ISO 8178-9:2012
(Main)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
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.
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 8178-9:2012 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "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". This standard covers: 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.
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.
ISO 8178-9:2012 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 13.040.50 - Transport exhaust emissions; 27.020 - Internal combustion engines. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 8178-9:2012 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 8178-9:2019, ISO 8178-9:2000/Amd 1:2004, ISO 8178-9:2000. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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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 2012
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E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved
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
A
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
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
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.
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
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
τ
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
N
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
L
A
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
L
AS
measurement used to ensure meaningful comparisons of quoted opacity values
NOTE L values are defined in 10.1.4.
AS
3.5
light absorption coefficient
k
fundamental means of quantifying the ability of a smoke plume or smoke-containing gas sample to obscure light
−1
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
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 )
A
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:
A
−1 τ
k = ln
L 100
A
(1)
−1 N
k = ln 1−
L 100
A
(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
t
p
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.
3.7.3.2
opacimeter electrical response time
t
e
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
D
Bessel function constant 1
E
Bessel constant 1
f Atmospheric factor 1
a
−1
f Bessel filter cut-off frequency s
c
−1
k
Light absorption coefficient m
−1
k Ambient condition corrected light absorption coefficient m
corr
−1
k Observed light absorption coefficient m
obs
K Bessel constant 1
K Smoke ambient correction factor 1
s
L Effective optical path length m
A
L Standard effective optical path length m
AS
N Opacity %
N Opacity at effective optical path length %
A
N Opacity at standard effective optical path length %
AS
p Brake effective mean pressure kPa
me
p Dry atmospheric pressure kPa
s
P Engine power kW
−1
S Instantaneous smoke value m or %
i
t Overall response time s
Aver
t Opacimeter electrical reponse time s
e
t Filter response time for Bessel function s
F
t Opacimeter physical response time s
p
Δt
Time between successive smoke data ( = 1/sampling rate) s
T Engine intake air temperature K
a
X Desired overall response time s
−1
Y Bessel averaged smoke value m or %
i
r Dry ambient density kg/m
τ Smoke transmittance %
W Bessel constant 1
4 © ISO 2012 – All rights reserved
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).
a
For naturally aspirated and mechanically supercharged compression-ignition engines and compression-
ignition engines with wastegates operating:
07,
T
99
a
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
a
f = ×
a
p 298
s
(4)
For turbocharged compression-ignition engines with charge air to liquid charge air cooler:
07,
07,
99 T
a
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:
a
0,93 ≤ f ≤ 1,07 (6)
a
It is recommended that tests be with the parameter f between 0,96 and 1,06.
a
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.
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
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
a
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.
a
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 part of ISO 8178
does not contain details of pressure and temperature measuring equipment. Instead, only the accuracy
requirements of such equipment necessary for conducting a smoke test are given in 7.4.
7.2 Dynamometer specification
An engine dynamometer with adequate characteristics to perform the test cycle as described in Annexes A
and B shall be used. Test cycle linearity requirements apply only when tests have been conducted using an
electric dynamometer. The instrumentation for torque and speed measurement shall allow the measurement
accuracy required for running the test cycle within the limits given in Annexes A and B. Speed and torque shall
be sampled at a frequency of at least 1 Hz. The accuracy of the measuring equipment shall be such that the
maximum tolerances of the figures given in Table 3 are not exceeded. Engine driven equipment that meets
these requirements may be used instead of dynamometers.
7.3 Determination of smoke
7.3.1 General
Transient smoke tests must be conducted using opacimeter-type smokemeters. Three different types of
opacimeters are allowed: in-line and end-of-line full-flow opacimeters and the partial-flow opacimeter.
Specifications for the three types of opacimeters can be found in Clause 11 of this part of ISO 8178 and
in Clauses 6 and 7 of ISO 11614:1999. Temperature correction has not been validated for transient tests,
therefore, temperature correction of smoke results has not been included in this part of ISO 8178.
