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ガソリン車からのナノ粒子の排出について
木下輝昭

横田久司

要旨

岡村整

中川智史

折原岳朗

粒径 50 袮以下のナノ粒子による健康影響が強く懸念されているが、ガソリン車からの排出実態は把握されていない。ガソリン車から排出されるナノ粒子について、電子式低圧インパクター（ELPI）を用いて、その排出実態を把握するとともに、ディーゼル車と比較した。また、走行条件（加減速）とナノ粒子排出の相関も調査した。その結果、次のことが分かった。
(1)

東京都実走行パターン№ 5 において、ディーゼル車とガソリン車から排出される総粒子個数を比較すると、ガソリン車は平均 6.36E+11 個/㎞、ディーゼル車は平均 5.23E+14 個/㎞で、ガソリン車のほうが 3 桁少ないレベルであった。
(2)

ガソリン車から排出される個数を粒径別に見ると、粒径 58 袮以下の粒子がほとんどであった。

(3)

走行条件による個数濃度（個/裘）変化を見ると、加速の後半で個数濃度が最大になり、加速度が大きいほど個数濃度が増加した。

キーワード：ナノ粒子、ガソリン車、排出粒子個数、走行条件

Nanoparticle Emissions from Gasoline Vehicles
KINOSHITA Teruaki, YOKOTA Hisashi, OKAMURA Hitoshi,
NAKAGAWA Tomofumi, ORIHARA Takeaki

Summary

Recently, the influence on health by nano particles（<50nm）is strongly feared. We investigated nano particles emission from in-use gasoline vehicles, by using the electronic low-pressure impactor (ELPI). Furthermore, we investigated the relation between running conditions(acceleration and deceleration) and nano particles emission.
Those results are as following.
(1) In the Tokyo transient mode No.5, the average of the total number emissions from dieselvehicles was 5.23E+14 part/km, and was 6.36E+11part/km from gasoline vehicles. The number from gasoline vehicles was about 1/1000 of that from diesel vehicles.
(2) The size of the emission particles from gasoline vehicles was mostly 58nm or less.
(3) The number emissions concentration became the maximum at the second half of acceleration. Furthermore, as acceleration became large, the number emissions concentration became
high.

Key Words : nanoparticle, gasoline vehicles, number emissions, running conditions
東京都環境科学研究所年報 2005

─ 83 ─はじめに非常に少ないことから、排出インベントリーとしてはディーゼル自動車から排出される粒子状物質（PM）積算されていない。しかし、Kittelson ら 11）は、ガソは、道路沿道や都市域における大気汚染の主要な原因リン車からのナノ粒子の排出について、高速走行では物質として、その排出規制が年々強化されてきた。ま10 14 〜 10 16 個/㎏・ fuel 排出されるとしている。国た、都は、2003 年 10 月よりディーゼル車規制を実施

内ではガソリン車からの排出実態に関する報告はほとし、条例で定める粒子状物質排出基準を満たさないデんどないが、保有台数で約 80 ％ 12）と多数を占めるこィーゼル車は、都内の運行を禁止した。これらの排ガとから、ガソリン車についてもナノ粒子の排出実態をス規制の強化や自動車メーカの努力により、都内で自把握しておく必要はあると考えられる。そこで、本報

動車から排出される PM の排出量は、1997 年に比べでは、ガソリン車から排出される PM の個数濃度の粒て 2003 年には 60 ％低減していると推計されている

径分布に着目し、ディーゼル車との比較やガソリン車

1）。また、平成 16 年度浮遊粒子状物質（SPM）につにおける走行条件（加減速等）とナノ粒子排出の相関いて、自動車排出ガス測定局では、松原橋測定局（大について基礎的な研究を行った。

1田区）以外の全ての測定局で、一般環境大気測定局では、初めて全ての測定局で環境基準を達成した 2）。
しかし、最近では粒径 50 袮以下の粒子（ナノ粒子）

2

実験

(1)

調査車両の有害性が指摘されている 3, 4, 5）。ナノ粒子は、質量と調査車両としたガソリン車 7 台（G-a 車〜 G-g 車）、しては少ないものの、粒子数の割合では PM の大部分ディーゼル車 4 台（D-h 車〜 D-k 車）の諸元を表 1 −を占めるとされ、相対的に表面積も大きいため、呼吸1、表 1 − 2 に示した。ガソリン車は、新短期規制（平器系細胞への残留による悪影響が懸念されている 6）。

