『地球温暖化への対応』～最新クリーンディーゼル車

参考３
2004年11月7日
シンポジウム「地球温暖化への対応」
“最新クリーンディーゼル車について考える”
ディーゼル車の排気クリーン化と
低燃費化のための将来技術
早稲田大学理工学部
大聖 泰弘
環境省HP
「そらまめ君」による
2002年2月22日
11時現在
関東地方の浮遊粒子状物質濃度
関東地方の浮遊粒子状物質濃度
全体径：1μm以下
可溶性有機成分
(SOF)
固体炭素
(径：20∼30nm)
凝縮性ﾅﾉ粒子
硫酸塩
(サルフェート)
吸着炭化水素
：：：：
：：：： 気相炭化水素
：：：：
ディーゼル微粒子の形態
Wolfgang Groth
VWoA
我が国における自動車の
大気環境に関わる現状
■ 首都圏や関西地区では，NO2とSPMの環境基準の達成
率が低い状態が長年続いている。交通量増大やディー
ゼル車割合の増加が主要因である。
・総排出量に占めるNOx ：50%
・
〃
微粒子：30∼40％
■ ディーゼル車は保有台数の18％であるが，
・自動車からのNOx：75％
・微粒子の大半を占める。
■ 単体規制強化を含む総合的な自動車交通対策により，
2010年までに環境基準を達成することが環境行政の目
標となっている。
千万 kL
6.0
5.0
●
ガソリン
4.0
●
● ●
●
●
● ●
● ● ●
3.0
●
●
● ●
●
● ● ● ●
2.0
●
●
●
●
●
●
●
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●
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●
●
● ●
●
●
●
●
●
1.0
●
●
● ●
●
●
● ●
● ●
●
●
●
●
軽 油
●
● ● ● ● ●
●
石油危機
0
1971 75
80
85
1990
95
2000 03
自動車用燃料の年間消費量の推移
自動車用燃料の年間消費量の推移
ディーゼルエンジンは，何故燃費がよいか？
熱効率 %
■ 圧縮比が高い。
■ 吸気を絞らないため，ポンプ損失がない。
■ 全体的に空気過剰な燃焼を行うので，比熱比が
大きく熱損失が少ない。
40
35
30
10 15 20
圧縮比
ディーゼルエンジンは，何故NOx と
黒煙・微粒子（PM）を多く排出するか？
■ 燃料噴霧内で空気が十分ある領域Aで NOxが，
燃料過剰の領域Bで黒煙・PMがそれぞれ発生。
両者は相反する排出傾向があり同時低減が困難。
■ これまで後処理が難しかった。
A
B
g/km
NOx
0.28
0.25
- 規制値 2002 新短期ﾃﾞｨｰｾﾞﾙ車
(1978 ガソリン車)
0.14
2005 新長期ﾃﾞｨｰｾﾞﾙ車
2000 新短期ｶﾞｿﾘﾝ車
2005 新長期ｶﾞｿﾘﾝ車
0.08
0.05
0
理論
混合比
リーン
バーン
直接噴射
ディーゼル車
直接噴射
ｶﾞｿﾘﾝ車
基準 -5 -10 -15 -20 -25
CO2 減少割合 %
-30
ガソリン乗用車とディーゼル乗用車における
ガソリン乗用車とディーゼル乗用車における
NOxとCO
のトレードオフ
NOxとCO22 のトレードオフ
ディーゼルエンジンの新技術
■ 小型エンジンの直接噴射化
■ 電子制御高圧噴射システム
■ インタークーラ付きターボ過給システム:
可変機構ターボ(VGT)，２段ターボ過給
■ 後処理技術（酸化触媒，DPF，NOx還元触媒）
■ その他：４弁化，冷却EGR，HCCI
□ 軽油の低硫黄化
□ 電子制御技術
新 気
ターボ
過給器
ｲﾝﾀｰ
ｸｰﾗ
排 気
酸化触媒
DPF
NOx還元触媒
EGR
ｸｰﾗ
ERG弁
電子制御
高圧噴射
システム
ディーゼル車の最新排出ガス対策技術
ディーゼル車の最新排出ガス対策技術
コモンレールシステム
ユニットインジェクタ
（Bosch社資料）
高圧燃料噴射装置
高圧燃料噴射装置
後処理用
ＨＣ供給
主 燃 焼 ＰＭ再燃焼 排気昇温
ﾉｲｽﾞ低減・ＮＯｘ抑制
着火遅れ
ＨＣＣＩ燃焼 短 縮
噴射率
早期噴射１ 早期噴射２ 主 噴 射 後期噴射１ 後期噴射２
上死点
クランク角度
多段噴射によるディーゼル燃焼の制御
多段噴射によるディーゼル燃焼の制御
OC : 酸化触媒
SCR: 選択還元触媒
LNT: NOx吸蔵触媒
OC
-SOF
エンジン排気
-SOF
OC
-PM
DPF
-SOF
OC
-NOx
SCR
OC
-NH3
OC
-PM
-SOF
DPF
-NOx
SCR
-PM
-SOF
OC
: 尿素水
:燃 料
DPF
-NH3
OC
-NOx
LNT
OC
-HC
ディーゼル車の後処理システムの組み合せ
ディーゼル車の後処理システムの組み合せ
トヨタ自動車
2000年
DPNRの構造
DPF+NOx吸蔵触媒
DPF+NOx吸蔵触媒
DPF+尿素SCR
