米国における舶用エンジンの排ガス規制
動向に関する調査

２００７年３月

社団法人 日本 舶 用 工 業 会

刊行によせて
当工業会では、我が国の造船関係事業の振興に資するために、競艇公益資金による日本財団の助成を受けて、「造船関連海外情報収集及び海外業務協力事業」を実施しております。その一環としてジェトロ船舶関係海外事務所を拠点として海外の海事関係の情報収集を実施し、収集した情報の有効活用を図るため各種調査報告書を作成しております。
本書は、当工業会が日本貿易振興機構と共同で運営しているジェトロ・ニューヨー
ク・センター舶用機械部にて実施した「米国における舶用エンジンの排ガス規制動向
に関する調査」の結果をとりまとめたものです。
関係各位に有効にご活用いただければ幸いです。
2007 年 3 月
社団法人

日 本 舶 用 工 業 会

はじめに
米国においては、環境に対する国民の意識が高く、環境と健康を守るため全米大気
質 基 準 が 定 め ら れ ､こ れ を 遵 守 す る た め 、発 電 所 等 の 汚 染 物 発 生 源 に 対 し て 厳 し い 排 ガス 規 制 を 実 施 し て い る ｡船 舶 も こ の 例 外 で は な く ､窒 素 酸 化 物 (NOx)､炭 化 水 素 (HC)､一酸 化 炭 素 (CO)等 の 排 出 基 準 が 定 め ら れ 、 規 制 が 実 施 さ れ て い る 。
デ ィ ー ゼ ル エ ン ジ ン に 関 し て は 、 エ ン ジ ン の 用 途 と 大 き さ に 応 じ て ､1999 年 か ら2007 年 ま で に 排 ガ ス 規 制 が 順 次 段 階 的 に 強 化 さ れ 、実 施 さ れ て い る (い わ ゆ る 第 2 次 規制 )。こ の 規 制 は ､2005 年 5 月 か ら 世 界 的 に 実 施 さ れ て い る MARPOL 条 約 附 属 書 VI (国際 基 準 )が 、単 に NOx と 窒 素 酸 化 物 (SOx)に つ い て の み 緩 や か な 基 準 を 定 め て い る の に
比 べ ､複 雑 で 厳 し い 基 準 で あ る ｡た だ し ､外 航 貨 物 船 の よ う な 大 型 船 の エ ン ジ ン に つ いては、国際基準に整合させて基準を設定している｡
米 国 環 境 保 護 庁 (EPA)は 、 こ の 規 制 を さ ら に 進 め る た め ､大 型 船 の エ ン ジ ン を 除 く エ
ン ジ ン に 対 し ､高 速 バ ス 等 と 同 様 の 排 ガ ス 対 策 を 導 入 し 2011 年 モ デ ル か ら 実 施 す る た
め 、早 急 に 規 則 を 制 定 す る 提 案 を 行 っ て い る (い わ ゆ る 第 3 次 規 制 )｡規 則 案 は 、NOx とPM の 排 出 を 90 パ ー セ ン ト 減 少 さ せ る も の で 、ク リ ア す る た め に は 触 媒 を 用 い た 排 気
ガ ス の 後 処 理 や 硫 黄 濃 度 15ppm 以 下 の 燃 料 (国 際 基 準 の 1 万 分 の 1)の 使 用 が 必 要 と なる と も 言 わ れ て い る ｡陸 上 車 両 部 門 で は ､当 該 規 制 に 対 応 し た 設 計 が 行 わ れ て い る が ､
舶 用 部 門 で は 過 去 の 対 策 と 一 線 を 画 す る も の で ､触 媒 設 置 ス ペ ー ス や 大 き な 負 荷 変 動に対応する触媒技術が未開発といった多くの技術的課題が指摘されている｡
ま た 、 EPA は 、 国 際 基 準 に 整 合 し て い る 大 型 船 の エ ン ジ ン 基 準 を 小 型 船 エ ン ジ ン 並に 引 上 げ る こ と を 考 え て お り ､こ の 米 国 基 準 の 強 化 に と も な い 、国 際 基 準 の 改 正 を 国 際
海 事 機 関 (IMO)に 対 し て 提 案 し 、 行 う こ と と し て い る ｡
さ ら に ､米 国 で は 連 邦 規 制 と は 別 に カ リ フ ォ ル ニ ア 州 政 府 の 規 制 を 実 施 し て お り 、
2007 年 か ら 補 機 に 対 し て 硫 黄 濃 度 0.5％ 以 下 の 燃 料 の 使 用 を 義 務 付 け た り 、 港 湾 内 停
泊 時 の 陸 電 使 用 の 取 組 み 等 が 行 な わ れ て お り ､こ れ ら は 港 湾 内 大 気 汚 染 防 止 策 の 先 例となる可能性もある｡
一方、ガソリンエンジンについては、連邦規制により、船外機と水上オートバイに対 し て 、1998 年 か ら 2006 年 ま で HC と NOx の 規 制 が 順 次 強 化 さ れ て き て い る 。さ らに カ リ フ ォ ル ニ ア 州 政 府 は 、 2002 年 か ら 2008 年 ま で に 連 邦 基 準 の 2 倍 の 厳 し い 基 準を適応している。この規制をクリアするため、日米の船外機、水上オートバイメーカ
ーは、サバイバルゲームを繰り広げている。この排ガス規制の強化により、従来は 2ストロークエンジンが主流であったものが 4 ストロークエンジンに移りつつあり、ユーザーの嗜好自体も静寂で燃費の良い 4 ストロークに移ってきたという効果を生んでいる。
さ ら に カ リ フ ォ ル ニ ア 州 政 府 は 、 連 邦 で も 規 制 さ れ て い な い 船 内 機 /船 内 外 機 に 対 して 、船 外 機 基 準 よ り も 3 倍 も 厳 し い 基 準 を 2007 年 か ら か け て い る 。舶 用 エ ン ジ ン の 基準も自動車エンジンを追随するといった規制の動向を踏まえると、船外機、水上オー
トバイもさらに基準が強化されると考えられる。そして、最早このレベルでは、自動車で採用されている希薄燃焼技術や触媒技術の導入が必要となるものと考えられる。
米 国 市 場 に エ ン ジ ン を 販 売 し た り 、米 国 港 湾 内 に 船 舶 が 停 泊 す る 場 合 等 は ､米 国 基 準に 満 足 し な け れ ば な ら な い た め ､か か る 規 制 動 向 を 把 握 し た 上 で 技 術 的 課 題 を 克 服 する等の対応が不可欠である。また、各国とも厳しい社会の要請から、環境規制について は 国 際 的 に 厳 し く な る 傾 向 が あ り ､こ の 場 合 に 世 界 に 先 駆 け た 米 国 基 準 が 国 際 基 準のベースとなる可能性は高く、国際的な排ガス対策への適合能力がエンジンメーカーとして生き残る鍵となると考えられる｡
そ の た め 、本 調 査 で は ､米 国 に お け る エ ン ジ ン 排 ガ ス 対 策 技 術 の 権 威 で あ る サ ウ ス ウエ ス ト ･リ サ ー チ ･イ ン ス テ ィ テ ュ ー ト（ Southwest Research Institute）か ら の 委 託 調
査結果とその他の文献調査を基に、 米国の連邦及び州における排ガス規制動向とエン
ジ ン の 排 ガ ス 対 策 技 術 を 調 査 す る と と も に ､今 後 の 規 制 強 化 の 行 方 と そ れ に 対 応 す る
ために技術開発が必要な技術を考察した。排ガス対策はエンジンの基本設計に影響を及ぼすため、中長期的な視野に立った技術開発が必要となる。この調査結果が、日本舶用エンジンメーカーの今後の技術開発戦略の検討に資することができれば幸いである。

ジ ェ ト ロ ･ニ ュ ー ヨ ー ク ・ セ ン タ ー 舶 用 機 械 部
Director
渡田滋彦
Researcher
上野 まな美目次

I. ディーゼルエンジン
1．規制動向 ····················································································································· 1
1-1 世界の排ガス規制······································································································· 1
1-2 米国（連邦）の排ガス規制··························································································· 3
1-2-1 大気浄化法··········································································································· 3
1-2-2 現行及び予定された規制動向 ·················································································· 3
1-2-2-1 小型船舶（SMALL）の規制··············································································· 4
1-2-2-2 商業用船舶 C1（COMMERCIAL C1）及び商業用船舶 C2（COMMERCIAL C2） ·········· 4
1-2-2-3 商業用船舶 C3（COMMERCIAL C3） ·································································· 6
1-2-2-4 レクレーション用船舶（RECREATIONAL）·························································· 6
1-2-3 3 次規制への移行 ·································································································· 6
1-2-3-1 3 次規制による包括的な規制強化······································································· 6
1-2-3-2 3 次規制の必要性 ···························································································· 7
1-2-3-3 3 次規制実施の問題点 ······················································································ 7
1-2-3-4 国際基準の強化······························································································· 8
1-2-4 燃料規制（SOX 対策）の取組み ··············································································· 8
1-3 カリフォルニア州の排ガス規制 ···················································································· 92．技術の紹介
2-1 自然吸気（NATURALLY ASPIRATED:NA）·······································································112-2 ターボチャージング（TURBOCHARGING） ·····································································11
2-3 スーパーチャージング（SUPERCHARGING）·································································· 12
2-4 コモンレール方式（COMMON RAIL INJECTION） ··························································· 12
2-5 ピエゾ素子燃料噴射（PIEZO-INJECTION） ···································································· 12
2-6 排気ガス再循環（EXHAUST GAS RECIRCULATION：EGR）·············································· 13
2-7 可変バルブ駆動技術（VARIABLE VALVE ACTUATION：VVA） ··········································· 14
2-8 最新型センサーとアクチュエータ（NEW SENSORS AND ACTUATORS） ······························ 14
2-9 予混合吸気圧縮点火（HOMOGENEOUS CHARGE COMPRESSION IGNITION: HCCI） ············· 14.
2-10 オーバー・エクスパンディッド・サイクル（OVER-EXPANDED CYCLE）·························· 15.
2-11 低温拡散燃料（LOW TEMPERTURE DIESEL COMBUSTION） ··········································· 15
2-12 NOX 吸蔵触媒（LEAN NOX ADSORBER CATALYST：LNT）············································ 17
2-13 選択触媒還元方式（SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION：SCR）···································· 17
2-14 すす捕集フィルタ（DIESEL PARTICULATE FILTER：DPF）············································ 18
2-15 DPNR（DIESEL PARTICULATE AND NOX REDUCTION SYSTEM） ···································· 18
2-16 海水洗浄（SEA WATER SCRUBBING） ········································································· 18
2-17 ディーゼル燃料の低硫黄化························································································ 19
2-18 バイオ燃料エンジン（BIOFUEL） ·············································································· 20
2-19 天然ガス・エンジン（NATURAL GAS） ······································································· 20
2-20 沿岸電力による排ガス削減························································································ 21
2-21 高性能海洋排ガス調整システム（AMECS）································································ 21
3. 今後の技術
3-1 ディーゼルエンジン技術の今後··················································································· 22
3-2 日本への影響 ··········································································································· 24

II. ガソリンエンジン
1．規制動向 ···················································································································· 26
1-1 米国（連邦）における排ガス規制················································································ 26
1-1-1 船外機・水上オートバイ ······················································································ 26
1-1-2 船内機・船内外機································································································ 28
1-1-3 舶用小型発電機（出力 19KW 以下）······································································ 28
1-1-4 舶用大型発電機（出力 19KW 超）········································································· 28
1-1-5 燃料蒸発ガス規制································································································ 28
1-2 カリフォルニア州の排ガス規制··················································································· 30
1-2-1 船外機・水上オートバイ ······················································································ 30
1-2-2 船内機・船内外機································································································ 30
2．技術の紹介 ················································································································· 31
2-1 船外機エンジン概要 ·································································································· 31
2-2 2 ストロークエンジン································································································ 31
2-3 4 ストロークエンジン································································································ 32
2-4 ガソリンエンジン技術 ······························································································· 34
2-4-1 直噴 2 ストローク、成層チャージ燃焼（DIRECT INJECTION 2-STROKE, STRATIFIED-CHARGE）·········································· 34
2-4-2 直噴 4 ストローク・リーン燃料（DIRECT INJECTION 4-STROKE LEAN BURN）······················································· 35
2-4-3 ストライキによる直噴 4 ストローク（DIRECTED INJECTION 4-STROKE STOICHIOMETRIC）········································· 35
2-4-4 ターボチャージング（TURBOCHARGING）························································· 35
2-4-5 スーパーチャージング（SUPERCHARGING）······················································ 36
2-4-6 排気ガス再循環（EXHAUST GAS RECIRCULATION：EGR）······························· 36
2-4-7 可変バルブ駆動技術（VARIABLE VALVE ACTUATION：VVA）····························· 37
2-4-8 高エネルギー点火システム（HIGH ENERGY IGNITION SYSTEMS） ···················· 37
2-4-9 オーバー・エクスパンディッド・サイクル（OVER-EXPANDED CYCLE）······················································································· 37
2-4-10 予混合吸気圧縮点火（HOMOGENEOUS CHARGE COMPRESSION IGNITION: HCCI）····························· 38
2-4-11 酸化触媒（OXIDATION CATALYST）································································ 38
2-4-12 三元触媒（3-WAY CATALYST）········································································· 39
2-4-13 NOX 吸蔵触媒（LEAN NOX ADSORBER CATALYST：LNT）······································ 39
2-4-14 最新型センサーとアクチュエータ（NEW SENSORS AND ACTUATORS） ······················ 40
3. 今後の技術
3-1 ガソリンエンジン技術の今後······················································································ 41
3-2 日本への影響 ··········································································································· 43

I. ディーゼルエンジン
1. 規制動向
1-1 世界の排ガス規制
ディーゼルエンジンは、一般船舶にとって最も一般的な必要不可欠な推進動力である。
この舶用ディーゼルエンジンからの排出ガスを規制する国際的な枠組みとして、1997 年に採択された海洋汚染防止条約(MARPOL 条約)附属書 VI「大気汚染防止」がある。同条約は 2005 年 5月 19 日に発効し、これにより、窒素酸化物（NOx）と硫黄酸化物（SOx）の排出量が制限されることとなり、世界中の舶用エンジンが基準に適合するために検査を受けなければならなくなった｡＜NOx 規制＞
同条約では、出力 130ｋＷ以上のディーゼルエンジンは、図 I-1-1 の NOx 排出基準に適合しなければならない｡