成 12、13、14 年）適合車が 5 台（G-a 車、G-c 車、このため、米国 7）や欧州国際連合 8）などにおいては、

G-e 車、G-f 車、G-g 車）、新長期規制（平成 17 年）ディーゼル車から排出される PM について、従来の重適合車が 2 台（G-b 車、G-d 車）である。ディーゼル量基準だけでなく、粒子の個数の基準による規制も検車は、長期規制（平成 10、11 年）適合車が 3 台（D-討されている。

h 車、D-i 車、D-k 車）、新短期規制（平成 15、16 年）

当研究所では、大型ディーゼル車からの PM の排出適合車が 1 台（D-j 車）である。排出ガス対策として、については、粒径 100 袮前後にピーク濃度が見られる

ガソリン車は三元触媒を、ディーゼル車は排ガス再循ことや DPF によりナノ粒子が低減されること等を既に環装置（Exhaust Gas Recirculation ： EGR）等を報告 9, 10）している。一方、ガソリン車からの PM の排装着している。

出については、ディーゼル車に比較して、質量として

表 1-1

調査車両の諸元（ガソリン車）

東京都環境科学研究所年報 2005─ 84 ─表 1-2

(2)

調査車両の諸元（ディーゼル車）

調査方法

それぞれの平均車速は 8.4 ㎞/ｈ（走行時間： 878 秒）、当所の大型シャシダイナモメータ（以下 C/D）及び17.9 ㎞/ｈ（走行時間： 1,177 秒）、28.5 ㎞/ｈ（走行小型 C/D と自動車排出ガス計測システムを用いて、デ時間： 1,179 秒）、44.4 ㎞/ｈ（走行時間： 1,176 秒）

ィーゼル車については東京都実走行パターン№ 5 で、である。なお、等価慣性重量は 1/2 積載条件とした。

ガソリン車については東京都実走行パターン№ 2、5、(3)

測定方法

8、10 及び法定試験モードである 10 ・ 15 モードで調排出ガスは、全量希釈した後、粒子の個数濃度が粒査を行った。東京都実走行パターン№ 2、5、8、10 の径別に把握できる電子式低圧インパクター（ELEC-表2ELPI で測定される各粒子の中位径

図1

ELPI の構成図

東京都環境科学研究所年報 2005─ 85 ─図2TRICAL

LOW

粒子状物質捕集の系統（ガソリン車の場合）

PRESSURE

IMPACTOR②

走行条件（加減速）と粒子個数濃度変化（ELPI）：型式 10LPM、DEKATI 社製）を用いて捕ELPI は、実走行モードの開始と同時にデータを取集し、粒径別の個数濃度を 1 秒毎に測定した。装置内り始めているので、排出ガスが、排気管から ELPI にに導入された粒子は、先ず荷電され、続いて多段多孔到達するまでのタイムラグが生じる。また、ELPI 内低圧型カスケードインパクターによって空気動力学的においても上段から下段に達するのにタイムラグが生粒径にしたがって分級され、各分級段の電荷量から粒じる。そこで、実走行モードの加速度及び各段の ELPI径個数濃度（個/裘）が求められる（図１）。ここでは、の一秒毎のデータを用いて、加速と共に粒子の数も増

表 2 に示したとおり、粒径を 12 段に分級した。また、えるという観点から、両者の相関が高いところのタイ希釈排出ガスの採取系統図を図２に示した。

ムラグを求め、各段のデータを排気管レベルに統一し(4)

データ処理方法

た。CVS から ELPI までは 6 秒、ELPI 内は最大 3 秒①

実走行パターンにおける粒径別の排出個数であった。次に、毎秒の希釈率を以下の計算式 13）に実走行パターンにおける粒径別の平均個数濃度（個従って計算し、粒径別の個数濃度に掛けることにより、/裘）を求め、希釈排出ガス量（裙）、走行距離（㎞）排気管レベルでの加減速と粒子個数濃度変化の検証をを用いて、距離あたりの個数に換算し、検証を行った。

行った。

計算式は以下の通りである。
TQj ＝Σ Xij/Ｔ・・・
i=l

13.4
希釈率＝──────────────・・・
CO2 ＋（HC ＋ CO）× 10-4

(1)

Pj ＝ Xj ×希釈率 ・・・

(4)

