Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 9: Test cycles and test procedures for test bed measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines operating under transient conditions

ISO 8178-9:2012 specifies the measurement procedures and test cycles for the evaluation of smoke emissions from compression ignition engines on the test bed. For transient smoke test cycles, smoke testing is conducted using smokemeters which operate on the light extinction principle. The purpose of ISO 8178-9:2012 is to define the smoke test cycles and the methods used to measure and analyse smoke. Specifications for measurement of smoke using the light extinction principle can be found in ISO 11614.

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

L'ISO 8178-9:2012 spécifie les méthodes de mesure et les cycles d'essai pour l'évaluation des émissions de fumées des moteurs à allumage par compression au banc d'essai. Pour les cycles d'essai des fumées en régime transitoire, l'essai des fumées est réalisé en utilisant des appareils de mesure de la fumée qui fonctionnent selon le principe de l'opacimétrie. Le but de l'ISO 8178-9:2012 est de définir les cycles d'essai des fumées et les méthodes utilisées pour mesurer et analyser les fumées. Les spécifications relatives au mesurage des émissions de fumées utilisant le principe de l'opacimétrie figurent dans l'ISO 11614. Les méthodes d'essai et les techniques de mesurage décrites dans l'ISO 8178-9:2012 s'appliquent aux moteurs alternatifs à combustion interne en général.

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Withdrawn
Publication Date
15-Aug-2012
Withdrawal Date
15-Aug-2012
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
22-Jul-2019
Completion Date
22-Jul-2019
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ISO 8178-9:2012 - Reciprocating internal combustion engines -- Exhaust emission measurement
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ISO 8178-9:2012 - Moteurs alternatifs a combustion interne -- Mesurage des émissions de gaz d'échappement
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 8178-9
Second edition
2012-08-15
Reciprocating internal combustion
engines — Exhaust emission
measurement —
Part 9:
Test cycles and test procedures for
test bed measurement of exhaust gas
smoke emissions from compression
ignition engines operating under
transient conditions
Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de
gaz d’échappement —
Partie 9: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage au banc
d’essai des émissions de fumées de gaz d’échappement des
moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression
fonctionnant en régime transitoire
Reference number
ISO 8178-9:2012(E)
ISO 2012
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ISO 8178-9:2012(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2012

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Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2012(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................................iv

Introduction ........................................................................................................................................................................ v

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

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

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

4 Symbols and units .............................................................................................................................................. 4

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

5.1 Ambient test conditions .................................................................................................................................... 5

5.2 Power ...................................................................................................................................................................... 5

5.3 Engine air inlet system ...................................................................................................................................... 6

5.4 Engine exhaust system ..................................................................................................................................... 6

5.5 Cooling system .................................................................................................................................................... 6

5.6 Lubricating oil ...................................................................................................................................................... 6

5.7 Engines with charge air cooling ...................................................................................................................... 6

5.8 Test fuel temperature .......................................................................................................................................... 6

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

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

7.1 General ................................................................................................................................................................... 7

7.2 Dynamometer specification .............................................................................................................................. 7

7.3 Determination of smoke .................................................................................................................................... 7

7.4 Accuracy ................................................................................................................................................................ 9

8 Calibration of the opacimeter ........................................................................................................................... 9

8.1 General ................................................................................................................................................................... 9

8.2 Calibration procedure ........................................................................................................................................ 9

9 Test run .................................................................................................................................................................. 9

9.1 Installation of the measuring equipment ...................................................................................................... 9

9.2 Checking of the opacimeter ...........................................................................................................................10

9.3 Test cycle .............................................................................................................................................................10

9.4 Determination of effective optical path length (L ) ..................................................................................10

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

10.1 Data evaluation ..................................................................................................................................................10

10.2 Bessel algorithm ................................................................................................................................................12

10.3 Ambient correction ...........................................................................................................................................13

10.4 Test report ...........................................................................................................................................................14

11 Determination of smoke ..................................................................................................................................14

11.1 General .................................................................................................................................................................14

11.2 Full-flow opacimeter .........................................................................................................................................15

11.3 Partial-flow-opacimeter ....................................................................................................................................16

Annex A (normative) Test cycle for variable-speed off-road engines ................................................................19

Annex B (normative) Test cycle for constant-speed off-road engines ..............................................................26

Annex C (informative) Remarks on test cycles ........................................................................................................30

Annex D (informative) Example of calculation procedure .....................................................................................31

Annex E (normative) Test cycle for marine propulsion engines .........................................................................42

Annex F (normative) Test cycle for variable speed engines type F (rail traction) ..........................................48

Bibliography .....................................................................................................................................................................52

© ISO 2012 – All rights reserved iii
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ISO 8178-9:2012(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International

Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 8178-9 was prepared by Technical Committee ISO/TC 70, Internal combustion engines, Subcommittee

SC 8, Exhaust gas emission measurement.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 8178-9:2000, ISO 8178-9:2000/AMD 1:2004),

which has been technically revised.