図 I-1-1 NOx 排出基準
＜SOx 規制＞すべての海域で、硫黄分濃度4.5％以下の燃料を、
また、
特に硫黄酸化物排出規制特定海域（SECA）に指定された海域では、硫黄分濃度 1.5％以下の燃料を使用しなければならないこととなっている｡
現在のところ指定されている SECA は、バルト海（2006 年 5 月から規制実施）と北海（2007 年
11 月から規制実施）の 2 つである｡
しかし、同条約の規制を更に強化する必要性が認識され、現在、国際海事機関（IMO）では、強化するための技術的な検討が既に始まっている｡2006 年 11 月に開催された大気汚染ワーキンググ
ループ中間会合では、次の点が合意されている｡－1－

＜NOx 規制の見直し>
エンジン内技術で NOx 排出量を 15％～20％減少させる 2 次規制を 2010 年から実施する｡
後処理技術等の最新技術を用いて更に減少させる3 次規制はとりあえず2015 年から実施する（仮合意）｡
NOx 基準値については、現行条約どおりすべてのエンジンを対象に一律に定格回転数に応じて規定するか､使用燃料（Marine gas oil(硫黄分 0.2%以下：低硫黄留出油)、Marine diesel oil（硫黄分 2.0%以下：Ａ重油）、Heavy fuel oil（硫黄分 4.5%以下：Ｃ重油））ごとに分けて定格回転数に応じて規定するか､2 つのオプションがあることが認識された｡＜SOx 規制の見直し>
今後の規制では、次のオプションがあることが認識された｡
オプション A:一般海域及び SECA の規制は現行どおり｡
オプション B：一般海域現行どおり｡SECA は、1.0%(2010 年想定)、0.5%(2015 年想定)の 2段階で強化する｡
オプション C1:すべての海域で、Distillate fuel(A 重油)を使用し硫黄分濃度を 1.0%(2010 年想定)、0.5%(2015 年想定)の 2 段階で強化する｡ただし､時期は精製施設の整備状況に応じ検討する｡
オプション C2:すべての海域で、Distillate fuel(A 重油)及び Residual fuel(Ｃ重油)の使用を認めつつ､燃料油中硫黄分又は排ガス洗浄装置等同等措置で、2 段階の硫黄分濃度
1.0%(2010 年想定)、0.5%(2015 年想定)レベルの排ガスを担保する。
これらは、まだ議論が始まったばかりのワーキンググループレベルでの技術的検討の結果であり、今後どのような形になっていくか予断を許さない｡
しかし､このような方向性に対して、
NOx 規制強化にともなうエンジンの技術上の問題の他、
SOxに関する燃料規制の強化に関して大きな問題点が指摘されている｡燃料規制に関して、すべての海域一律に規制を強化するのか、汚染の激しい海域を SECA として指定し規制強化するのか、という論点がクローズアップされている。海運界は､運航コストの関係からできるだけ粗悪油を使用しやむを得ない SECA だけ上質油を使用するというオプションではなく､むしろ複雑なオペレーションを強いられる地域規制を嫌っており､Intertanko によれば、規制強化ならば、一律低硫黄燃料にすることを望むと主張しているのには興味深い｡また､同様にエンジンメーカーも燃料の切り替えということに技術的問題があることを強調していた｡他方､船舶燃料業界は､低硫黄濃度の上質油を全世界的に供給することに困難さを示しており､かなり根本的な問題と受け止められる｡
こういった国際的な取組みとは別に、欧米各国は独自規制の動きを見せている｡
30 リットル以下の排気量の船舶エンジンに関しては、米国では 2006 年～2009 年にかけて自国籍の船舶に、欧州では沿岸及び内陸水域（Inland Water）で活動する船舶に対して HC、NOx、一酸化炭素（CO）の規制導入が進められている。
また、欧米では、燃料の硫黄含有量に対しても厳しい削減を求めていく方針を打ち出している。
すでに、米国アラスカ、ハワイ、フロリダ、カリフォルニアの他、オランダのロッテルダム、独ハ
ンブルクなどで目視できる排気ガスに対して独自の規制が設けられている。

－2－

いくつかの国では、規制とは別のスキームで排ガス削減対策を実施している｡例えば、スウェー
デンでは、環境保護に注力した港が建設され、停泊船に別途料金を課金している。また、ノルウェ
ーでは、環境保護への対策によって税の課金額を変えるなどの工夫を凝らしている。さらに、米環境保護庁（EPA）の「ブルースカイ・シリーズ（Blue Sky Series）」やドイツの「ブルー・エンジ
ェル（Blue Angel）」のように排ガス規制に準拠したエンジンを製造させるための推奨プログラム等も展開されている。

1-2 米 国 (連 邦 )の 排 ガ ス 規 制
1-2-1 大 気 浄 化 法
米国の大気汚染が進む中、EPA に対して排気ガス規制を求める声が高まっていた。米国では、すでに 1970 年に大気汚染を規制するための連邦法「The Clean Act:CAA」が公布され、その後 1990
年にさらに規制を強化するための修正法が導入された。CAA は、大気汚染物質として基準汚染物質(Criteria Pollutant：CP)を定めるとともに､CP に対して環境と健康を守るための基準として連邦大気基準(National Air Ambient Quality Standard：NAAQS)に定め、米国内のすべての地域が
NAAQS を満たすように大気汚染対策を実施することを求めている｡
CP には、オゾン､微粒子（PM）、CO、NOx、SOx 及び鉛が定められている。CO､NOx、SOx、
PM は煙霧スモッグの原因となり､NOx と炭化水素(HC)はオゾンを生成し、光化学スモッグになり、視覚障害や喘息等の原因になる｡
舶用エンジンの排ガス規制は､発電施設や車両等他の汚染物発生源に対する対策とともに、この
NAAQS を遵守するための一環であり､国際基準が NOx、SOx に限られているのと異なり､HC、
PM、CO 等に関する排出規制も含まれている｡
しかし、当初実際に規制の中心になっていたのは自動車を含む高速道路を走行できる車両等で、船舶等を含むそれ以外の移動体への規制はほとんどなかった。その後の EPA の調査によって、自動車以外の移動体による排気ガスの影響が注目を浴びるようになってきたのである。
現在、米国は附属書 VI を批准していないが、同条約発効以前から自国内では独自の規制を実施
して来ており、段階的な規制強化を積極的に進めている。
1-2-2 現行及び予定された規制動向
舶用ディーゼルエンジンは､表 I-1-1「舶用ディーゼルエンジンの規制分類」のとおり、大きく分
けて次の分類で規制されている｡
表 I-1-1 舶用ディーゼルエンジンの規制分類
分類
小型（Small）
商業用船舶C1（Commercial 1）
商業用船舶C2（Commercial 2）
商業用船舶C3（Commercial 3）
レクレーション用（Recreational）

出力
≦37kW
>37kW
>37kW
>37kW
>37kW

－3－

気筒あたりの排気量
規則公布時期
制限なし
1998年
5litters>D
1999年
5litters≦D＜30litters
1999年
30litters≦D
2003年
5litters>D
2003年

1-2-2-1 小型船舶（Small）の規制
出力 37kW（50 馬力）未満の小型エンジンについては、船舶エンジンに特化した基準ではなく、
1998 年の非道路用エンジン規則の中に組み込まれ、陸上で使用されるエンジンと同一の基準が適用される｡米国では､同カテゴリーのエンジンが年間約 6,000 基製造されている。
具体的な基準は、表 I-1-2「「小型船舶(Small)」分類の排出基準」のように出力に応じて、1 次(Tier1)､
2 次(Tier2)規制に段階的に導入される。
（40CFR 89）
表 I-1-2 小型船舶（Small）の排出基準
排出基準単位：g/kW・hr
分類

出力
出力<8kW小型

8kW≦出力<19kW
19kW≦出力<8kW

CO
8.0
8.0
6.6
6.6
5.5
5.5

NOx+HC
10.5
7.5
9.5
7.5
9.5
7.5

PM
1.00
0.80
0.80
0.80
0.80
0.60

規制分類
第1次規制
第2次規制
第1次規制
第2次規制
第1次規制
第2次規制

執行日
2000年
2005年
2000年
2005年
1999年
2004年

1-2-2-2 商業用船舶 C1(Commercial C1)及び商業用船舶 C2(Commercial C2)
この分類のエンジンは､出力 500～8,000kW（700～1 万 1,000 馬力）である。エンジンの用途としては､タグボート､押船､供給船､漁船等の推進機関及び発電原動機に用いられる｡米国では､C1 分類のエンジンが年間約 5,000 基、C2 分類のエンジンが年間約 100 基製造されている｡
具体的な基準は､1 次(Tier1)､2 次(Tier2)規制と段階的に導入される｡(40CFR94)（1）1 次(Tier1)規制
1 次規制は、NOx 排出基準のみが定められた附属書 VI と同一基準である(ただし、試験方法に一
部変更点あり)｡1999 年舶用エンジン排出基準では､任意基準として導入されたが､附属書 VI の発効が目前に迫ったことから､2003 年基準により 2004 年 1 月 1 日から強制化された｡－4－

図 I-1-2 C1，C2 分類の１次規制 NOx 排出基準
(2)2 次(Tier2)規制
2 次規制は､表 1-1-3「C1，C2 分類の 2 次規制排出基準」に示すように､商業用 C1(Commercial C1)
及び商業用 C2(Commercial C2)の分類を更に出力と気筒当たりの排気量で細分化して、排出基準を定め、その施行日を定めている｡この 2 次規制は､2004 年から 2007 年までに実施されることになっている｡この 2 次規制は、1999 年舶用エンジン排出基準により導入された｡
商業用 C1 は、すでに規制を実施済みである。一方の商業用 C2 の規制は、すべて 2008 年 1 月
以後になる。レクリエーション用機関への実施は、2006 年から開始されている。

表 I-1-3 C1 C2 分類の排出基準（2 次規制）
排出基準単位（g/kW-hr）
気筒あたりの排気量（D）等
D<0.9litters
0.9litters≦D<1.2litters
商業用船舶C1
1.2litters≦D<2.5litters
2.5litters≦D<5.0litters
5.0litters≦D<15litters
15litters≦D<20litters
出力<3300kW
商業用船舶C2
15litters≦D<20litters
出力≧3300kW
20litters≦D<25litters
25litters≦D<30litters

CO
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0

－5－

NOx+HC
7.5
7.2
7.2
7.2
7.8

PM
0.40
0.30
0.20
0.20
0.27

8.7

0.50

9.8

0.50

9.8
11.0

0.50
0.50

執行日
2005年
2004年
2004年
2007年
2007年
2007年
2007年
2007年
2007年
2007年
2007年

1-2-2-3 商業用船舶 C3(Commercial C3)
この分類のエンジンは､出力 2,500～7 万キロワット（3,000～10 万馬力）である。エンジンの用途としては､コンテナ船､油タンカー､バルクキャリアー､クルーズ船等の大型外洋船の推進機関に用いられる｡
排出基準は､C1､C2 分類の 1 次規制と同様に､NOx 排出基準のみが定められた附属書 VI と同一基準である。1999 年舶用エンジン排出基準では､任意基準として導入されたが､附属書 VI の発効が目前に迫ったことから､2003 年基準により 2004 年 1 月 1 日から強制化された｡
1-2-2-4 レクレーション用船舶(Recreational)
この分類のエンジンは､C1 分類と同じ規模のエンジンである｡エンジンの用途としては､ヨット､
クルーザー等に用いられる。米国では､この分類のエンジンは、年間約 1 万基製造されている｡
具体的な基準は、表 I-1-4「レクレーション用分類の排出基準」に示すように､商業用
C1(Commercial C1)分類の 2 次規制と同様であるが､施行日が 2 年遅らされている｡本基準は､2003
年のレクレーション車両規則に組み込まれている｡(40CFR 94)
表 I-1-4 レクレーション用分類の排出基準（2 次規制）
排出基準単位（g/kW-hr）
気筒あたりの排気量（D）等
0.5litters≦D<0.9litters
0.9litters≦D<1.2litters
商業用船舶C1
1.2litters≦D<2.5litters
2.5litters≦D<5.0litters

CO
5.0
5.0
5.0
5.0

NOx+HC
7.5
7.2
7.2
7.2

PM
0.40
0.30
0.20
0.20

執行日
2007年
2006年
2006年
2009年

1-2-3 3 次規制への移行
1-2-3-1 3 次規制による包括的な規制強化
前述のとおり、2004 年から 2009 年まで､舶用ディーゼルエンジンについては用途､出力､気筒当たりの排気量に応じて順次 2 次規制が開始されているが､EPA は、機関車用ディーゼルエンジンとともに、更に厳しい 3 次規制を 2011 年から開始したいとして､規則案に関する意見照会(規則策定に関する先行通知(Advanced Notice of Proposed Rule Making:ANPRM)を2004 年6 月に官報に掲載した(Federal Register/Vol.69, No.124/Tue., June 29, 2004/Proposed Rules) 。EPA は、当該
ANPRM の意見を取り入れた上で 2005 年中頃までに具体的な規則案を作成し､2006 年中頃までに最終規則を公布したいとしている（2007 年 3 月時点で未実施）。
基準の内容としては､商業用船舶 C3(Commercial C3)を除くすべての分類の舶用エンジンに対して、2007 年/2010 年の高速道路用エンジン(バス、トラック等)に対する基準及びそれからやや遅れて同等の基準が実施される非道路用ディーゼルエンジン(建設機械､農業機械等)の 4 次規制と同等の基準を適用するというものである｡表 I-1-5「非道路用ディーゼルエンジン（4 次規制）の排出基準」に示すとおり､提案された 3 次規制は、2 次規制に比べきわめて厳しいもので､NOx と PM の排出量が 90％以上も減少されている｡これは､硫黄分 15ppm(parts per million)のディーゼル燃料を使用し､高効率触媒後処理技術を用いて達成できるものであり､陸上用エンジンで確立した技術を舶用ディーゼルエンジンにも導入しようというものである｡－6－

表 I-1-5 非道路用ディーゼルエンジン（4 次規制）の排出基準
排出基準単位 (g/kW-hr)

