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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

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

窒素酸化物 (NOx) 規制の推移 100 3.07g/km 80 962.5ppm 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 % 40 20 0 2.18g/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 47 50 53 56 59 62 2 5 8 11 14 17 20 23 年年度度

粒子状物質 (PM) 規制の推移 0.8 0.7g/kWh 1.7t 以下 規制値 (g/km 又は g/kwh) 0.4 0 0.25g/km 0.25g/kWh 0.18g/kWh 0.20g/km 0.09g/km 0.013~0.027g/kWh 0.08g/km 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122 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

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) 0.87 0.17 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) 0.18 0.027 0.01 (37%) ( ) 内の数字は 新長期規制と比べた場合の低減率を示す

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) 0.04 0.02 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 年度

都内大気環境中の浮遊粒子状物質 (SPM) の推移 濃度 (mg/m3) 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 年度

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

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

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

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 )

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)

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

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

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

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 )

(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) 7 6 5 4 3 2 1 規制値 (6.0) 規制値 (4.5) NOx 排出量 (g/t km) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 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 )

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 (%) 80 60 40 20 しかし 実際の走行では 当然 他の領域も使用している 0 0 20 40 60 80 100 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 )

(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 100 80 エアコン装着率 MAC (%) 60 40 20 軽乗用車軽貨物車乗用車小型貨物車普通貨物車乗合車 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 ( 社 ) 日本自動車工業会調べ

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) 0.15 0.12 0.09 0.06 0.03 NOx HC CO エアコン使用時 排出量が増加 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 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

エアコン使用による燃料消費量 ( 例 ) = ガソリン車 = 速度 (km/h) 80 70 60 50 40 30 20 エアコン未使用 エアコン使用 燃料消費量 車速 4 3 2 1 燃料消費量 ( g ) 10 H174G 10 15 0 0 100 200 300 400 500 600 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

(3) コールドスタートによる影響調査 HC 排出量 80 70 コールト スタート 車速 0.02 60 0.015 速度 (km/h) 50 40 30 0.01 HC( g ) 20 10 0 ホットスタート 0 100 200 300 400 500 600 時間 (sec) 0.005 0 H174G 試験車両 : ガソリン車 4300cc 走行モード :10 15 モード

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) 0.08 0.06 0.04 0.02 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 )

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) 50 40 30 20 2 1 燃料消費量 ( g ) 10 車速 0 0 100 200 300 400 500 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

(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 10 100 1000 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 )

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

ナノ粒子の実測例 ( 粒径分布 ) 粒子個数 ( 個 /km) 1.00E+16 10 16 1.00E+12 10 12 1.00E+08 10 8 ディ総個数平均 :5.23: 5.23 10 14 個 /km ーゼル車ガソリン車総個数平均 :6.36: 6.36 10 11 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+04 10 4 1 10 100 1000 10000 粒粒径径 (nm) (nm) 走行モード : 東京都実走行パターンNo.5

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

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

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

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

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

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

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

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

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) 60 50 40 30 20 10 0 190 215 240 265 時間 (sec) 3 2 1 0 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

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)

各モート 別の推定値と実測値 = 燃料消費量 = 燃料消費量 (g) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 y = 0.2899x R 2 = 0.9962 アイドリングモード 120 100 80 60 40 20 y = 0.01456 x R 2 = 0.99659 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 0 0 100 200 300 400 500 600 時間 T(s) 0 0 2000 4000 6000 8000 速度 V(km/h) 時間 T(s) 燃料消費量 (g) 600 500 400 300 200 y = 0.0228x R 2 = 0.9921 加速モード 燃料消費量 (g) 120 100 80 60 40 y = 0.011x R 2 = 0.9135 減速モード 100 20 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 加速度 A(km/h/s) 速度 V(km/h) 時間 T(s) 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 速度 V(km/h) 時間 T(s)

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

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]

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

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 :0.96 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 評価指数 20 18 16 評価指数 実測燃費 (km/l) 実測燃費 14 12 10 8 6 4 2 0 10 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

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 :0.95 90 12.0 評価指数 80 70 60 50 40 30 20 10 評価指数 実測燃費 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 実測燃費 (km/l) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.0 走行試験 No.

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 ~ 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 13 ~ 14 12 ~ 13 11 ~ 12 10 ~ 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 13~14 13 12 ~ 13 11~12 12 ~ 12 10~11 11 ~ 11 10 9~10 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) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 加速度分布 (m) 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2000 4000 6000 8000 10000 加速 (km/h/s) 14 ~ 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 13 ~ 14 12 ~ 13 11 ~ 12 10 ~ 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 ~ 11 10 9~10 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) 0 200 400 600 800 1000 燃料消費量 (g) 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000

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 ) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 運転者 ( 配送事業者 ) の評価例 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 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

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 )

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