ISO 8178 consists of the following parts, under the general title Reciprocating internal combustion engines —

Exhaust emission measurement:
— Part 1: Test-bed measurement of gaseous and particulate exhaust emissions

— Part 2: Measurement of gaseous and particulate exhaust emissions under field conditions

— Part 3: Definitions and methods of measurement of exhaust gas smoke under steady-state conditions

— Part 4: Steady-state test cycles for different engine applications
— Part 5: Test fuels
— Part 6: Report of measuring results and test
— Part 7: Engine family determination
— Part 8: Engine group determination

— Part 9: Test cycles and test procedures for test bed measurement of exhaust gas smoke emissions from

compression ignition engines operating under transient conditions

— Part 10: Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust gas smoke emissions from

compression ignition engines operating under transient conditions

— Part 11: Test-bed measurement of gaseous and particulate exhaust emissions from engines used in

nonroad mobile machinery under transient test conditions
iv © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2012(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

programmes. Different smoke measurement procedures exist to meet the needs of various regulatory agencies

and industries. The two methods typically used are the filter smokemeter method and the opacimeter.

The purpose of ISO 8178 is to combine the key features of several existing smoke measurement procedures as

much as technically possible. ISO 8178-4 specifies a number of different test cycles to be used to characterize

gaseous and particulate emissions from nonroad engines. 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.

Within ISO 8178-4 it was possible to characterize and control gaseous and particulate emissions from nonroad

engines using a variety of steady-state operating points. To properly characterize and control smoke emissions

from many engine applications a transient smoke test cycle is needed.

This part of ISO 8178 is intended for the measurement of the emissions of smoke from compression ignition

internal combustion engines. It applies to engines operating under transient conditions, where the engine

speed or load, or both, changes with time; note that the smoke emissions from typical well-maintained naturally-

aspirated engines under transient conditions will generally be the same as the smoke emissions under steady-

state conditions.

Only opacimeter-type smokemeters are intended to be used for making the smoke measurements described in

this part of ISO 8178, which allows the use of either full-flow or partial-flow opacimeters and corrects accounts

for differences in response time between the two types of opacimeters, but does not account for any differences

due to differences in temperatures at the sampling zone.

The test cycle described in Annex E is representative for those engines that are used in applications as

described in the E1, E2, E3 and E5 cycles of ISO 8178-4:2007.

The test cycle described in Annex F is representative for those engines that are used in applications as

described in the F cycle of ISO 8178-4:2007.
© ISO 2012 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 8178-9:2012(E)
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust
emission measurement —
Part 9:
Test cycles and test procedures for test bed measurement
of exhaust gas smoke emissions from compression ignition
engines operating under transient conditions
1 Scope

This part of ISO 8178 specifies the measurement procedures and test cycles for the evaluation of smoke

emissions from compression ignition engines on the test bed.

For transient smoke test cycles, smoke testing is conducted using smokemeters which operate on the light

extinction principle. The purpose of this part of ISO 8178 is to define the smoke test cycles and the methods

used to measure and analyse smoke. Specifications for measurement of smoke using the light extinction

principle can be found in ISO 11614. The test procedures and measurement techniques described in Clauses 1

to 11 of this part of ISO 8178 are applicable to reciprocating internal combustion (RIC) engines in general.

However, an engine application can only be evaluated using this part of ISO 8178 once the appropriate test

cycle has been developed. Annexes A, B, E and F to this part of ISO 8178 each contain a test cycle that is

relevant only for those specific applications listed in the Scope of that annex. Where possible, the smoke test

cycle described in the annex utilizes the engine and machine categories developed in 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, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable

for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition

of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 8178-4:2007, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 4:

Steady-state test cycles for different engine applications

ISO 8178-5, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels

ISO 8178-6, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 6: Report

of measuring results and test

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

family determination

ISO 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

© ISO 2012 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 8178-9:2012(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document the following terms and definitions apply.
3.1
exhaust gas smoke

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

NOTE Black smoke (soot) is mainly comprised of carbon particles; blue smoke is usually due to droplets resulting

from the incomplete combustion of fuel or lubricating oil; white smoke is usually due to condensed water and/or liquid fuel;

yellow smoke is caused by NO .
3.2
transmittance

fraction of light, expressed as a percentage, transmitted from a source through a smoke-obscured path and

which reaches the observer or the instrument receiver
3.3
opacity

fraction of light, expressed as a percentage, transmitted from a source through a smoke-obscured path and

which is prevented from reaching the observer or the instrument receiver
NOTE N = 100 - τ
3.4
optical path length
3.4.1
effective optical path length

length of the smoke-obscured optical path between the opacimeter light source and the receiver, expressed in

metres and corrected, as necessary, for non-uniformity due to density gradients and fringe effect