出力
出力<1.85kW
1.86kW≦出力<5.55kW
5.55kW≦出力<12.95kW
12.95kw≦出力<55.5kW
55.5≦出力

NMHC+NOx
5.6
3.5
-

NMHC
0.14
0.14
0.3
0.14**

NOx
0.3
0.3
2.6***
2.6***

PM
0.3
0.02****
0.01
0.01
0.075
0.03**

執行日
2008年
2013年
2012年
2011年
2011年
2015年

注 1：NMHC は、非メタン炭化水素（Non Methane Hydro Carbon）を示す｡
注 2（**）発動機以外のものに対する基準を示している。発電原動機の基準は､NMHC 0.14 PM 0.02である。
注 3（***）88.8kW 以上の発動機については、NOx 値が 0.5 となる。
注 4（****）中間基準として 2008 年より､PM 基準値が現行基準の 50％となる｡
1-2-3-2 3 次規制の必要性
このような厳しい 3 次規制導入の背景として､EPA は、連邦大気基準(NAAQS)を達成できていな
い地域が多く存在することから､更なる規制強化が必要であると述べている｡
オゾンに関して、連邦全体で 474 地域の一部又は全域で NAAQS を達成できておらず､1 億 5,900
万人が基準未達成地域での居住を余儀なくされている｡また、PM に関しては、6,500 万人が基準未達成地域に居住している｡地方政府は､基準未達成地域が基準を達成できるよう対策を講じなければならないが､この 3 次規制は、基準達成に大きな役割を担うものと考えられる｡
対策を講じなければ、船舶及び機関車のディーゼルエンジンからの NOx と PM の排出量は、これからも増えつづけるものと考えられ､一方、陸上用エンジンは、厳しい排出基準の適用により排出量は減少する｡これらを考え合わせて試算すると、2030 年までに移動体からの排出量に占める船
舶及び機関車の割合は､NOx で 27 パーセント、PM で 45 パーセントにもなる｡
このように船舶等のエンジンは、将来的に大きな大気汚染源となるが、一方､これらのエンジン
は、陸上用エンジンから転用されたものが多く、陸上用エンジンの後処理技術は、船舶等に適用可能であろう｡
1-2-3-3 3 次規制実施の問題点
EPA は、舶用ディーゼルエンジンに対する 2 次規制についても、高速道路用エンジン基準及び非道路用ディーゼルエンジン基準と同様な基準を導入した経緯もあり、3 次規制についてもこれらの陸上用エンジンの基準を導入することに大きな問題はないと見ている｡しかし､EPA は、船舶使用の特殊性に起因する技術的問題を指摘している。
(1)排気温度
触媒処理技術には､最低使用温度の制限がある｡つまり､ある一定以上の温度でないと触媒の化学反応が効率的に進まないという特性がある｡排気温度は､出力に依存し出力が高いと排気温度が上がるが､低いと温度は下がる｡タグボート等では､大部分が低負荷(低出力)の運航で､大型船を押す時のみ高負荷(高出力)になる｡こういったエンジンの排気温度は、触媒の最低使用温度を下回るおそれが－7－あるため､排気温度を高くするメカニズムを開発する必要があるかもしれない｡(2) 排気装置の表面温度
USCG が定めた安全規則により、火災防止の観点から､排気装置の表面温度は 100℃以下とすることとされている｡そのため､船舶の排気管は､断熱カバーを行ったり､排気管を水で冷やしたり､排ガスを水と混合し、排気温度を下げたりしている｡特に､レクレーションボートや小型商業船では､水を用いた処理を行っており､この場合には､排気温度そのものが下がるため、触媒が機能しなくなる｡
この問題を克服するような設計変更が余儀なくされる｡
1-2-3-4 国際基準の強化
上記のとおり、商業用 C3(Commercial C3)を除くすべての船舶には、2 次規制が実施され、そして 3 次規制が検討されている。他方、大型外洋船舶に搭載される C3 エンジンについては、未だに附属書 VI と同一基準で 1 次規制が適用されているところである。しかし、その C3 エンジンに対しても、2003 年舶用エンジン排出基準により、EPA は 2007 年 4 月までに 2 次規制の基準を採用することとされている。
C3 エンジンに対して 2 次規制の基準を適用するに当たって、大型エンジンに水乳化（Water
Emulsification）や触媒といった先進技術の採用が必要となるが、エンジンメーカーでは、既に先進技術を適用したエンジンを開発している。 EPA では、先進技術に関して多くの技術的知見を有しているが、一般市場での実用化には、燃料中の硫黄分濃度の影響、低負荷時の排ガス濃度、微粒
子（PM）の排出等の未解決の課題もあり、これらの課題を数年のうちに解決する必要があるとしている。
また、大型外洋船舶には外国から来る船舶も含まれることから､EPA は、C3 エンジンに対する 2次規制基準の適用に当たって、米国の港湾に入港する外国船舶に対しても適用すべきか否か検討している。外国船舶には、国際基準が適用されているので、EPA は、IMO における検討に参加して国際基準をより厳しくすることについて、提案していくこととしている。前述したがすでに、SOｘに関しては、IMO にあわせて自国の規制を強化する方針を打ち出している。
1-2-4 燃料規制(SOx 対策)の取組み
米国は 2006 年、附属書Ⅵに船舶を準拠させるために、自国の排ガス規制基準を引き上げる独自の SOx 排出規制区域（Sulphur Emission Control Area: SECA）を設定する方針を打ち出した。
最終的には 2008 年実施としているが、議会の可決が必要であるる。
2006 年５月にバルト海域が SECA として規制実施となり、附属書 VI によると、同区域では、
船舶エンジンの燃料の硫黄含有量が 1.5%以下でなければならないとしている。しかし、その規制に従ったのは、船舶全体のわずか 25％以下にとどまっている。最大の原因として、欧州連合（EU）
及び IMO に規制に準拠させる強制力がなく、罰則が存在しないことが指摘されている。このため、米国では、SECA の規制に準拠させるため、自国の規制を引き上げ、船舶に対して対応を強制的に求めていく。
こうした規制強化は、燃料消費市場にも影響を与えることになる。例えば、現在、低硫黄燃料への需要は、向こう 5 年間で 2,500 万トンに達すると見られているが、SECA を執行することによって同燃料の需要は 4,500 万トンに増大すると見ている。

－8－

1-3 カ リ フ ォ ル ニ ア 州 の 排 ガ ス 規 制
米国全体(連邦)としての排ガス規制とは別に、州政府も独自に規制を行うことが米国の特徴である｡その中でも、カリフォルニア州は、これまで他州に見られない積極性で排ガス規制を推進してきた。これは、同州が米国で最も大気汚染が深刻であるという背景がある。このため、同州はすでに CAA が制定された段階から独立立法権を持ち、独自の規制を強化してきた。その結果現在では、
ガソリンエンジン等一部の基準について先にカリフォルニア州大気資源局（California Air
Resource Board: CARB）が基準作成し、これを連邦政府の EPA が追随する形で導入するという構図もできあがっている。
表 I-1-6 2005 年におけるカリフォルニア州の海洋船舶の排出ガス（単位：トン/日）

船舶の種類
商業船舶
レクレーション

微粒子
25.74
11.41

NOx
338.5334.42

SOx
143.62
0.48

HC
19.98
116.33CO
44.43
653.11（CARB）

注：HC は全有機炭素化合物の排出量
舶用ディーゼルエンジンに関し、カリフォルニア州の中でも特に排ガスが問題視されているのがロサンゼルス港やロングビーチ港を含む南カリフォルニア沿岸、そしてサンフランシスコ湾である。
このため、これらの港を中心に、CARB は、厳しい規制を設けて、外国籍船舶を含めて排ガス規制を強化しなければならない現状となっている。
CARB は 2007 年 1 月より、カリフォルニア水域及びカリフォルニア沿岸 24 海里以内を航行す
る船舶の補機（Auxiliary Engine）及びディーゼル発電原動機の SOx 排出規制(燃料油規制)を実施した。同規制は、補機及び発電原動機に硫黄分濃度が 0.5％に制限された蒸留舶用燃料（Marine gas
fuel:ISO8217 で定義された DMX 又は DMA(硫黄分濃度 1.5％以下等)又は Marine diesel
oil:ISO8217 で定義された DMB(硫黄分濃度 2.0％以下等)の使用を義務付けるものである｡また、2010 年にはさらに厳しい 0.1％以下の基準を設けるというものである。
しかし、海運業界はまだこうした規制への準備ができておらず、この取り決めに猛反発し、連邦地裁へ提訴している。
一部の海運会社には、州政府の基準に適合しようとする動きもある。例えば、マースクライン社
は 2006 年 5 月、ロサンゼルス及びオークランド港に寄港する 37 隻のコンテナ船に対して、沿岸24 マイル以内及び港域内で、すべての硫黄分 0.2％以下の燃料に切り替える方針を打ち出し、他社に先駆けることとなった。
CARB は、停泊中の船舶による排ガスを削減するために「Goods Movement Emission Reduction
Plan」を提案している。同案では、港湾における電力の使用を増やすことによって、停泊中の船舶
エンジンの稼働率を低めるというものである。同案は 2007 年 11 月には正式に発表される予定である。
ロサンゼルス並びにロングビーチ港は 2006 年 6 月、「San Pedro Bay Prots Air Action Plan」を発表している。同案によると、向こう 5 年間をめどに、港湾地区における船舶、鉄道、トラック、荷役機器からの NOｘを 45％以上、粒子物質を 50％以上削減していき、さらに、SOx のさらなる－9－削減も盛り込まれている。
米国では、カリフォルニア州が沿岸 3 マイル区域に同様の規制「mini-SECA」の導入を検討している。また、ロサンゼルス港、ロングビーチ港がそれぞれ独自の規制を導入しようと検討している。

－10－

2. 技術の紹介
ディーゼルエンジンは、本来燃費性能に優れているものの、NOx や PM の排出が最大の問題点となっている。これらの問題を解決する環境対策として、以前はエンジン自体の改良が主体となっていたが、最近では、酸化触媒、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（すす補修）等、様々な技術の開発が進められている。
ディーゼルエンジンの問題は、「NOx の低減」と「PM の低減／燃費向上」を両立させるのが非常に難しい点である。例えば、NOx の放出を抑えると燃費が悪化、その結果 PM やすすの放出が増大してしまう。逆に燃費を改善して PM やすすの放出を減らすと NOx が増大することになる。
一見相反する 2 つの排出物を処理するには、これらの技術を組み合わせる必要がある。
また、SOx の削減に関しては、エンジン自体の改良では対応できず、硫黄濃度の低い燃料の使用や燃料の変更、また排ガスからの SOx の回収といった技術が必要である。
ここでは、エンジンの技術のみならず、燃料や港湾設備も含めて紹介する。

2-1 自然吸気（Naturally Aspirated：NA）
過給器（ターボチャージ）などを使用しない自然吸気による燃焼を行う従来のディーゼルエンジ
ンを指している。ただし、気流を制御することができない。このため、PM 削減やピークパワーの向上に必要な空気/燃料の混合比を出すために必要なだけの気流を生み出す補助システム（ブースト・システム）が必要になる。
NA はコスト的に非常に安いのが特徴である。しかし、非道路の小型ディーゼルエンジンからす
でに消えつつあり、過給器を取り付けたものが普及しつつある。

2-2 ターボチャージング（Turbocharging）
同技術は「過給器」とも呼ばれており、エンジン内の空気の流れを増加させるのが目的となっている。エンジンの排気管から放出される排気熱を利用して、圧縮した空気をエンジンに送り込む。
これにより、出力密度（Power Density）を増加させることになる。コスト削減効果は非常に高く、
例えば、小型エンジンでは V 型６気筒から直列４気筒に下げることが可能になる。
すでに、ディーゼルエンジンで利用されてきた息の長い技術ではあるが、これまでタービンの温度が高すぎるため、船舶エンジンには不向きと考えられていた。しかし、最近では自動車業界では
すでに、タービンの温度を低く保つ技術も出てきており、今後も舶用（すでに採用されている）に改良が重ねられると見られている。例えば、融合型シリンダー・ヘッド・ターボチャージャ（Integrated Cylinder-Head Turbocharger）が解決策として期待されている。
同技術はまた、他の排ガス削減技術と組み合せた利用も考えられる。例えば、希薄燃焼及び EGRを採用しているエンジンは、エンジン負荷の軽い状況では NOx の削減に効果があるが、最大負荷（フルロード）がかかっている状況では、NOx が増大してしまう。この時に、より大量の吸気が必要になるため、ターボチャージングを使用することによって吸気量を高め、NOx の排出を抑えることができる。
NA エンジンで問題になっていた気流を増やすことで、空気/燃料比を向上させる。一般的には、
高密度の空気を冷却して送り込むシステムとなっている。特に、ディーゼルエンジンで問題となる－11－高負荷（High Load）時の NOx 削減で効果がある。エンジンのサイズを小型化できるため、部分的にコスト削減につながる。
難点としては、オイルの交換期間が短くなるため、オイルのコストがかさむことになる。

2-3 スーパーチャージング（Surpercharging）
同技術は、エンジン内の空気の流れを増加させるのが目的である。エンジンのクランクシャフトの力を利用して、高密度の冷却空気をエンジンに送り込む。高密度の冷却空気を送り込むという点
では、ターボチャージングと同様である。 ディーゼルエンジンではエンジン性能が向上すると同時に、NOx の削減に非常に有効である。
他の排ガス削減技術との干渉がなく、4 ストローク・エンジンの出力密度を向上させるには非常に有効な技術と言える。コストは高いが、エンジンの小型化によるコスト削減が期待できる。
舶用エンジンへの応用は非常に期待されており、同技術の導入によって希薄燃焼及び EGR が利用でき、触媒を必要としないエンジンの商用化が可能になる。
ディーゼルエンジンではエンジン性能が向上すると同時に、NOx の削減に非常に有効である。

2-4 コモンレール方式（Common Rail Injection）
ディーゼルエンジンの燃焼の最適化を行うには、混合気の生成を制御することがカギとなる。そこで重要になってくるのが、（1）燃料の噴射パターン（2）噴射圧力（3）噴射率—などの効率化である。その中でも、コモンレール方式は、最新のディーゼルエンジン向け燃料噴射システム（ハードウェア）を指す。従来のディーゼルエンジンでは、燃料ポンプが燃料の「加圧」と「制御」を行う「ジャーク式」を採用していた。
しかし、この方法では加圧能力に限界があった。そこで登場したのがコモンレール方式で、これは、燃料の「加圧」をポンブに、一方の制御をインジェクタ（噴射装置）に分担させる「蓄圧方式」を採用している。頑丈な金属パイプ（レール）に高圧燃料を蓄えることからこの名前がついた。これによって、高い圧力で燃料を噴射することができ，燃料をシリンダー内に勢いよく送り込めるた
め、燃料がシリンダー内にくまなく行き渡る。そして、電子制御のインジェクタが，燃料噴射のタ
イミング・量・勢いなどを細かく制御することができ、より完全燃焼に近づけることで PM を大幅に減らす仕組みである。
燃料噴射の制御が従来のシステムに比べて容易であるのと、騒音や排ガスの削減にもつながる。
また、低温燃焼（Low Temperature Combustion: LTC）にも利用できることが示されている。
すでに一部のディーゼルエンジンで採用されている。舶用ディーゼルエンジンでも噴射システムとして採用されることになる。
このほか、シリンダーごとに燃料ポンプを備えているユニットポンプやインジェクト方式がある
が、これらは、コモンレールに比べても高圧噴射が可能になる。

