Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 9: Test cycles and test procedures for measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines using an opacimeter

This document specifies the measurement procedures and test cycles for the evaluation of smoke emissions from compression ignition engines using an opacimeter. The tests are carried out under steady-state and transient operation using tests cycles which are representative of a given application. The smoke testing is conducted using opacimeter-type smoke meters which operate on the light extinction principle. The purpose of this document is to define the smoke test cycles and the methods used to measure the opacity and for the determination of the light absorption coefficient. It allows the use of either full-flow or partial-flow opacimeters and corrects for differences in rise time between the two types of opacimeters. Specifications of the apparatus for the measurement of opacity can be found in ISO 11614. The test procedures and measurement techniques described in this document are applicable to reciprocating internal combustion (RIC) engines in general. Annex D, Annex E, Annex F and Annex G each contains a test cycle that is relevant only for those specific applications listed in the first subclause of that annex. Where possible, the smoke test cycle described in the annex utilizes the engine and machine categories developed in ISO 8178‑4. For certain categories of non-road engines "at site" rather than "test bed" smoke test procedures can prove to be necessary. For engines used in machinery covered by additional requirements (e.g. occupational health and safety regulations), additional test conditions and special evaluation methods can apply.

Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement — Partie 9: Cycles et procédures d'essai pour le mesurage au banc d'essai des émissions de fumées de gaz d'échappement des moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression fonctionnant en régime transitoire

Le présent document spécifie les méthodes de mesure et les cycles d'essai pour l'évaluation des émissions de fumées des moteurs à allumage par compression à l'aide d'un opacimètre. Les essais sont réalisés en régime permanent et transitoire, en appliquant des cycles d'essai qui sont représentatifs de l'application donnée. L'essai de fumée est réalisé en utilisant des fumimètres du type opacimètre qui fonctionnent selon le principe de l'opacimétrie. Le but de du présent document est de définir les cycles d'essai des fumées et les méthodes utilisées pour mesurer l'opacité et pour déterminer le coefficient d'absorption de la lumière. Il permet l'utilisation d'opacimètres à débit total ou à débit partiel et corrige les différences de temps de montée entre les deux types d'opacimètres. Les spécifications de l'appareillage pour le mesurage de l'opacité peuvent être trouvées dans l'ISO 11614. Les méthodes d'essai et les techniques de mesurage décrites dans le présent document sont applicables aux moteurs alternatifs à combustion interne en général. L'Annexes D, l'Annexes E, l'Annexes F et l'Annexes G de la présente partie de l'ISO 8178 comprennent chacune un cycle d'essai correspondant uniquement aux applications spécifiques énumérées dans le premier paragraphe. Dans la mesure du possible, le cycle d'essai des fumées décrit dans l'annexe en question utilise les catégories de moteurs et d'équipements développées dans l'ISO 8178-4. Pour les moteurs utilisés dans des machines couvertes par des spécifications supplémentaires (par exemple les réglementations relatives à l'hygiène et à la sécurité du travail), des conditions d'essai supplémentaires et des méthodes d'évaluation spéciales peuvent s'appliquer.

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Status
Published
Publication Date
21-Jul-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
22-Jul-2019
Completion Date
22-Jul-2019
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ISO 8178-9:2019 - Reciprocating internal combustion engines -- Exhaust emission measurement
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ISO 8178-9:2019 - Moteurs alternatifs a combustion interne -- Mesurage des émissions de gaz d'échappement
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 8178-9
Third edition
2019-07
Reciprocating internal combustion
engines — Exhaust emission
measurement —
Part 9:
Test cycles and test procedures for
measurement of exhaust gas smoke
emissions from compression ignition
engines using an opacimeter
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions
de gaz d'échappement —
Partie 9: Cycles et procédures d'essai pour le mesurage au banc
d'essai des émissions de fumées de gaz d'échappement des moteurs
alternatifs à combustion interne à allumage par compression
fonctionnant en régime transitoire
Reference number
ISO 8178-9:2019(E)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 8178-9:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2019(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 2

4 Symbols and abbreviated terms ........................................................................................................................................................... 4

4.1 Symbols ......................................................................................................................................................................................................... 4

4.2 Abbreviated terms ............................................................................................................................................................................... 5

5 Test conditions ....................................................................................................................................................................................................... 5

6 Test fuels ....................................................................................................................................................................................................................... 6

7 Measurement equipment and accuracy ....................................................................................................................................... 6

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 6

7.2 Engine and ambient related testing equipment ......................................................................................................... 6

7.3 Opacimeters............................................................................................................................................................................................... 6

7.3.1 General...................................................................................................................................................................................... 6

7.3.2 Types of opacimeters ................................................................................................................................................... 7

