ISO 8178-5:2015
(Main)Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels
ISO 8178-5:2015 specifies fuels whose use is recommended for performing the exhaust emission test cycles given in ISO 8178-4. It is applicable to reciprocating internal combustion engines for mobile, transportable and stationary installations excluding engines for vehicles primarily designed for road use. This part of ISO 8178 may be applied to engines used, e.g. earth-moving machines and generating sets, and for other applications.
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d'échappement — Partie 5: Carburants d'essai
ISO 8178-5:2015 spécifie les carburants dont l'utilisation est recommandée pour effectuer les cycles d'essai des émissions de gaz d'échappement fournis dans l'ISO 8178‑4. Elle est applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne pour les installations mobiles, transportables ou fixes, à l'exclusion des moteurs de véhicules conçus originellement pour des applications routières. La présente partie de l'ISO 8178 peut être appliquée aux moteurs utilisés, par exemple, sur les engins de terrassement, les groupes électrogènes et pour d'autres applications.
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NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-5
Troisième édition
2015-11-15
Moteurs alternatifs à combustion
interne — Mesurage des émissions de
gaz d’échappement —
Partie 5:
Carburants d’essai
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 5: Test fuels
Numéro de référence
ISO 8178-5:2015(F)
©
ISO 2015
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ISO 8178-5:2015(F)
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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www.iso.org
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 3
5 Choix du carburant . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par compression . 4
5.2.1 Soufre du carburant . 4
5.2.2 Considérations spécifiques aux carburants marins . 7
5.2.3 Autres propriétés des carburants . 7
5.3 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par étincelle . 8
6 Vue d’ensemble des carburants . 9
6.1 Gaz naturels . 9
6.1.1 Gaz naturels de référence . 9
6.1.2 Gaz naturels qui ne sont pas de référence . 9
6.2 Gaz de pétrole liquéfiés . 9
6.2.1 Gaz de pétrole liquéfiés de référence . 9
6.2.2 Gaz de pétrole liquéfiés qui ne sont pas de référence . 9
6.3 Essences pour automobiles.10
6.3.1 Essences de référence pour automobiles .10
6.3.2 Essences pour automobiles qui ne sont pas de référence.10
6.4 Carburants pour moteurs diesels .10
6.4.1 Carburants de référence pour moteurs diesels .10
6.4.2 Carburants pour moteurs diesels qui ne sont pas de référence .10
6.5 Carburants de type distillat.10
6.6 Carburants résiduels .10
6.7 Pétrole brut .11
6.8 Carburants de substitution .11
6.9 Exigences et informations additionnelles .11
Annexe A (informative) Calcul des facteurs spécifiques du carburant .28
Annexe B (informative) Méthodes d’essai non ISO équivalentes .34
Bibliographie .36
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ISO 8178-5:2015(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 (IEC) 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/IEC, 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/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. 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 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’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité technique responsable de l’élaboration du présent document est l’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 8178-5:2008) qui a fait l’objet d’une
révision technique.
L’ISO 8178 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Moteurs alternatifs à
combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d’échappement:
— Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d’essai
— Partie 2: Mesurages des émissions de gaz et de particules sur site
— Partie 3: Définitions et méthodes de mesure de la fumée des gaz d’échappement dans des conditions
stabilisées
1)
— Partie 4: Cycles d’essai en régime permanent pour différentes applications des moteurs
— Partie 5: Carburants d’essai
— Partie 6: Rapport de mesure et d’essai
— Partie 7: Détermination des familles de moteurs
— Partie 8 : Détermination des groupes de moteurs
1) L’ISO 8178-4 est actuellement en cours de révision et sa publication avec le nouveau titre ci-dessus est
prévue en 2016.
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ISO 8178-5:2015(F)
— Partie 9: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage au banc d’essai des émissions de fumées de gaz
d’échappement des moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression fonctionnant
en régime transitoire
— Partie 10: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage sur site des émissions de fumées de gaz
d’échappement des moteurs à allumage par compression fonctionnant en régime transitoire
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ISO 8178-5:2015(F)
Introduction
En comparaison avec les moteurs pour applications routières, les moteurs pour applications non
routières sont réalisés dans une gamme beaucoup plus large de puissances de sortie et de configurations
et sont utilisés dans un grand nombre d’applications différentes.
