ISO 18854:2015

NORME ISO
INTERNATIONALE 18854
Première édition
2015-04-15
Petits navires — Moteurs alternatifs
à combustion interne mesurage des
émissions de gaz d’échappement —
Mesurage des émissions de gaz et de
particules au banc
Small craft — Reciprocating internal combustion engines exhaust
emission measurement — Test-bed measurement of gaseous and
particulate exhaust emissions
Numéro de référence
ISO 18854:2015(F)
©
ISO 2015

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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles and abréviations . 3
4.1 Symboles généraux. 3
4.2 Symboles pour la composition du carburant . 5
4.3 Symboles et abréviations pour les composés chimiques . 6
4.4 Abréviations . 6
5 Conditions d’essai . 7
5.1 Conditions d’essai des moteurs . 7
5.2 Moteurs avec refroidissement de l’air de suralimentation . 8
5.3 Puissance . 8
5.4 Conditions d’essai spécifiques . 8
6 Carburants d’essai . 9
7 Application du concept de famille de moteurs et choix d’un moteur parent .10
8 Équipement de mesure et données à mesurer.10
8.1 Généralités .10
8.2 Spécifications du dynamomètre .11
8.3 Débit des gaz d’échappement .11
8.4 Exactitude .14
8.5 Détermination des composants gazeux .15
8.6 Détermination des particules .20
9 Étalonnage des instruments analytiques .22
9.1 Exigences générales .22
9.2 Gaz d’étalonnage .22
9.3 Mode opératoire des analyseurs et du système d’échantillonnage .24
9.4 Essai de fuite .24
9.5 Mode opératoire d’étalonnage .24
9.6 Étalonnage de l’analyseur de gaz traceur pour la mesure du débit des gaz d’échappement .
25
9.7 Essai de rendement du convertisseur de NO .
x 26
9.8 Réglage du FID .28
9.9 Effets des interférences avec les analyseurs de CO, CO , NO , O , NH et N O .31
2 x 2 3 2
9.10 Intervalles d’étalonnage .36
10 Étalonnage du système de mesure des particules .36
10.1 Généralités .36
10.2 Mode opératoire d’étalonnage .36
10.3 Contrôle des conditions de débit partiel .36
10.4 Intervalles d’étalonnage .37
11 Étalonnage du système de dilution à débit complet du CVS .37
11.1 Généralités .37
11.2 Étalonnage de la pompe volumétrique (PDP).37
11.3 Étalonnage du venturi à écoulement critique (CFV) .38
11.4 Étalonnage du venturi subsonique (SSV).40
11.5 Vérification du système complet .42
12 Cycles d’essai (conditions de fonctionnement) .42
12.1 Exigences .42
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12.2 Cycles d’essai .43
13 Conduite de l’essai .45
13.1 Préparation des filtres d’échantillonnage.45
13.2 Installation de l’équipement de mesure .45
13.3 Démarrage du système de dilution et du moteur .45
13.4 Réglage du rapport de dilution .45
13.5 Détermination des points d’essai.45
13.6 Contrôle des analyseurs .46
13.7 Cycles d’essai .46
13.8 Nouveau contrôle des analyseurs .47
13.9 Rapport d’essai .47
14 Évaluation des données relatives aux émissions gazeuses et de particules .47
14.1 Émissions gazeuses .47
14.2 Émissions de particules .48
15 Calcul des émissions gazeuses .48
15.1 Généralités .48
15.2 Détermination du débit de gaz d’échappement .49
15.3 Correction sec/humide .49
15.4 Correction du NO , en fonction de l’humidité et de la température .51
x
15.5 Calcul des débits-masses des émissions .52
15.6 Calcul de l’émission spécifique .57
16 Calcul des émissions de particules .57
16.1 Facteur de correction pour les particules en fonction de l’humidité .57
16.2 Système de dilution à débit partiel .57
16.3 Système de dilution à débit complet .59
16.4 Calcul du débit-masse des particules .59
16.5 Calcul des émissions spécifiques .60
16.6 Coefficient de pondération effectif .60
17 Détermination des émissions gazeuses .61
17.1 Généralités .61
17.2 Composants principaux des gaz d’échappement CO, CO , HC, NO , O .
2 x 2 61
17.3 Analyse de l’ammoniac . .65
17.4 Analyse du méthane .66
17.5 Analyse du méthanol .69
17.6 Analyse du formaldéhyde .70
18 Détermination des particules .72
18.1 Généralités .72
18.2 Système de dilution .72
18.3 Système d’échantillonnage des particules .89
Bibliographie .93
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de
la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC concernant
les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations
supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 188, Petits navires, sous-comité 2,
Moteurs et systèmes de propulsion.