NOTE Portions of the total light source to receiver path length which are not smoke obscured do not contribute to the

effective optical path length.
3.4.2
standard effective optical path length
measurement used to ensure meaningful comparisons of quoted opacity values
NOTE L values are defined in 10.1.4.
3.5
light absorption coefficient

fundamental means of quantifying the ability of a smoke plume or smoke-containing gas sample to obscure light

NOTE By convention, the light absorption coefficient is expressed in reciprocal metres (m ). The light absorption

coefficient is a function of the number of smoke particles per unit gas volume, the size distribution of the smoke particles

and the light absorption and scattering properties of the particles. In the absence of blue, white or yellow smoke or ash,

the size distribution and the light absorption/scattering properties are similar for all diesel exhaust gas samples and the

light absorption coefficient is primarily a function of the smoke particle density.

2 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2012(E)
3.6
Beer-Lambert law

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

smoke parameters of transmittance (τ ) and effective optical path length (L )

NOTE Because the light absorption coefficient (k) cannot be measured directly, the Beer-Lambert law is used to

calculate k, when opacity (N) or transmittance (τ ), and effective optical path length (L ) are known:

−1  τ 
k = ln
 
L 100
 
(1)
−1 N
 
k = ln 1−
 
L 100
 
(2)
3.7
opacimeter

instrument used for the measurement of smoke characteristics using the optical method of transmittance

3.7.1
full-flow opacimeter

instrument in which all flow of exhaust gas passes through the smoke measuring chamber

3.7.1.1
full-flow end-of-line opacimeter

instrument which measures the opacity of the full exhaust plume as it exits the tailpipe

NOTE The light source and receiver for this type of opacimeter are located on opposite sides of the smoke plume and

in close proximity to the open end of the tailpipe. When applying this type of opacimeter, the effective optical path length

is a function of the tailpipe design.
3.7.1.2
full-flow in-line opacimeter

instrument which measures the opacity of the full exhaust plume within the tailpipe

NOTE The light source and receiver for this type of opacimeter are located on opposite sides of the smoke plume and

in close proximity to the outer wall of the tailpipe. With this type of opacimeter the effective optical path length is dependent

on the instrument.
3.7.2
partial-flow opacimeter

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

the measuring chamber

NOTE With this type of opacimeter the effective optical path length is a function of the opacimeter design.

3.7.3
Opacimeter response time
3.7.3.1
opacimeter physical response time

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

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

NOTE The physical response time of the partial flow opacimeter is defined with the sampling probe and transfer tube.

Additional information on the physical response time can be found in 8.2.1 and 11.7.2 of ISO 11614:1999.

© ISO 2012 – All rights reserved 3
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ISO 8178-9:2012(E)
3.7.3.2
opacimeter electrical response 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 Additional information on the electrical response time can be found in 8.2.3 of ISO 11614:1999.

4 Symbols and units
See Table 1.
Table 1 — Symbols and units for terms used in this part of ISO 8178
Symbol Term Unit
B Bessel function constant 1
C Bessel function constant 1
Bessel function constant 1
Bessel constant 1
f Atmospheric factor 1
f Bessel filter cut-off frequency s
Light absorption coefficient m
k Ambient condition corrected light absorption coefficient m
corr
k Observed light absorption coefficient m
obs
K Bessel constant 1
K Smoke ambient correction factor 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 effective mean pressure kPa
p Dry atmospheric pressure kPa
P Engine power kW
S Instantaneous smoke value m or %
t Overall response time s
Aver
t Opacimeter electrical reponse time s
t Filter response time for Bessel function s
t Opacimeter physical response time s
Time between successive smoke data ( = 1/sampling rate) s
T Engine intake air temperature K
X Desired overall response time s
Y Bessel averaged smoke value m or %
r Dry ambient density kg/m
τ Smoke transmittance %
W Bessel constant 1
4 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2012(E)
5 Test conditions
5.1 Ambient test conditions
5.1.1 Test condition parameter

The absolute temperature T , of the engine intake air expressed in kelvin, and the dry atmospheric pressure p ,

a s

expressed in kPa, shall be measured, and the atmospheric factor f , shall be determined using Formulae (3) to (5).

For naturally aspirated and mechanically supercharged compression-ignition engines and compression-

ignition engines with wastegates operating:
07,
  T
99  
f = ×
 
a  
p 298
 
 s 
(3)

This formula also applies if the wastegate is operating only during sections of the test cycle. If the wastegate

is not operating during any section of the test cycle, Formula (4) or (5) shall be used depending on the type of

charge cooling, if any.

