2. 重量車における燃料消費率試験法のさらなる高度化に向けて環境研究領域水嶋教文山口恭平新国哲也鈴木央一後藤雄一 1. はじめに昨今一般乗用車のカタログ燃費の向上は著しくガソリン車の場合 10 年前の燃費と比べると 2 倍ほどにまで改善されているこれはユーザの低燃費車に対するニーズが

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とらふみくぬぎ
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1 . 重量車における燃料消費率試験法のさらなる高度化に向けて環境研究領域水嶋教文山口恭平新国哲也鈴木央一後藤雄一. はじめに昨今一般乗用車のカタログ燃費の向上は著しくガソリン車の場合年前の燃費と比べると倍ほどにまで改善されているこれはユーザの低燃費車に対するニーズがより強くなっていることに加え適度な燃費基準の制定による効果が大きいためと考えられる軽中量車の場合燃費基準に対する達成レベルを評価するための試験法として一定の環境下において定められたモード ( 現在は J モード ) をシャシダイナモメータ上で走行し計測した排出ガスからカーボンバランス法により燃料消費率を測定する方法が定められているこの方法は自動車の燃費性能を比較するために一定の走行状態を定めて測定している一つの指標であるため実燃費との乖離が生じている部分はあるものの () () 車両を実際に走行させるため搭載されている技術を総合的に評価することが可能である一方重量車に関しても平成年から世界に先駆 () けて燃費基準が導入され同時に燃料消費率試験法も運用が開始された重量車は用途に応じて多数の仕様が存在しさらに試験設備の導入に莫大なコストを要するため乗用車と同じように燃料消費率を計測することは困難であるこのため重量車における燃料消費率試験法 ( 以下重量車燃費試験法 ) は車両シミュレーションを基本とした方法を採用しているただし現状の試験法はエンジンの効率および動力伝達系の仕様を除いた要素は車両区分毎で一定値であるためそれが実燃費との乖離の原因となるほか総合的な燃費向上を一層促すためにはさらなる改善の余地があることが指摘されている () そこで重量車の次期燃費基準値の策定に併せて燃費試験法についても見直し総合的な燃料消費率の評価を目指して燃費試験法を高度化することが要求されている本報では現在運用中の重量車燃費試験法について解説すると共に諸外国の動向と比較しながら試験法の更なる高度化に向けた課題および取り組みについて述べる. 日本国内の重量車燃費試験法図に現在運用されている重量車燃費試験法における車両シミュレーションの概要を示すシミュレーションにおいて仮定している走行モードは都市内 (JE) モードおよび都市間 ( 高速 ) モードでありこれらのモードを走行した場合の燃費を車両区分毎に定められた割合で加重調和平均することで燃費値を計算するシミュレーションを実施する際にはまず表に記載する車両諸元を決定するまた予め定常条件におけるエンジン回転数 [rpm] およびトルク [N m] の組み合わせと燃料消費量 [L/h] の関係を示すエンジン燃費マップを作成するここで全負荷エンジントルクエンジン摩擦トルクエンジン燃費マップはエンジン台上試験での実測により得なければならない表に Torque [Nm] 燃費マップ Engine speed [rpm] * あらかじめ実測によりエンジンの回転数及びトルクの組み合わせと燃料消費量の関係を示す燃費マップを作成しておく走行モード変換プログラムシフト位置を決定エンジン回転数及びトルクを計算 Engine torque Engine speed = エンジンによる運転モードコンピュータ上で積算燃料消費量燃費都市内 (JE) モード都市間 ( 高速 ) モード end = F.. i i start Time (s) 車両諸元走行モードをエンジン回転数及びトルクに変換するプロセス車速 vs 時間エンジン回転数 vs 時間エンジントルク vs 時間燃費を計算するプロセス出典 : 平成年月 ( 財 ) 日本自動車研究所重量車燃費の評価手法に関する調査報告書図重量車燃費試験法におけるシミュレーション概要エンジン表燃費シミュレーションに必要な車両諸元諸元項目全負荷エンジントルクエンジン摩擦トルクアイドリングエンジン回転数最高出力エンジン回転数有負荷最高エンジン回転数変速機ギア段数変速機ギア比動力伝達終減速機ギア比系タイヤ動的負荷半径転がり抵抗走行抵抗空気抵抗空車時車両重量最大積載量乗車定員車型全高全幅エンジン毎実在諸元変速機毎申請 ( 届出 ) される全ての種類の変速機毎に燃費評価 ( 平均 ) 実在諸元エンジン変速機毎に申請 ( 届出 ) される全車エンジン毎両諸元に基づき計算される最高段 V 算術変速機毎平均値に最も近い実在 V 値を持つ終減速機ギア比およびタイヤ動的負荷半径を諸元値として設定標準諸元燃費区分毎に前製造事業者等共通の一律値全社共通 (*) を標準諸元として設定燃費区分毎 (*) 走行抵抗近似式にの車型標準諸元値を入力することにより算出全社共通燃費区分毎諸元設定実在諸元標準諸元燃費区分毎に前製造事業者等共通の一律値 ( 登録 ( 販売 ) 実態を踏まえた平ボディ標準値 ) を標準諸元値として設定