2-5 ピエゾ素子燃料噴射（Piezo-Injection）
燃料噴射口の開閉するニードルを制御する技術である。これにより、噴射タイミングをより精密に制御することができる。すでに、道路用ディーゼルエンジン市場には登場している。燃料噴射シ
ステムは、ディーゼルエンジンにとってコアの技術である。その技術は自動車部品メーカーによる－12－ところが大きいが、ピエゾ・アクチュエーターも例外ではない。デルファイは 2006 年、ニードルを直接駆動させることができる「ダイレクトアクティング・ピエゾインジェクター（Directacting
Piezo-Injector）」を開発し、ニードルの反応スピードと制御レベルを格段に向上させた
最先端のコモンレール方式とのへ併用によって、すすなどの粒子の排出を抑えながら、中程度の負荷時に NOx の排出量を 30％削減できる。軽負荷時には、低温燃焼（LTC）の導入によってすすや NOx を大幅に削減できる。さらに、EGR との併用によって、いかなる状況下でも NOx の削減を実現する。現行の小型ディーゼルエンジンへ応用することで、5g/kW-hr 以下の HC＋NOx 排出を維持できる。
コスト的には現在、ディーゼルエンジン向けの噴射技術として最も高額である。船舶エンジンへの利用は、今後道路用エンジン向けの製品が大量生産されることで価格が下がることが前提となる。
大型船舶向けの導入は不透明な状態である。

2-6 排気ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation：EGR）
生成された排ガス成分をいかに削減するかということも排ガス削減の重要な課題である。そこで、同問題に焦点を当てて開発されたのが EGR である。EGR は、排ガスを冷却して再び吸気に送り込む方法である。これにより、通常 21％から 13％に酸素含有量を減らした空気をシリンダー内に送り込む。その結果、燃焼炎の温度を下げ、NOx の生成を抑える仕組みとなっている。 また、吸気に排ガスを送り込むことで、吸気の熱容量を高め、燃焼温度を低くすることが可能になる。この反応過程によって、NOx の生成量を通常 10～40％減じることが可能になる。
さらに、中速から最大速度にかけて燃費が向上する。特に、最大速度時は、他の技術を併用する
ことで効果を上げることができる。EGR は、NOx 削減の方法が同様のため、希薄燃焼と比較されることが多い。しかし、希薄燃焼は触媒との併用が難しいが、EGR は可能なため実用化の期待は大きい。
EGR システムには様々なコンポーネントが必要になる。例えば、排ガスから PM を除去するための電気集塵機や触媒、排 SOx 技術、冷却システム等が含まれる。また、効果をあげるためには、硫黄濃度が低い燃料を使う必要がある。
暫定的な NOx 削減技術としては非常有効であり、改良した点火システム、低速におけるポンプ・ロスの削減によって燃費をさらに向上できる。同様の効果が期待できる技術としては、直噴型のリーン燃焼システムがある。
現在、進展している技術の組合せとしては、EGR によって NOx の低減を図る一方、NOx の削減によって増大する PM はフィルタで除去する仕組みである。PM の増加によって燃費が悪くなるが、これにはターボチャージャの過給度を上げて対応する。また、EGR を利用するにあたり、PMの増加を減らすために「コモンレール式燃料噴射装置」やユニットインジェックタ方式などの高圧噴射が利用される。
注目を集めている EGR 技術として「内部 EGR」がある。この方法では、排出ガスをシリンダー内にとどめ、EGR の効果を引き上げる。これによりこれまで問題になっていた EGR 関連部位の腐食問題を回避できる。
コストは比較的安く、今後は舶用ディーゼルエンジンでも普及していくと考えられている。

－13－

2-7 可変バルブ駆動技術（Variable Valve Actuation:VVA）
エンジンの稼動状態に応じて、バルブ開閉のタイミングやバルブのリフト量などを変え、適正な出力を得る技術である。また、同時に広い回転域で吸排気効率を高めて燃費の改善を図っている。
この調節は、電子制御と機械的なものを組み合わせた 2 種類が存在する。エンジンの性能、燃費、排ガス削減のいずれにも効果があるが、VVA の種類によってその効果は異なる。
現在もより優れた VVA が登場しつつある。自動車のような大量生産されるエンジンには最適の技術であるり、ディーゼルエンジンに向いていると言われている。
ただし、現在ディーゼルエンジン向けにあるのは、比較的低コストの「Simple Vlave-CatchMechanism」である。シリンダーを制御する改良型「Cylinder-by-Cylinder Control」が出回れば、コストは膨れ上がることになる。ただし、VVA は予混合吸気圧縮点火(HCCI)が生産されない限り、
現状ではあまり必要性がない。

2-8 最新型センサーとアクチュエータ（New Sensors and Actuators）
現在、注目されている技術としては、（1）シリンダー圧センサー（2）広域酸素センサー（3）NOx センサー、などがある。
（1）は SI 型ガソリンエンジンへの応用も検討されている技術で（SI型ガソリンエンジン技術を参照）、シーメンスとフェデラル・モーグルが共同開発を進めている。
（2）
は、排気流中の酸素濃度を監視するセンサーで、現在複数のメーカーが製造している。従来の酸素センサーと機能は同様であるが、広範囲に渡る空気/燃料の混合比に対応する。センサーは、空気/燃料の混合比を常時監視し、その結果をリアルタイムでフィードバックする。その結果、最適な燃料供給を確保できる。また、分析機能も重要である。しかし、現状ではなかなか実用化が難しい
HCCI 等の技術が必要となるため、実用化はまだ先になる。コストは道路用ディーゼルエンジン向
けで大量販売時の価格が 25 ドル以下になる見込みである。向こう 5 年以内に一部のディーゼル分野で採用されるようになると見られている。舶用ディーゼルエンジン向けには、防水機能が必要になる。
NOx センサーは、排気流中の NOx 濃度を監視するセンサーである。広域酸素メーター同様に
HCCI の採用が必要不可欠となるほか、舶用としては防水機能が必要になる。コストは道路用ディーゼルエンジン向けで大量販売時の価格が 50 ドル以下になる見込みである。

2-9 予混合吸気圧縮点火（Homogeneous Charge Compression Iginition：HCCI）
燃焼効率が高く、排ガスが非常に少ないクリーン技術として期待されているのが HCCI である。
もし、EGR などを利用して混合燃料が希薄されていれば、NOx の排気量をさらに削減することができ、その量は実に数 PPM 程度になる。
あらかじめほぼ均一に混ぜた空気と燃料の混合気を圧縮点火する方式で、特に NOx の排出量が極端に少ないことが研究でわかっている。高速時の効果も研究されているが、エンジンの燃焼から発生するノイズをどう除去するかが課題となっている。また、HC や CO の排気が通常の点火エンジンに比べて多いため、酸化触媒の併用が必要と考えられている。
コストは、直噴、VVA、EGR 等の技術を併用する必要があるため、高いと考えられる。自動車業界でも普及までに向こう 10 年はかかるとされているため、船舶業界での導入はさらに時間がかかると見られているが NOx 削減に絶大的な効果を持つ。

－14－

2-10 オーバー・エクスパンディッド・サイクル（Over-Expanded Cycle）
従来のエンジン・ストローク（膨張行程）のタイミングを圧縮行程より長くすることによって燃焼効率を引き上げる技術を指す。機械的にも可能であるが、従来のエンジンに比べて吸気弁を遅く閉じるミラー・サイクルとして導入されている。同技術を利用すると、エンジンに取り込まれる空気量を減らすことができ、圧縮行程を短くなることによって燃焼効率を上げることができる。
エンジンの効率は圧縮比を上げるほど向上するが、これはノッキング限界にて制限される。この
圧縮比で実際に重要なのは、「膨張比」である。そのため、ノッキングを避けるため圧縮行程は短
くし、膨張行程をそれより長くしたのがオーバー・エクスパンディッド・サイクルとなっている。
現実的には、吸気行程後、圧縮行程に入ってからしばらく吸気弁を開いたままにして、吸気の一部を戻して圧縮しすぎないようにする方式が使われているが、これがいわゆる「ミラー・サイクル」となっている。
燃費という観点では、中速及び高速時にある程度の効果が見られるが、高速時における吸気が減
少してしまうため、別の技術を併用する必要がある。通常は VVA が必要になるため、VVA のコストを見積もる必要がある。ディーゼルエンジンにはすでに採用されているが、さらなる燃費向上や
HCCI（Homogeneous Charge Compression Iginition）エンジン制御への応用などが研究されている。実際に採用している会社としては、キャタピラー（Caterpillar）の ACERT がある。ちなみに ACERT は、希薄燃焼を合わせることによって、50％の NOx 削減に成功している。
短期的にはそれほどの魅力はなく、業界へのインパクトもさほど大きくない。しかし、HCCI 制
御が将来的に認められるようになれば、注目を集めるだろう。

2-11 低温拡散燃焼（Low Temperature Diesel Combustion）
低温で燃焼させることによって、すすや NOx の排気量を削減する方法である。すでに、非道路用（Light Duty）ディーゼルに採用されている。低 NOx 燃焼技術（Low NOx Combustion）ともいい、燃焼室の条件を NOx が発生しにくいようにするための技術で、バルブの開閉タイミング（ミラー・タイミング）、二段燃焼、噴射タイミング、EGR などを掛け合わせた技術である。同技術には、湿式（Wet）及び乾式（Dry）の 2 種類がある。
乾式はすでにエンジンに組み込まれているが、今後の規制に向けてさらなる改良が必要になってくる。
一方の湿式は、燃焼室に水を注入することによって、NOx の生成を抑えるという方法である。
これは、空気に比べて燃焼室の温度を下げる効果がある。水分の注入方法としては、空気を湿らせたり、スチームや水を燃焼室に直接注入する等いくつかある。
燃焼空気飽和システム（CASS）では、燃費を損なうことなく、NOx を 50～60％削減できる。
同技術は、ターボチャージされた燃焼空気に高圧の水を噴霧し湿度を高め、燃焼室に注入する仕組みである。他の湿式に比べて構造が簡単なため、設置コストが安いというメリットがある。
水の乳化（エマルジョン）では、燃焼シリンダーへの噴射前に水を燃料の中に混合させることで、燃料の噴霧を効率よくする。これにより、燃焼効率を上げるため、燃費も最大 3％ほど変えること－15－

ができるという。
通常は水のエマルジョン濃度が1％でNOx の生成を1％引き下げることができる。
この比率は最大 30％まで引き上げることができるが、これ以上の濃度になると、逆に燃焼温度を下げてしまい、微粒子の生成を促してしまう。そこで、カムの代わりに油圧装置を人的に操作することで、噴射圧力や噴射タイミングをエンジンの回転数によって調節する「メカトロ化」の方法もある。
一方、最大出力を下げてしまうという欠点もある。また、水のエマルジョンに海水は使えない。
このため、船舶は真水用タンクあるいは水の浄化装置が必要になる。また、噴射機を新たに設計し直すためコストがかかる。代替技術としては、PuriNOx エマルジョンがある。これは、20％の水に対して 80％のディーゼル燃料、1％以下の添加剤を加えたもので、NOx を 20％削減でき、微粒子で 50％の削減が可能である。
水のエマルジョンの最大の利点は、簡単に作動・停止を切り替えられること。このため、沿岸を航行する際などに発生する排ガスを抑えることができる。また、使用する真水の量が節約できるのも特徴である。
吸気を湿らせることによって、NOx を削減する方法にはこのほか、連続水噴射（Continuous
Water Injection：CWI）、直接水噴射（Direct Water Injection：DWI）、湿気モータ（Humid Air
Motor：HAM）がある。
CWI では、水を吸気の中に噴霧する方法を採用。これにより、NOx を最大 30％、微粒子を最大50％削減できる。DWI は、燃焼シリンダー内に直接水を噴射する方法である。電気ポンプを利用して 200～400 バールの圧力で水を燃料の前に注入する。システムは、燃料供給システムから独立しているため、エンジンのパフォーマンスを落とすことなく作動停止が行える。水の燃料に対する割合は、燃料に対して 40～70％の量の水が必要になる。この割合が NOx の生成を 50～60％削減できる。使用期限は 25 年である。また、水の代わりに高圧蒸気をシリンダーに注入するストリー
ム・インジェクション方式もある。
一方の HAM は、水蒸気が飽和した状態の冷やした吸気を燃焼に利用する。エンジンによって海水を蒸気化させて利用するが、エンジンに注入する水の量は燃料のおよそ 3 倍となる。この割合がNOx の生成を 70～80％減じることができるという。しかし、大量の水蒸気を用いるため、新たにボイラーを設置する必要がある。船舶によってはすでに十分なスペースがない場合もある。使用期
限は 12～15 年である。
これらの方法では、排気時の温度が上がるため、後処理用の触媒を活性化させておくことができる。舶用ディーゼルに利用した場合、燃費に若干の影響が出るほか、すすを削減するために DPFが必要になることも示唆されている。コスト的には中間程度である。将来的には舶用ディーゼルエ
ンジンで標準となる可能性もある。ディーゼルエンジン・メーカーのワルチラ（Wartsila）は、4ストロークのディーゼルエンジン全種に CASS を導入する予定である。
これまで上記で説明した各種技術（一部）の削減効果を下記に一覧で図 I-2-1 に示す。同表は、4ストロークエンジンが回転数 500rpm で運転した時、NOx 排出量を IMO 基準値と仮定した場合、その値(13g/kWh)からの削減効果を示している。

