certains de ces réglages sont fixés
par des spécifications propre au composant, d'autres sont définis lors du montage du moteur ou après
une révision; d'autres encore font partie des conditions de marche du moteur, qui peuvent être
observées et/ou définies par réglage de l'opérateur en cours d'essai.
8.2 Régime de rotation du moteur
±
Le régime de rotation doit être de 900 tr/min 9 tr/min lorsque le moteur fonctionne avec la combustion,
avec une variation maximale de 9 tr/min au cours d'un essai . Le régime de rotation du moteur lorsqu'il y
a combustion ne doit pas dépasser de plus de 3 tr/min celle du moteur entraîné.
8.3 Calage de la distribution
Le moteur fonctionne selon un cycle à quatre temps avec deux tours de vilebrequin par cycle complet
de combustion. Les deux mouvements importants des soupapes ont lieu près du point mort haut
(p.m.h.): l'ouverture de la soupape d'admission et la fermeture de la soupape d'échappement.
L'ouverture de la soupape d'admission se fait à 10,0° ± 2,5° après le point mort haut (a.p.m.h.) et la
fermeture à 34° après le point mort bas (a.p.m.b.) sur le premier tour de vilebrequin. L'ouverture de la
soupape d'échappement se fait à 40° avant le point mort bas (a.v.p.m.b.) au second tour du vilebrequin,
avec fermeture à 15° ± 2,5° au tour suivant du vilebrequin. L'annexe A4 de l'ASTM D 613 (Instructions
de montage et de réglage de l'appareil) définit les procédures relatives au calage de l'arbre à cames qui
s'appliquent pour la présente Norme internationale.
8.4 Levée de soupape
Les profils des cames d'admission et d'échappement, de formes différentes, doivent avoir une levée de
contour comprise entre 6,223 mm et 6,350 mm (de 0,245 in à 0,250 in) du cercle de base au haut du
lobe de telle sorte que la levée de soupape soit de 6,045 mm ± 0,05 mm (0,238 in ± 0,002 in). L'annexe
A4 de l'ASTM D 613 (Instructions de montage et de réglage de l'appareil) définit la procédure pour la
mesure de levée de soupape qui s'applique pour la présente Norme internationale.
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8.5 Calage de la pompe d'injection
La fermeture de l'orifice d'entrée du piston plongeur doit intervenir à un angle vilebrequin compris entre
300° et 306° sur la course de compression du moteur lorsque le micromètre de contrôle de débit de
carburant est réglé sur une position habituelle, et que le levier du dispositif de calage est à pleine
avance (le plus près de l'opérateur). Se référer à l'annexe A4 de l'ASTM D 613 (Instructions de montage
et de réglage de l'appareil) pour le détail des instructions relatives au réglage et à la vérification du
calage de la pompe d'injection dans le cadre de la présente Norme internationale.
8.6 Pression à l'entrée de la pompe d'injection
Une colonne de carburant minimum créée par le montage des réservoirs de carburant (réservoirs de
stockage) et de la burette de mesure du débit, de façon que la charge soit de 635 mm ± 25 mm
au-dessus de l'axe de l'entrée de la pompe d'injection.
8.7 Sens de rotation du moteur
La rotation du vilebrequin doit se faire dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'on observe le
moteur de face.
8.8 Calage de l'injection
Il doit se produire 13,0° avant le point mort haut (a.v.p.m.h.) pour l'échantillon et les carburants de
référence.
8.9 Pression d'ouverture de l'injecteur
Elle doit être de 10,3 MPa ± 0,34 MPa.
8.10 Débit d'injection
Il doit être de (13,0 ± 0,2) ml/min [(60 ± 1) s par 13,0 ml].
8.11 Température de passage du liquide de refroidissement dans l'injecteur
±
Elle doit être de 38 °C 3 °C.
8.12 Jeu aux soupapes
Les valeurs approximatives suivantes de jeu à froid, entre la tige de culbuteur et la demi-sphère du
culbuteur, conduisent généralement aux tolérances prévues en fonctionnement et à chaud:
— soupape d'admission 0,075 mm ( 0,004 in);
— soupape d'échappement 0,330 mm ( 0,014 in).
Ces tolérances devraient permettre que les jeux des deux soupapes soient suffisants pour qu'elles
reposent bien sur leur siège, pendant la mise en température du moteur. La longueur des tiges de
culbuteurs réglables doit être fixée de sorte que les vis de réglage du jeu aux culbuteurs aient une
course adaptée qui permette le réglage final du jeu. Le jeu aux soupapes d'admission et d'échappement
doit être réglé à 0,20 mm ± 0,025 mm (0,008 in ± 0,001 in), mesuré dans les conditions standard, avec
le moteur fonctionnant dans des conditions d'équilibre avec un carburant diesel classique.
8
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8.13 Pression d'huile
Elle doit être dans l’intervalle 172 kPa à 207 kPa.