2 示す車両諸元に基づいてシミュレーションにおいて JE モードや高速モードといった車速パターンを秒毎のエンジン回転数およびトルクに変換するその際に必要となるのが変速タイミングを定めるアルゴリズムであり本試験法においては排出ガスの認証試験で用いられる車速変換プログラムと同様のアルゴリズムを用いている走行モードから変換した秒毎のエンジン回転数およびトルクを基に瞬時燃料消費量を燃費マップから読み取りこれを積算することでモード全体の燃料消費量および燃費値 [km/l] を得ることが可能となる表に示した車両諸元のうち走行抵抗車型は車両区分毎に全社共通となっており車両区分毎に定められた諸元値を使用することとなっている参考としてを除く貨物自動車の標準諸元を表に示す転がり抵抗係数および空気抵抗係数は表に示す諸元値を用いて式 () および式 () から算出する. r. () W a.99 H. () ( バスの場合上記. ) ここで r : 転がり抵抗係数 [N/kg] a : 空気抵抗係数 [N/(m (km/h) ] : 前面投影面積 [m ] W: 試験時車両重量 [kg] : 全幅 [m] H: 全高 [m] 試験時車両重量 W[kg] は半積載条件を仮定し以下の式 () または () により決定する ( トラックまたはの場合 ) 最大積載量 W 空車時車両重量 () ( バスの場合 ) 乗車定員 W 空車時車両重量 () No 9 表を除く貨物自動車の車両標準諸元区分車両総重量範囲 (t).<&..<& <& <& <& <& <& < 種別 GVW 範囲走行割合上段 : 都市内モード下段 : 都市間モード最大積載量範囲 (t)..<& <& < 空車時車両重量 (kg) 最大積載量乗車定員 (kg) ( 人 ) 標準諸元全高 (m) 表各車種の都市内都市間走行割合乗用自動車 ( 乗車定員人以上 ) 一般バス路線バス t 以下 t 超以外 t 以下 t 超.9. 貨物自動車.... 全幅 (m) t 以下 t 超.9. 都市内モードおよび都市間モードの走行割合は表に示すとおりである車種に応じて設定されるこれらの係数を用いて式 () の加重調和平均を取った値を重量車モード燃費値として算出する E E u u h E h () ここで E: 重量車モード燃費値 [km/l] E u : 都市内モード燃費値 [km/l] E h : 都市間モード燃費値 [km/l] u : 都市内走行割合 h : 都市間走行割合以上の方法で車両燃費値を算出する方法となっており主にエンジンの効率改善が評価される仕組みとなっている. 諸外国の重量車燃費試験法に関する動向.. 米国の重量車燃費試験法米国においては EP (Environmental Protection gency: 環境保護庁 ) および NHTS (National Highway Traffic Safety dministration: 運輸省道路交通安全局 ) が共同で重量車の燃費および GHG(Greenhouse Gas: 温室効果ガス ) 規制を策定し同時に燃費試験法についても定めている重量車の中でもピックアップトラックを除く (Vocational Vehicle) および (ombination ) については GEM (Greenhouse Gas Emission Model) といわれる車両シミュレーション () とエンジン台上試験で評価した燃料消費率および GHG に対して別々に規制が課せられている GEM は EP の GHG 規制および NHTS の燃費規制への適合性を評価するために EP によって開発されたシミュレーションツールでありおよびに対して表に示すのサブカテゴリに区分して適用される図には GEM のユーザインターフェースを示すここでユーザがサブカテゴリを選定するとシミュレーションに必要な項目の入力が求められ入力後に実行することで結果が出力される表表およびのサブカテゴリ区分車両総重量 (lbs) b Light HeavyDuty Vehicle (LHDV) 9 9 Medium HeavyDuty Vehicle (MHDV) Day ab Low oof Day ab Mid oof Day ab High oof Day ab Low oof Day ab Mid oof Heavy HeavyDuty Vehicle Day ab High oof (HHDV) Sleeper ab Low oof Sleeper ab Mid oof Sleeper ab High oof

に各サブカテゴリに対して必要な入力項目を示すを実施し仕事量あたりの燃料消費量および GEG 排その他の項目についてはサブカテゴリ毎の共通の値出量を評価する用エンジンについてはが用いられている参考としてで用いられて FTP(Federal Test Procedure) HD トランジェントテストいる主な共通仕様を表に示す GEM ではメーカ個サイクルといわれる過渡試験を