For turbocharged compression-ignition engines without charge air cooling, or with charge air cooling by air/air cooler:

07,
12,
 
99  T 
f = ×
 
 
p 298
s  
 
(4)

For turbocharged compression-ignition engines with charge air to liquid charge air cooler:

07,
07,
 
99  T 
f = × (5)
 
a  
p 298
 
 s 
5.1.2 Test validation criteria — test conditions
For a test to be recognized as valid the parameter f should be such that:
0,93 ≤ f ≤ 1,07 (6)
It is recommended that tests be with the parameter f between 0,96 and 1,06.
Additional validation criteria are given in 7.3.2.3 and A.3.2.2.
5.2 Power

Those auxiliaries which are necessary only for the operation of the machine and which may be mounted on the

engine shall be removed for the test. The following incomplete list is given as an example:

— air compressor for brakes;
— power steering pump;
— air conditioning compressor;
— pumps for hydraulic actuators.
For further details see 3.8 of ISO 8178-1:2006.
© ISO 2012 – All rights reserved 5
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ISO 8178-9:2012(E)
5.3 Engine air inlet system

The test engine shall be equipped with an air inlet system presenting an air inlet restriction within ± 10 % of the

manufacturer’s specified upper limit for a clean air-cleaner. The upper limit shall be at the engine operating condition,

as specified by the manufacturer, that results in the maximum air flow for the respective engine application.

5.4 Engine exhaust system

The test engine shall be equipped with an exhaust system presenting an exhaust back pressure within ± 10 % of

the manufacturer’s specified upper limit. The upper limit shall be at the engine operating condition, as specified

by the manufacturer, that results in the maximum declared power for the respective engine application. Tests

may be conducted with a muffler, as this will tend to reduced exhaust pulsations which may interfere with

measurement of smoke. Further, the use of a muffler should provide better correlation between test-bed smoke

measurement and any in-field smoke tests that may occur. The design of the muffler (i.e. volume) should be

typical of that used in actual field applications of the engine being tested.
5.5 Cooling system

An engine cooling system with sufficient capacity to maintain the engine at normal operating temperatures

prescribed by the manufacturer shall be used.
5.6 Lubricating oil

Specifications of the lubricating oil used for the test shall be recorded and presented with the results of the test.

5.7 Engines with charge air cooling

The temperature of the cooling medium and the temperature of the charge air shall be recorded.

The cooling system shall be set with the engine operating at the speed and load specified by the manufacturer.

The charge air temperature and cooler pressure drop shall be set to within ± 4 K and ± 2 kPa respectively of

the manufacturer’s specification.
5.8 Test fuel temperature

The test fuel temperature shall be in accordance with the manufacturer’s recommendations. In the event that

the manufacturer does not specify the temperature, it shall be 311 K ± 5 K. Except for cases where “heavy” fuel

is used, the temperature specified by the manufacturer shall not be greater than 316 K. The fuel temperature

shall be measured at the inlet to the fuel injection pump unless otherwise specified by the manufacturer, and

the location of measurement shall be recorded.
6 Test fuels

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

test shall be determined, recorded and presented with the results of the test. Where fuels designated in ISO 8178-5

are used as reference fuels, the reference code and the analysis of the fuel shall be provided. For all other fuels

the characteristics to be recorded are those listed in the appropriate universal data sheets in ISO 8178-5.

The selection of the fuel for the test depends on the purpose of the test. Unless otherwise agreed by the parties

the fuel shall be selected in accordance with Table 2. When a suitable reference fuel is not available, a fuel

with properties very close to the reference fuel may be used. The characteristics of the fuel shall be declared.

6 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 8178-9:2012(E)
Table 2 — Selection of fuel
Test purpose Interested parties Fuel selection

Type approval (certification) Certification body Reference fuel, if one is defined

Manufacturer or supplier Commercial fuel if no reference fuel is
defined
Acceptance test Manufacturer or supplier Commercial fuel as specified by the
manufacturer
Customer or inspector
Research/development One or more of: To suit the purpose of the test
— manufacturer;
— research organization;
— fuel and lubricant supplier; etc.

Customers and inspectors should note that the emission tests carried out using commercial fuel will not necessarily comply with

limits specified when using reference fuels. The fuel used for acceptance tests should be within the range of fuel specifications allowed

by the engine manufacturer, as specified in the engine manufacturer’s technical literature.

7 Measurement equipment and accuracy
7.1 General

The following equipment shall be used for smoke tests on engines using dynamometers. This

...