7.3.3 Performance Specifications .................................................................................................................................... 7

7.3.4 Calibration of the opacimeter ............................................................................................................................... 7

8 Test run execution ............................................................................................................................................................................................... 8

8.1 Installation of the measuring equipment ......... ................................................................................................................ 8

8.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 8

8.1.2 Exhaust pipe ........................................................................................................................................................................ 8

8.1.3 Rain caps ................................................................................................................................................................................. 8

8.1.4 Field testing .......................................................................................................................................................................... 9

8.2 Checking of the opacimeter ......................................................................................................................................................... 9

8.3 Test cycle ...................................................................................................................................................................................................10

9 Data evaluation and calculation ........................................................................................................................................................10

9.1 Data evaluation ....................................................................................................................................................................................10

9.1.1 General requirements — Opacimeters ......................................................................................................10

9.1.2 Beer-Lambert relationships ................................................................................................................................10

9.1.3 Data conversion .............................................................................................................................................................11

9.1.4 Effective optical path length input values ...............................................................................................11

9.2 Signal filter algorithm ....................................................................................................................................................................12

9.2.1 General...................................................................................................................................................................................12

9.2.2 Calculation of filter rise time and Bessel constants ........................................................................12

9.2.3 Calculation of Bessel filtered smoke ............................................................................................................13

9.3 Alternative signal handling .......................................................................................................................................................14

9.3.1 General...................................................................................................................................................................................14

9.3.2 Alternative specifications ......................................................................................................................................14

10 Opacimeter Design Specifications ...................................................................................................................................................14

10.1 General ........................................................................................................................................................................................................14

10.2 Full-flow opacimeter .......................................................................................................................................................................15

10.2.1 General...................................................................................................................................................................................15

10.2.2 Components of a full-flow opacimeter .......................................................................................................15

10.3 Determination of effective optical path length (L ) .............................................................................................16

10.3.1 General...................................................................................................................................................................................16

10.3.2 External versus internal tailpipe dimensions ......................................................................................16

10.4 Partial-flow-opacimeter ...............................................................................................................................................................19

10.4.1 General...................................................................................................................................................................................19

10.4.2 Components of partial-flow opacimeter ..................................................................................................20

© ISO 2019 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 8178-9:2019(E)

Annex A (informative) Overview particulate and soot measurement methods ...................................................23

Annex B (informative) Example of calculation procedure ..........................................................................................................25

Annex C (informative) Remarks on test cycles ........................................................................................................................................37

Annex D (normative) Test cycle for variable-speed non-road engines .........................................................................39

Annex E (normative) Test cycle for constant-speed non-road engines .........................................................................46

Annex F (normative) Test cycle for marine propulsion engines ..........................................................................................50

Annex G (normative) Test cycle for variable speed engines type F (rail traction) ............................................56

Annex H (informative) Test at steady speeds over full-load curve .....................................................................................60

Annex I (normative) Reporting smoke test results ............................................................................................................................62

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................65

iv © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 8178-9:2019(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.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

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. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to

the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see

www .iso .org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 70, Internal combustion engines,

Subcommittee SC 8, Exhaust gas emission measurement.

This third edition cancels and replaces ISO 8178-9:2012 and ISO 8178-10:2002, which have been

technically revised.
The main changes compared to the previous editions are as follows:
— ISO 8178-10:2002 has been incorporated in this document;

— terms and definitions have been harmonized within the ISO 8178 series and differences to other ISO

standards have been described where applicable;

— redundant specifications of testing equipment, calibration and verification requirements have been

deleted or replaced by references to other parts of the ISO 8178 series;
— ambient density smoke correction has been deleted;
— order of annexes has been changed;
— Annex A has been added - Overview particulate and soot measurement methods;
— Annex H has been added - Test at steady speeds over full-load curve;
— Annex I has been added - Reporting smoke tests results.
A list of all parts in the ISO 8178 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
© ISO 2019 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 8178-9:2019(E)
Introduction

On a global scale, there are currently many smoke measurement procedures in various forms. Some

of these smoke measurement procedures are designed for test bed testing and intended to be used

for certification or type-approval purposes. Others are designed for field-testing and can be used in

inspection and maintenance programs. Different smoke measurement methods exist to meet the needs

of various regulatory agencies and industries.

The two smoke measurement methods typically used are (1) the FSN method, measuring light

absorption based on the change in optical reflectance of visible light from a blackening filter paper

relative to the clean filter (filter-type smoke meters) and (2) the exhaust gas opacity method, measuring

transmittance based on light extinction caused by absorption and scattering of light (opacimeter-type

smoke meters).

Figure A.1 in Annex A shows an overview of the measurement methods specified by an ISO standard

including FSN and opacity respectively.