Table 3 — Permissible deviations of instruments for engine-related parameters
Permissible deviation Calibration
intervals
(% based on engine maximum
Item
values) in accordance with months
ISO 3046-3
Engine speed ±2 % 3
a
Torque ±2 % or ± 5 Nm 3
Power ±3 % not applicable
a
Whichever is greater.
7.3.2 Specifications — opacimeters
7.3.2.1 General
Smoke tests require the use of a smoke measurement and data processing system which includes three
functional units. These units may be integrated into a single component or provided as a system of interconnected
components. The three functional units are as follows:
— a full-flow or a partial-flow opacimeter meeting the specifications of this subclause. Detailed specifications
for opacimeters can be found in Clause 11 and in ISO 11614;
— a data processing unit capable of performing the functions described in 10.2 and 10.3 and in Annex D;
— a printer and/or electronic storage medium to record and output the required smoke values specified in
Annexes A and B.
7.3.2.2 Linearity
Linearity is defined as the difference between the value measured by the opacimeter and the reference value
of the calibrating device. The linearity shall not exceed ± 2 % opacity.
7.3.2.3 Zero drift
Zero drift during the lesser of a one hour period or the duration of the test shall not exceed ± 0,5 % opacity or
2 % of full scale whichever is smaller.
7.3.2.4 Opacimeter display and range
For display in both opacity and light absorption coefficient the opacimeter shall have a measuring range
appropriate for accurately measuring the smoke of the engine being tested. The resolution shall be at least
0,1 % of full scale.
The optical path length selected for the smoke instrument shall be suitable for the smoke levels being measured
in order to minimize errors in calibrations, measurements and calculations.
7.3.2.5 Instrument response time
The physical response time of the opacimeter shall not exceed 0,2 s, and the electrical response time of the
opacimeter shall not exceed 0,05 s.
7.3.2.6 Sampling requirements for partial-flow opacimeters
The sampling conditions shall conform to the requirements of 11.3.
8 © ISO 2012 – All rights reserved
7.3.2.7 Light source
The light source shall conform to the requirements of 11.2 and 11.3
7.3.2.8 Neutral density filters
Any neutral density filters used for calibrating and checking opacimeters must be known to an accuracy of
± 1 % opacity and the filter’s nominal value must be checked for accuracy at least yearly using a reference
traceable to a national or International Standard.
Neutral density filters are precision devices and can easily be damaged during use. Handling should be
minimized and, when required, should be done with care to avoid scratching or soiling of the filter.
7.4 Accuracy
The calibration of all measuring instruments shall be traceable to International Standards (or national standards
if no International Standards exist) and comply with the requirements given in Table 3.
8 Calibration of the opacimeter
8.1 General
The opacimeter shall be calibrated as often as necessary in order to fulfil the accuracy requirements of this part
of ISO 8178. The calibration method that shall be used is described in 8.2.
8.2 Calibration procedure
8.2.1 Warming-up time
The opacimeter shall be warmed up and stabilized in accordance with the manufacturer’s recommendations.
If the opacimeter is equipped with a purge air system to prevent sooting of the instrument optics, this system
should also be activated and adjusted in accordance with the manufacturer’s recommendations.
8.2.2 Establishment of the linearity response
With the opacimeter in the opacity readout mode, and with no blockage of the opacimeter light beam, the
readout shall be adjusted to 0 % ± 0,5 % opacity.
With the opacimeter in the opacity readout mode, and all light prevented from reaching the receiver, the readout
shall be adjusted to 100 % ± 0,5 % opacity.
The linearity of the opacimeter, when used in the opacity mode, shall be checked periodically in accordance
with the manufacturer’s recommendations. A neutral density filter between 30 % and 60 % opacity which meets
the requirements of 7.3.2.8 shall be introduced to the opacimeter and the value recorded. The instrument
readout must not differ by more than ± 2 % opacity from the nominal value of the neutral density filter. Any
nonlinearity exceeding the above value shall be corrected prior to the test.
9 Test run
9.1 Installation of the measuring equipment
The opacimeter and sample probes, if applicable, shall be installed after the muffler or any after-treatment
device, if fitted, according to the installation procedures specified by the instrument manufacturer. Additionally,
the requirements of Clause 10 of ISO 11614:1999 shall be observed, where appropriate.