NORME ISO
INTERNATIONALE 8178-9
Deuxième édition
2012-08-15
Moteurs alternatifs à combustion
interne — Mesurage des émissions de
gaz d’échappement —
Partie 9:
Cycles et procédures d’essai pour le
mesurage au banc d’essai des émissions
de fumées de gaz d’échappement des
moteurs alternatifs à combustion interne
à allumage par compression fonctionnant
en régime transitoire
Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission
measurement —
Part 9: Test cycles and test procedures for test bed measurement
of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines
operating under transient conditions
Numéro de référence
ISO 8178-9:2012(F)
ISO 2012
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 8178-9:2012(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2012

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Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 8178-9:2012(F)
Sommaire Page

Avant-propos .....................................................................................................................................................................iv

Introduction ........................................................................................................................................................................ v

1 Domaine d’application ....................................................................................................................................... 1

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

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

4 Symboles et unités ............................................................................................................................................. 4

5 Conditions d’essai .............................................................................................................................................. 5

5.1 Conditions d’essai ambiantes ......................................................................................................................... 5

5.2 Puissance .............................................................................................................................................................. 6

5.3 Système d’admission d’air du moteur ........................................................................................................... 6

5.4 Système d’échappement du moteur .............................................................................................................. 6

5.5 Système de refroidissement ............................................................................................................................. 6

5.6 Huile de lubrification .......................................................................................................................................... 6

5.7 Moteurs avec refroidissement de l’air d’admission ................................................................................... 6

5.8 Température du carburant d’essai .................................................................................................................. 6

6 Carburants d’essai .............................................................................................................................................. 7

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

7.1 Généralités ............................................................................................................................................................ 7

7.2 Spécifications du dynamomètre ..................................................................................................................... 7

7.3 Détermination des fumées ................................................................................................................................ 8

7.4 Exactitude .............................................................................................................................................................. 9

8 Étalonnage de l’opacimètre .............................................................................................................................. 9

8.1 Généralités ............................................................................................................................................................ 9

8.2 Mode opératoire d’étalonnage ......................................................................................................................... 9

9 Essai .....................................................................................................................................................................10

9.1 Installation de l’équipement de mesure ......................................................................................................10

9.2 Vérification de l’opacimètre ............................................................................................................................10

9.3 Cycle d’essai .......................................................................................................................................................10

9.4 Détermination de la longueur effective du trajet optique (L ) ...............................................................10

10 Évaluation des données et calcul ................................................................................................................. 11

10.1 Évaluation des données .................................................................................................................................. 11

10.2 Algorithme de Bessel .......................................................................................................................................13

10.3 Correction du milieu ambiant .........................................................................................................................14

10.4 Rapport d’essai ..................................................................................................................................................15

11 Détermination des fumées ..............................................................................................................................15

11.1 Généralités ..........................................................................................................................................................15

11.2 Opacimètre à débit total ..................................................................................................................................16

11.3 Opacimètre à débit partiel ...............................................................................................................................17

Annexe A (normative) Cycle d’essai pour les moteurs à vitesse variable pour applications

non routières ......................................................................................................................................................21

Annexe B (normative) Cycle d’essai pour les moteurs non routiers à vitesse constante ...........................29

Annexe C (informative) Remarques sur les cycles d’essai ...................................................................................33

Annexe D (informative) Exemple d’une procédure de calcul................................................................................34

Annexe E (normative) Cycle d’essai pour les moteurs de propulsion à usage marin ..................................45

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

traction ferroviaires) .........................................................................................................................................51

Bibliographie ....................................................................................................................................................................55

© ISO 2012 – Tous droits réservés iii
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ISO 8178-9:2012(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux

comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité

technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales,

en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission

électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes

internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication

comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de droits

de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir

identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L’ISO 8178-9 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 70, Moteurs à combustion interne, sous-comité

SC 8, Mesurage des émissions de gaz d’échappement.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 8178-9:2000, ISO 8178-9:2000/Amd. 1:2004),

qui a fait l’objet d’une révision technique.

L’ISO 8178 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Moteurs alternatifs à combustion

interne — Mesurage des émissions de gaz d’échappement:
— Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d’essai
— Partie 2: Mesurage des émissions de gaz et de particules sur site

— Partie 3: Définitions et méthodes de mesure de la fumée des gaz d’échappement dans des conditions stabilisées

— Partie 4: Cycles d’essai en régime permanent pour différentes applications des moteurs

— Partie 5: Carburants d’essai
— Partie 6: Rapport de mesure et d’essai
— Partie 7: Détermination des familles de moteurs
— Partie 8: Détermination des groupes de moteurs

— Partie 9: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage au banc d’essai des émissions de fumées de gaz

d’échappement des moteurs alternatifs à combustion interne à allumage par compression fonctionnant en

régime transitoire

— Partie 10: Cycles et procédures d’essai pour le mesurage sur site des émissions de fumées de gaz

d’échappement des moteurs à allumage par compression fonctionnant en régime transitoire

— Partie 11: Mesurage au banc d’essai des émissions de gaz et de particules des gaz d’échappement de

moteurs d’engins mobiles non routiers en régime transitoire
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ISO 8178-9:2012(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 industrie. Les deux méthodes types sont la

méthode du fumimètre à filtre et l’opacimètre.