ISO 8178-4 specifies a number of different test cycles to be used to characterize and control gaseous

and particulate emissions from nonroad engines using a variety of steady-state and transient operating

conditions. The test cycles in ISO 8178-4 were developed in recognition of the differing operating

characteristics of various categories of nonroad machines. Likewise, different smoke test cycles can be

appropriate for different categories of nonroad engines and machines.
vi © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 8178-9:2019(E)
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust
emission measurement —
Part 9:
Test cycles and test procedures for measurement of
exhaust gas smoke emissions from compression ignition
engines using an opacimeter
1 Scope

This document specifies the measurement procedures and test cycles for the evaluation of smoke

emissions from compression ignition engines using an opacimeter. The tests are carried out under

steady-state and transient operation using tests cycles which are representative of a given application.

The smoke testing is conducted using opacimeter-type smoke meters which operate on the light

extinction principle. The purpose of this document is to define the smoke test cycles and the methods

used to measure the opacity and for the determination of the light absorption coefficient. It allows the

use of either full-flow or partial-flow opacimeters and corrects for differences in rise time between

the two types of opacimeters. Specifications of the apparatus for the measurement of opacity can be

found in ISO 11614. The test procedures and measurement techniques described in this document are

applicable to reciprocating internal combustion (RIC) engines in general. Annex D, Annex E, Annex F

and Annex G each contains a test cycle that is relevant only for those specific applications listed in the

first subclause of that annex. Where possible, the smoke test cycle described in the annex utilizes the

engine and machine categories developed in ISO 8178-4.

For certain categories of non-road engines “at site” rather than “test bed” smoke test procedures

can prove to be necessary. For engines used in machinery covered by additional requirements (e.g.

occupational health and safety regulations), additional test conditions and special evaluation methods

can apply.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements 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 8178-1:— , Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 1:

Test-bed measurement systems of gaseous and particulate emissions

ISO 8178-2, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 2:

Measurement of gaseous and particulate exhaust emissions under field conditions

ISO 8178-4:— , Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 4:

Steady-state and transient test cycles for different engine applications

ISO 8178-7, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 7: Engine

family determination
1) Under preparation.
2) Under preparation.
© ISO 2019 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 8178-9:2019(E)

ISO 8178-8, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 8:

Engine group determination

ISO 8528-1, Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets — Part 1:

Application, ratings and performance

ISO 11614:1999, Reciprocating internal combustion compression-ignition engines — Apparatus for

measurement of the opacity and for determination of the light absorption coefficient of exhaust gas

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp/
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
exhaust gas smoke

visible suspension of solid and/or liquid particles in gases resulting from combustion or pyrolysis

Note 1 to entry: The exhaust gas smoke may be black smoke, blue smoke, brown smoke or white smoke depending

on the components present in the exhaust gas after the combustion or pyrolysis process. Black smoke (also

referred to as “soot”) is mainly due to the presence of carbon particles. Blue smoke is usually due to droplets

resulting from the incomplete combustion of fuel or lubricating oil. Brown smoke is due to the presence of NO in

the exhaust gas. White smoke is usually due to condensed water and/or liquid fuel.

3.2
transmittance

fraction of light transmitted from a source through a smoke-obscured path which reaches the observer

or the instrument receiver
Note 1 to entry: Transmittance is expressed as a percentage.
3.3
opacity

fraction of light transmitted from a source through a smoke-obscured path which is prevented from

reaching the observer or the instrument receiver
Note 1 to entry: Opacity is expressed as a percentage.
Note 2 to entry: N =−100 τ .
3.4
effective optical path length

length of the smoke-obscured optical path between the opacimeter (3.8) light source and the receiver

Note 1 to entry: Effective optical path length is expressed in meters and corrected, as necessary, for non-

uniformity due to density gradients and fringe effect.
3.5
standard effective optical path length
measurement used to ensure meaningful comparisons of quoted opacity (3.3) values
Note 1 to entry: L values are defined in 9.1.4.
2 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2019(E)
3.6
light absorption coefficient

fundamental property quantifying the ability of a smoke plume or smoke-containing gas sample to

obscure light

Note 1 to entry: Light absorption coefficient is expressed in reciprocal meters (m ).

3.7
Beer-Lambert law

mathematical equation describing the physical relationships between the light absorption coefficient (k)

(3.6), transmittance (τ) (3.2) and effective optical path length (LA) (3.4)

Note 1 to entry: Because the light absorption coefficient (k) cannot be measured directly, the Beer-Lambert law is

used to calculate k, when opacity (N) (3.3) or transmittance (τ) and effective optical path length (L ) are known.