9.2 Checking of the opacimeter
Prior to any zero and full-scale checks, the opacimeter shall be warmed up and stabilized in accordance with
the instrument manufacturer’s recommendations. If the opacimeter is equipped with a purge air system to
prevent sooting of the meter optics, this system shall also be activated and adjusted in accordance with the
manufacturer’s recommendations.
The zero and full-scale checks shall be made in the opacity readout mode, since the opacity scale offers two
truly definable calibration points, namely 0 % opacity and 100 % opacity. The light absorption coefficient is then
correctly calculated based upon the measured opacity and L , as submitted by the opacimeter manufacturer,
A
when the instrument is returned to the k readout mode for testing.
With no blockage of the opacimeter light beam, the readout shall be adjusted to 0 % ± 1 % opacity. With the
light being prevented from reaching the receiver, the readout shall be adjusted to 100 % ± 1 % opacity.
9.3 Test cycle
The engine shall be run on the test cycle as described in Annexes A, B, E and F, taking into account the
considerations noted in Annex C.
9.4 Determination of effective optical path length (L )
A
Portions of the light source to receiver path length which are not smoke obscured do not contribute to the
effective optical path length. If the smokemeter light beam is located sufficiently close to the exhaust outlet
(within 0,07 m), the cross section of the smoke plume as it passes by the smokemeter is essentially the same
as the tailpipe outlet along the line of orientation of the smokemeter light beam. In general, this distance should
be determined by direct measurement of the tailpipe outlet. To achieve corrected smoke results which are
accurate within ± 2 % opacity, determination of L shall be made within ± 6 %. (The largest error in opacity
A
occurs at an opacity of approximately 60 %, at lower and higher values of opacity, less accurate determination
of L can be tolerated.) For the smallest standard effective optical path length (0,038 m), ± 6 % equates to an
A
accuracy of 0,002 m.
It is often difficult, particularly in field testing, to gain access to and obtain direct measurements of the tailpipe
outlets on many machines. Therefore, the extension of the exhaust stack pipe from three to a maximum of 30
times the stack pipe diameter should be considered if the engine manufacturer does not have any objections.
Proper sealing of that joint is necessary to avoid exhaust dilution with air.
For many common tailpipe designs L can be determined with sufficient accuracy from external exhaust system
A
dimensions which are more easily measured.
10 Data evaluation and calculation
10.1 Data evaluation
10.1.1 General requirements – opacimeters
The smoke shall be sampled using a minimum frequency of 20 Hz. Smoke values shall be reported in units
of either opacity (N) or light absorption coefficient (k). The measured smoke values (transmittance) shall be
converted into the respective smoke units and corrected for opacimeter optical path length differences, as
necessary (see 10.1.2, 10.1.3 and 10.1.4). Ambient density correction, if necessary, shall be applied to the
light absorption coefficient, only (see 10.3). The smoke data shall then be processed by means of the Bessel
algorithm, as described in 10.2 and Annex A.
The sample line length shall not affect the smoke trace (see 10.3). However, even though sample line length
does not affect the shape of the smoke trace, it may introduce a delay between when the smoke is produced
and when it is measured. The analysis of smoke traces shall account for any delay time associated with
transport of smoke in the exhaust system.
10 © ISO 2012 – All rights reserved
The smoke values shall then be calculated as described in Annex A.
10.1.2 Beer-Lambert relationships
The Beer-Lambert law defines the relationship between transmittance, light absorption coefficient and effective
optical path length as shown in Formula (7).
τ
- kL
A
=e (7)
From the definitions of transmittance and opacity, the relationship between these parameters may be defined
as shown in Formula (8).
