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ひでかひろき
5 years ago
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1 自動車排出ガス対策の推進に向けて ~ 新たな研究の展開 ~ 調査研究部岡村整

2 本日の内容 1. 自動車排出ガス規制 2. 自動車排出ガス計測システムの高精度化 3. 自動車排出ガスに関する研究事例 4. エコドライブの評価に関する研究

3 窒素酸化物 (NOx) 規制の推移 g/km ppm 770ppm 数値 : 規制値ガソリン乗用車ガソリントラック (1.7t 超 ~3.5t 以下 ) ディーゼルトラック (3.5t 超 ) 60 % g/km 1.20g/km 1.80g/km 650ppm 540ppm 1.20g/km 0.60~0.85g/km 470ppm 0.90g/km 0.25g/km 400ppm 0.70g/km ガソリン車 :S47 年度 100 とするディーゼル車 :S48 年度を 100 とする 6.0g/kWh 0.40g/km 0.08g/km 4.5g/kWh 0.13g/km 3.38g/kWh 0.70g/kWh 2.0g/kWh 0.05,0.07g/km 年年度度

4 粒子状物質 (PM) 規制の推移 g/kWh 1.7t 以下規制値 (g/km 又は g/kwh) g/km 0.25g/kWh 0.18g/kWh 0.20g/km 0.09g/km 0.013~0.027g/kWh 0.08g/km 年度短期規制長期規制新短期新長期規制 1.7t 超 2.5t 以下 2.5t 超 3.5t 以下 3.5t 超 12t 以下 12t 超

5 次期排出ガス規制 ( ポスト新長期規制 ) = 平成 21 年実施予定 = 種別ーゼ量ル車)ディ車窒素酸化物 (NOx) 3.38 (重規制物質新短期規制 (H15,16 年 ) 炭化水素 (HC) 一酸化炭素 (CO) 2.22 新長期規制 (H17 年 ~) 2.00 同 (NMHC へ変更 ) 単位 :g/kwh ポスト新長期規制 (H21 年実施予定 ) 0.70 (35%) ( 挑戦目標 : 更に 1/3) 同同粒子状物質 (PM) (37%) ( ) 内の数字は新長期規制と比べた場合の低減率を示す

6 都内大気環境中の二酸化窒素 (NO 2 ) 濃度の推移 0.06 自動車排出ガス測定局 ( 全 34 局平均値 ) 濃度 (ppm) 環境基準目安一般環境大気測定局 ( 全 47 局平均値 ) 0.00 NOx の 5 割強が自動車由来元年度

7 都内大気環境中の浮遊粒子状物質 (SPM) の推移濃度 (mg/m3) 一般環境大気測定局 ( 全 47 局平均値 ) 環境基準目安自動車排出ガス測定局 ( 全 34 局平均値 ) 昨年度観測以来初めて全局で環境基準を達成元年度

8 自動車排出ガス計測システムの高精度化 Ⅱ-1. クーリングタワー排カス吸引装置フィルターユニット Ⅱ-1. 新鮮空気供給装置 Ⅱ-1. エンジン吸入空気供給装置サイレンサー屋上実験機器空調室冷水タンク 3F 吸引装置 CVS 装置サイレンサー校正用ベンチュリー校正用ベンチュリー Ⅰ-5. 粒子状物質サンフリンク装置コントロール部 Ⅱ-1. 空調コントロール部排出ガス分析計 CVSコントロール部バッグ Ⅰ-3. データ処理装置ハイボリュームサンブリング装置大型車サンプリング室熱交換装置 Ⅰ-4. 粒子状物質サンプリング装置制御コンピュータ大型車計測室 2F ドライバーズエイドモニター NO NOx 分析計サイクロンハイボリュームサンブリング装置フィルター部 2nd トンネル THC NOX 分析計マイクロトンネルシャシタイナモ大型車実験室 1F 新鮮空気全量希釈トンネル大型車機械室温度調整機能付 PM 捕集フォルダ空調空気ライン直接排ガスサンプリングライン希釈排出ガスサンプリングライン排気ライン冷却水ラインバッグサンプリングライン