−1 τ
 
k = ×ln (1)
 
L 100
 
−1 N
 
k = ×−ln 1 (2)
 
L 100
 
3.8
opacimeter

instrument used for continuous measurement of opacity (3.3) and light absorption coefficient (3.6) of

the exhaust gas
3.9
full-flow opacimeter

instrument which measures all flow of exhaust gas passing through the smoke measuring chamber

3.10
full-flow end-of-line opacimeter

instrument which measures the opacity (3.3) of the full exhaust plume as it exits at tailpipe

3.11
full-flow in-line opacimeter

instrument which measures the opacity (3.3) of the full exhaust plume within the tailpipe

3.12
partial-flow opacimeter

instrument which samples a part of the total exhaust flow and passes the sample through the

measuring chamber
3.13
opacimeter rise time
overall rise time of the instrument

Note 1 to entry: The definition of the term “opacimeter rise time” used in this document is equal to the definition

of the term “opacimeter response time” used in ISO 11614.
3.14
opacimeter physical rise time

difference between the times when the raw k-signal reaches 10 % and 90 % of the full deviation when

the light absorption coefficient (3.6) of the gas being measured is changed in less than 0,01 s

Note 1 to entry: The physical rise time of the partial-flow opacimeter (3.12) is defined with the sampling probe

and transfer tube. Additional information on the physical rise time can be found in ISO 11614.

© ISO 2019 – All rights reserved 3
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ISO 8178-9:2019(E)

Note 2 to entry: The definition of the term “opacimeter physical rise time” used in this document is equal to the

definition of the term “opacimeter physical response time” used in ISO 11614.
3.15
opacimeter electrical rise time

difference between the times when the instrument recorder output signal or display reaches 10 % and

90 % of full scale when the light source is interrupted or completely extinguished in less than 0,01 s

Note 1 to entry: Additional information on the electrical rise time can be found in ISO 11614.

Note 2 to entry: The definition of the term “opacimeter electrical rise time” used in this document is equal to the

definition of the term “opacimeter electrical response time” used in ISO 11614.
3.16
filter rise time

filter rise time of the applied Bessel filter which is required to remove the high frequency distortions of

the raw opacity (3.3) signal
Note 1 to entry: Additional information can be found in 9.2.

Note 2 to entry: The definition of the term “filter rise time” used in this document is equal to the definition of the

term “filter response time” used in ISO 11614.
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
Symbol Term Unit
B Bessel function constant 1
C Bessel function constant 1
D Bessel function constant 1
E Bessel constant 1
f Data sampling rate Hz
f Atmospheric factor 1
f Bessel filter cut-off frequency s
k Light absorption coefficient m
K Bessel constant 1
L Effective optical path length m
L Standard effective optical path length m
N Opacity %
N Opacity at effective optical path length %
N Opacity at standard effective optical path length %
p Brake mean effective pressure kPa
p Dry atmospheric pressure kPa
P Engine power kW
S Instantaneous smoke value m or %
t Opacimeter electrical rise time s
t Filter rise time for Bessel function s
t Opacimeter physical rise time s
Δt Time between successive smoke data s
4 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2019(E)
Symbol Term Unit
T Engine intake air temperature °C
X overall rise time s
Y Bessel averaged smoke value m or %
ρ Dry ambient density kg/m
τ Transmittance %
Ω Bessel constant 1
4.2 Abbreviated terms
CL Collimating lens
EC Elemental Carbon
EP Exhaust pipe
FAT Free acceleration time
FM Flow monitoring device
ID Inner diameter
LD Light detector
LS Light source
LSV Lug smoke value
MC Measuring chamber
OD Outer diameter
OPL Optical path length
SPU Sampling pump
PSV Peak smoke value
PSV Average of peak smoke values
PSV Peak smoke value for free acceleration
SP Sampling probe
SSSV Steady-state smoke value
TS Temperature sensor
TT Transfer tube
5 Test conditions

For laboratory testing, the requirements regarding engine test conditions of ISO 8178-4 shall be applied

except ISO 8178-4:—, 5.5.

For in-field testing the requirements for laboratory testing shall be applied with certain restrictions.

Such restrictions shall be agreed in advance by the parties involved. It should be noted that emission

© ISO 2019 – All rights reserved 5
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ISO 8178-9:2019(E)

tests carried out under different test conditions do not necessarily comply with the limits specified

when using laboratory conditions.
6 Test fuels

Fuel characteristics influence the engine smoke emissions. Therefore, the characteristics of the fuel

used for the test shall be determined, recorded and presented with the results of the test.

For laboratory testing, the characteristics of the fuel shall fulfil the requirements given in ISO 8178-4:—

, Clause 6.