N = 100 - τ (8)
From Formulae (7) and (8) the following relationships are derived:
L
AS
N
L
A A
N =×10011−− (9)
AS
N
1
A
k =− ×−ln 1 (10)
L 100
A
10.1.3 Data conversion
Conversion from as-measured smoke values to appropriate reporting units is a two-step process. Since
the basic measurement unit of all opacimeters is transmittance, the first step in all cases is to convert from
transmittance (τ ) to opacity at the as-measured effective optical path length (N ) using Formula (8). For most
A
opacimeters this step is done internally and is invisible to the user.
The second step of the process is to convert from N to the desired reporting units as follows:
A
If the test results are reported in opacity units, Formula (9) must be used to convert from opacity at the as-
measured effective optical path length (N ) to opacity at the standard effective optical path length (N ).
A AS
NOTE In the event that the measured and standard effective optical path lengths are identical, N is equal to N and
AS A
this secondary conversion step is not required.
If the test results are reported in units of light absorption coefficient, then Formula (10) shall be applied.
10.1.4 Effective optical path length input values
In order to apply Formula (10), it is necessary to apply the as-measured effective optical path length (L ). To
A
use Formula (9), values shall be applied both for L and for the standard effective optical path length L .
A AS
For full-flow end-of-line opacimeters, L is a function of the engine tailpipe design. For straight tailpipes with a
A
circular cross section, L is equal to the tailpipe inner diameter.
A
For partial-flow (sampling) opacimeters and full-flow in-line opacimeters, L is a fixed function of the instrument
A
measurement cell and purge air system design. Specification data supplied by the instrument manufacturer
shall be used to determine the appropriate value for L when these types of opacimeters are used.
A
Typically, it is necessary to determine L to within 0,002 m in order to achieve corrected smoke results that are
A
accurate to within 2 % opacity.
Smoke opacity readings depend on the effective optical path length of the instrument. Since limit values may
be established in units of percent opacity, they must be referred to the standard effective optical path lengths
(pipe diameter) at which the limit values apply. For meaningful smoke data comparisons, smoke opacity results
shall be reported at the standard effective optical path lengths (L ) shown in Table 4. Smoke opacity may be
AS
measured at non standard optical path lengths.
For the purposes of Table 4 engine power need not be measured. Engine power is typically available either from
a label on the engine, from the owner’s manual for the engine or from information used to apply certification or
type approval of the engine. In the event that engine power cannot be determined, it is not possible to evaluate
the engine’s compliance with limit values that are expressed in percent opacity.
Table 4 — Standard effective optical path lengths
Engine power Standard effective optical path length
P L
AS
kW m
P < 37 0,038
37 ≤ P < 75 0,05
75 ≤ P < 130 0,075
130 ≤ P < 225 0,1
225 ≤ P < 450 0,125
P ≥ 450 0,15
10.2 Bessel algorithm
10.2.1 General
The Bessel algorithm shall be used to compute the average values from the instantaneous smoke readings.
The algorithm can be applied to either values of smoke opacity or light absorption coefficient. However, if the
smoke level is less than 40 % opacity, the algorithm may be applied to the opacity signal with negligible error.
The algorithm emulates a low pass second order filter, and its use requires iterative calculations to determine
the coefficients. These coefficients are a function of the response time of the opacimeter system and the
sampling rate. Therefore, the calculations given in 10.2.2 must be repeated whenever the system
...
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 2012
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Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
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
A
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
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
iv © ISO 2012 – Tous droits réservés
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.
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
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
t
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
N
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
L
A
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
L
AS
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.
AS
2 © ISO 2012 – Tous droits réservés
3.5
coefficient d’absorption de la lumière
k
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
−1
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 )
A
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:
A
−1 τ
k = ln (1)
L 100
A
−1 N
k = ln 1− (2)
L 100
A
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.