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Introduction
La présente Norme Internationale est destinée à être utilisée comme une procédure de mesurage utilisée
pour déterminer les niveaux d’émission de gaz et de particules produits par des moteurs alternatifs
à combustion interne (RIC) pour une utilisation marine sur les petits navires. Son but est de fournir
une cartographie des caractéristiques d’émissions d’un moteur qui, par l’utilisation des coefficients
de pondération appropriés, peuvent être utilisées comme une indication des niveaux d’émission de ce
moteur sous des applications variées. Les résultats d’émission sont exprimés en grammes par kilowatt-
heure et représentent le débit-masse des émissions par unité de travail accompli.
Bien que la présente Norme Internationale soit conçue pour les moteurs marins, elle partage de nombreux
principes avec les méthodes de mesurage des particules et des émissions gazeuses qui ont été en usage
depuis de nombreuses années pour les moteurs des véhicules routiers. L’une des méthodes d’essai qui
partage plusieurs de ces principes est le processus consistant à mélanger de l’air de dilution avec le flux
total de gaz d’échappement avant d’en séparer une fraction du flux de gaz d’échappement dilués pour
analyse (méthode de dilution complète) comme actuellement prescrit pour la certification des moteurs
de camions aux USA depuis 1985. Une autre des procédures d’essai est la méthode de mesure directe des
émissions gazeuses dans les gaz d’échappement non dilués, actuellement spécifiée pour l’homologation
des moteurs de camions au Japon et en Europe.
NOTE Dans de nombreux systèmes de dilution du flux total d’échappement, il est commun de diluer la fraction
des gaz d’échappement pré-diluée une deuxième fois pour obtenir des échantillons appropriés de température au
niveau du filtre à particules (voir la Figure 19).
Plusieurs des méthodes décrites dans la présente Norme Internationale sont des rapports détaillés
de méthodes de laboratoire, puisque la détermination d’une valeur d’émissions nécessite l’exécution
d’un ensemble complexe de mesurages individuels plutôt que l’obtention d’une valeur unique mesurée.
Ainsi, les résultats obtenus dépendent autant du processus de mesurage que du moteur et de la méthode
d’essai.
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Petits navires — Moteurs alternatifs à combustion
interne mesurage des émissions de gaz d’échappement —
Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les méthodes de mesurage et d’évaluation au banc d’essai
des émissions gazeuses et de particules des gaz d’échappement des moteurs alternatifs à combustion
interne (RIC) en régime permanent, nécessaires pour déterminer une valeur pondérée pour chaque
polluant des gaz d’échappement. Différentes combinaisons de charge et de vitesse du moteur reflètent
différentes applications du moteur.
La présente Norme internationale est applicable aux moteurs marins RIC destinés à être installés sur les
petits navires d’une longueur de coque inférieure ou égale à 24 m.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 5725-1, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 1: Principes
généraux et définitions
ISO 5725-2, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 2: Méthode de
base pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une méthode de mesure normalisée
ISO 8178-1:2006, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz
d’échappement — Partie 1: Mesurage des émissions de gaz et de particules au banc d’essai
ISO 8178-6:2000, Moteurs alternatifs à combustion interne — Mesurage des émissions de gaz
d’échappement — Partie 6: Rapport de mesure et d’essai
ISO 8666, Petits navires — Données principales
ISO 14396, Moteurs alternatifs à combustion interne — Détermination et méthode de mesurage de la
puissance — Exigences supplémentaires pour les essais d’émissions de gaz d’échappement suivant l’ISO 8178
ISO 15550:2002, Moteurs à combustion interne — Détermination et méthode de mesure de la puissance du
moteur — Exigences générales
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 8666 et les termes
suivantes s’appliquent.
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3.1
particules
matière collectée sur un milieu filtrant spécifié après dilution des gaz d’échappement avec un air filtré
propre à une température supérieure à 315 K (42 °C) inférieure ou égale à 325 K (52 °C), mesurée à un
point immédiatement en amont du filtre primaire
Note 1 à l’article: Les particules sont essentiellement constituées de carbone, d’hydrocarbures condensés, ainsi
que de sulfates et l’eau qui leur est associée.
Note 2 à l’article: Les particules définies dans la présente Norme Internationale sont considérablement différentes,
en composition et en masse, des particules ou poussières prélevées directement sur des gaz d’échappement non
dilués, en utilisant la méthode du filtre chaud. Il a été prouvé que le mesurage des particules décrit dans la présente
Norme Internationale est efficace pour des carburants dont la teneur en soufre est inférieure ou égale à 0,8 %.