For in-field testing, the definitions for the acceptance test described in ISO 8178-4:—, Clause 6 shall

apply. It should be noted that emission tests carried out using commercial fuel do not necessarily

comply with the limits specified when using reference fuels.
7 Measurement equipment and accuracy
7.1 General

The following equipment shall be used for smoke tests on engines. This document refers to the

equipment and accuracy requirements necessary for conducting a smoke test.
7.2 Engine and ambient related testing equipment

The following engine and ambient related testing equipment shall comply with the characteristics

given in ISO 8178-1:—, Clause 6 and shall meet the calibration and verification requirements given in

ISO 8178-1:—, Clause 9:
— dynamometer specifications;
— speed sensors;
— torque sensors;
— pressure transducers;
— temperature sensors;
— dew point sensors.

For in-field testing, where applicable, the requirements of the testing equipment shall be applied as

described in
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-9
Troisième édition
2019-07
Moteurs alternatifs à combustion
interne — Mesurage des émissions de
gaz d'échappement —
Partie 9:
Cycles et procédures d'essai
pour le mesurage au banc d'essai
des émissions de fumées de gaz
d'échappement des moteurs
alternatifs à combustion interne
à allumage par compression
fonctionnant en régime transitoire
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 9: Test cycles and test procedures for measurement of exhaust
gas smoke emissions from compression ignition engines using an
opacimeter
Numéro de référence
ISO 8178-9:2019(F)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 8178-9:2019(F)
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© ISO 2019

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, 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, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 8178-9:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ..............................................................................................................................................................................................................................vii

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

4 Symboles et termes abrégés ..................................................................................................................................................................... 4

4.1 Symboles ...................................................................................................................................................................................................... 4

4.2 Termes abrégés ....................................................................................................................................................................................... 5

5 Conditions d'essai ............................................................................................................................................................................................... 6

6 Carburants d'essai .............................................................................................................................................................................................. 6

7 Équipement de mesure et exactitude ............................................................................................................................................. 6

7.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 6

7.2 Équipement d'essai relatif au moteur et à l'environnement ........................................................................... 6

7.3 Opacimètres ............................................................................................................................................................................................... 7

7.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 7

7.3.2 Type d'opacimètres ....................................................................................................................................................... 7

7.3.3 Spécifications relatives à la performance ................................................................................................... 7

7.3.4 Étalonnage de l'opacimètre .................................................................................................................................... 8

8 Exécution de l'essai ............................................................................................................................................................................................ 9

8.1 Installation de l'équipement de mesure ........................................................................................................................... 9

8.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 9

8.1.2 Tubulure d'échappement ......................................................................................................................................... 9

8.1.3 Clapets pare-pluie ........................................................................................................................................................... 9

8.1.4 Essais sur site ..................................................................................................................................................................10

8.2 Vérification de l'opacimètre ......................................................................................................................................................11

8.3 Cycle d'essai ............................................................................................................................................................................................11

9 Évaluation des données et calcul ......................................................................................................................................................11

9.1 Évaluation des données ................................................................................................................................................................11

9.1.1 Exigences générales — Opacimètres ..........................................................................................................11

9.1.2 Relations de la loi Beer-Lambert ....................................................................................................................12

9.1.3 Conversion des données .........................................................................................................................................12

9.1.4 Valeurs d'entrée de la longueur effective du trajet optique ....................................................12

9.2 Algorithme du filtre de signal..................................................................................................................................................13

9.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................13

9.2.2 Calcul du temps de montée du filtre et des constantes de Bessel ......................................13

9.2.3 Calcul des valeurs d'émission de fumées filtrées de Bessel ....................................................15

9.3 Traitement alternatif du signal ..............................................................................................................................................15

9.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................15

9.3.2 Spécifications alternatives ....................................................................................................................................16

10 Spécifications des conceptions d'opacimètres ...................................................................................................................16

10.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................16

10.2 Opacimètre à débit total ..............................................................................................................................................................16

10.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................16

10.2.2 Composants d'un opacimètre à débit total ............................................................................................17

10.3 Détermination de la longueur effective du trajet optique (L ) ...................................................................18

10.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................18

10.3.2 Dimensions extérieures et intérieures de tuyaux d'échappement ....................................18

10.4 Opacimètre à débit partiel .........................................................................................................................................................22

10.4.1 Généralités .........................................................................................................................................................................22

10.4.2 Composants d'un opacimètre à débit partiel .......................................................................................23

© ISO 2019 – Tous droits réservés iii
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ISO 8178-9:2019(F)

Annexe A (informative) Aperçu des méthodes de mesure des particules et de la suie ................................26

Annexe B (informative) Exemple d'une procédure de calcul ...................................................................................................28

Annexe C (informative) Remarques sur les cycles d'essai ...........................................................................................................40

Annexe D (normative) Cycle d'essai pour les moteurs à vitesse variable pour applications

non routières .........................................................................................................................................................................................................42