－16－

エマルジョン
蒸気噴射（Steam Injection）
低温拡散燃焼（乾式）
CASS
DWI
SCR

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

NOx 排出量（単位：g/kWh）

図 I-2-1：各種技術の NOx 削減効果

2-12 NOx 吸蔵触媒（Lean NOx Adsorber Catalyst: LNT）
NOx 吸蔵触媒は、通常の運転時に NOx を硝酸塩の形で触媒中に吸収させて、間欠的な還元によって NOx を浄化する仕組みである。ただし、NOx 吸蔵還元触媒は、燃料軽油中の硫黄分により触媒が被毒・劣化し吸蔵性能が低下するため、触媒を定期的に高温化し、硫黄の除去・再生(被毒回復制御)が必要となる。舶用ディーゼルエンジンへの採用は、今のところ取りたてて注目を集めていな
いが、将来的に必要になる技術とも言われている。現在のところ、排水が問題となり実用化が認められていない。

2-13 選択触媒還元方式（Selective Catalytic Reduction：SCR）
尿素を還元剤として添加することで発生するアンモニア（NH3）を使って NOx を還元する方法である。具体的には、尿素水溶液を排気管の中に噴射すると、酸化触媒によって NH3 に変わる。
これが、NOx を窒素ガスに変換する。この方式は、ディーゼルエンジンのように酸素濃度が高い
環境下でも反応が進むのが特徴である。過剰分の NH3 が別の汚染物質（スリップ NH3 と呼ぶ）となるが、通常は排気管の下流に設置した酸化触媒によって浄化する。
排気管の逆圧によって NOx 削減効果が妨げられることが懸念事項である。今後の規制によって利用度が決まってくる。コストは、LNT と同じ程度で、酸化触媒や三元触媒に比べると高くとなっている。今後、大量生産が可能になれば、価格が下がることも考えられるが、このほか、尿素ポ
ンプ、ポンプ、尿素溶液の噴射システム等のコストも考慮する必要がある。
舶用ディーゼルエンジンへの採用は、今のところ取りたてて注目を集めていないが、将来的に必要になる技術とも言われている。現在のところ、排水が問題となり実用化が認められていない。

－17－

2-14 すす捕集フィルタ（Diesel Particulate Filter：DPF）
DPF は粒子をフィルタで物理的に捕集する技術を指す。捕集したすすを除去し、フィルタを再生する方式から（1）手動再生（2）自動再生（3）連続再生、の 3 種類が存在する。
（1）及び（2）では、DPF ですすを捕集し、フィルタを高温にすることで焼却する。すすの削減にはつながるものの、他の排気ガス、特にディーゼルエンジンで多い NOx 削減には効果がない。そこで、触媒を組み合わせた（3）の開発が進められている。
（3）には、二酸化窒素（NO2）を使った酸化方式と酸化触媒方式の 2 種類がある。前者では、酸化触媒（白金）によって生成した NO2 を使って、低温化ですすを酸化して除去していく。これにより、フィルタを常時再生していく。これに対して、酸化触媒を利用する方法では、フィルタ自体に触媒を添加し、同様の酸化除去を行う。この方法では、すすの削減に加えて、CO や HC の削減効果もある。
DPF を利用した場合、すすの削減効果は 95％以上になる。しかし、一方、内部で捕集したすすが突然引火する可能性もあるため、別途センサーを備え付ける必要がある。また、燃料中含まれる硫黄分が触媒を劣化させるので、燃料の硫黄分低減（最終的にゼロ）が求められることになる。
しかし、非道路用ディーゼルエンジンでは、硫黄成分の割合が高い燃料が使用されていることか
ら課題となっており、さらなる研究が必要と見られている。コスト的には、三元触媒に比べて高い。
DPF は、現在欧米で一部ディーゼルエンジン向けに作られている。
舶用ディーゼルエンジンへの採用は、今のところ取りたてて注目されていないが、将来的に必要になる技術ともいわれている。現在のところ、排水が問題となり実用化が認められていない。

2-15 DPNR（Diesel Particulate and NOx Reduction System）
トヨタ自動車が開発した「四元触媒方式」のシステムで、最新のコモンレール式直噴ディーゼル
エンジンをベースに触媒コンバータ、排気燃料添加弁、各種センサーから構成される。NOx（50%削減）、HC、CO、すす（80%削減）のすべてを除去する点で、NOx 削減技術と DPF の組み合わせと同じである。欧州７カ国ですでにトヨタ車に導入されている。
コスト的には高いが、ディーゼルエンジンにとっては、NOx 削減技術＋DPF の組み合わせ以外のオプションとなる。
舶用ディーゼルエンジンへの採用は今のところ取りたてて注目されていないが、将来的に必要になる技術ともいわれている。現在のところ、排水が問題となり実用化が認められていない。

2-16 海水洗浄（Sea Water Scrubbing）
海水のアルカリ性質を使って SOx の排出を削減する方法。
排ガスを海水と混ぜることによって、硫化カルシウムと CO2、炭酸カルシウムが生成される。排ガスを混ぜた海水から PM を除去した後に海に戻す。海水自体が硫黄を豊富に含む場所であることから自然に戻すことになる。
最大のメリットは、硫黄濃度の高い安い燃料を利用できることである。例えば、2.5％の硫黄濃度の燃料を使った場合、69～94％の SO2 を削減できる。また、PM の除去効果も確認されており、その削減効果は 80%まで、NOx も 10～15％削減できる。使用期限は 15 年である。同技術の問題
は、初期コストが非常に高いことが指摘されている。維持管理コストは、高価な硫黄濃度が少ない燃料を使用しないことで発生する差額で補填できる。
海水洗浄技術の一環として開発されたのが、カナダのマリン・エグゾ―スト・ソリューション

－18－

1

（Marine Exhaust Solutions）が開発したエコサイレンサー(EcoSilincer)である。同製品は、塩水を利用して SO2 の排出を著しく削減する技術で、エンジン排気の煙突にある消音器の代わりに取付けることによって、大気に放出される排ガスを削減し、煤煙を取り除くことができる。また、騒音や有毒ガスを減少できる。エコサイレンサーは、商業用船舶と超大型ヨットの両方に使用することができる。
開発には 6 年かかったが、エコサイレンサーの塩水ガス清浄システムは、低硫黄燃料を使用するために割高になるコストを何百万ドルも節約することができ、低硫黄燃料に転換するよりも SO2の除去率が遥かに高いことが証明されている。
エコサイレンサーのシステム試験は成功を収めたことから、同社はすべての製品に性能保証を行う予定である。エンジンの形式にもよるが、エコサイレンサーは SO2 の排出を最高 90％まで削減することができる。これは、硫黄濃度が最高 4.5％の燃料を使用することができ､また、規制されている硫黄分 1.5％の燃料を用いるよりも SO2 の排出の削減量が大きいことを表している。
エコサイレンサーは、高温の排ガスを塩水と良く撹拌し、混合する設計となっており、この設計は特許をとっている｡この新しい技術は、排ガスと塩水が接触する表面が多くなり、汚染物質の吸収時間が十分確保できる。排ガスから除去された酸性ガスと微粒子は水処理システムを通過し、連続して廃棄物をろ過する設計になっており、排出水は環境に安全なものになる。
エコサイレンサーは、出力 100kW から 10 万 kW のエンジンに搭載することができ、エンジン
負荷変動に容易に対応できる｡

2-17 ディーゼル燃料の低硫黄化触媒などを使い排ガス規制に対応していく上で重要なのは、使用する燃料そのものの硫黄成分を減少させることである。
自動車向けディーゼル燃料の硫黄成分は、非道路用のものに比べていち早く規制が導入され（2006 年）たが、船舶は 2007 年以降 500ppm 以下、さらに 2015 年には 15ppm 以下に抑えられる。
一般船舶の多くは、主要エンジンに対して中間重油（Intermediate Fuel Oil：IFO）を使用しているが、これは硫黄の他、窒素化合物、灰などの残留物をかなり高い割合で含んでいる。このため、エンジンの燃焼後に排出されるガスが大気汚染の元凶となり、非常に問題になっている。一方、補機に対しては、蒸留された燃料を使用していることもある。現在、使用されているディーゼル燃料と硫黄含有量の関係を表 I-2-1 に示す。今後、燃料自体が改良されることによって排ガス量の削減も可能になる。
大型船舶が利用するディーゼルエンジン燃料（表 I-2-1 の下４行）では、IFO が主力機関に、DMBと呼ばれる蒸留燃料が補機に利用される。表 I-2-1 には参考のために陸上用ディーゼル燃料（上３行）、ヨーロッパで一部使用されている舶用蒸留燃料（４行目から７行目）も掲載している。2121

http://www.arb.ca.gov/regact/marine2005/isor.pdf－19－表 1：各種エンジン燃料と硫黄含有量
燃料型番

カテゴリ

Grade No. 2-DS15
Grade No. 2-DS500
Grade No. 2-DS5000
LS MGOLS MGODMXDMADMB and DMC

蒸留
蒸留
蒸留
蒸留
蒸留
蒸留
蒸留
蒸留

IFO

残留

IFO

残留

IFO

残留

一般名

硫黄含有量
硫黄含有量
使用状況
（最大値：%） （最大値：PPM）
ULSD
0.0015%15 米国カナダで2006年から使用
CARB/EPA Diesel
0.05%
500 現在使用中
EPA Offroad
0.50%
5000 S500に2007年に切り替え
MGO
0.10%
1000 欧州で2008年から使用
MGO
0.20%
2000 欧州のみで使用
MGO
1.00%
10000 世界で使用中
MGO
1.50%
15000 世界で使用中
MDO
2.00%
20000 世界で使用中
バルト海・北海で2007年から
IFO/Buker Fuel
1.50%
15000
使用
IFO/Buker Fuel
4.50%
45000 世界で2007年から使用
現在一般的に使用されている
IFO/Buker Fuel
5.00%
50000
が2007年に切り替え

出典：University of Calfornia Sannta Barbara

2-18 バイオ燃料エンジン（Biofuel）
これまで舶用燃料として使用してきたディーゼル油の代替燃料を利用することで、排ガスを減らし、さらには化石燃料への依存度を低めようという動きがある。当然、燃料が変われば、エンジンの構造も変化することになる。
現在注目されているのが、バイオ燃料である。米国で使用されているバイオ燃料は、バイオディ
ーゼルとエタノールである。バイオディーゼルは脂肪酸アルキッド・エステルから成る。特長としては、既存のディーゼルエンジンを大幅に変更することなく舶用推進にも使用可能である。
バイオディーゼルを使用した例として、サンフランシスコ湾水上交通局(WTA)のケースがある。
当局は 2001 年 8 月、サンフランシスコ湾内の大手フェリー運航会社「Blue ＆ Gold Fleet」の 400
人乗り旅客船フェリー「Oski」で 100％大豆油を燃料として使用する運行テストを実施した。Oskiは 100％大豆油で運航された旅客船フェリーとしては最大の船である。
テストの結果、ディーゼル油に比べて 5～15％燃料消費量が増大した。これは、バイオ燃料のカロリーが低く、エンジンの効率が低下したことを意味している。PM は減少したものの、NOx が運行中に増大したという。また HC は減少したという。
2-19 天然ガス・エンジン（Natuaral Gas）
石炭から石油、そして天然ガスへと移行することで脱炭素化が進み、排ガスを大幅に減じることができる。さらに、天然ガスのコストが舶用ディーゼル油に対抗できる程に安価であることも魅力となっている。下記にディーゼル油に比べた場合に、大気汚染物質の排出量がどれだけ低くなるかの実験結果を表している。

－20－

表 I-2-2 ディーゼル油と天然ガスの有害排出物比較
エンジン稼動環境
二酸化炭素（CO2）
一酸化炭素（CO）
窒素酸化物（NOx）
炭化水素（HC）
排気微粒子（PM）

標準船舶ディーゼル(iMARPOLVI)
天然ガス（iTYPICAL）
4000時間/1000ｋW
4000時間/1000ｋW(830x4000x1000)= 3320トン(642x4000x1000)= 2568トン(15.5x4000x1000)= 62トン
(4x4000x1000)= 16トン
(9.8x4000x1000)= 39.2トン(1x4000x1000)= 4トン(1x4000x1000)= 4 トン
(0.5x4000x1000)= 2 トン
(0.15x4000x1000)= トン(0.05x4000x1000)= 0.2トン

削減量(-22.6%)(-74.0%)(-89.7%)(-50.0%)(-66.6%)

注：2,000kW クラスの高速船で年間（4,000 時間）の 1000kW 当たりのディーゼル油と LNG（天然ガス）の排出量を比較した場合
出典：シップ・アンド・オーシャン財団
さらに、硫黄及び黒煙の排出量がゼロ、がんの元凶であるベンゼンは、ディーゼル油の 97％減になったという。
排ガス対策として天然ガスは期待できるが、その一方で、ディーゼル油から変更することで、燃料システムや機関室の大幅な改良が必要になってくる。しかし、潤滑油はクリーンとなり、エンジンの損傷が減るので、オーバーホール間隔が長くなる。その結果、メンテナンスコストが節約され、エンジンのライフが長くなるのでリターンが大きいと考えられる。
現在、ディーゼル油と天然ガスの両方を利用する混焼エンジンがある。例えば、出入港時におけるエンジン負荷の高い時にディーゼル油を使い、通常の運行では天然ガスを利用するといった使い分けを利用している。

2-20 沿岸電力による排ガス削減
停泊中の船舶が電力を作るためにディーゼル発電機を使うが、これも排ガスを生み出す原因の１つとなっている。このため、船舶が停泊中に沿岸からの電力を補給を受けることによって、エンジンの発動時間を抑え、排ガスを削減するという試みだ。一例として、川崎汽船がある。同社が 100％出資する米国コンテナ・ターミナル運営会社（TIS）は、先にロングビーチ港湾局との施設借受契約で合意した際に、排ガスの削減措置として自社コンテナ船に陸上施設からの船内必要電力を受電できる設備を搭載し、停泊中の本船の発電原動機を使用しない体制を作り上げることで合意している。
また、州政府側も陸上電源供給を進めるためのプログラムを提供している。たとえば、ロサンゼルス港では、AMP(Alternative Maritime Power)設備を装備した定期寄港船を建造するにあたり、最高 81 万ドルの補助金を交付している。

2-21 高性能海洋排ガス調整システム（AMECS）
船舶の排ガス口にキャップをかぶせる。停泊している船舶から排出されたガスは、AMECS の配管を通って陸上の排ガスコントロール・システムへと運ばれる。この方法では、船舶を改良しないで利用できため、コスト削減に強い。

－21－

3.