9 外気新鮮空気供給装置制御盤自動車排出ガス計測の流れマイクロダイリューショントンネルエンジン吸入空気排出ガス分析計 (NOx,HC,CO 等 ) 排出ガスデータ処理装置制御装置シャシダイナモメータ粒子状物質サンプリング装置 PM 捕集フォルダ希釈空気ブロワ排気全量希釈トンネル CVS 装置

10 自動車排出ガス計測システムの高精度化 1. 粒子状物質 (PM) 計測の高精度化安定化温度調整機能付 PM 捕集フォルダの導入軽量高効率のPM 捕集フィルターの採用加熱型二次希釈トンネルの導入 2. 排出ガス希釈率の最適化多段階流量制御が可能な CVS の導入 3. 微量物質測定の高精度化マイクロダイリューショントンネルの導入 4. シャシダイナモメーターの高精度化等トルク制御の高精度化道路勾配設定機能の追加測定対象車両の拡大

11 加熱型二次希釈トンネル = PM 測定の高精度化安定化 = 二次希釈トンネル ( 既存 ) 加熱型二次希釈トンネル ( 新設 ) 温調機能付 PM フォルタ ( 新設 )

12 PM 捕集 ( 測定 ) 用フィルター = PM 測定の高精度化安定化 = 捕集効率が高く軽量化した PM 捕集フィルターを採用従来のフィルター (Φ70) 元年規制車 PM 測定結果 (JE05) 新規フィルター (Φ47) 新長期規制車 PM 測定結果 (JE05)

13 多段階の流量制御 (CVS) = 排出ガス希釈率の最適化 = 臨界流量ベンチュリ 4つのベンチュリの組合せにて流量を9 段階に調整

14 マイクロダイリューショントンネル = 微量物質測定の高精度化 = 希釈排出ガスを計測排出ガスの一部をサンプリング清浄な空気にて希釈排出ガス

15 自動車排出ガスに関する研究事例自動車排出ガスの測定方法

16 リアルワールドの観点からの実態把握リアルワールド道路勾配コールドスタート急加速エアコン積載量渋滞気温未規制の有害物質局地汚染公定試験 ( 規定の走行ハターン試験条件 )

17 (1) 実走行による排出ガス規制の効果検証 NOx 排出量の実測結果公定試験 ( D13 モード ) 東京都実走行ハターン NOx 排出量 (g/kwh) 規制値 (6.0) 規制値 (4.5) NOx 排出量 (g/t km) 元年規制短期規制長期規制元年規制短期規制長期規制 (n=26 台 ) (n=25 台 ) (n=19 台 ) (n=26 台 ) (n=25 台 ) (n=19 台 )

18 従来の公定試験法 ( ティーセル 13 モード ) 100 従来の公定試験法 (D 13モード ) ではエンジンの運転領域のうち代表ポイントのみの測定であったエンジン負荷率 (%) しかし実際の走行では当然他の領域も使用している最高出力時のエンシン回転数比率 (%) D13 モードの測定点実走行時の運転領域 ( 参考例 )

19 (2) エアコン使用による影響調査日本の自動車におけるエアコン装着率の推移エアコン装着率 MAC (%) 軽乗用車軽貨物車乗用車小型貨物車普通貨物車乗合車 ( 社 ) 日本自動車工業会調べ

20 エアコンによる影響調査結果 = ガソリン車 = NOx,HC 排出係数 (g/km) NOx HC CO エアコン使用時排出量が増加 CO 排出係数 (g/km) 0.00 A/C off A/C on A/C off A/C on 0.0 ガソリン車 A (1468cc) ガソリン車 B (1590cc) 走行モード :10 15 モード

21 エアコン使用による燃料消費量 ( 例 ) = ガソリン車 = 速度 (km/h) エアコン未使用エアコン使用燃料消費量車速燃料消費量 ( g ) 10 H174G この試験においては燃費が約 25% 低下時間 (sec) 試験車両 : ガソリン車 4300cc 走行モード :10 15 モード 0