Le but de l’ISO 8178 est de combiner dans la mesure du possible les caractéristiques fondamentales de

plusieurs méthodes existantes de mesurage des fumées d’un point de vue technique. L’ISO 8178-4 spécifie un

nombre de cycles d’essai différents à utiliser pour caractériser les émissions de gaz et de particules des moteurs

pour applications non routières. Les cycles d’essai décrits dans l’ISO 8178-4 ont été développés grâce à la

reconnaissance 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. Dans le cadre de l’ISO 8178-4, il a été possible de caractériser et de

contrôler les émissions de gaz et de particules des moteurs non routiers utilisant un grand nombre de points

de fonctionnement en régime permanent. Un cycle d’essai des fumées en régime transitoire est nécessaire

pour caractériser et contrôler correctement les émissions de fumées de nombreuses applications des moteurs.

La présente partie de l’ISO 8178 est destinée à être utilisée pour le mesurage des émissions de fumées

des moteurs à combustion interne à allumage par compression. Elle s’applique aux moteurs fonctionnant en

régime transitoire, lorsque la vitesse ou la charge du moteur, ou les deux à la fois, varient avec le temps. Il est

à noter que les émissions de fumées des moteurs à aspiration naturelle bien entretenus en régime transitoire,

sont généralement identiques aux émissions de fumées en régime permanent.

Seuls les fumimètres du type opacimètre sont destinés à être utilisés pour réaliser les mesurages des fumées

décrits dans la présente partie de l’ISO 8178. La présente partie de l’ISO 8178 autorise l’utilisation d’opacimètres

à débit total ou à débit partiel et corrige les relevés pour les différences de temps de réponse entre les deux

types d’opacimètres, mais ne rend pas compte de toutes les différences dues aux différences de température

de la zone d’échantillonnage.

Le cycle d’essai décrit dans l’Annexe E est représentatif des moteurs utilisés dans les applications décrites

dans les cycles E1, E2, E3 et E5 de l’ISO 8178-4:2007.

Le cycle d’essai décrit dans l’Annexe F est représentatif des moteurs utilisés dans les applications décrites

dans le cycle F de l’ISO 8178-4:2007.
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NORME INTERNATIONALE ISO 8178-9:2012(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

La présente partie de l’ISO 8178 spécifie les méthodes de mesure et les cycles d’essai pour l’évaluation des

émissions de fumées des moteurs à allumage par compression au banc d’essai.

Pour les cycles d’essai des fumées en régime transitoire, l’essai des fumées est réalisé en utilisant des appareils

de mesure de la fumée qui fonctionnent selon le principe de l’opacimétrie. Le but de la présente partie de

l’ISO 8178 est de définir les cycles d’essai des fumées et les méthodes utilisées pour mesurer et analyser les

fumées. Les spécifications relatives au mesurage des émissions de fumées utilisant le principe de l’opacimétrie

figurent dans l’ISO 11614. Les méthodes d’essai et les techniques de mesurage décrites dans les Articles 1 à

11 de la présente partie de l’ISO 8178 s’appliquent aux moteurs alternatifs à combustion interne en général.

Cependant, une application d’un moteur ne peut être évaluée, au moyen de la présente partie de l’ISO 8178,

qu’une fois que le cycle d’essai approprié a été développé. Les Annexes A, B, E et F de la présente partie de

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

énumérées dans son domaine d’application particulier. Dans la mesure du possible, le cycle d’essai des fumées

décrit dans les annexes utilise les catégories de moteurs et d’équipements développées dans l’ISO 8178-4.

Pour certaines catégories de moteurs pour applications non routières, des méthodes d’essai des fumées «sur site»

plutôt qu’«au banc d’essai» peuvent s’avérer nécessaires. Pour les moteurs utilisés dans des machines couvertes

par des prescriptions supplémentaires (par exemple les réglementations relatives à l’hygiène et à la sécurité du

travail), des conditions d’essai supplémentaires et des méthodes d’évaluation spéciales peuvent s’appliquer.

2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour les

références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s’applique (y compris les éventuels amendements).

ISO 8178-4:2007, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d’échappement —

Partie 4: Cycles d’essai en régime permanent pour différentes applications des moteurs

ISO 8178-5, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d’échappement —

Partie 5: Carburants d’essai

ISO 8178-6, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz d’échappement —

Partie 6: Rapport de mesure et d’essai

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

Partie 7: Détermination des familles de moteurs

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

Partie 8: Détermination des groupes de moteurs
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ISO 8178-9:2012(F)

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

Paris 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.