今後の技術

3-1 ディーゼルエンジン技術の今後
前述のとおり､商業用 C1 及び商業用 C2 エンジンの今後の排ガス基準は､第 1 次規制(附属書 VI 基準)から現在第 2 次規制に移行中で､EPA によれば、2011 年には第 3 次規制を開始したいとしている。一方､外国籍船を含めた大型船商業用 C3 エンジンは､IMO
における規制強化の検討推移を踏まえながら､2007 年の 4 月には第 2 次規制の基準を実施したいとしている。
<NOx 及び HC>
規制値は、概ね次の水準で変遷する。
第 1 次規制(2003 年)
NOx

9.8～17.0

回転数に応じg/kW･hr

第 2 次規制(2005 年から 2007 年までに順次導入)
NOx＋HC

エンジンの大きさに応じ

7.5～11.0

g/kW･hr

第 3 次規制(2011 年からを予定)
NOx＋NMHCエンジンの大きさに応じ

0.45～3.0

g/kW･hr

現在、第 2 次規制までは、電子制御直噴（EDI）等の燃料噴射技術等、エンジン内部の改良で対応してきている。その中で､ワルチラは､コモンレールを使ったディーゼ
ルエンジンをロイヤル・カリビアン・クルーズ社から受注しており､最新エンジンの搭
載は 2007 年から始まっており、今後もさらなる受注増が期待されている。また、ワルチラは､低音拡散燃焼の 1 つである燃焼空気飽和システム(CASS)を導入予定である。
また、マン・ディーゼルも 2006 年 9 月にコモンレール搭載エンジンを発表している。
表 I-3-1 のとおり、いくつかの技術について､排ガスの削減効果と導入コストがまとめてある。
同表は、2006 年にカリフォルニア大学サンタバーバラ校の環境研究専門家が、船舶による大気汚染の影響及び削減方法を研究したレポート「Controlling Air Emissions
from Marine Vessels:Problems and Opportunities」から抜粋である。同表は、米運輸省海事局（DOT,The Maritime Administration：MARAD）の「United States Maritime
Administration

DECISION

FRAMEWORKFOR

EMISSIONCONTROLTECHNOLOGY SELECTION」のデータを採用している。
こ の 表の排 ガ ス 削減効 果 は ､対策 が 取 られて い な いもの を ベ ースに し た 削減量 で あるが､現在、第 2 次規制を適合するために採用した技術は､エンジン内改良のうち､燃料噴射技術や駆動制御の改良が主体である。しかし、EPA が提案している第 3 次規制の－22－

内容であると､もはやエンジン内改良や水の供給による改良では対応できず､選択触媒還元方式(SCR)を開発せざるを得ない。
しかし、商業用 C3 エンジンについては､最初の目標が第 2 次規制の基準への適合であることから、エンジン内改良や水の供給による改良で対応可能と考えられるが､これら大型エンジンは、実績のある道路用エンジンからの技術の転用ができないため､まっ
たく新しい技術開発が必要となる。
表 I-3-1

排ガス対策技術の効果とコスト

出典：University of California Santa Barbara, 2006 年**沿岸電力（Shore-side Control）：港に停泊中の船舶が発電原動機を停止し、港湾施設から電力を提供するもの。
<PM>
同様に PM に関しては､概ね次の規制値で変遷する。
第 2 次規制(2005 年から 2007 年までに順次導入)
NOx＋HC

エンジンの大きさに応じ

0.2～0.5

g/kW･hr

第 3 次規制(2011 年からを予定)
NOx＋NMHCエンジンの大きさに応じ

0.075～0.03

g/kW･hrNOx の場合と同様に、現在、第 2 次規制を適合するために採用した技術は､エンジン内改良のうち､燃料噴射技術や駆動制御の改良が主体である。しかし、EPA が提案している第 3 次規制の内容であると､もはやエンジン内改良では対応できず､すす捕集フィルタ(DPF)の開発が必要となる。
しかし、商業用 C3 エンジンについては､最初の目標が第 2 次規制の基準への適合で－23－あることから、エンジン内改良で対応可能と考えられるが､これら大型エンジンは、実績 の あ る道路 用 エ ンジン か ら の技術 の 転 用がで き な いため ､ま っ たく 新 し い技術 開 発が必要となる。
<SOx>
CARB は､2007 年からカリフォルニア水域で､補機のディーゼルエンジンに硫黄濃度0.5％の蒸留船舶燃料の使用を義務付け､2010 年からは更に 0.1％まで引下げると述べている。
また、IMO では、すべての海域で同濃度を 1.0％(2010 年想定)、さらに 0.5％(2015年想定)まで引下げることを視野にいれて検討が進められている。
SOx 対策のための燃料規制の実施は､低硫黄濃度の蒸留舶用燃料の供給が前提となる。しかし、規制水域が､全世界に及ぶような検討もなされており､この場合に舶用燃
料 業 界は ､供 給 は困 難と 述 べて おり ､別 のオプ シ ョン とし て ､海水洗 浄 装置 の開 発 実用化が必要となる可能性もある。
<港湾内排ガス対策>
生活圏に近い港湾内では、大気汚染の影響が大きい。そのため、カリフォルニア州のロスアンゼルス港では、港湾当局と海運会社が覚書を結び、停泊時は船舶の発電原
動機をとめ、港湾施設から電力を供給している。また、高性能海洋排ガス調整システ
ム(AMECS)により、停泊中の排ガスを回収している場合もある。大気汚染の影響に敏感な港湾区域では､このような動きが盛んになると思われる。

3-2 日本への影響
ここでは、舶用ディーゼルエンジンに対する米国排ガス規制の動向とそれに対応するために必要な技術について紹介したが、最後に、この規制の我が国に対する影響について考察したい。
米国規制が、我が国に与える影響は、大きく分けると次の 3 つがある。一番直接的な影響は、米国マーケットに販売するエンジンは、米国排ガス規制をクリアーしなけ
ればならないことである。このケースでは、米国当局の基準認証を受けなければならない。
次に、大型船用エンジン C3 エンジンについて EPA が述べているように、入港する外国船を含めて外洋大型船に 2 次規制の基準を適用したいとの意向があり、そのため
IMO の国際基準に 2 次規制を反映させようとする動きがあることである。将来の IMO
における米国提案に対して、我が国も対応を余儀なくされるし、国際基準化された場
合には、日本メーカーも新基準をクリアーしなければならなくなる。
3 つ目が、米国基準が国際基準に反映されなかった場合にも、米国国内法により米国入港船舶に対して米国基準への適合を要求する可能性があることである。このような例としてタンカーの構造基準で実施したケースがあり、米国世論の環境対策への厳しい要求(カリフォルニア州では特に厳しい)が、国際的なコンセンサスを得ることなく米国独自での規制に踏み切る可能性も否定できない。この場合には、ダブルスタンダー－24－

ドとなるが、エンジンメーカーの立場とすれば、実質的にはより厳しい米国規制への対応を余儀なくされることになろう。
米国内航船へのディーゼルエンジン市場は必ずしも大きくなく、米国との直接的なビジネスがあるとは限らないが、世界をリードする米国基準がやがて何らかの形で国際基準に反映することは十分に考えられる。したがって、日本メーカーも米国基準の動向を踏まえつつ、長期的な視野に立って、今後の技術開発プログラムを進めていく必要がある。
EPA は、外洋大型船用 C3 エンジンを除く舶用エンジンに対して、3 次規制を導入することに自信を見せている。これは、3 次規制基準は陸上用エンジンで既に実施しているおり、陸上エンジンを供給するメーカーが舶用エンジンも供給していることから、これら米国メーカーには技術的対応能力があるとの判断であろう。
他方、C3 エンジンについても規制強化の社会的要請は強いが、3 次規制どころか、
2 次規制の導入に関して具体的な道筋が明らかではない。これは、外国船に対する配慮もあろうが、米国メーカーには舶用エンジンをこれらの基準にクリアーさせるための技術的ポテンシャルがないことに起因するのかもしれない。
いうまでもなく、排ガス規制はエンジンの基本設計にも影響が及び、これをクリア
ーできるか否かは、エンジンメーカーにとってまさに生き残りを賭けたサバイバルゲームである。排ガス対策は、エンジンメーカーとしての存続にかかる問題であり、日本のエンジンメーカーが世界をリードしていくためには、10 年以上先を見据えた中長期的な視野での積極的な対応が必要となる。

－25－

II. ガソリンエンジン
1. 規制動向舶用ガソリンエンジンの国際的な排ガス規制の枠組みは、存在せず、米国が独自の規制を実施している他、EU においても規制が実施されている｡ここでは、米国の連邦政府と州政府による規制について述べる｡

1-1 米国(連邦)における排ガス規制
舶用ガソリンエンジンは、船外機及び水上オートバイ(PWC)用エンジン、船内機･船内外機､舶用
小型発電機(出力 19Kw 以下)､舶用大型発電機(出力 19kW 超)に分けて､規制されている。これまでの規制の制定経緯は、表 II-1-1 のとおりである｡

表 II-1-1 舶用ガソリンエンジンの主な規制

年代
1995
1996
1999
2000
2002
2002
2003

導入した規制船舶用小型発電機（19Kw以下）向け排気基準（フェーズ１）
船外機および個人用船舶（OB/PWC）向け排気基準
船舶用小型発電機（19Kw以下）向け排気基準（フェーズ2）*船舶用小型発電機（19Kw以下）向け排気基準（フェーズ2）**船舶用大型発電機（19キロワット以上）向け排気基準
蒸発排気向け排気基準
カリフォルニア州政府***によるSI船舶エンジン向け排気規制の執行*ハンドル付**ハンドル無し***California Air Resources Board: CARB
出展：EPA リポートより作成
1-1-1 船外機/水上オートバイ
1996 年 8 月、EPA は船外機（OB）/水上オートバイ(PWC)用ガソリンエンジンに対する規制を導入した。規制導入時の EPA の調査によると、ガソリンを使用した船舶エンジンは。非道路用エンジンのなかで炭化水素(HC)の主要発生源の 1 つであり、HC の平均排出量では、芝刈り機等を含む園芸用機器用小型エンジンに次いで第 2 位の発生源であった。
（図 II-2-1 参照）

－26－

その他
20%

レクリエーション
用船舶エンジン
30%

スパーク点火式の小型エンジン50%

出展：EPA リポート（1996 年、8 月）
図 II-2-1 非道路用エンジン別にみた HC の排出量
同規制は､1998 年に始まり 2006 年まで順次厳しくなり､最終的には HC 排出量を 75％まで低減させる厳しいものである｡表 II-1-2 に、米国における排ガス基準を示す｡基準値は、出力 4.3kW 以
上の場合出力が大きいほど、NOx+HC 排出基準が設けられている。
同規制は､新造エンジンが対象である｡そのため、全体の HC 排出量の低減量は､旧エンジンから新エンジンへの代替状況に依存するが、EPA では､2020 年までに規制導入前の 50％に 2025 年までに 75％までに低減できると予測している｡
柔軟に規制を実施するため､メーカー毎の平均排出量が基準を達成すればよいということになっている｡すなわち､新技術を採用した一部の製品は基準をクリアーし､一部の古い製品がクリアーしなくても､当該メーカーのすべての製品の平均排出量がクリアーすればよいという制度である｡(40CFR91)
表 II-1-2 OB/PWC 排出規制状況（HC+NOx）

モデル年数
1998
1999
2000
2001
2003
2004
2005
2006～

HC+NOｘ排出規制（単位：g/Kw・hr）
4.3Kw以下
4.3Kw以上
278.00 （0.917X(151+557/P^0.9)+2.44）
253.00 （0.833X(151+557/P^0.9)+2.89）
228.00 （0.750X(151+557/P^0.9)+3.33）
204.00 （0.667X(151+557/P^0.9)+3.78）
155.00 （0.500X(151+557/P^0.9)+4.67）
130.00 （0.417X(151+557/P^0.9)+5.11）
105.00 （0.333X(151+557/P^0.9)+5.56）
81.00 （0.250X(151+557/P^0.9)+6.00）

注：P: Power Rating of Engine（規制量はエンジンの馬力を基に算出）
出展：EPA リポート（2004 年、8 月）－27－

1-1-2 船内機/船内外機
船内機･船内外機に対する連邦規制は存在しない。ただし、排ガス規制の厳しいカリフォルニア
州は、独自の規制を設けている(後述)。
1-1-3 舶用小型発電機(出力 19Kw 以下)
舶用小型発電機（出力 19kW 以下）は、園芸用機器用エンジンと同じカテゴリーで、1995、1999、2000 年と段階的に規制を導入した。これとは、別に EPA は、船上用補助エンジンなどに使用する
SI エンジン向け規制を設けている。これは、地上用 SI エンジン向けの規制に準拠している。まず、19kW 以下のエンジンに対しては 1997 年の規制が適用されたのち、2001 年～2007 年にかけて新
たな規制が導入されている。
表 II-1-3 HC+NOx に関する非道路用小型 SI エンジンの排出基準
排出基準単位（g/kW-hr）
全排気量
*
フェーズ
クラス
モデル年次 HC＋NOx
CO
フェーズ1aI
CC＜225
1997
16.1
519
II
CC≧225
1997
13.4
519
I-A
CC<66
2001
50
610
I-B
66≦CC＜100
2001
40
610
I
100≦CC＜225 2007年8月b
16.1
610
フェーズ2
2001
18
2002
16.6
II
CC≧0.225
610
2003
15
2004
13.6
2005
12.1
a:ゼロ時間基準（劣化などを考慮しない）
b:執行日（もし、新型エンジンが 8 月 1 日以降に販売されれば、フェーズ 2 の基準に従う）*単位は平方センチメートル（CC）
1-1-4 舶用大型発電機(出力 19kW 超)EPA は 2002 年、燃料蒸発ガス規制(後述)とともに､舶用大型発電機（出力 19ｋＷ超）に対する規制を導入した｡2004 年に第 1 次規制が実施され、2007 年に第 2 次規制が実施された。
表 II-1-4 大型 SI エンジンの規制動向

HC+NOxCO
導入年次
第１次規制 4.0 g/kW-hr 4.1 g/kW-hr
2004
第２次規制 4.0 g/kW-hr 4.1 g/kW-hr
2007
出典：EPA 資料（2002 年 9 月）

1-1-5 燃料蒸発ガス規制
EPA は 2002 年、いわゆる「2002 年ルール」と呼ばれるガソリンエンジンの燃料蒸発ガス（Evaporative Emissions）に対する規制を導入した。燃料蒸発ガスとは、ガソリン等の揮発性燃料が燃料システムから蒸発し、大気中に放出する HC を指している。対象がガソリンエンジンだけ－28－