22 (3) コールドスタートによる影響調査 HC 排出量コールトスタート車速速度 (km/h) HC( g ) ホットスタート時間 (sec) H174G 試験車両 : ガソリン車 4300cc 走行モード :10 15 モード

23 コールドスタートにおける HC 排出量 = 規制年次別の比較 ( ガソリン車 ) = HC 排出量 (g/km) 約 11 倍走行パターン :10 15モード走行時間 11 分走行距離約 4km 約 8 倍 0 ホットコールドホットコールド新短期規制車 (n=8 台 ) 新長期規制車 (n=6 台 )

24 コールドスタートによる燃料消費量 ( 例 ) = ガソリン車 = 70 コールトスタートホットスタート 60 3 速度 (km/h) 燃料消費量 ( g ) 10 車速時間 (sec) 0 H174G 11 この試験においてはコールドスタートでは燃費が約 18% 低下試験車両 : ガソリン車 4300cc 走行モード :11 モード

25 (4) 自動車から排出されるナノ粒子ナノ粒子 50nm 以下質量分布粒子個数分布粒径 (nm) 1 質量でみると粒径 100~300nm の微小粒子が大部分 2 粒子個数で見ると粒径 10~30nm の極微小粒子 ( ナノ粒子 ) が大部分を占める Kittelson ら ( ミネソタ大学 )

26 ナノ粒子の特性粒径 50nm 以下の極微小粒子をナノ粒子と呼び近年その排出挙動健康影響が注目されているナノ粒子はウィルス (20~ 250nm) と同程度の大きさ肺の奥深く入り込み細胞膜を通過し血液中に入り体の様々な部位に運ばれる呼吸循環器系脳神経系生殖内分泌系等 EU では個数濃度による規制も検討されている

27 ナノ粒子の実測例 ( 粒径分布 ) 粒子個数 ( 個 /km) 1.00E E E ディ総個数平均 :5.23: 個 /km ーゼル車ガソリン車総個数平均 :6.36: 個 /km D-h 車 D-i 車 D-j 車 D-k 車 G-a 車 G-b 車 G-c 車 G-d 車 G-e 車 G-f 車 G-g 車デ1.00E 粒粒径径 (nm) (nm) 走行モード : 東京都実走行パターンNo.5

28 エコドライブの評価に関する研究自動車排出ガスの測定方法

29 CO2 排出量の割合 ( 部門別 ) 東京都では運輸部門の約 7 割が自動車から排出その他 1.3% 産業部門 9.0% 工業フロセス 3.8% その他 1.9% エネルキ転換部門 6.8% 運輸部門 29.7% 運輸部門 20.7% 業務部門 35.0% 産業部門 37.8% 家庭部門 13.5% 家庭部門 25.0% 東京都業務部門 15.6% 全国平均平成 15 年度東京都環境局東京都の二酸化炭素排出量の約 2 割が自動車から排出されている東京都では運輸部門からの排出量が全国と比べ相対的に多い

30 エコドライブ = Ecological Driving = エコドライブとは地球温暖化要因の一つである CO2 や大気汚染の原因である NOx 等を減らすため環境に配慮して自動車を運転すること具体的には急加速や急停止をせず一定速度での走行無駄なアイドリングを減らすことなどを心がけるエコドライブを実践することで二酸化炭素の排出量を 1~2 割程度削減することができる

31 研究の背景目的 1. 背景近年自動車からの温室効果ガス削減対策の一つとして国自治体各種団体等においてエコドライブの PR, 講習会の実施などその普及促進の取組が盛んに行われているしかしエコドライブの実践状況改善状況等を定量的に評価する手法は確立されていない 2. 目的エコドライブを定量的に評価する手法を検討する

32 評価の基本的考え方 3. 評価手法の基本的な考え方 1 エコドライブを評価するに当たり燃費を指標に評価すること ( エコドライブ = 燃費向上と定義 ) 2 車両が異なる場合でもその性能や排気量等によらず比較評価できる手法であること 3 評価が出来る限り手軽にまた広範囲の車に適用出来るよう必要最小限のデータにて評価すること