DPF+尿素SCR
ディーゼル排気
ディーゼル排気
後処理システム
後処理システム
（VW社）
（VW社）
ガソリン
1.2%
100 ppm
50 ppm
10 ppm>
2005 ’05-’08
0.5%
500 ppm
50 ppm
0.2%
10 ppm>
1953
76
92
97
2003 ’05-’07
わが国における軽油の低硫黄化の推移
わが国における軽油の低硫黄化の推移
燃焼技術
可変機構
反応化学
材 料
電子制御
実 験・計 測
燃料化学
シミュレーション
後処理技術
触媒化学
燃料設計
燃料技術
性状制御
エンジンに関わる３つの技術
エンジン：0.3リッター単気筒自然給気DOHCディーゼル
（最高出力: 6.3kW/4000rpm, 最大ﾄﾙｸ: 1.9kgm/2000rpm）
燃 費: 0.99L/100km, 101km/L， 乗 員: 2名（前後乗車）
全長×全幅×全高＝3646×1248×1110mm
車両重量: 290kg，空気抵抗計数値: 0.159
（カーボン、マグネシウム、強化プラスチックなど多用)
１リッターディーゼル乗用車
１リッターディーゼル乗用車
（フォルクスワーゲン社試作，2002年4月）
（フォルクスワーゲン社試作，2002年4月）
効 率
燃料電池システム
50-60% (水素ベース)
ディーゼルエンジン
35-45%
ガソリンエンジン
25-35%
負荷率
エンジンと燃料電池システムの効率比較
環境への負荷
ﾃﾞｨｰｾﾞﾙ車
後処理ｼｽﾃﾑの
活用
ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ化
ｶﾞｿﾘﾝ車
ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ化
EV
1.0
(基準)
水素FCV
2.0
3.0
相対車両効率
ハイブリッド化の可能性
ハイブリッド化の可能性
エンジン: 1.364 L 4気筒ターボディーゼル
燃
費: 47 km/L (10-15 モード)
2.7L/100km (37km/L, ECモード)
長×幅×高: 3.52×1.63×1.46 m
車両重量: 700kg， 乗 車 数: 4名
33”
ディーゼルハイブリッド乗用車
“ES
ディーゼルハイブリッド乗用車 “ES ”
（トヨタ社試作,
（トヨタ社試作, 2001年10月）
2001年10月）
各車種のCO
各車種のCO22排出量の比較
排出量の比較
比
較
MIT 乗用車
GM 小型ﾄﾗｯｸ
技 術
ｇ/km 低減率 ｇ/km 低減率
1996年基準SIｴﾝｼﾞﾝ
264
344
2020年ﾍﾞｰｽSI ｴﾝｼﾞﾝ
173
2020年先進 SIｴﾝｼﾞﾝ
153
先進ﾃﾞｨｰｾﾞﾙ
135
12%
293 15%
ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ (SIｴﾝｼﾞﾝ)
109
29%
289 18%
(ﾃﾞｨｰｾﾞﾙ)
97
37%
239
31%
(水素FC)
124
19%
184
47%
(ｶﾞｿﾘﾝ改質FC)
180
-17%
227 34%
(ﾒﾀﾉｰﾙ改質FC)
138
10%
201
42%
米国ｱﾙｺﾞﾝﾇ国立研究所(2003年SAE,ﾃﾞﾄﾛｲﾄ)
対ガソリン車コスト増加 万円
100
80
60
40
20
0
-20
-40
燃料価格 ｶﾞｿﾘﾝ 軽油 円/L
110 80
120 80
＜仮 定＞
ｶﾞｿﾘﾝ車両価格：200万円
ｶﾞｿﾘﾝ車車燃費：10km/L
ﾃﾞｨｰｾﾞﾙ車燃費：12km/L
ﾃﾞｨｰｾﾞﾙﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ
燃費：24km/L
0
2
4
6
8
10
12
走行距離
14
16
18
20
万ｋｍ
ガソリン車とディーゼル車のトータルコスト比較
ガソリン車とディーゼル車のトータルコスト比較
先進ディーゼル車の普及条件
先進ディーゼル車の普及条件
■ 車両性能
■ 車としての魅力
■ 低環境負荷特性
■ 経済性
発進低速と中高速での加速性，高速性能
小型軽量エンジン，満タン航続距離
信頼耐久性／低メンテナンス性
高性能，技術的先進性
デザイン，高級感，コンパクトな良質感
低排出ガス（ダーティなイメージの払拭）
低ＣＯ２
静粛性（車外／車内）
ユーザーの負担
（車両価格／燃 費／整備費用／税 金）
経済性
商品性
市 場
Market
性能・燃費
技 術
Technology
研究開発の誘導・支援
法制度の施行
規制強化・緩和
税 制
政 策
Policy
将来ビジョンの提示
先進自動車の普及のための協力
先進自動車の普及のための協力
重要度
大気環境対策
2000
温暖化対策
脱石油対策
2010
2020
2030年
今後の自動車環境・エネルギー対策の重要性
今後の自動車環境・エネルギー対策の重要性