3.7.3 Temps de réponse de l’opacimètre
3.7.3.1
temps de réponse physique de l’opacimètre
t
p
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
t
e
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
a
−1
f fréquence de coupure du filtre de Bessel s
c
−1
k
coefficient d’absorption de la lumière m
−1
k coefficient d’absorption de la lumière corrigé dans les conditions ambiantes m
corr
−1
k coefficient d’absorption de la lumière observée m
obs
K
constante de Bessel 1
K facteur de correction des fumées dans les conditions ambiantes 1
s
L longueur effective du trajet optique m
A
L longueur effective normale du trajet optique m
AS
N opacité %
N opacité avec une longueur effective du trajet optique %
A
N opacité avec une longueur effective normale du trajet optique %
AS
p pression moyenne effective au frein kPa
me
p pression atmosphérique sèche kPa
s
P puissance du moteur kW
−1
S valeur de fumée instantanée m ou %
i
t temps de réponse total s
Aver
t temps de réponse électrique de l’opacimètre s
e
t temps de réponse du filtre pour la fonction de Bessel s
F
t temps de réponse physique de l’opacimètre s
p
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Tableau 1 (suite)
Symbole Grandeur Unité
Δt
temps entre des données successives de fumée (= 1/vitesse d’échantillonnage) s
T température de l’air d’admission du moteur K
a
X temps de réponse total souhaité s
−1
Y valeur de la fumée de Bessel moyennée m ou %
i
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
a
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
a
f = × (3)
a
p 298
s
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
a
f = × (4)
a
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
a
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:
a
09,,31≤≤f 07 (6)
a
Il est recommandé de choisir pour les essais un paramètre, f , compris entre 0,96 et 1,06.
a
D’autres critères de validation sont donnés en 7.3.2.3 et en A.3.2.2.
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 applications réelles sur site du moteur soumis à l’essai.
5.5 Système de refroidissement
Un système de refroidissement du moteur d’une capacité suffisante pour maintenir le moteur aux températures
de fonctionnement normales spécifiées par le constructeur doit être utilisé.
5.6 Huile de lubrification
Les spécifications de l’huile de lubrification utilisée pour l’essai doivent être consignées et jointes aux
résultats d’essai.
5.7 Moteurs avec refroidissement de l’air d’admission
La température du fluide de refroidissement et la température de l’air d’alimentation doivent être consignées.
Le système de refroidissement doit être réglé avec le moteur fonctionnant aux vitesse et charge spécifiées par
le constructeur. La température de l’air d’alimentation et la chute de pression dans le refroidisseur doivent être
réglées, respectivement à ± 4 K près et à ± 2 kPa près, sur les valeurs spécifiées par le constructeur.
5.8 Température du carburant d’essai
La température du carburant doit être conforme aux recommandations du constructeur. Lorsque le constructeur
ne précise pas la température, elle doit être de 311 K ± 5 K. À l’exception des cas où du carburant «lourd»
est utilisé, la température spécifiée par le constructeur ne doit pas être supérieure à 316 K. La température
du carburant doit être mesurée à l’entrée de la pompe d’injection de carburant sauf spécification contraire du
constructeur, et l’emplacement de mesure doit être consigné.
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6 Carburants d’essai
Les caractéristiques du carburant influencent l’émission de fumées du moteur. Par conséquent, les
caractéristiques du carburant utilisé pour l’essai doivent être déterminées, consignées et présentées avec les
résultats de l’essai. Lorsque les carburants désignés dans l’ISO 8178-5 sont utilisés comme «carburants de
référence», le code de référence et l’analyse du carburant doivent être fournis. Pour tous les autres carburants,
les caractéristiques à enregistrer sont celles énumérées dans les fiches techniques universelles appropriées
de l’ISO 8178-5.
La sélection du carburant pour l’essai dépend du but de l’essai. Sauf accord particulier entre les parties, le
carburant doit être sélectionné conformément au Tableau 2. Lorsqu’un carburant de référence approprié n’est
pas disponible, un carburant présentant des caractéristiques très proches de celles du carburant de référence
peut être utilisé. Les caractéristiques du carburant doivent être déclarées.