Annexe E (normative) Cycle d'essai pour les moteurs non routiers à vitesse constante ............................49

Annexe F (normative) Cycle d'essai pour les moteurs marins de propulsion ........................................................53

Annexe G (normative) Cycle d'essai pour les moteurs à vitesse variable de type F (moteurs

de traction ferroviaires) ............................................................................................................................................................................60

Annexe H (informative) Essais à vitesses constantes sur la courbe de pleine charge....................................64

Annexe I (normative) Compte-rendu des résultats de l'essai d'émission de fumées .....................................66

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................69

iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 8178-9:2019(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 procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L'attention est attirée 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. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 70, Moteurs à combustion interne,

sous-comité SC 8, Mesurage des émissions de gaz d'échappement.

Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 8178-9:2012 et ISO 8178-10:2002,

qui ont fait l'objet d'une révision technique.

Les principales modifications par rapport aux éditions précédentes sont les suivantes:

— l'ISO 8178-10:2002 a été incorporée dans le présent document

— les termes et définitions ont été harmonisés dans l'ISO 8178 et différences avec d'autres normes ISO

ont été décrites le cas échéant.

— Les spécifications redondantes de l'équipement d'essai, des exigences d'étalonnage et de vérification

ont été supprimées ou remplacées par des références à d'autres parties de la série ISO 8178.

— Correction de la densité de la fumée ambiante a été supprimée
— l'ordre des annexes a été modifié

— l'Annexe A a été ajoutée- Aperçu des méthodes de mesure des particules et de la suie

— l'Annexe H a été ajoutée - Essais à vitesses constantes sur la courbe de pleine charge

— l'Annexe I a été ajoutée - Compte-rendu des résultats de l'essai d'émission de fumées

Une liste de toutes les parties de la série ISO 8178 est disponible sur le site Internet de l’ISO.

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ISO 8178-9:2019(F)

Il convient d’adresser tout retour ou toute question concernant le présent document à l’organisme

national de normalisation de l’utilisateur. Une liste exhaustive desdits organismes se trouve à l’adresse

www .iso .org/fr/members .html.
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ISO 8178-9:2019(F)
Introduction

Il existe actuellement à l'échelle mondiale de nombreuses méthodes de mesure des fumées sous diverses

formes. Certaines de ces méthodes sont conçues pour des mesures au banc d'essai et sont destinées

à être utilisées aux fins de certification ou d'essai de type. D'autres sont conçues pour des essais sur

site et peuvent être utilisées dans les programmes de contrôle et de maintenance. Il existe différentes

méthodes de mesure des fumées qui satisfont les besoins des différentes autorités et industries.

Les deux méthodes de mesure des émissions de fumées sont généralement (1) la méthode FSN (indice

de fumée du filtre), qui mesure l'absorption de la lumière à partir de la variation entre la réflectance de

la lumière visible avec un papier-filtre noircissant et celle avec un filtre propre (fumimètres à filtre), et

(2) la méthode d'opacité des gaz d'échappement, qui mesure la transmittance à partir de l'absorption et

de la dispersion de la lumière (fumimètres du type opacimètre).

La Figure A.1 de l'Annexe A donne un aperçu des méthodes de mesure spécifiées par une norme ISO,

dont les méthodes FSN et d'opacité respectivement.

L'ISO 8178-4 spécifie un certain nombre de différents cycles d'essai à utiliser pour caractériser et

contrôler les émissions de gaz et de particules des moteurs pour applications non routières, dans

des conditions de fonctionnement diverses en régime permanent et transitoire. Les cycles d'essai

décrits dans l'ISO 8178-4 ont été développés en tenant compte des différentes caractéristiques de

fonctionnement de différentes catégories d'équipements non routiers. De même, différents cycles

d'essai des fumées peuvent convenir à différentes catégories de moteurs et d'équipements non routiers.

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NORME INTERNATIONALE ISO 8178-9:2019(F)
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des
émissions de gaz d'échappement —
Partie 9:
Cycles et procédures d'essai pour le mesurage au banc
d'essai des émissions de fumées de gaz d'échappement des
moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par
compression fonctionnant en régime transitoire
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les méthodes de mesure et les cycles d'essai pour l'évaluation des

émissions de fumées des moteurs à allumage par compression à l'aide d'un opacimètre. Les essais sont

réalisés en régime permanent et transitoire, en appliquant des cycles d'essai qui sont représentatifs de

l'application donnée.