Étant donné que les propriétés des carburants diffèrent de manière importante d’un pays à l’autre, une
grande variété de carburants différents, que ce soit des carburants de référence ou des carburants du
commerce, est énumérée dans la présente partie de l’ISO 8178.
Les carburants de référence sont généralement représentatifs des carburants du commerce spécifiques,
mais les spécifications qui s’y rattachent sont beaucoup plus rigoureuses. Il est avant tout recommandé
de les utiliser pour les mesurages au banc d’essai spécifiés dans l’ISO 8178‑1.
En ce qui concerne les mesurages sur site permettant de déterminer les émissions de gaz d’échappement
avec des carburants du commerce, que ces données soient incluses ou non dans la présente partie de
l’ISO 8178, il est recommandé d’utiliser des feuilles de données analytiques uniformes (voir Article 5)
pour définir les propriétés des carburants en fonction des résultats d’émissions de gaz.
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NORME INTERNATIONALE ISO 8178-5:2015(F)
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des
émissions de gaz d’échappement —
Partie 5:
Carburants d’essai
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 8178 spécifie les carburants dont l’utilisation est recommandée pour
effectuer les cycles d’essai des émissions de gaz d’échappement fournis dans l’ISO 8178‑4.
Elle est applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne pour les installations mobiles,
transportables ou fixes, à l’exclusion des moteurs de véhicules conçus originellement pour des
applications routières. La présente partie de l’ISO 8178 peut être appliquée aux moteurs utilisés, par
exemple, sur les engins de terrassement, les groupes électrogènes et pour d’autres applications.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables à son application. 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 4264, Produits pétroliers — Calcul de l’indice de cétane des distillats moyens par équation à quatre
variables
ISO 8178-1:2006, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz
d’échappement — Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d’essai
ISO 8216-1, Produits pétroliers — Classification des combustibles (classe F) — Partie 1: Catégories des
combustibles pour la marine
ISO 8217, Produits pétroliers — Combustibles (classe F) — Spécifications des combustibles pour la marine
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
NOTE Voir également les définitions applicables figurant dans les normes citées dans les tableaux de l’Annexe B.
3.1
résidu de carbone
résidu restant après décomposition thermique contrôlée d’un produit sous une alimentation limitée
d’oxygène (air)
Note 1 à l’article: Les méthodes historiques Conradson et Ramsbottom sont largement remplacées par la méthode
(micro) de résidu de carbone.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.50.001]
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ISO 8178-5:2015(F)
3.2
indice de cétane
nombre donnant approximativement l’indice de cétane d’un produit, calculé à partir de sa masse
volumique et de ses caractéristiques de distillation
Note 1 à l’article: La formule utilisée pour ce calcul est tirée de l’analyse statistique d’un très grand nombre de
carburants diesel représentatifs de la production mondiale, et pour lesquels les données d’indice de cétane et de
distillation sont connues. De ce fait la formule peut nécessiter une révision tous les cinq à dix ans. La formule actuelle
est donnée dans l’ISO 4624. Elle n’est pas applicable aux carburants contenant un additif d’amélioration du cétane.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.30.111]
3.3
indice de cétane
nombre d’une échelle conventionnelle, indiquant l’aptitude d’un combustible pour moteur du type
diesel, à s’enflammer dans des conditions normalisées
Note 1 à l’article: Il est exprimé par le pourcentage en volume d’hexadécane (cétane) dans un mélange de
référence présentant le même délai d’inflammation que le combustible à analyser. L’indice de cétane est d’autant
plus élevé que le délai d’inflammation est court.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.30.110]
3.4
pétrole brut
pétrole naturel se trouvant principalement dans des couches souterraines poreuses telles que les grès
[SOURCE: ISO 1998-1:1998, 1.05.005]
Note 1 à l’article: Mélange d’hydrocarbures, généralement à l’état liquide, pouvant également contenir des
composés de soufre, de l’azote, de l’oxygène, des métaux ainsi que d’autres éléments.
3.5
carburant pour moteurs diesels
gas‑oil qui a été spécialement formulé pour l’utilisation dans les moteurs diesels à vitesse moyenne ou
rapide, surtout pour le transport
Note 1 à l’article: Souvent désigné comme « combustible pour automobile diesel ».