[SOURCE: ISO 8178-1:2006, 3.1, sans la Note 3 à l’article]
3.2
système de dilution à débit partiel
système utilisant un procédé de séparation d’une partie des gaz d’échappement bruts de la totalité des
gaz d’échappement, puis de mélange de cette partie avec une quantité appropriée d’air de dilution en
amont du filtre d’échantillonnage
Note 1 à l’article: Note1 à l’article: Voir le 18.2.1, Figures 10 à 18.
3.3
système de dilution à débit complet
procédé de mélange de l’air de dilution avec la totalité des gaz d’échappement avant la séparation d’une
fraction du flux des gaz d’échappement dilués pour analyse
Note 1 à l’article: : Il est habituel, dans de nombreux systèmes de dilution à débit complet, de diluer une
seconde fois cette fraction des gaz d’échappement prédilués, pour obtenir des températures d’échantillon
appropriées au niveau du filtre à particules (voir la Figure 19).
3.4
échantillonnage isocinétique
procédé de contrôle du débit de l’échantillon de gaz d’échappement, en maintenant la vitesse moyenne
de l’échantillon au niveau de la sonde égale à la vitesse moyenne d’écoulement des gaz d’échappement
[SOURCE: ISO 8178-1:2006, 3.4]
3.5
méthode à filtres multiples
procédé consistant à utiliser un filtre pour chacun des modes du cycle d’essai
Note 1 à l’article: Les coefficients de pondération modaux sont pris en compte après l’échantillonnage pendant la
phase d’évaluation des données de l’essai.
[SOURCE: ISO 8178-1:2006, 3.6]
3.6
méthode à filtre unique
procédé consistant à utiliser un filtre pour l’ensemble des modes du cycle d’essai
Note 1 à l’article: Il faut que les coefficients de pondération modaux soient pris en compte par réglage du débit
et/ou de la durée d’échantillonnage pendant la phase d’échantillonnage des particules du cycle d’essai. Cette
méthode impose d’accorder une attention particulière à la durée d’échantillonnage et aux débits.
[SOURCE: ISO 8178-1:2006, 3.7]
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3.7
émissions spécifiques
émissions massiques exprimées en grammes par kilowatt-heure
[SOURCE: ISO 8178-1:2006, 3.8—modifié]
3.8
gaz étalon
mélange de gaz purifié utilisé pour étalonner les analyseurs de gaz
Note 1 à l’article: Les gaz d’étalonnage et le gaz étalon sont quantitativement identiques mais diffèrent dans leur
fonction principale. Plusieurs méthodes de vérification des analyseurs de gaz et de composants d’utilisation des
gaz peuvent se référer soit aux gaz d’étalonnage soit aux gaz étalon.
3.9
gaz zéro
mélange purifié de gaz utilisé pour étalonner les analyseurs de gaz
Note 1 à l’article: Il peut s’agir d’azote purifié, d’air purifié, ou d’une combinaison d’air purifié et d’azote purifié.
3.10
étalonnage
mode opératoire pour le calibrage de la réponse d’un système de mesure de manière à ce que son signal
de sortie soit conforme à une gamme de signaux de référence
3.11
vérification
dispositif destiné à évaluer si un système de mesurage est conforme ou non avec une gamme des signaux
de référence appliqués à l’intérieur d’un ou plusieurs seuils prédéterminés, pour acceptation
4 Symboles and abréviations
4.1 Symboles généraux
Symbole Terme Unité
A/F Rapport stœchiométrique air/carburant —
st
2
A Aire de la section transversale de la sonde d’échantillonnage isocinétique m
p
A Masse atomique G
r
2
A Aire de la section transversale de la tubulure d’échappement m
x
Concentration corrigée du bruit de fond ppm %
c
c
(V/V)
Concentration dans l’air de dilution ppm %
c
d
(V/V)
Concentration dans les gaz d’échappement (avec suffixe de dénomination du compo- ppm %
c
x
sant) (V/V)
D Facteur de dilution —
E Affaiblissement par le CO de l’analyseur NO %
CO2 2 x
E Rendement de l’éthane %
E
E Affaiblissement par l’eau de l’analyseur NO %
H2O x
E Rendement du méthane %
M
e Rendement du convertisseur NO %
NOx x
e Émissions de particules g/kW⋅h
PT
e Émissions de gaz (avec suffixe de dénomination du composant) g/kW⋅h
x
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Symbole Terme Unité
λ
Facteur d’excès d’air ([kg air sec] / ([kg combustible] * [A/F ])) —
st
λ Facteur d’excès d’air dans les conditions de référence —
Ref
f Facteur atmos
...