NOTE 11 Le moteur CFR est muni d'un capteur de pression en pounds per square inch (psi) et la pression de l'huile doit être
comprise entre 25 psi et 30 psi. L'annexe A4 de l'ASTM D 613 (Instructions de montage et de réglage de l'appareil ) définit la
procédure de réglage qui s'applique dans le cadre de la présente Norme internationale.
8.14 Température d'huile
Elle doit être de 57 °C ± 8 °C.
NOTE 12 Le moteur CFR est muni d'un capteur de température en degrés Fahrenheit et la température d'huile doit être de
135 °F ± 15 °F.
8.15 Température du liquide de refroidissement du cylindre
Elle doit être de 100 °C ± 2 °C.
8.16 Température de l'air admission
Elle doit être de 66 °C ± 0,5 °C.
8.17 Délai d'inflammation élémentaire
Il doit être de 13,0° pour l'échantillon et les carburants de référence.
8.18 Niveau du liquide de refroidissement du cylindre
L'ajout, le moteur froid et à l'arrêt, de liquide de refroidissement dans le condenseur de refroidissement,
jusqu'à un niveau juste observable en bas du tube à niveau du condenseur, permettra en général
d'obtenir le niveau approprié lorsque le moteur fonctionne et est chaud.
8.19 Niveau du lubrifiant du carter moteur
Le niveau du lubrifiant dans le carter du moteur en marche et chaud doit être environ à mi-hauteur du
regard du carter.
NOTE 13 L'ajout d'huile dans le carter pour que le niveau atteigne presque le haut du regard lorsque le moteur est froid et à
l'arrêt permettra généralement d'obtenir le niveau correct à chaud et en marche.
8.20 Pression interne dans le carter
La pression, mesurée par un capteur ou un manomètre relié à une ouverture vers l'intérieur du carter
par un orifice tampon pour minimiser les pulsations, doit être inférieure à zéro (dépression) et être en
général entre 25 mm et 150 mm d'eau plus basse que la pression atmosphérique. La dépression ne doit
pas dépasser 254 mm d'eau.
8.21 Contre-pression échappement
La pression statique, mesurée par un capteur ou un manomètre relié à une ouverture dans la capacité
du système d'échappement ou dans la tubulure principale d'échappement, au travers d'un orifice
tampon pour minimiser les pulsations, doit être aussi basse que possible, sans pour autant créer de
dépression ni non plus dépasser de plus de 254 mm de hauteur d'eau la pression atmosphérique.
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8.22 Résonance de l'échappement et du reniflard du carter
Les tubulures d'échappement et du reniflard de carter moteur doivent avoir un volume interne et une
longueur tels que des effets de résonance des gaz ne soient pas possibles.
NOTE 14 L'appendice X2 de l'ASTM D 613 (Techniques opératoires) fournit une procédure appropriée pour déterminer
l'existence éventuelle d'un effet de résonance lorsque l'on applique la présente Norme internationale.
8.23 Dépassement du piston
Le montage du cylindre sur le carter doit conduire à un dépassement du piston de
0,381 mm ± 0,025 mm (0,015 in ± 0,001 in) au dessus de la surface supérieure du cylindre lorsque le
piston est au point mort haut (p.m.h.). Ceci est obtenu en insérant, entre le cylindre et le carter, des
joints en plastiques ou en papier, disponibles en plusieurs épaisseurs et sélectionnés par essais et
contrôles successifs.
8.24 Tension des courroies
Les courroies qui relient le volant au groupe d'absorption de puissance doivent être tendues, après une
période initiale de rodage, afin que, le moteur étant arrêté, un poids de 2,25 kg suspendu à la courroie à
mi-parcours entre le volant et la poulie du moteur abaisse la courroie d'environ 12,5 mm.
8.25 Pression d'ouverture ou de déclenchement de l'injecteur
La vis de réglage de la pression est réglable et doit être positionnée de sorte que le carburant soit libéré
à une pression de 10,3 MPa ± 0,34 MPa. Vérifier ce réglage à chaque fois que l'injecteur est remonté et
après l'avoir nettoyé.
NOTE 15 Il est recommandé d'utiliser un banc d'essai d'injecteur disponible dans le commerce. L'annexe A4 de l'ASTM D 613
(Instructions de montage et de réglage de l'appareil) donne les détails de la procédure qui s'applique dans le cadre de la
présente Norme internationale.
AVERTISSEMENT — Le personnel doit éviter tout contact avec le jet sortant de l'injecteur car il
est à haute pression et pourrait pénétrer sous la peau. Le contrôle de la qualité du jet doit être
effectué sous hotte ou dans un lieu où la ventilation permet d'éviter toute inhalation de vapeur.
8.26 Profil de jet d'injecteur
Vérifier la symétrie et les caractéristiques du jet en regardant la trace d'une seule injection sur un
morceau de filtre papier ou sur tout autre matériau légèrement absorbant placé à environ 76 mm de
l'injecteur.
8.27 Indexation du relevé de volant
8.27.1 Généralités
Les relevés de volant sont une in
...
Questions, Comments and Discussion
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