3 に各サブカテゴリに対して必要な入力項目を示すを実施し仕事量あたりの燃料消費量および GEG 排その他の項目についてはサブカテゴリ毎の共通の値出量を評価する用エンジンについてはが用いられている参考としてで用いられて FTP(Federal Test Procedure) HD トランジェントテストいる主な共通仕様を表に示す GEM ではメーカ個サイクルといわれる過渡試験を用エンジン別の転がり抵抗係数および空気抵抗係数(のについては SET (Supplemental Emission Test)といわれみ)を入力諸元とすることを特徴としているる定常試験を実施する図に FTP HD ディーゼルトテストサイクルおよび各サイクルの走行割合を表表に SET モードを示すランジェントサイクル()をに示すここでトランジェントとは以上米国は車両の燃費改善技術についても評価の (alifornia ir esources oard)がシャシダイナモ試験対象とし車両とエンジンをそれぞれ異なる試験法に用に策定した HeavyDuty Diesel Truck 用トランジェンより評価する方法を導入しているこれはエンジンメトモードである GEM の結果は表に示す割合に応ーカと車両メーカが異なるケースの少なくない米国じて加重平均を取ったものとなるの事情を反映したものと考えられるエンジンについては前述したとおり別途台上試験３２欧州で検討中の重量車燃費試験法欧州委員会は年月に eduction and Testing of Identification Manufacture Name: Vehicle onfiguration: Vehicle Family: Vehicle Model Year: Greenhouse Gas Emissions from HeavyDuty Vehicles Date: Lot : Development and testing of a certification procedure Simulation Inputs egulatory Subcategory lass ombination Sleeper ab High oof oefficient of erodynamic Drag: lass ombination Sleeper ab Mid oof Steer Tire olling esistance [kg/metric ton]: lass ombination Sleeper ab Low oof for O emissions and fuel consumption of HDV (以下 Drive Tire olling esistance [kg/metric ton]: lass ombination Day ab High oof lass ombination Day ab Mid oof Vehicle Speed Limiter [mph]: lass ombination Day ab Low oof Vehicle Weight eduction [lbs]: lass ombination Day ab High oof Extended Idle eduction: lass ombination Day ab Mid oof lass ombination Day ab Low oof Heavy HeavyDuty Vocational Truck (lass ) Medium Heavy HeavyDuty Vocational Truck (lass ) Lot ) ()を公表し検討中の試験法の考え方について詳細を明らかにしたこれによると図に示すよう Simulation Type Single onfiguration Plot Output Multiple onfigurations Light Heavy HeavyDuty Vocational Truck (lass b) 図 GEM のユーザインターフェース表各サブカテゴリで必要な入力項目空気抵抗係数転がり抵抗係数(操舵輪) 転がり抵抗係数(駆動輪) 速度上限値軽量化対策アイドルストップ lass, Day ab lass Sleeper ab 表で用いられる主な共通仕様 LHDV (lass b) L HP 速MT MHDV (lass ) L HP 速MT 変速機ギア比 9.,.,.,.,.,. 9.,.,.,.,.,. 変速機伝達効率.9,.9,.9,.9,.9,.9.9,.9,.9,.9,.9,.9 モデルサブカテゴリエンジン燃費マップ変速機タイヤ動的負荷半径 (m) 積載量 (lbs) 総重量 (lbs) 前面投影面積 (m) 空気抵抗係数終減速機ギア比 HHDV (lass ) L HP 速MT.,.9,.9,.9,.,.,.,.,.,..9,.9,.9,.9,.9,.9,.9,.9,.9, 表 GEM で計算される各テストサイクルの走行割合テストサイクルトランジェント mph 定常 mph 定常 % % % lass, Day ab 9% % % lass Sleeper ab % 9% % 図 FTP HD ディーゼルトランジェントサイクル表 SET モードモード 9 時間 (s) 9 9 エンジン回転数アイドル(ホット) アイドルトルク % =nlo+.x(nhinlo) =nlo+.x(nhinlo) =nlo+.x(nhinlo) nhi : 最大出力の%を得る回転数 nlo : 最大出力の%を得る回転数各モード間には sの移行期間がありエンジン回転数およびトルクを線形的に変化させる