ただし、

ただし、Qj ：平均個数濃度（個/裘）Xij ： 1 秒毎の個数濃度（個/裘）Pj ：排気管での 1 秒毎の粒子個数濃度（個/裘）T ：走行時間（秒）Xj ： CVS からの 1 秒毎の粒子個数濃度（個/裘）j ： 1 〜 12 段

j ： 1 〜 12 段

Ej ＝ Qj × R × 106/Y ・・・(2)

ただし、Ej ： 1 ㎞あたりの粒子個数（個/㎞）3

R ：希釈排出ガス量（裙）(1)

Y ：実走行距離（㎞）

結果と考察
ガソリン車及びディーゼル車からの粒子個数

ガソリン車及びディーゼル車から排出される粒子個

ｊ： 1 〜 12 段数の比較を行うため、東京都実走行パターン№ 5 にお参考に、CVS による平均希釈率は、ガソリン車で4.0 〜 17.2 倍、ディーゼル車で 60.4 〜 100.4 倍であった。

(3)

ける排出実態を図３に示した。
図３から、ディーゼル車及びガソリン車から排出される総個数（個/㎞）の平均を求めると、ディーゼル車が 5.23E+14 個/㎞、ガソリン車が 6.36E+11 個/㎞

東京都環境科学研究所年報 2005─ 86 ─図3

ガソリン車及びディーゼル車から排出される粒径別個数（東京都実走行パターン№ 5）

で、ガソリン車のほうが 3 桁少ないレベルであった。

〜 2.16E+12 個/㎞、№ 10 では 2.82E+11 〜

また、総個数濃度（個/裘）で見ると、ディーゼル車が4.00E+12 個/㎞であった。また、どの車も№ 10 の走

平均 2.13E+08 個/裘、ガソリン車で平均 5.48E+05

行パターンにおいて、総個数が一番高く、走行速度が個/裘であった。大気中（江東区環境科学研究所近辺）上がるほど、多くの粒子が排出していると考えられる。の総個数濃度と比較すると、大気は平均 2.92E+04 個

Kittelson らの報告 11）によると、ガソリン車から排/裘であり、ガソリン車に比べて 1 桁少ないレベルであ出されるナノ粒子個数は、10 14 〜 10 16 個/㎏・ fuelった。

（高速時における粒径 10 袮より小さい粒子の排出個数）(2)としており、今回の表 3 の結果を燃料ベースに換算す

ガソリン車の実走行パターンと粒子個数調査したガソリン車 7 台において、各実走行パターると、5.3 × 10 11 〜 7.0 × 10 13 個/㎏・ fuel であっンの 1 ㎞あたりの総個数に対する粒径別の個数比率をた。走行条件、米国車と国産車の違いがあるものの、求め、図 4 に示した。どの車においても、粒径 58 袮

今回の結果は、Kittelson らの報告より低いレベルと以下の粒子が全体の大部分を占めており、粒径 58 袮なった。

付近に最大ピーク濃度をもつ車もあった。また、各車(3)

走行条件（加減速等）と個数濃度変化とも実走行パターンによる個数比率の違いはほとんど

東京都実走行パターンにおいて、排出個数が一番高見られなかった。次に、実走行パターン毎に各車の総かった G-b 車を選択し、10 ・ 15 モード試験を用い個数を比較した結果を表 3 に示した。て、加減速とその時に排出される個数濃度との相関を検討した（図 5 参照）。図 5 には、X 軸を粒子の粒径

表3

実走行パターンにおける総個数の比較（袮）、Y 軸を加減速時の経過時間（秒）、Z 軸を個数濃度（個/裘）で表わした。また、評価区間を図 5 の下部に示した。加速モードはア（312 → 320 秒）、ウ（358→ 372 秒）、オ（494 → 511 秒）における個数濃度の変化を、減速モードはイ（335 → 344 秒）、エ（411→ 428 秒）、カ（614 → 650 秒）における個数濃度変化を調べた。

№ 2 では 3.77E+11 〜 3.53E+12 個/㎞、№ 5 では
4.72E+10 〜 1.44E+12 個/㎞、№ 8 では 1.78E+11
東京都環境科学研究所年報 2005