L'essai de fumée est réalisé en utilisant des fumimètres du type opacimètre qui fonctionnent selon le

principe de l'opacimétrie. Le but de du présent document est de définir les cycles d'essai des fumées

et les méthodes utilisées pour mesurer l'opacité et pour déterminer le coefficient d'absorption de la

lumière. Il permet l'utilisation d'opacimètres à débit total ou à débit partiel et corrige les différences

de temps de montée entre les deux types d'opacimètres. Les spécifications de l'appareillage pour le

mesurage de l'opacité peuvent être trouvées dans l'ISO 11614. Les méthodes d'essai et les techniques

de mesurage décrites dans le présent document sont applicables aux moteurs alternatifs à combustion

interne en général. L'Annexes D, l'Annexes E, l'Annexes F et l'Annexes G de la présente partie de

l'ISO 8178 comprennent chacune un cycle d'essai correspondant uniquement aux applications

spécifiques énumérées dans le premier paragraphe. Dans la mesure du possible, le cycle d'essai des

fumées décrit dans l'annexe en question utilise les catégories de moteurs et d'équipements développées

dans l'ISO 8178-4.

Pour les moteurs utilisés dans des machines couvertes par des spécifications supplémentaires (par

exemple les réglementations relatives à l'hygiène et à la sécurité du travail), des conditions d'essai

supplémentaires et des méthodes d'évaluation spéciales peuvent s'appliquer.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences 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 8178-1:— , Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz

d'échappement — Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d'essai

ISO 8178-2, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —

Partie 2: Mesurage des émissions de gaz et de particules sur site
1) À publier.
© ISO 2019 – Tous droits réservés 1
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ISO 8178-9:2019(F)

ISO 8178-4:— , Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz

d'échappement — Partie 4: Cycles d'essai en régimes permanent et transitoire pour différentes applications

des moteurs

ISO 8178-7, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —

Partie 7: Détermination des familles de moteurs

ISO 8178-8, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement —

Partie 8: Détermination des groupes de moteurs

ISO 8528-1, Groupes électrogènes à courant alternatif entraînés par moteurs alternatifs à combustion

interne — Partie 1: Application, caractéristiques et performances

ISO 11614:1999, Moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression — Appareillage de

mesure de l'opacité et du coefficient d'absorption de la lumière des gaz d'échappement

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

L'ISO et la CEI tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
fumée des gaz d'échappement

suspension visible de particules solides et/ou liquides dans les gaz résultant de la combustion ou de la

pyrolyse

Note 1 à l'article: La fumée de gaz d'échappement peut être de la fumée noire, bleue, brune ou blanche selon les

composants présents dans le gaz d'échappement après la combustion ou la pyrolyse. La fumée noire (aussi appelée

«suie») est principalement due à la présence de particules de carbone. La fumée bleue résulte habituellement

des gouttelettes dues à la combustion incomplète du carburant ou de l'huile de lubrification. La fumée brune

est due à la présence de NO dans les gaz d'échappement. La fumée blanche résulte habituellement de l'eau de

condensation et/ou du combustible liquide.
3.2
transmittance

fraction de lumière, exprimée en pourcentage, transmise par une source à travers un faisceau opacifié

par la fumée, qui atteint l'observateur ou le récepteur de mesure
Note 1 à l'article: Le facteur de transmission est exprimé en pourcentage.
3.3
opacité

fraction de lumière, exprimée en pourcentage, émise par une source à travers un faisceau opacifié par

la fumée, qui n'atteint pas l'observateur ou le récepteur de mesure
Note 1 à l'article: L’opacité est exprimée en pourcentage
Note 2 à l'article: N=−100 τ .
2) À publier.
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 8178-9:2019(F)
3.4
longueur effective du trajet optique,

longueur du trajet optique opacifié par la fumée entre la source lumineuse de l'opacimètre (3.8) et le

récepteur

Note 1 à l'article: La longueur effective du trajet optique est exprimée en mètres et corrigée, si nécessaire, pour sa

non-uniformité due aux gradients de densité et à l'effet de bord
3.5
longueur effective normale du trajet optique,

valeur étalon de la longueur effective du trajet optique choisie pour permettre des comparaisons

significatives entre les valeurs d'opacité
Note 1 à l'article: Les valeurs de L sont définies en 9.1.4.
3.6
coefficient d'absorption lumineuse

propriété fondamentale quantifiant la capacité d'un panache de fumée ou d'un échantillon de gaz

contenant de la fumée à obscurcir la lumière

Note 1 à l'article: Le coefficient d'absorption lumineuse est exprimé en mètres réciproques (m ).