に車両の各要素を考慮した車両シミュレーションをにより実測することで算出する方法を提案している基本とする重量車燃費試験法の導入を予定している変速機については製品個別のギア比および実測しエンジンついては日本と同様にエンジン燃費マッた伝達効率を適用するか全社共通の値を適用するかプを用いる方法としているが定常状態により計測しを検討中であるまたシフトタイミングのモデルや

4 に車両の各要素を考慮した車両シミュレーションをにより実測することで算出する方法を提案している基本とする重量車燃費試験法の導入を予定している変速機については製品個別のギア比および実測しエンジンついては日本と同様にエンジン燃費マッた伝達効率を適用するか全社共通の値を適用するかプを用いる方法としているが定常状態により計測しを検討中であるまたシフトタイミングのモデルやた値に対して過渡状態を考慮する方法を提案してい補機類のモデルについても詳細は検討中であるるその方法の概要を図に示すエンジン台上試験車両区分等についても Lot の中で明らかにしていにおいて定常で計測したエンジン燃費マップを基にる表 9 に検討中の車両区分(Segmentation)を示す車 WHT (World Harmonized Transient ycle)を仮定して両をのクラスに分類し各クラスでつの用途計算した燃費値と WHT(コールドホット)の過渡 (Long haul egional delivery 等)に分けて車両区分を定運転を実施して計測した燃費をコールド %および義しているここではこれらの車両区分毎に実態にホット %の割合で加重平均した燃費値の差異を補伴った最適なテストサイクルを適用することまた正係数(WHT correction factor)とするその補正係数クラス毎に標準車型(Norm body)を決定しそれぞれでを定常で計測したエンジン燃費マップに乗じること空気抵抗を測定することを提案しているで補正後のエンジン燃費マップを得る手法を検討し以上が欧州で提案されている重量車燃費試験法のているまた定常状態と過渡状態の燃費の乖離は運概要であるが Lot においてはいずれの項目も最終転状態の影響を受けることが考えられるため WHT 決定に至っておらず Lot のとりまとめに向けて技の urban rural motorway といったパート毎に補正係術的な検討を進めている最中である数を求め平均車速に応じて各補正係数を使い分ける４重量車燃費試験法のさらなる高度化に向けた課題方法についても検討中である米国および欧州の試験法は日本の試験法に対して車両走行抵抗については実測値に基づいてシミュレーションを行うことを前提としている走行抵抗の主に以下の二つの点について大きな違いがあるうち空気抵抗については車両区分毎の標準車型を用 ) 車両毎の実測値に基づいた走行抵抗値をシミュレーションに用いるいホイールトルク法で計測する方法を検討しているもしトルクの計測に課題がある場合惰行法を ) エンジンの過渡状態で燃費を評価する採用することも考えられるまた転がり抵抗につい今後国際基準調和を踏まえつつ試験法のさらなるてはタイヤ個別の転がり抵抗係数をタイヤ単体試験高度化を図るためにはこれらの導入を検討することが重要な課題となる走行抵抗に関して日本国内においては軽中量車表 9 欧州で検討中の車両区分の定義 x F simulation results to be multiplied with correction factor Several factors based on parts of WHT world be possible. 図エンジン燃費マップにおける過渡補正の方法 T +T Standard semitrailer S W? T S = igid & ody +T = igid & ody & Trailer = & Semitrailer W = no (d cr) measurement, only vehicle weight and frontal area measured Standard body onstruction 9 +T Municipal utility > Urban delivery egional delivery >... > > > >. > igid igid x igid x x igid x igid x & x igid x/ igid igid or igid or igid or igid igid igid Norm body allocation Standard trailer Vehicle class x 図欧州で検討中の重量車燃費試験法の概要 Maximum GVW [t] xle configuration x hassis configuration xles Long haul Segmentation (vehicle configuration and cycle allocation) Identification of vehicle class S W? W? 9 W?