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 La fumée noire (suie) se compose principalement de particules de carbone. La fumée bleue résulte

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

blanche résulte habituellement de l’eau de condensation et/ou du combustible liquide. La fumée jaune résulte de la

présence de NO .
3.2
transmittance

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

fumée, qui atteint l’observateur ou le récepteur de mesure
3.3
opacité

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

fumée, qui n’atteint pas l’observateur ou le récepteur de mesure
NOTE N = 100 - t
3.4 Longueur du trajet optique
3.4.1
longueur effective du trajet optique

longueur du trajet optique/opacifié par la fumée entre la source lumineuse de l’opacimètre et le récepteur, exprimée

en mètres et corrigée, si nécessaire, pour sa non-uniformité due au gradient de densité et à l’effet de bord

NOTE Les parties du trajet optique total entre la source lumineuse et le récepteur non opacifiées par la fumée ne

contribuent pas à la longueur effective du trajet optique.
3.4.2
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 Les valeurs de L sont définies en 10.1.4.
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ISO 8178-9:2012(F)
3.5
coefficient d’absorption de la lumière

moyen fondamental permettant de déterminer la capacité d’un panache de fumée ou d’une fumée contenant

un échantillon de gaz à opacifier la lumière

NOTE Par convention, le coefficient d’absorption de la lumière s’exprime en mètres moins un (m ). Il est fonction du

nombre de particules de fumée par unité de volume de gaz, de la distribution granulométrique des particules de fumée, de

l’absorption de la lumière et des propriétés de dispersion des particules. En l’absence de fumée bleue, blanche ou jaune

ou de cendres, la distribution granulométrique et les propriétés d’absorption de dispersion de la lumière sont semblables

pour tous les échantillons de gaz d’échappement de moteurs diesels et le coefficient d’absorption de la lumière est

principalement fonction de la densité des particules de fumée.
3.6
loi de Beer-Lambert

équation mathématique décrivant les relations physiques entre le coefficient d’absorption de la lumière (k), les

paramètres de la fumée, la transmittance (t) et la longueur effective du trajet optique (L )

NOTE 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 (t), 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
 
3.7
opacimètre

instrument de mesure des caractéristiques de la fumée utilisant la méthode optique de la transmittance

3.7.1
opacimètre à débit total

instrument avec lequel la totalité des gaz d’échappement transite par la chambre de mesurage des

émissions de fumées
3.7.1.1
opacimètre de fin de ligne à débit total

instrument de mesure de l’opacité de la totalité du panache de fumée au moment où il sort du tuyau

d’échappement

NOTE La source lumineuse et le récepteur applicables à ce type d’opacimètre sont situés des deux côtés opposés

du panache de fumée et sont à proximité de la sortie libre du tuyau d’échappement. Lorsqu’on utilise ce type d’opacimètre,

la longueur effective du trajet optique dépend de la conception du tuyau d’échappement.

3.7.1.2
opacimètre en ligne à débit total

instrument de mesure de l’opacité de la totalité du panache de fumée dans le tuyau d’échappement

NOTE La source lumineuse et le récepteur applicables à ce type d’opacimètre sont situés des deux côtés opposés au

panache de fumée et à proximité de la paroi extérieure du tuyau d’échappement. Avec ce type d’opacimètre, la longueur

effective du trajet optique dépend de l’instrument.
3.7.2
opacimètre à débit partiel

instrument qui prélève une partie représentative de la totalité des gaz d’échappement et qui fait transiter

l’échantillon par la chambre de mesurage

NOTE Avec ce type d’opacimètre, la longueur effective du trajet optique dépend de la conception de l’opacimètre.

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ISO 8178-9:2012(F)
3.7.3 Temps de réponse de l’opacimètre
3.7.3.1
temps de réponse 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 du gaz mesuré se modifie en moins de 0,01

NOTE Le temps de réponse physique de l’opacimètre à débit partiel est défini avec la sonde d’échantillonnage et

le tube de transfert. Des informations supplémentaires relatives au temps de réponse physique sont données dans les

paragraphes 8.2.1 et 11.7.2 de l’ISO 11614:1999.
3.7.3.2
temps de réponse 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 Des informations supplémentaires relatives au temps de réponse électrique sont données dans le paragraphe