なのは､ディーゼル燃料は揮発性に乏しく、規制する必要がないためである｡
同規制は、新規ボートが対象で、製造年や使用の有無に関係なく、2008 年の規制導入後に米国で登録したボートがすべて対象となる。
燃料蒸発ガスは､通常、（1）エンジンが稼動中にキャブレター等のエンジン表面から燃料が蒸発する（2）気温上昇による日中の自然蒸発（3）燃料注入時の蒸発（4）タンク及びホースからの浸潤（プラスチック製品）、などによって発生する。この中でも特に浸潤による蒸発が最も多い。

6,700 , 6.7%

260 , 0.3%
22,700 , 22.8%

26,600 , 26.7%
43,200 , 43.4%

気温上昇による蒸発燃料補給時の蒸発タンクからの浸潤
エンジン稼動時の蒸発ホースからの浸潤単位（トン）
出展：EPA リポート（2002 年、8 月）
図 II-1-2 SI エンジンにおける蒸発排気の原因
2008 年から新規ボートに対する燃料蒸発ガス基準値は表 II-1-5 のとおりである。EPA は、新規ボートで平均して 80％の燃料蒸発ガスの削減が達成できると見ている。

表 II-1-5 2002 年燃料蒸発ガスの基準値
蒸発排気の種類
基準値
検査温度
目標値
1.1g/gallon/day 22.2～25.6℃ 25％削減
気温上昇による排出口からの蒸発
0.08g/gallon/day
40℃
95％削減
燃料タンクからの浸潤
15g/m2/day
23℃
95％削減
ホースからの浸潤
5.8g/m3/day
23℃
95％削減
ホースからの浸潤(15%メタノール含有)
出典：EPA リポート（1996 年、8 月）
現在、米国にはおよそ 1700 社のボートメーカーがあり、そのうち 1200 社がガソリンエンジンを利用しているという。また、燃料タンクメーカーが年間に製造するタンク数はおよそ 55 万基で、そのうちのほとんどが浸潤の多いプラスチック製となっている。ボートメーカー及びタンクメーカ
ーとも零細企業が多いため､EPA は、新規製品開発に必要な銀行の貸付プログラムなどを用意し、零細企業の規制対応を促している。

－29－

1-2 カ リ フ ォ ル ニ ア 州 の 排 ガ ス 規 制
1-2-1 船外機/水上オートバイ
CARB は、船外機エンジンに対して、EPA より厳しい基準を設けている。もともと CARB の規制導入は 1991 年に始まり、2008 年までに完全実施される予定である｡CARB と EPA の基準値の比較を表 II-1-6 に示す｡

表 II-1-6 EPA 及び CARB の船外機排ガス基準比較
単位（g/kW-hr）

1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008

EPA (HC+NOx) CARB (HC+NOx)
151
138
125
113
47
99
47
86
47
72
36
60
36
47
36
47
36
47
16
出展：SwRI

1-2-2 船内機/船内外機
CARB は EPA に先んじて、2003 年に船内機/船内外機規制のフェーズ 1 を導入済みで、HC+NOxの排気量を 16.0g/kW-hr とする基準を設けている。また、2007 年には 5g/kW-hr まで引き下げる予定である。CARB はさらに、2007 年から船上での検査（On-Board Diagnostics: OBD-M）と 480
時間におよぶ耐久試験を義務付けることも発表している。
表 II-1-7 CARB の船内機/船内外機排ガス基準
単位（g/kW-h）

モデル年数
2003-2008
2008以降HC+NOx
16.0
5.0

負荷テスト時間480*エンジンの最大出力（Maximum Rated Power）が 373kW（500 馬力）以上のエンジンは対象とならない**基準値は、州内で販売されたエンジンの重量平均を基に換算。
***2007 年のモデルに対しては少なくとも州内の全生産エンジンの 45％が基準値に達している必
要がある。

－30－

2. 技術の紹介
2-1 船外機エンジン概要
舶用エンジン業界は、一般的に炭素含有量の多い燃料を使用した 2 ストローク（2 サイクル）エンジンから、４ストローク(４サイクル)エンジンへの移行を図っている。これは、２ス
トロークエンジンは燃焼効率が悪く、不完全燃焼から発生する HC 及び CO の量が多いことを考えれば、排ガス規制が強化され、それに対応する上でごく自然の流れである。こうした中、舶用エンジンを取り巻くトレンドとしては、（1）排気量（出力）の大きいエンジンでは、
電子式燃料噴射装置（Electronic Fuel Injection：EFI）を採用（2）排気量の小さいエンジ
ンでは引き続きキャブレター（気化器）が使用、が挙げられる。また、最新のエンジンは、ガソリンを直接噴射する直噴型 2 ストロークや高出力密度ポート燃料 4 ストローク（HighPower Density Port-fuel 4 Stroke）等の技術が使われている。
このように様々なエンジン技術が導入されているが、同時に、顧客が求めるエンジン効率
やコストとの兼ね合いも市場に普及させるためには重要な要素になってきている。歴史的に船外機向け 2 ストロークエンジンのように、舶用エンジン業界独自に開発された技術もある
が、その他の多くの技術は、業界にとって非常に新しいものである。これは、ちょうど、自動車業界に対し 1970～1980 年代に排ガス規制法が導入され、多くの技術が登場したのと同じ状況である。自動車業界では、その後 1990 年代に入り、ごく一部の技術が生き残ることとなるが、舶用エンジンでも同様のトレンドが予測される。

2-2 2 ストロークエンジン
舶用エンジンの中でも船外機は、過去数十年にわたり 2 ストロークエンジンによって占められていた。長年にわたる改良によって、重量当りの馬力も非常に高くなり、ピークパワーにも優れるようになった。しかし、不燃焼 HC(UHC)の排気を制御することが非常に難しく、最近の規制強化によって新たな技術の開発が進められている。その中でも、直噴方式は非常に有効な技術として注目を集めている。この技術が登場したことで、2 ストロークエンジン
は、引き続き生産されるめどが立ったぐらいである。しかし、今後排ガス規制がさらに強化されることによって、2 ストロークエンジンから 4 ストロークへの移行が進むという可能性もある。
こうした中、2 ストロークエンジンで今後、考えられる改良点としては、（1）クランクケース内でのオイル・空気混合の取止め（2）クランクケース内のスーパーチャージの取止め、などが考えられる。
（1）については、現在のエンジンでは、潤滑油を空気の中に噴射しているが、これが分子量の大きい HC を燃焼システム内に送り込む原因となっている。結果的に一部の HC が燃焼システムを抜け出し、不燃物として排気されてしまうわけである。従って、この混合をなくすことによって、排出源となる HC を減らすことが重要となってくる。さらに、触媒技術を導入することによって、漏れ出した HC を除去することが必要になってくる。
一方、（2）については、クランクケース内ではなく外部からのスーパーチャージングによ－31－

って、クランクケース内の HC を減らすというものである。
以下に現在、メーカー各社が出している 2 ストロークエンジンを挙げてみる。
（1）ヤマハヤマハは現在、多様な機種（最大馬力は、3.3 リットル、300 馬力）を販売している。同社の 2 ストロークエンジンは、高圧直噴システム（High Pressure Direct Injection Fuel System:
HPDI）を採用している。エンジンは、あらかじめ均等に混合してある燃料を利用するため、
HC 及び微粒子の排出が極端に低くなる。最大の特徴は、複数の水冷吸気管を統合する“マニホールド”構造によって吸気量を増やすことができ、エンジンの馬力を上げることになる。
今後、この構造は、プレジャーボート業界で標準となっていくと考えられる。
（2）日産
日産は、40～115 馬力クラスの 2 ストロークエンジンを製造している。同社のエンジンも同様に直噴型システムを採用しているが、「TLDI」の呼称で知られている。TLDI は空気ポンプを使って燃料を噴射する方式で、燃料を非常に細かなミスト状にすることによってシリンダー内で蒸発しやすくなり、結果的に燃焼効果を高めることになる。これにより、HC 及び微粒子の排出を削減できる。また、燃焼孔を付け加えることによって、空気と燃料の混合比を調節し、燃費を向上させている。
（3）マーキュリー
マーキュリーは、75～250 馬力クラスの 2 ストロークエンジンを製造しているが、「オプティミマックス（OptimiMax）」の名称がつけられている。これも日産同様に空気ポンプを使う仕組みで、同様の効果が得られる。
（4）エビンルード
エビンルードは、40～250 馬力クラスの 2 ストロークエンジンを製造しているが、「E テック（ETech）」の名称がつけられている。同社のエンジンは、空気ポンプを使用する代わりに“ソレノイド”と呼ばれる電磁力を使った制御システムを利用する。この方法は、同社の親会社ボンバルディア（Bombardia）社が製造する船外機/水上オートバイエンジンにも採用されている。

2-3 4 ストロークエンジン
過去 10 年間にわたり、舶用エンジン業界では、4 ストロークエンジンが市場に投入されるようになってきた。最近ではほとんどのメーカーが 4 ストロークエンジンを導入している。
これまで、4 ストロークエンジンは、従来の 2 ストロークエンジンに比べてエンジン重量
に対する馬力が非常に小さく、さらにパーツが多いため、結果的に割高になるという欠点があった。しかし、舶用エンジン業界は、自動車業界の技術を応用することによってこれらの欠点を改良しつつある。さらに、自動車エンジンと共有できる部品は、新たに製造する必要－32－

がなくなるため、コストを削減できる。ここでは、以下に各社の船外機用 4 ストロークエン
ジン技術を説明する。
（1）ヤマハヤマハは現在、2.5～250 馬力クラスの 4 ストロークエンジンを販売している。同社の 4 ス
トロークエンジンは、すでに自動車業界でも採用されている最先端の技術を用いている。これらには、4 バルブ燃焼室、デュアル・オーバヘッド・カム、電子制御ポート噴射システム
等がある。
（2）スズキスズキは現在、9.9～300 馬力クラスの 4 ストロークエンジンを販売している。なお、同社の 300 馬力のエンジンは、排気量が 4 リットルと船外機で最大となっている。同社のエンジンもヤマハ同様に自動車用エンジン技術を採用している。
（3）ホンダホンダは現在、2～225 馬力クラスの 4 ストロークエンジンを販売している。ホンダの大型エンジンは、すべて自動車用エンジンの構造を基にしている。これにより、生産コストを引き下げている。同社はまた、自社で開発した自動車用エンジン技術「VTEC」を船外機エン
ジンにも導入した。これは、バルブタイミングとリフト量をエンジンの回転域に合わせて切り替える仕組みである。同社はまた、閉鎖型希薄燃焼方式を利用することによって、排気ガスの削減と燃費の向上に成功している。また、同社は業界で初めて排気用の酸素センサーの設置に成功。これは、今後、業界トレンドとなっていくと見られている。
（4）日産
日産は現在、2～30 馬力クラスと比較的小型の 4 ストロークエンジンを販売している。同社は電子制御の燃料噴射システムを採用している。
（5）マーキュリー
マーキュリーは現在、2.5～275 馬力クラスの 4 ストロークエンジンを販売している。275
馬力エンジンは、スーパーチャージャーを利用しており、船外機業界では初の試みであると同時に、今後のトレンドになると見られている。同社はこのほか、他社同様に自動車用エンジン技術も採用している。

－33－

メーカー名表 II-2-1 各社の主な OB エンジン一覧
エンジンタイプ 馬力 噴射方式 使用技術

４ストローク250

２ストローク

300

ヤマハ

300

スズキ

４ストロークホンダ

４ストローク225

日産

２ストローク115

４ストローク275

２ストローク250

２ストローク250

マーキュリー

エビンルード（Evirude）

デュアル
OHカム、
MPFI
カム・
フェイ
ザーVVA
吸引式冷
HPDI
却システ
ム
デュアル
MPFI
OHカム
シングル
OHカム、
VTEC
MPFI
VVAシス
テム
高出力ダ
イナモ、
3段階ト
TLDI 直噴 ロリーン
グ用ス
ピード制
御
デュアル
OHカム、
スマート
クラフ
MPFI
ト・デジ
タル・ス
ロットル
直噴
層状給気
ETEC直噴
燃焼

重量

274kg

247kg
614kg

277kg

178kg

288kg

229kg
234kg

2-4 ガソリンエンジン技術
2-4-1 直噴 2 ストローク、成層チャージ燃焼（Direct Injection 2-Stroke, Stratified-charge）
同技術は、直噴型 2 ストロークエンジンに、マルチプル・インジェクション及び成層チャージ（吸気）によるリーン燃焼（希薄燃焼）方式を組み合わせたものである。リーン燃焼は、
通常よりエンジン内に送り込む混合気を薄くすることによって、燃焼の効率化を図る方式である。ディーゼルエンジンでは利用されているが、これをガソリンエンジンに応用したものである。直噴型 2 ストロークは、すでに市場に出回っている。直噴自体は、エンジンのノッキングを減らし、燃料の圧縮率を高めるため、燃費の向上につながる。NOx、HC、CO の削減に効果があるものの、触媒技術に比べて効果が薄い。将来的には、NOx の排気が極端に低いタイプのエンジン（HCCI）への応用が見込まれている。