5 で惰行法やホイールトルク法による計測法が既に運用されているが重量車については特に定められていないそこで国土交通省は重量車に対しても走行抵抗を評価できる測定方法を開発し今後の燃費基準の見直しに反映させるための検討を行っているエンジン過渡状態に関して米国においてはエンジン台上試験で図に示す FTP HD トランジェントサイクルあるいは図に示す SET モードを運転して燃費を評価することで考慮しているただし SET モードについてはモードの移行過程のみに過渡的な変化を含んでいることになるまた欧州においては定常状態で得られたエンジン燃費マップに WHT correction factor を乗じることで過渡状態を考慮している一方日本においては前述したように市場実態を反映した JE モード等を走行した際のエンジンの運転状態を車両毎に求めそのエンジン運転状態での燃費を定常運転で求めた燃費マップから計算する方法を採用しているこのため過渡状態の燃費性能は考慮されておらず日本においても欧州と同様に車両シミュレーションに適用可能な方法によりエンジンの過渡状態を考慮するのが望ましい. エンジン過渡状態の考慮に向けた技術的な検討交通安全環境研究所では現在運用されている重量車燃費シミュレーションによる燃費値とエンジンの過渡運転により実測した燃費値との乖離について現状を把握し重量車燃費試験法におけるエンジン過渡状態の考慮について技術的な検討を開始した表に示すポスト新長期排出ガス規制適合の総排気量 L 直列気筒ディーゼルエンジンに対して燃費マップを用いて重量車燃費シミュレーションにより計算した燃費値とエンジン台上試験において各種モードを過渡運転して実測した燃費値の比較を図に示す評価したモードは都市内 (JE) モードおよび都市間 ( 高速 ) モードに加え都市内モードの ~ 秒における市街地モードであるここでは同一エンジンに対して条件の車両仕様を与えて計算および実測した同図より市街地モードで約.% 都市内モードで約.% 都市間モードで約.% シミュレーション燃費の方が過渡運転による実測燃費と比較して高い燃費値となったつまりシミュレーション燃費と過渡運転による実測燃費はエンジンの運転状態によってその乖離の程度が異なるといえる表試験エンジンの諸元エンジンタイプ直列気筒ディーゼルエンジン吸気システムインタークーラターボチャージャ燃料供給システムコモンレール ( 最大 MPa) 総排気量 L 圧縮比. ボア x ストローク mm x 最高出力 kw/rpm 9 / 最大トルク Nm/rpm 9 / 適合排出ガス規制過渡実測燃費 [km/l].... 都市内ポスト新長期排出ガス規制都市間 y =.9x. 市街地 y =.9x. y =.9x シミュレーション燃費 [km/l] 図シミュレーションによる燃費と過渡運転による実測燃費の比較近年のディーゼルエンジンは排出ガス規制の強化に伴い高過給高 EG システムを導入しており定常運転におけるエンジンの運転状態と過渡運転中の同一エンジン回転数およびトルクにおけるエンジンの運転状態は必ずしも一致しないこれは過渡運転時においてはターボチャージャや EG の応答遅れによる新気導入量および EG 率の変化これによる燃焼悪化を補うための VGT ノズル開度 EG バルブ開度および燃料噴射時期等の過渡的な制御などが要因と考えられるこのことを確認するためエンジン回転数トルク過給圧力吸入空気流量および燃料流量の瞬時値について定常試験データを基に JE モードのシミュレーションにより計算した場合とエンジン台上試験において JE モードを過渡運転して実測した場合を比較した結果を図に示すこれによると過渡運転時においてはエンジン回転数およびトルクがシミュレーションの場合とほぼ一致しているにもかかわらず過給圧力および吸入空気流量は定常試験データを基にシミュレーションにより計算した場合と比較して ~ 秒程度の遅れが発生する結果となった燃料流量についても吸入空気流量の応答遅れが発生して