[SOURCE: ISO 1998-1:1998, 1.20.131]
3.6
indice diesel
nombre caractérisant la qualité d’allumage des carburants diesel et des carburants résiduels, calculé à
partir de la masse volumique et du point d’aniline
Note 1 à l’article: Du fait de son inexactitude, cet indice est généralement peu utilisé pour les carburants de type
distillat, mais s’applique à certains carburants issus de mélanges de résidus de raffinage. Voir également 3.2,
indice de cétane calculé.
3.7
gaz de pétrole liquéfiés
GPL
mélange d’hydrocarbures légers, composé principalement de propane, propène, butanes et butènes, qui
peut être stocké et manipulé en phase liquide sous pression modérée et à température ambiante
[SOURCE: ISO 1998-1:1998, 1.15.080]
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3.8
indice d’octane
nombre d’une échelle conventionnelle, exprimant la résistance à la détonation des carburants pour
moteurs à allumage commandé
Note 1 à l’article: Il est déterminé dans des moteurs d’essais par comparaison avec des carburants de référence.
Plusieurs méthodes d’essai étant utilisées, il convient que l’indice d’octane soit accompagné de la référence à la
méthode utilisée.
[SOURCE: ISO 1998-2:1998, 2.30.100]
3.9
oxydant
composant organique contenant de l’oxygène et pouvant être utilisé comme carburant ou additif,
comme divers alcools et éthers
4 Symboles et abréviations
Les symboles et abréviations utilisés dans la présente partie de l’ISO 8178 sont identiques à ceux
indiqués dans l’ISO 8178-1:2006, Article 4 et Annexe A. Ceux qui sont essentiels à la présente partie de
l’ISO 8178 sont répétés ci‑après, afin d’en faciliter la compréhension.
Symbole SI Définition Unité
λ Facteur d’excès d’air (en kilogrammes d’air sec par kilogramme de carbu- kg/kg
rant)
k Facteur spécifique du carburant pour le calcul du débit des gaz d’échappe- —
f
ment humides
k Facteur spécifique du carburant pour le calcul du bilan carbone —
CB
a
q Débit-volume de l’air d’admission humide kg/h
maw
a
q Débit‑volume des gaz d’échappement humides kg/h
mew
q Débit-masse du carburant kg/h
mf
w Fraction massique d’hydrogène du carburant %
ALF
w Fraction massique de carbone du carburant %
BET
w Fraction massique de soufre du carburant %
GAM
w Fraction massique d’azote du carburant %
DEL
w Fraction massique d’oxygène du carburant %
EPS
z Facteur du carburant pour le calcul de w —
ALF
a
Aux conditions de référence (T = 273,15 K et p = 101,3 kPa).
5 Choix du carburant
5.1 Généralités
Lorsque cela s’avère possible, il convient d’utiliser des carburants de référence pour la certification des
moteurs.
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ISO 8178-5:2015(F)
Les carburants de référence reflètent les caractéristiques des carburants disponibles dans le commerce
dans divers pays et qui ont donc des propriétés différentes. Étant donné que la composition du carburant
a une influence sur les émissions de gaz d’échappement, les émissions correspondant à des carburants
de référence différents sont généralement incomparables. Pour les comparaisons interlaboratoires,
il est recommandé que les propriétés des carburants de référence spécifiés soient aussi proches que
possible. La meilleure manière d’y parvenir est d’utiliser des carburants de même lot.
Pour tous les carburants (carburants de référence ou autres), les données analytiques doivent être
définies et jointes au rapport de mesure des gaz d’échappement.
Pour les carburants qui ne sont pas de référence, les données à déterminer sont énumérées dans les
tableaux suivants:
— Tableau 4 (Fiche de données analytiques générales — Gaz naturels);
— Tableau 8 (Fiche de données analytiques générales — Gaz de pétrole liquéfiés);
— Tableau 13 (Fiche de données analytiques générales — Essences pour automobile);
— Tableau 17 (Fiche de données analytiques générales — Carburants pour moteurs diesels);
— Tableau 19 (Fiche de données analytiques générales — Carburants de type distillat);
— Tableau 21 (Fiche de données analytiques générales — Carburants résiduels);
— Tableau 22 (Fiche de données analytiques générales — Pétrole brut);
Une analyse élémentaire du carburant doit être effectuée lorsqu’il est impossible de procéder à des
mesurages du débit‑masse des gaz d’échappement ou du débit de l’air de combustion en même temps
que la consommation de carburant. Dans ce cas, il est possible de calculer le débit‑masse des gaz
d’échappement à l’aide des résultats des mesurages de la concentration des gaz d’échappement et des
méthodes de calcul spécifiées dans l’ISO 8178‑1:2006, Annexe A. À défaut de disposer de l’analyse du
carburant, les fractions massiques d’hydrogène et de carbone peuvent être obtenues par calcul. Les
méthodes recommandées sont spécifiées en A.2.1, A.2.2 et A.2.3.