3.7
loi de Beer-Lambert

équation mathématique décrivant les relations physiques entre le coefficient d'absorption de la lumière

(k) (3.6), la transmittance (τ) (3.2) et la longueur effective du trajet optique (LA) (3.4)

Note 1 à l'article: Dans la mesure où le coefficient d'absorption de la lumière (k) ne peut être mesuré directement,

la loi de Beer-Lambert est utilisée pour calculer k, lorsque l'opacité (N) ou la transmittance (τ), ainsi que la

longueur effective du trajet optique (L ) sont connus.
−1 τ
 
k = ×ln (1)
 
L 100
 
−1  N 
k = ×−ln 1 (2)
 
L 100
 
3.8
opacimètre

instrument utilisé dans le cadre du mesurage continu de l'opacité (3.3) et du coefficient d'absorption

(3.6)de la lumière du gaz d'échappement
3.9
opacimetre à débit total

instrument qui mesure le débit total de gaz d'échappement traversant la chambre de mesurage de fumée

3.10
opacimetre de fin de ligne à débit total

instrument de mesure de l'opacité (3.3) de la totalité du panache de fumée au moment où il sort du

tuyau d'échappement
3.11
opacimetre en ligne à débit total

instrument de mesure de l'opacité (3.3) de la totalité du panache de fumée dans le tuyau d'échappement

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ISO 8178-9:2019(F)
3.12
opacimètre à débit partiel

instrument qui prélève une partie des gaz d'échappement et qui fait transiter l'échantillon par la

chambre de mesurage
3.13
temps de montée de l'opacimètre,
temps de montée total de l'instrument

Note 1 à l'article: La définition du terme «temps de montée de l'opacimètre» utilisée dans le présent document est

équivalente à la définition du terme «temps de réponse de l'opacimètre» provenant de l'ISO 11614.

3.14
temps de montée physique de l'opacimètre

différence entre les instants où le signal k brut atteint 10 % et 90 % de la pleine échelle lorsque le

coefficient d'absorption de la lumière (3.6) du gaz mesuré se modifie en moins de 0,01 s

Note 1 à l'article: Le temps de montée physique de l'opacimètre à débit partiel (3.12) est défini avec la sonde

d'échantillonnage et le tube de transfert. Des informations supplémentaires relatives au temps de montée

physique sont données dans l'ISO 11614.

Note 2 à l'article: La définition du terme «temps de montée physique de l'opacimètre» utilisée dans le présent

document est équivalente à la définition du terme «temps de réponse physique de l'opacimètre» provenant de

l'ISO 11614.
3.15
temps de montée électrique de l'opacimètre,

différence entre les instants où le signal de sortie ou l'affichage de l'appareil d'enregistrement atteint

10 % et 90 % de la pleine échelle lorsque la source lumineuse est interrompue ou complètement éteinte

en moins de 0,01 s

Note 1 à l'article: Des informations supplémentaires relatives au temps de montée électrique sont données dans

l'ISO 11614.

Note 2 à l'article: La définition du terme «temps de montée électrique de l'opacimètre» utilisée dans la présente

partie de l'ISO 8178 est équivalente à la définition du terme «temps de réponse électrique de l'opacimètre»

provenant de l'ISO 11614.
3.16
temps de montée du filtre

temps de montée pour le filtre de Bessel appliqué, qui est nécessaire pour supprimer les distorsions à

haute fréquence du signal d'opacité (3.3) brut Des informations supplémentaires sont données en 9.2

Note 1 à l'article: Des informations complémentaires sont fournies au 9.2.

Note 2 à l'article: La définition du terme «temps de montée du filtre» utilisée dans le présent document est

équivalente à la définition du terme «temps de réponse du filtre» provenant de l'ISO 11614.

4 Symboles et termes abrégés
4.1 Symboles
Tableau 1 — Symboles généraux
Symbole Terme Unité
B Constante de la fonction de Bessel 1
4 © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 8178-9:2019(F)
Tableau 1 (suite)
Symbole Terme Unité
C Constante de la fonction de Bessel 1
D Constante de la fonction de Bessel 1
E Constante de Bessel 1
f Fréquence d'échantillonnage des données Hz
f Facteur atmosphérique 1
f Fréquence de coupure du filtre de Bessel s
k Coefficient d'absorption de la lumière m
K Constante de Bessel 1
L Longueur effective du trajet optique m
L Longueur effective normale du trajet optique m
N Opacité %
N Opacité avec une longueur effective du trajet optique %
N Opacité avec une longueur effective normale du trajet optique %
p Pression moyenne effective au frein kPa
p Pression atmosphérique sèche kPa
P Puissance du moteur kW
S Valeur de fumée instantanée m ou %
t Temps de montée électrique de l'opacimètre s
t Temps de montée du filtre pour la fonction de Bessel s
t Temps de montée physique de l'opacimètre s
Δt Temps entre des données successives de fumée s
T Température de l'air d'admission du moteur °C
X Temps de montée total s
Y Valeur de la fumée de
...

Questions, Comments and Discussion

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