8.2.3 de l’ISO 11614:1999.
4 Symboles et unités
Voir le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles et unités utilisés dans la présente partie de l’ISO 8178
Symbole Grandeur Unité
B constante de la fonction de Bessel 1
C constante de la fonction de Bessel 1
D constante de la fonction de Bessel 1
E constante de Bessel 1
f facteur atmosphérique 1
f fréquence de coupure du filtre de Bessel s
coefficient d’absorption de la lumière m
k coefficient d’absorption de la lumière corrigé dans les conditions ambiantes m
corr
k coefficient d’absorption de la lumière observée m
obs
constante de Bessel 1
K facteur de correction des fumées dans les conditions ambiantes 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 réponse total s
Aver
t temps de réponse électrique de l’opacimètre s
t temps de réponse du filtre pour la fonction de Bessel s
t temps de réponse physique de l’opacimètre s
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ISO 8178-9:2012(F)
Tableau 1 (suite)
Symbole Grandeur Unité
temps entre des données successives de fumée (= 1/vitesse d’échantillonnage) s
T température de l’air d’admission du moteur K
X temps de réponse total souhaité s
Y valeur de la fumée de Bessel moyennée m ou %
r densité ambiante sèche kg/m
t transmittance de la fumée %
W constante de Bessel 1
5 Conditions d’essai
5.1 Conditions d’essai ambiantes
5.1.1 Paramètres des conditions d’essai

La température absolue, T , de l’air d’admission du moteur, exprimée en kelvins, et la pression atmosphérique

sèche, p , exprimée en kilopascals, doivent être mesurées et le paramètre, f , doit être déterminé au moyen

s a
des Équations (3) à (5).

Pour les moteurs à aspiration naturelle, les moteurs à allumage par compression à suralimentation mécanique

et les moteurs à allumage par compression à soupape d’écrêtage:
07,
 
99 T
 
f = × (3)
a  
 
p 298
 
 

Cette formule s’applique également lorsque la soupape d’écrêtage ne fonctionne que pendant une partie

du cycle d’essai. Si la soupape d’écrêtage ne fonctionne pas du tout pendant une partie du cycle d’essai,

l’Équation (4) ou l’Équation (5) sera utilisée, selon le type de refroidisseur, le cas échéant.

Pour les moteurs à allumage par compression turbocompressés avec ou sans refroidissement de l’air

d’admission par l’intermédiaire d’un refroidisseur à air:
07,
12,
 
99  T 
f = × (4)
 
 
p 298
 
 s 

Pour les moteurs à allumage par compression turbocompressés avec refroidissement de l’air d’admission par

un fluide de refroidissement:
07,
07,
 
99  T 
f = × (5)
 
a  
p 298
 
 s 
5.1.2 Critères de validation des essais — conditions d’essai

Pour qu’un essai soit reconnu valable, il convient que le paramètre f soit tel que:

09,,31≤≤f 07 (6)

Il est recommandé de choisir pour les essais un paramètre, f , compris entre 0,96 et 1,06.

D’autres critères de validation sont donnés en 7.3.2.3 et en A.3.2.2.
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ISO 8178-9:2012(F)
5.2 Puissance

Les auxiliaires nécessaires uniquement pour le fonctionnement de la machine et pouvant être montés sur le

moteur doivent être retirés pour l’essai. La liste non exhaustive suivante est donnée à titre d’exemple:

— compresseur d’air pour les freins;
— compresseur pour direction assistée;
— compresseur de conditionnement d’air;
— pompes pour les commandes hydrauliques.
Pour plus de détails, voir le paragraphe 3.8 de l’ISO 8178-1:2006.
5.3 Système d’admission d’air du moteur

Le moteur soumis à essai doit être équipé d’un système d’admission d’air présentant un étranglement à

l’admission d’air réglé à ± 10 % de la limite supérieure spécifiée par le constructeur pour un filtre à air propre.

La limite supérieure doit être celle correspondant aux conditions de fonctionnement du moteur, telles que

définies par le constructeur, qui engendrent le débit d’air maximal pour l’application du moteur.

5.4 Système d’échappement du moteur

Le moteur en essai doit être équipé d’un système d’échappement dont la contre-pression à l’échappement,

réglée à ± 10 % de la limite supérieure spécifiée par le constructeur. La limite supérieure doit être dans les

conditions de fonctionnement du moteur telles que définies par le constructeur, celle qui provoque la puissance

maximale déclarée pour l’application du moteur. Les essais peuvent être réalisés avec un silencieux, ce qui

conduira à réduire les pulsations à l’échappement susceptibles d’interférer sur le mesurage des émissions de

fumées, et il convient que l’utilisation de ce silencieux fournisse une meilleure corrélation entre le mesurage

des émissions de fumées au banc d’essai et les essais de mesurage des émissions de fumées sur site

susceptibles d’être réalisées. Il convient que la conception du silencieux (c’est-à-dire le volume) soit typique de

celle utilisée pour les application
...

Questions, Comments and Discussion

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