6 いるトルクの急激な立ち上がり時においてシミュレーションにより計算した場合と比較して瞬間的に増大していることが確認できるまたこれらの結果から過渡運転における EG 率についても定常試験の場合と比較して変化していることが予測できるエンジンにおいては過給圧力および EG 率等の条件が異なると筒内の燃焼状態が全く異なる現象となるため過渡運転においてトルクが急激に変化する際に瞬間的に熱効率が悪化する運転状態となり同一出力を維持するために燃料流量が増大したものと考えられる以上よりターボチャージャを搭載した近年のディーゼルエンジンにおいては同一のエンジン回転数およびトルクであっても定常運転と過渡運転で必ずしも同じ運転状態にはないことが確認されたまた定常運転による燃費マップを用いて計算した燃費と過渡運転による実測燃費との差異は走行モードによって変化することが明らかとなったしたがって日本の走行モードの場合欧州で提案されている WHT correction factor を導入しても実態とは異なってしまう可能性がある今後は他のディーゼルエンジンについても同様の試験データを取得すると共に重量車燃費試験法において過渡状態を考慮する方法を検討し日本の実態に即した手法を提案していきたいエンジン回転数 [rpm] JEモード過給圧力 [kpa] 燃料流量 [L/h] シミュレーション ( 定常 ) 過渡運転時間 [s] 図過給圧力吸入空気流量および燃料流量の定常試験データによる計算と過渡運転による実測の比較トルク [Nm] 吸入空気流量 []m /h]. おわりに以上日本米国および欧州における重量車燃費法の概要についてまとめ日本の重量車燃費試験法と米国および欧州の試験法との違いについて述べた上で日本の現行試験法に対して国際基準調和を踏まえつつ試験法のさらなる高度化を図るための課題を考察した日本における重量車燃費試験法ではエンジン単体での評価ではなく車両ベースで評価をすること膨大な数の車両設定に対して設備投資の少ないシミュレーションを用いることを基本としているしたがって今後もシミュレーションをベースとした重量車燃費試験法を運用することが求められるエンジンの過渡状態が考慮できない点については定常運転による燃費マップを用いた車両シミュレーションの最大の弱点でありシミュレーションをベースとした重量車燃費試験法を今後も運用し続けるためにはこの点を克服することが重要な課題となる今後交通安全環境研究所では運用上実現可能かつ自動車メーカおよびユーザにとって公平性を維持可能なものとするべく重量車燃費試験法について検討を重ねる予定である参考文献 () 鈴木ほか公表燃費と実際の燃費なぜ差が出るのか ( 第報 ) ユーザーの使用状況で怒りうる燃費変動の定量的な影響交通安全環境研究所研フォーラム講演概要 pp. () () 山口ほか公表燃費と実際の燃費なぜ差が出るのか ( 第報 ) 燃費試験法における課題と改善方法について交通安全環境研究所研フォーラム講演概要 pp. () () 燃料消費率試験 ( 重量車 ) TIS 99 () 総合資源エネルギー調査会長エネルギー基準部会重量車判断基準小委員会重量車燃費基準検討会最終取りまとめ () () 米国 EP ホームページ () Worldwide Emissions Standards Heavy Duty and OffHighway Vehicles, Emissionsrochure.pdf () eduction and Testing of Greenhouse Gas Emissions from Heavy Duty Vehicles LOT, dv 9_en.pdf

PowerPoint プレゼンテーション

PowerPoint プレゼンテーション 1 2017 年度ベンチマーク試験についてエネルギーフロー車両試験 (2 台 ) (1) Chevrolet Malibu (2) BMW 320i エンジンユニット単体試験 (2 ユニット ) (3) Mercedes C200 (M274) (4) Audi A4 (EA888) エンジンフリクション測定 (2 ユニット ) (5) Chevrolet Malibu(Ecotec 1.5L )