Les calculs des émissions et du débit des gaz d’échappement dépendent de la composition du carburant.
Le calcul des facteurs spécifiques du carburant, si nécessaire, doit être réalisé conformément à
l’ISO 8178-1:2006, Annexe A.
NOTE Pour les méthodes d’essai non ISO équivalentes à celles des Normes internationales mentionnées dans
la présente partie de l’ISO 8178, se reporter à l’Annexe B.
5.2 Influence des propriétés du carburant sur les émissions des moteurs à allumage
par compression
La qualité du carburant a une influence significative sur les émissions des moteurs. Certains paramètres
du carburant ont une incidence plus ou moins marquée sur le niveau des émissions. Un léger aperçu des
paramètres les plus influents est donné de 5.2.1 à 5.2.3.
5.2.1 Soufre du carburant
Le soufre est généralement présent dans le pétrole brut. Le soufre résiduel présent dans le carburant
après le procédé de raffinage est oxydé au cours du procédé de combustion en SO , qui constitue la
2
principale source d’émission de soufre du moteur. Une partie du SO est ensuite oxydée en sulfate
2
(SO ) dans le système d’échappement du moteur, le tunnel de dilution ou par un système de traitement
4
postcombustion des gaz d’échappement. Le sulfate réagit avec l’eau présente dans les gaz d’échappement
pour former avec la condensation de l’eau de l’acide sulfurique qui est finalement mesuré comme partie
intégrante des émissions de particules (PM). Par conséquent, la teneur en soufre du carburant a une
influence significative sur les émissions de particules.
4 © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO 8178-5:2015(F)
La masse des sulfates émis par un moteur dépend des paramètres suivants:
— la consommation de carburant du moteur (BSFC);
— la teneur en soufre du carburant (FSC);
— le taux de conversion S ⇒ SO (CR);
4
— l’augmentation de poids par absorption d’eau normalisée à H SO ·6,651 H O.
2 4 2
La consommation de carburant et la teneur en soufre du carburant sont des paramètres mesurables; le
taux de conversion pour sa part ne peut qu’être estimé dans la mesure où il peut varier d’un moteur à
l’autre. En général, le taux de conversion est d’environ 2 % pour des moteurs sans système de traitement
postcombustion des gaz d’échappement. La formule suivante a été appliquée pour estimer l’effet du
soufre sur l’émission de particules (PM), comme présenté dasn la Formule (1):
FSCCR
Soufre =×BSFC ×× 6,795 296 (1)
PM
1,,000 000 100
où
soufre est la contribution spécifique du soufre du carburant au frein au PM, exprimée en grammes
PM
par kilowatt‑heure (g/kW‑h);
BSFC est la consommation spécifique de carburant au frein, exprimée en grammes par kilo-
watt‑heure (g/kW‑h);
FSC est la teneur en soufre du carburant, exprimée en milligrammes par kilogramme (mg/kg);
CR est le taux de conversion S ⇒ SO , exprimé en pourcentage %
4
6,795 296 est le facteur de conversion S ⇒ H SO ·6,651 H O
2 4 2
Tout ceci est fondé sur l’hypothèse selon laquelle 1,221 6 grammes d’eau est associée à chaque gramme
de H S0 du fait de la température du point de rosée de 9,5 °C dans l’environnement de pesée. Cela
2 4
correspond à 6,651 H O.
2
Le rapport entre la teneur en soufre du carburant et l’émission de sulfates est illustré à la Figure 1 pour
un moteur sans traitement postcombustion et un taux de conversion de S à SO de 2 %.