33 エコドライブの要素評価対象運転操作速度加速減速アイトリンク車両性能エコドライブ影響因子運転技術運転知識交通状況渋滞車の流れ道路状態道路勾配舗装状況メンテナンス状況タイヤ圧エンシンオイル使用状況積載重量エアコン

34 評価の考え方 A さん B さん運転操作技術車両性能悪車両性能良車両 A 車両 B 実測燃費実測燃費 A さんの燃費 B さんの燃費比較車両が違う場合実測燃費で両者を単純に比較することは出来ない速度加速減速アイトリンク評価の考え方 A さんシミュレーションモテル優秀車速データ推定燃費 B さん仮想車両 A さん B さん

35 トリップセグメントモデル車速データなどから燃料消費量 CO2 NOx 等の排出量を推定する負荷推計モデルトリップセグメントアイトリンク加速モード定速モード減速モード定速モード減速モート速度時間

36 各モードにおける燃料消費量 ( 実測例 ) 車速燃料消費量 80 アイトリンク加速定速減速加速減速アイトリンク 4 70 速度 (km/h) 時間 (sec) 燃料消費量 ( g ) H171 M15 試験車両 : ディーゼル車 5000cc 走行モード :M15 パターン

37 各モート別の燃料消費量 (F) 推定式アイトリンク加速モート定速モート減速モート F i = αi Ti F a = αa Aa Va Ta F cs = αcs Vcs Tcs F d = αd Vd Td αi~cs: 定数 Aa: 平均加速度 (km/h/s) Va~cs: 各モート別平均速度 (km/h) Ti~cs: 各モート別累計時間 (sec)

38 各モート別の推定値と実測値 = 燃料消費量 = 燃料消費量 (g) y = x R 2 = アイドリングモード y = x R 2 = 定速 2 モード試験車両 : ガソリン車排気量 : 1300cc 車両総重量 : 1550kg 時間 T(s) 速度 V(km/h) 時間 T(s) 燃料消費量 (g) y = x R 2 = 加速モード燃料消費量 (g) y = 0.011x R 2 = 減速モード加速度 A(km/h/s) 速度 V(km/h) 時間 T(s) 速度 V(km/h) 時間 T(s)

39 エコドライブの評価指数定速走行時 (40km/h) の燃費を 100 として実走行燃費を標準化したものを評価指数と定義実走行時の燃費 ( 推計値 ) 評価指数 = 100 定速走行時 (40km/h) の燃費

40 評価指数の算定式評価指数平均速度 (km/h) 時間 (sec) [= 走行距離 ] n βi Ti + βa Aa Va Ta + βd Vd Td + βcs Vcs Tcs s=1 ( アイドリング ) ( 加速モード ) ( 減速モード ) ( 定速モード ) 100 βi : アイトリンク係数 βa : 加速係数 βd : 減速係数 βcs : 定速係数 [s=1~n] Ti : アイトリンクモート累計時間 (sec) Ta : 加速モード累計時間 (sec) Td : 減速モード累計時間 (sec) Tcs : 定速モード累計時間 (sec)[s=1~n] Aa : 加速モード平均加速度 (km/h/s) Va : 加速モード平均速度 (km/h) Vd : 減速モード平均速度 (km/h) Vcs : 定速モード平均速度 (km/h)[s=1~n]

41 算定式に用いる係数 β の設定当研究所にてシャシーダイナモメータを用いてこれまでに排ガス等の測定を行った車両の実測データに基づき係数 β の設定を行った 1. 対象車両ディーゼル車ガソリン車 31 台 17 台 2. 走行パターン東京都実走行パターン No1~No12 3. 燃料消費量燃料消費量 ( 秒単位 ) は CO2 等の排ガス測定データからカーボンバランス法により算出した

42 評価指数を用いた評価例評価指数と実測燃費 ( 実走行 ) 試験車両 : ガソリン車排気量 :1760cc 相関係数 : 評価指数評価指数実測燃費 (km/l) 実測燃費月 14 日 10 月 18 日 10 月 22 日 10 月 26 日 10 月 30 日 11 月 3 日 11 月 7 日 11 月 11 日 11 月 15 日 11 月 19 日 11 月 23 日 11 月 27 日

43 評価指数と実測燃費 ( 実走行 ) 試験車両 : ディーゼル車車両総重量 :4735kg 相関係数 : 評価指数評価指数実測燃費実測燃費 (km/l) 走行試験 No.