Tableau 2 — Sélection du carburant
Objet de l’essai Parties intéressées Sélection du carburant
Essai de type (certification) Organisme de certification Carburant de référence, si un
carburant de référence est défini
Constructeur ou fournisseur
Carburant commercial si aucun
carburant de référence n’est défini
Essai de réception Constructeur ou fournisseur Carburant commercial spécifié par le
a
constructeur
Client ou contrôleur
Recherche/développement Au moins l’une parmi les suivantes: Carburant permettant de satisfaire à
l’essai
— constructeur;
— organisme de recherche;
— fournisseur de carburant et
d’huile de lubrification; etc.
a
Il convient que les clients et les contrôleurs prennent note du fait que les essais d’émission réalisés avec des carburants
commerciaux ne sont pas nécessairement conformes aux limites spécifiées lorsque des carburants de référence sont utilisés. II
convient que les spécifications du carburant utilisé pour les essais de réception soient à l’intérieur de la gamme des spécifications de
carburant permises par le constructeur du moteur et spécifiées dans la documentation technique du constructeur du moteur.
7 Équipement de mesure et exactitude
7.1 Généralités
L’équipement suivant doit être utilisé pour les essais d’émission de fumées des moteurs sur dynamomètres. La
présente partie de l’ISO 8178 ne contient pas de détails sur l’équipement de mesure de la température et de
la pression. Au lieu de cela, seules sont données en 7.4 les exigences d’exactitude relatives à cet équipement
nécessaires pour l’essai de mesure des émissions de fumées.
7.2 Spécifications du dynamomètre
Un dynamomètre de moteur avec les caractéristiques adéquates pour exécuter le cycle d’essai décrit dans les
Annexes A et B doit être utilisé. Les exigences de linéarité du cycle d’essai s’appliquent uniquement lorsque les
essais ont été réalisés avec un dynamomètre électrique. L’instrumentation pour le mesurage du couple et de la
vitesse doit permettre l’exactitude de mesure requise pour exécuter le cycle d’essai dans les limites données
dans les Annexes A et B. La vitesse et le couple doivent être échantillonnés à une fréquence d’au moins 1 Hz.
L’exactitude de l’équipement de mesure doit être telle que les tolérances maximales sur les paramètres donnés
dans le Tableau 3 ne soient pas dépassées. Les équipements entraînés par un moteur qui sont conformes à
ces exigences peuvent être utilisés en place des dynamomètres.
7.3 Détermination des fumées
7.3.1 Généralités
Les essais des émissions de fumées en régime transitoire doivent être réalisés en utilisant des appareils de
mesure des émissions de fumées de type opacimètre. Trois types différents d’opacimètres sont autorisés:
l’opacimètre à débit complet en ligne, l’opacimètre de fin de ligne à débit total et l’opacimètre à débit partiel.
Les spécifications relatives aux trois types d’opacimètres sont données à l’Article 11 de la présente partie de
l’ISO 8178 et aux Articles 6 et 7 de l’ISO 11614:1999. La correction en fonction de la température n’a pas été
validée pour les essais en régime transitoire. Par conséquent, la correction des résultats des émissions de
fumées en fonction de la température n’a pas été intégrée à la présente partie de l’ISO 8178.
Tableau 3 — Écarts tolérés des instruments de mesure pour les paramètres liés au moteur
Écart toléré
Intervalles d’étalonnage
Paramètre (% basé sur les valeurs maximales du
mois
moteur) conformément à l’ISO 3046-3
Vitesse du moteur ± 2 % 3
. a
Couple ± 2 % ou ± 5 N m 3
Puissance ± 3 % non applicable
a
La plus grande des deux valeurs.
7.3.2 Spécifications générales — opacimètres
7.3.2.1 Généralités
Les essais de mesure des émissions de fumées nécessitent l’utilisation d’un système de mesure des émissions
de fumées et de traitement des données qui comprend trois unités fonctionnelles. Ces unités peuvent être
intégrées dans un seul composant ou fournies sous forme d’un système de composants interconnectés. Les
trois unités fonctionnelles sont les suivantes:
— un opacimètre à débit total ou partiel conforme aux spécifications du présent paragraphe. Les spécifications
détaillées relatives aux opacimètres sont données dans l’Article 11 et dans l’ISO 11614;
— une unité de traitement des données capable d’exécuter les fonctions décrites en 10.2 et 10.3 ainsi que
dans l’Annexe D;
— une imprimante et/ou un support à mémorisation électronique permettant de consigner et de produire les
valeurs d’émissions de fumées requises spécifiées dans les Annexes A et B.