4
De nombreux systèmes de traitement postcombustion comportent un catalyseur d’oxydation faisant
partie intégrante du système. Le catalyseur d’oxydation a pour principal objet d’améliorer les réactions
chimiques spécifiques nécessaires au bon fonctionnement du système de traitement postcombustion.
Dans la mesure où le catalyseur d’oxydation convertit une quantité importante de SO en SO , le
2 4
système de traitement postcombustion est susceptible de produire une grande quantité de particules
supplémentaires en présence de soufre dans le carburant. L’utilisation de ces systèmes de traitement
postcombustion risque d’augmenter de manière conséquente le taux de conversion d’environ 30 % à
70 % selon le rendement du pot catalytique. Cela a un effet important sur les émissions de particules
(PM), tel qu’illustré à la Figure 2.
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ISO 8178-5:2015(F)
Légende
X teneur en soufre du carburant, exprimée en mg/kg
Y PM soufre, exprimé en g/kW‑h
Figure 1 — Relation entre la teneur en soufre du carburant et l’émission de sulfates pour des
moteurs sans traitement postcombustion des gaz d’échappement
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ISO 8178-5:2015(F)
Légende
X teneur en soufre du carburant, exprimée en mg/kg
Y PM soufre, exprimé en g/kW‑h
1 conversion à 70 %
2 conversion à 30 %
Figure 2 — Relation entre la teneur en soufre du carburant et l’émission de sulfates pour des
moteurs avec traitement postcombustion des gaz d’échappement
5.2.2 Considérations spécifiques aux carburants marins
Le soufre et l’azote ont un impact respectif important sur les émissions de particules (PM) et les
émissions de NO pour les carburants marins (carburants de type distillat et résiduels).
x
En général, la teneur en soufre est plus élevée que pour les carburants diesel routiers ou non routiers
et ce d’un facteur d’environ 10, tel qu’illustré au Tableau 21. Même sans système de traitement
postcombustion des gaz d’échappement, la teneur en soufre dans l’émission de particules est d’environ
0,4 g/kWh pour un carburant contenant 2 % de soufre. De plus, les fractions importantes de cendres,
de vanadium et de sédiments contribuent de manière significative à l’émission de particules totale. Par
conséquent, l’émission de particules propre au moteur, constituée principalement de suie, ne représente
qu’une très petite fraction de l’émission de particules totale. Lors de l’application de systèmes de
traitement postcombustion des gaz d’échappement, il convient que les spécifications de 5.2.1 soient
soigneusement prises en compte.
La teneur moyenne en azote des carburants résiduels est généralement d’environ 0,4 % mais augmente
de façon constante. Dans certains cas, des teneurs en azote comprises entre 0,8 % et 1,0 % ont été
rapportées. En supposant un taux de conversion de 55 % pour une teneur en azote de 0,8 %, l’émission
de NO du moteur augmentera de plus de 2 g/kWh. Cela représente une portion significative de
x
l’émission totale de NO et doit par conséquent être bien prise en compte.
x
5.2.3 Autres propriétés des carburants
Il existe d’autres paramètres de carburants qui ont une influence significative sur les émissions et
la consommation de carburant d’un moteur. Contrairement à l’influence du soufre, leur importance
est moins prévisible et non ambiguë, mais il existe toujours une tendance générale à les considérer
comme valables pour tous les moteurs. Les plus importants de ces paramètres sont: l’indice de cétane,
© ISO 2015 – Tous droits réservés 7
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ISO 8178-5:2015(F)
la masse volumique, la teneur en aromatiques polycycliques, la teneur totale en aromatiques et les
caractéristiques de distillation. Leur influence est brièvement résumée ci‑après.
Pour le NOx, les aromatiques totaux constituent le paramètre prédominant alors que l’effet des
aromatiques polycycliques et de la masse volumique est moins significatif. Cela peut s’expliquer par
une augmentation de la température de flamme avec une teneur élevée en aromatiques au cours de
la combustion qui accroît l’émission de NO . En ce qui concerne les émissions de particules (PM), la
x
masse volumique et les aromatiques polycycliques constituent les paramètres du carburant les plus
importants. En général, le NOx est réduit de 4 % si les aromatiques sont réduits de 30 % à 10 %. Une
réduction similaire est possible pour les émissions de particules (PM) en réduisant les aromatiques
polycycliques de 9 % à 1 %.
L’augmentation de l’indice de cétane (
...
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