44 加速度分布の比較 = 評価の低い運転者と高い運転者 = 評価の低い運転者評価指数 56 大きい評価の高い運転者評価指数 61 大きい加速度 (km/h/s) 加速度 (km/h/s) 加速 (km/h/s) 14 ~ ~ ~ ~ ~ 11 9 ~ 10 8 ~ 9 7 ~ 8 6 ~ 7 5 ~ 6 4 ~ 5 3 ~ 4 2 ~ 3 1 ~ 2 0 ~ 1 14 ~ 14~13 ~ 14 13~ ~ 13 11~12 12 ~ 12 10~11 11 ~ ~10 9 ~ 10 8~9 98 ~ 9 7~8 87 ~ 8 6~7 76 ~ 7 5~6 65 ~ 6 4~5 54 ~ 5 3~4 3 ~ 4 2~3 4 2 ~ 3 1~2 3 1 ~ 2 0~1 2 0 ~ 1 加速 (km/h/s) 14 1 加速度分布 (m) 加速度分布 (m) 加速 (km/h/s) 14 ~ ~ ~ ~ ~ 11 9 ~ 10 8 ~ 9 7 ~ 8 6 ~ 7 5 ~ 6 4 ~ 5 3 ~ 4 2 ~ 3 1 ~ 2 0 ~ 1 14 ~ 13~ ~ 14 12~13 13 ~ 13 11~12 12 ~ 12 10~11 11 ~ ~10 9 ~ 10 8~9 98 ~ 9 7~8 87 ~ 8 6~7 76 ~ 7 5~6 65 ~ 6 4~5 54 ~ 5 3~4 43 ~ 4 2~3 2 ~ 3 1~2 3 1 ~ 2 0~1 2 0 ~ 1 加速 (km/h/s) 14 1 燃料消費量 (g) 燃料消費量 (g)

45 評価指数による評価例走行試験の概要車使用用途 : 荷物の配送事業使用車両 : ガソリン車 13 台評価対象者 : 20 人試験期間 : 平成 17 年 11 月 ~ 平成 18 年 3 月 ( 約 5 ヶ月間 ) 運転者数 ( 人 ) 運転者 ( 配送事業者 ) の評価例評価指数 (n = 20 人 ) 注 :1 分以上走行した時のデータのみにて評価

46 エコドライブの薦め 1. ふんわりアクセル e スタート 2. 加減速の少ない運転 3. 早めのアクセルオフ 4. エアコンの使用を控えめに 5. アイドリングストップ 6. 暖機運転は適切に 7. 道路交通情報の活用 8. 駐車場所に注意 9. 不要な荷物は積まずに走行 10. タイヤの空気圧をこまめにチェック ( チームマイナス 6%HP から )

47 おわりに自動車排出ガス規制の強化低減技術の高度化等により排出ガスの排出レベルは低下してきたしかしより実効性あるものとするためにはリアルワールドにおける実態把握そしてそれらを考慮反映した対策が重要となるまた自動車単体での規制対策とともにユーザー側においてもすぐに手軽に実行できるエコドライブを心がけることが温暖化対策排出ガス対策のうえでも有効である当研究所でも高精度化した計測システムを最大限活用しながら今後とも大気環境の一層の改善に向け精力的に調査研究に取り組んでいく所存である

新世代環境改善ディーゼル燃料技術に関する研究開発

22 M4.1.2 [M.4.1.2] 新世代環境改善ディーゼル燃料技術に関する研究開発 1. 研究開発の目的 12 1 12 11 27 25 DPF NOx 24 5ppm 2. 研究開発の内容 DPF Euro DPF DPF DPF T9 DPF PM DPF DPF DPF PM PM 3. 研究開発の結果 3. 3.1.1 DPF DPF Euro 12 5 DPF DPF 3.11 3.11