─ 87 ─図4東京都実走行パターンと粒径別の個数比率

東京都環境科学研究所年報 2005

─ 88 ─図510 ・ 15 モードの加減速における個数濃度分布（Ｂ車）

東京都環境科学研究所年報 2005─ 89 ─ディーゼル車においては、アイドリング状態から加速が始まると、ピーク濃度が約 10 袮から 60 袮近傍に濃度が一番高かった。また、減速時には、イ、エ、カともに個数濃度は減少していた。

シフトし、減速すると、また 10 袮に戻るという報告

最後に、加減速の連続変化（図 5 のキ）における個がある 14, 15）。7、29、58 袮の粒子について加速時を数濃度分布を図 6 に示した。図 5 と同様に、7、29、見てみると、ディーゼル車のようなピーク濃度のシフ58 袮の粒子について、加速では個数濃度は増加し、減トについては見られないものの、加速初期から個数濃速では減少していた。特徴的なのは、40 ㎞/ｈから 70度が徐々に増加し、加速の後半で最大になっていた。

㎞/ｈに加速する時、加速 1（40 → 50 ㎞/ｈ）が 8 秒、ア、ウ、オの加速度（車速/時間）と個数濃度の関係を

加速 2（50 → 60 ㎞/ｈ）が 10 秒、加速 3（60 → 70

みると、アでは 20 ㎞/ｈに達するのに 8 秒、ウでは 40㎞/ｈ）が 14 秒、加速 4（50 → 70 ㎞/ｈ）が 19 秒㎞/ｈに達するのに 14 秒、オでは 50 ㎞/ｈに達するのかかっていて、加速度が大きい加速 1、4 で個数濃度に 17 秒かかっており、加速度が一番大きいオの個数が高かった。

図64

運転時（40 ㎞/ｈ〜 70 ㎞/ｈ）の加減速による個数濃度分布

ジン等についても調査を行う予定である。

まとめ
今回、PM の排出量が少ないとされているガソリン

参考文献車について、粒径別粒子個数濃度の排出実態を把握するため、調査を行った。その結果、以下のことが分か

1）東京都環境白書 2004った。

2）東京都環境局：平成 16 年度浮遊粒子状物質及び二ディーゼル車とガソリン車から排出される個数

酸化窒素に係る環境基準達成状況（2005 年 6 月）

（個/㎞）を比較すると、ガソリン車のほうがディー3）M.Krzyzanowski (WHO), Health risks of par-(1)

ゼル車に比べて 3 桁少ないレベルであった。
(2)

ガソリン車から排出される個数を粒径別にみると、粒径 58 袮以下の粒子がほとんどであった。

ticulate matter air pollution, an overview for
the 41st session of GRPE
4）P.Gehr et.al. Surfactant-ultrafine particle

走行条件（加減速）による個数濃度変化をみると、interactions:what we can learn from PM10加速の後半時で個数濃度が最大になり、加速度が大studies, Phil. Trans, R. Soc. Lond, A (2000) 358(3)5） Y.Ishihara

きいほど個数濃度が増加した。
今後、今回の調査対象としていない筒内噴射型エン(TokyoWomen'sMedicalUniversity), Health effects of ambient particles

東京都環境科学研究所年報 2005─ 90 ─including diesel particles Workship on diesel
DPF, 2003 Tokyo
6）ディーゼル排気微粒子リスク評価検討会平成 13 年度報告書（環境省 2002 年 3 月）
7） 米 国 ： Development an alternate PM
Measurement

Methodin2007

DieselParticulate Measurement Research at

CRC(Coordinaring Research Council )8）欧州：自動車技術基準国際フォーラムにおける粒子計測プログラム（PMP、Particle MeasurementProgramme）
9）秋山薫ら：ディゼル排出粒子の粒径特性について、
東京都環境科学研究所年報 2002、p153-10610）三好康彦ら：大型ディーゼル車に装着された DPFによるナノ粒子の低減効果について、東京都環境科
学研究所年報 2003

p105-111

11）kittelson ら： 9th DEER Conference 200312）譛自動車検査登録協力会「自動車保有車両数」
13）新型自動車審査関係基準集の新型自動車の試験方法（TRAIAS）
14）岡山紳一郎（日産自動車）：沿道を模擬した排出ガス中のナノ粒子測定法研究、譖日本自動車工業会
排出ガス燃費部会

未規制物質分科会

2005 年 6月
15）久保修一：自動車排出の DEP、ナノ粒子に関する研究の現状と課題

p33-43 大気環境学会

特別講演（2004 年 7 月）

東京都環境科学研究所年報 2005