7.3.2.2 Linéarité
La linéarité est la différence entre la valeur mesurée par l’opacimètre et la valeur de référence du dispositif
d’étalonnage. La linéarité ne doit pas dépasser 2 % de l’opacité.
7.3.2.3 Dérive du zéro
La dérive du zéro, pendant une période d’une heure ou une période égale à la durée de l’essai, la plus courte
période étant retenue, ne doit pas dépasser la plus petite des valeurs suivantes: ± 0,5 % de l’opacité ou 2 %
de la pleine échelle.
7.3.2.4 Affichage et étendue d’indication de l’opacimètre
Pour l’affichage de l’opacité et du coefficient d’absorption de la lumière, l’opacimètre doit avoir une étendue de
mesure appropriée permettant de mesurer avec exactitude la fumée du moteur soumis à essai. La résolution
doit être d’au moins 0,1 % de la pleine échelle.
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La longueur du trajet optique sélectionnée pour l’instrument de mesure des émissions de fumées doit convenir
aux niveaux d’émission de fumées mesurés, afin de réduire les erreurs d’étalonnage, de mesurage et de calcul.
7.3.2.5 Temps de réponse de l’instrument
Le temps de réponse physique de l’opacimètre ne doit pas dépasser 0,2 s et le temps de réponse électrique
de l’opacimètre ne doit pas dépasser 0,05 s.
7.3.2.6 Exigences d’échantillonnage relatives aux opacimètres à débit partiel
Les conditions d’échantillonnage doivent être conformes aux exigences données en 11.3.
7.3.2.7 Source lumineuse
La source lumineuse doit être conforme aux exigences données en 11.2 et 11.3.
7.3.2.8 Filtres à densité neutre
L’exactitude de l’opacité des filtres à densité neutre utilisés pour l’étalonnage et la vérification des opacimètres
doit être de ± 1 % et l’exactitude de la valeur nominale du filtre doit être vérifiée au moins une fois par an en
utilisant une valeur de référence raccordée à une norme nationale ou internationale.
Les filtres à densité neutre sont des dispositifs de précision et peuvent être facilement endommagés lors de
leur utilisation. Il convient de réduire leur manipulation et, si nécessaire, de l’effectuer avec la plus grande
attention pour éviter de rayer ou d’encrasser le filtre.
7.4 Exactitude
L’étalonnage de tous les instruments de mesure doit être raccordé aux Normes internationales (ou nationales
si aucune Norme internationale n’existe) et doit être conforme aux exigences données dans le Tableau 3.
8 Étalonnage de l’opacimètre
8.1 Généralités
L’opacimètre doit être étalonné aussi souvent que nécessaire pour satisfaire aux exigences d’exactitude de la
présente partie de l’ISO 8178. La méthode d’étalonnage à utiliser est décrite en 8.2.
8.2 Mode opératoire d’étalonnage
8.2.1 Durée de mise en température
L’opacimètre doit être mis en température et stabilisé conformément aux recommandations du constructeur.
Lorsqu’il est équipé d’un système de purification de l’air pour éviter tout encrassement de l’optique des
équipements, il convient que ce système soit également actionné et réglé conformément aux recommandations
du constructeur.
8.2.2 Détermination de la linéarité de la réponse
Lorsque l’opacimètre est en mode lecture et que son faisceau lumineux n’est pas bloqué, la lecture doit être
réglée à une opacité de 0 % ± 0,5 %.
Lorsque l’opacimètre est en mode lecture et que tout faisceau lumineux ne peut atteindre le récepteur, la
lecture doit être réglée à une opacité de 100 % ± 0,5 %.
La linéarité de l’opacimètre, lorsqu’il est utilisé en mode opacité, doit être vérifiée de manière périodique selon
les recommandations du constructeur. Un filtre de densité neutre ayant une opacité comprise entre 30 %
et 60 %, conforme aux exigences données en 7.3.2.8 doit être intégré à l’opacimètre et la valeur doit être
consignée. La lecture de l’instrument ne doit pas différer de plus de 2 % par rapport à la valeur nominale du
filtre à densité neutre. Toute non-linéarité dépassant la valeur mentionnée ci-dessus doit être corrigée avant
de réaliser l’essai.
9 Essai
9.1 Installation de l’équipement de mesure
L’opacimètre et les sondes d’échantillonnage, le cas échéant, doivent être installés en aval du silencieux ou de
tout dispositif de traitement ultérieur, lorsqu’il est prévu, conformément aux procédures d’installation spécifiées par
le constructeur. De plus, les exigences de l’Article 10 de l’ISO 11614:1999 doivent être observées, selon le cas.
9.2 Vérification de l’opacimètre
Avant de procéder à toute vérification du zéro et de la pleine échelle, l’opacimètre doit être mis en température
et stabilisé conformément aux recommandations du fabricant de l’instrument. Lorsque l’opacimètre est équipé
d’un système de purification de l’air pour éviter tout encrassement de l’optique des instruments, ce système doit
également être actionné et réglé conformément aux recommandations du constructeur.
Les vérifications du zéro et de la pleine échelle doivent être réalisées en mode lecture de l’opacité, dans la
mesure où l’échelle d’opacité offre deux points d’étalonnage clairement définissables, à savoir une opacité de
0 % et une opacité de 100 %. Le coefficient d’absorption de la lumière est alors calculé correctement sur la
base de l’opacité mesurée et de la longueur effective du trajet optique L , telle que fournie par le fabricant de
A
l’opacimètre, lorsque l’instrument retourne en mode de lecture k pour réaliser les essais.
En l’absence de blocage du faisceau lumineux de l’opacimètre, la lecture doit être réglée à une opacité de 0 % ± 1 %.
Lorsque le faisceau ne peut atteindre le récepteur, la lecture doit être réglée à une opacité de 100 % ± 1 %.
9.3 Cycle d’essai
Le moteur doit tourner selon le cycle d’essai décrit dans les Annexes A, B, E et F compte tenu des considérations
indiquées dans l’Annexe C.
9.4 Détermination de la longueur effective du trajet optique (L )
A
Les parties du trajet entre la source lumineuse et le récepteur qui ne sont pas opacifiées par la fumée ne
font pas partie de la longueur effective du trajet optique. Si le faisceau lumineux du fumimètre est placé
suffisamment près de la sortie de l’échappement (moins de 0,07 m), la section transversale du panache de
fumée à l’endroit où il traverse le fumimètre est essentiellement identique à la sortie du tuyau d’échappement
le long de la ligne d’orientation du faisceau lumineux du fumimètre. Il convient généralement de déterminer
cette distance par mesurage direct de la sortie du tuyau d’échappement. Afin d’obtenir des résultats de fumée
corrigés avec une exactitude de ± 2 % d’opacité, il convient de déterminer L avec une tolérance de ± 6 %.
A
(L’erreur la plus importante d’opacité est observée avec une opacité d’environ 60 %, avec des valeurs d’opacité
plus faibles ou plus fortes, une détermination de L moins exacte peut être tolérée.) Pour la plus petite longueur
A
effective normale du trajet optique (0,038 m), une tolérance de ± 6 % correspond à une exactitude de 0,002 m.
Il est souvent difficile, notamment lors d’essais sur site, d’accéder aux sorties de tuyaux d’échappement sur
les machines pour y réaliser des mesurages directs. Il convient par conséquent d’envisager de prolonger les
tuyaux d’échappement de trois à au plus 30 fois le diamètre du tuyau d’échappement lorsque le constructeur
du moteur n’y voit pas d’objections. Cet assemblage doit être étanchéifié correctement pour éviter toute dilution
des échappements avec l’air.
Pour de nombreuses conceptions courantes de tuyaux d’échappement, L peut être déterminée avec une exactitude
A
suffisante sur la base des dimensions extérieures du système d’échappe
...
Questions, Comments and Discussion
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