－34－

リーン燃焼において、単に混合気を薄くしてしまうと、着火に支障がでる。そのため、点火プラグの周りに理論混合比に近い層が形成する方法を「成層吸気」と呼ぶ。実現手段は、
インジェクタからの噴霧を何らかの方法で点火プラグ近傍に導くことである。
向こう５年間は有効な技術と考えられるが、燃費等から考えると、4 ストロークエンジンにはかなわない。従って今後、排ガス規制が強化されていけば、必然的に 4 ストロークエン
ジンへの移行が加速化していく。いわゆる、技術移転の間に出てきた代替技術と言える。
2-4-2 直噴 4 ストローク・リーン燃焼（Direct Injection 4-Stroke Lean Burn）
同技術は、直噴型 4 ストロークエンジンにマルチプル・インジェクションを組み合わせることで、シリンダー内の燃料混合の状態を改良する。すでにある自動車用直噴及び 2 ストロークエンジンの燃料直噴システムを利用できるのが特徴である。直噴ガソリンエンジンのリーン燃焼は、「成層チャージ燃焼」とも呼ばれており、燃費は従来のエンジンに比べて 20～
30％向上する。HC、CO の削減に効果があるものの、NOx の排出は、従来型エンジンよりも多くなってしまうという欠点がある。また、排ガス削減量は、後に説明する三元触媒方式に比べると劣る。コスト的には従来のポートに燃料を噴霧する（Port Fuel Injection:PFI）型エンジンに比べて割高だが、すでに 2 ストロークエンジンでも出回っているので、4 スト
ロークエンジンでも普及すると見られている。しかし、現在の状況ではあまりニーズがなく、少なくとも向こう５年間は PFI 型エンジンが船外機では主流を占めると見られている。
2-4-3 ストイキによる直噴 4 ストローク（Directed Injection 4-Stroke Stoichiometric）
同技術は、直噴型 4 ストロークエンジンにマルチプル・インジェクションを組み合わせるという点では前述した方式と一緒だが、「ストイキ」と呼ばれる理論空燃比（14.7）の状態で酸素とガソリンを燃焼させることによって過不足なく反応させ、排ガスを削減するという仕組みである。自動車用直噴及び 2 ストロークエンジンの燃料直噴システムを利用できるのが特徴。
NOx 、UCH、CO の排出は若干高めだが、三元触媒方式を併用できるのが特徴でもある。
また、リーン燃焼及び理論空燃比燃焼の 2 重システムでエンジンを稼動できるため、最大速
度及び低速の両方で燃費を向上させることが可能である。
3 元触媒を利用しない場合、コストは直噴型 2 ストロークエンジンとほぼ同じ。現在の自動車エンジンのソリューションとなっている。これも前述のリーン燃焼型同様、当面は必要ないと考えられている。
2-4-4 ターボチャージング（Turbocharging）
同技術は「過給器」とも呼ばれており、エンジン内の空気の流れを増加させるのが目的となっている。エンジンの排気管から放出される排気熱を利用して、圧縮した空気をエンジンに送り込む。これにより、出力密度（Power Density）を増加させることになる。コスト削減効果は非常に高く、例えば、エンジンを V 型６気筒から直列４気筒に下げることが可能に

－35－

なる。
すでに、自動車やディーゼルエンジンで利用されてきた息の長い技術ではあるが、これまでタービンの温度が高すぎるため、舶用エンジンには不向きと考えられていた。しかし、最近では自動車やディーゼルエンジンのタービンの温度を低く保つことができるようになってきているため、舶用エンジンの環境への応用も期待できる。例えば、融合型シリンダー・ヘ
ッド・ターボチャージャ（Integrated Cylinder-Head Turbocharger）が解決策として期待されている。
同技術はまた、他の排ガス削減技術への利用も考えられる。例えば、希薄燃焼及び EGRを採用しているエンジンは、エンジン負荷の軽い状況では NOx の削減に効果があるが、最大負荷（フルロード）がかかっている状況では、NOx が増大してしまう。そのため、最大負荷
時により大量の吸気が必要になる。こうした段階でターボチャージングを使用することによって吸気量を高め、NOx の排出を抑えることができる。
2-4-5 スーパーチャージング（Supercharging）
同技術は、エンジン内の空気の流れを増加させるのが目的である。エンジンのクランクシ
ャフトの力を利用して、高密度の冷却空気をエンジンに送り込む。高密度の冷却空気を送り込むという点ではターボチャージングと一緒である。エンジンの燃焼効率を画期的に向上させる一方で、排ガスを非常に低く抑えることができるのが特徴である。
すでに、マーキュリー・マリン社が製造しているエンジン「ヴェラド（Verado）」の実績があるが、コストはほぼターボチャージングに等しい。従って、ターボチャージング同様にエンジンを V 型６気筒から直列 4 気筒 4 に下げることが可能になる。
他の排ガス削減技術との干渉がなく、4 ストロークエンジンの出力密度を改良するには非常に有効な技術と言える。
舶用エンジンへの応用は非常に期待されており、同技術の導入によって希薄燃焼及び EGRが利用でき、触媒を必要としないエンジンの商用化が可能になる。
2-4-6 排気ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation:EGR）
生成された排ガス成分をいかに削減するかということも重要な課題である。そこで、同問題に焦点を当てて開発されたのが EGR である。EGR は、排ガスを冷却して再び吸気に送り込む方法である。これにより、通常の 21％から 13％に酸素含有量を減らした空気をシリンダー内に送り込む。その結果、燃焼炎の温度を下げ、NOx の生成を抑える仕組みとなっている。また、吸気に排ガスを送り込むことで、吸気の熱容量を高め、燃焼温度を低くすることが可能になる。この反応過程によって、NOx の生成量を通常 10～40％減少することが可能になる。
さらに、中速から最大速度にかけて燃費が向上する。特に、最大速度時は、他の技術を併用することで効果を上げることができる。EGR は、NOx 削減の方法が同様のため、希薄燃
焼と比較されることが多い。しかし、希薄燃焼は触媒との併用が難しいが、EGR は可能なた
め実用化の期待は大きい。
EGR システムには様々なコンポーネントが必要になる。例えば、排ガスから PM を除去－36－するための電気集塵機や触媒、排 SOx 技術、冷却システム等が含まれる。また、効果をあげるためには、硫黄濃度の低い燃料を使う必要がある。
暫定的な NOx 削減技術としては非常に有効であり、改良した点火システム、低速におけるポンプ・ロスの削減によって、燃費をさらに向上できる。同様の効果が期待できる技術としては、直噴型のリーン燃焼システムがある。
2-4-7 可変バルブ駆動技術（Variable Valve Actuation:VVA）
エンジンの稼動状態に応じて、バルブ開閉のタイミングやバルブのリフト量などを変え、適正な出力を得る技術である。また、同時に広い回転域で吸排気効率を高めて燃費の改善を図っている。この調節は、電子制御と機械的なものを組み合わせた 2 種類が存在する。エンジンの性能、燃費、排ガス削減のいずれにも効果があるが、VVA の種類によってその効果は異なる。現在もより優れた VVA が登場しつある。自動車のような大量生産されるエンジンには最適の技術で、ディーゼルエンジンに向いていると言われている。すでに 4 ストローク技
術の中ではすでに定着しつつあり、ホンダやヤマハが舶用エンジンに採用している。自動車
業界ではさらに高度な VVA を採用している。
2-4-8 高エネルギー点火システム（High Energy Iginition Sysmtes）
最新の点火プラグ及び点火系回路技術の総称である。先端にイリジウムを使った点火プラ
グの使用がトレンドとなっている。また、高エネルギーインダクティブ点火システムも同様に普及しつつある。
高エネルギー点火は、超希薄燃焼や高 EGR といった燃焼技術にも対応する。その結果、NOx の排出が非常に小さくなるのが特徴である。燃焼率（Burn Rate）を改良することや点
火進角（点火時期のずれ）を減らすことによって、結果的に燃費を向上させる。また、エン
ジンのアイドリング状態を安定させる。この技術は、舶用エンジン向けの技術としては非常に低コストであるが、通常併用される直噴リーン燃焼や EGR のコストが跳ね上がる。非常に有効な技術であるが、併用する新技術の改良コストがかさんでいるのが現状である。
2-4-9 オーバー・エクスパンディッド・サイクル（Over-Expanded Cycle）
従来のエンジン・ストローク（膨張行程）のタイミングを圧縮行程より長くすることによって燃焼効率を引き上げる技術を指す。機械的にも可能であるが、従来のエンジンに比べて吸気弁を遅く閉じるミラー・サイクルとして導入されている。同技術を利用すると、エンジンに取り込まれる空気量を減らすことができ、圧縮行程を短くなることによって燃焼効率を上げることができる。
エンジンの効率は圧縮比を上げるほど向上するが、これはノッキング限界にて制限される。
この圧縮比で実際に重要なのは、「膨張比」である。そのため、ノッキングを避けるため圧縮行程は短くし、膨張行程をそれより長くしたのがオーバー・エクスパンディッド・サイクルとなっている。現実的には、吸気行程後、圧縮行程に入ってからしばらく吸気弁を開いたま
まにして、吸気の一部を戻して圧縮しすぎないようにする方式が使われているが、これがいわゆる「ミラー・サイクル」となっている。
燃費という観点では、中速及び高速時にある程度の効果が見られるが、高速時における吸－37－

気が減少してしまうため、別の技術を併用する必要がある。通常は VVA が必要になるため、
VVA のコストを見積もる必要がある。自動車及びディーゼルエンジンにはすでに採用されているが、さらなる燃費向上や HCCI（Homogeneous Charge Compression Iginition）エンジン制御への応用などが研究されている。実際に採用している会社としては、キャタピラー
（Caterpillar）の ACERT がある。ちなみに ACERT は、希薄燃焼を合わせることによって、50％の NOx 削減に成功している。
短期的にはそれほどの魅力はなく、業界へのインパクトもさほど大きくない。しかし、HCCI制御が将来的に認められるようになれば、注目を集めるだろう。
2-4-10 予混合吸気圧縮点火（Homogeneous Charge Compression Iginition：HCCI）
燃焼効率が高く、排ガスが非常に少ないクリーン技術として期待されているのが HCCI である。もし、EGR などを利用して混合燃料が希薄されていれば、NOx の排気量をさらに削減することができ、その量は実に数 PPM 程度になる。
あらかじめほぼ均一に混ぜた空気と燃料の混合気を圧縮点火する方式で、特に NOx の排出量が極端に少ないことが研究でわかっている。高速での効果も研究されているが、エンジンの燃焼から発生するノイズをどう除去するかが課題となっている。また、HC や CO の排気が通常の点火エンジンに比べて多いため、酸化触媒の併用が必要と考えられている。
コストは、直噴、VVA、EGR 等の技術を併用する必要があるため、高いと考えられる。自動車業界でも普及までに向こう 10 年はかかるとされているため、舶用エンジン業界での導入はさらに時間がかかると見られている。
2-4-11 酸化触媒（Oxidation Catalyst）
排出ガスの中、HC や CO の除去に使われているのがいわゆる酸化触媒と呼ばれているもので、これらの排ガス成分を残存酸素で酸化して除去するという方法である。通常はリーン燃焼に利用されている。この化学反応行程では、白金やパラジウムといった白金属元素を触媒に利用する。排気時に発生する逆圧によってエンジンの燃焼効率を若干下げるという問題があるが、UHC や CO を 95％以上削減できる。こうした中、舶用エンジンのように排気が湿った環境で行われる状況では有効と考えられている。自動車業界では、触媒をエンジン排気のすぐ脇に設置する方法を取っており、舶用エンジンにとっても同方式は最適である。自動車業界の技術を応用するということで、コストはそれほど高くつかない。今後 UHC や COに対する規制が強化されれば、必然的に採用せざるを得ない状況に陥ると見られている。
最大の問題は、触媒が作用するためには非常に高温の環境が必要になるという点である。
自動車の場合は問題がないが、舶用エンジンの場合、高温の触媒が水と反応して爆発する危険性がある。また、酸素モニタが湿気に耐性を持つようにするという改良も必要になってくる。
また、米コーストガードは、触媒技術は、CO を放出するという問題を指摘している。

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2-4-12 三元触媒（3-Way Catalyst）
ガソリンエンジンの排ガス中の CO、UHC、NOx を還元・酸化によって浄化する技術である。排気管の途中に触媒が入った装置を設置するが、3 種類の物質を同時に分解することか
らこの名称が付けられた。触媒には、白金などを使い、水、CO2、窒素に還元又は酸化させる。効率よく還元・酸化をするためには、燃料が理論空燃比の状態（ストイキ）であることが必要条件となる。このため排ガス中の酸素濃度を酸素センサーなどで絶えず測定し、この情報を元に燃料噴射量などを制御しなければならない。
三元触媒では燃焼にて生成された NOx は還元され、この際に発生する酸素で不完全燃焼成分である HC や CO を酸化する。このため NOx と HC や CO が適量ずつ存在して最適の浄化が行われる仕組みである。排気情報→制御演算→吸気パラメーター→燃料噴射量→排気への影響、のように情報と制御がループすることから「閉鎖式ループ（Closed Loop）制御」あ
るいは「フィードバック制御」とも呼ばれている。
排ガス削減効果は非常に高く、それぞれの物質を 95％以上削減する。しかし、酸化触媒同様、逆圧によって低速時のエンジン効率が落ちる。また、車の走行距離や年数によって触媒効果が落ちると、酸化・還元効果が極端に低下する。酸素の含有が多い、リーン燃焼型エンジンには直接利用できない。自動車業界ですでに実用化されており、舶用エンジンへ直接技術移転できるため、長期的には有望な技術として見込まれている。
船内機メーカー大手インドマー・マリンは、2007 年に ETX/CAT（(Extreme Tuned Exhaustwith Catalyst)を導入し、他社に先んじて次世代のエンジンを導入した。製品は、同社の 5.7リットル ETX/CAT は、CARB が設定するガソリンエンジンの排気格付け「フォースター・
スーパー・ウルトラ低排気」に合格した製品となっている。
製品は三元触媒を利用したもので、セラミックをパラジウムとローディウムでコーティン
グしている。セラミック自体は、表面積を最大限に広くするために蜂の巣構造に作られている。まず、HC と CO がパラジウムと反応して、水と CO2 に変換される。さらに、NOx がローディウムと反応して窒素ガス及び酸素に変換される仕組みである。同技術の優れている点
は、米コーストガードが懸念していた CO も最大 95％削減できる点である。さらに、触媒の持続性なども改良が加えられている。
実際に行われた試験では、使用しないエンジンとの比較で加速や最高速度等の性能にはそれほどの差が見られなかったが、燃費で大きな差が出ているという。同社は 2007 年から販売する 350 馬力、5.7 リットルの V-8 エンジンに装着していく。
2-4-13 NOx 吸蔵触媒（Lean NOx Adsorber Catalyst: LNT）
同技術は、通常運転時に NOx を硝酸塩の形で触媒中に吸蔵し、さらに還元することによって窒素として浄化する方式で、リーン燃焼型エンジンに利用できる。リーン燃焼時に UHCと CO の酸化を行う。これら 3 つの物質の削減効果は平均して 80％程度である。しかし、燃料油中の硫黄分(S)により触媒が被毒・劣化し吸蔵性能が低下するため、触媒を定期的に高温化し硫黄の除去・再生(被毒回復制御)が必要となる。このため、硫黄濃度の低い燃料が必要になる。
現在は、酸化触媒や三元触媒に比べて割高だが、大量生産によってコストを引き下げるこ－39－

とが可能と考えられる。長期的には期待されているが、酸化触媒や三元触媒のほどの期待度はない。
2-4-14 最新型センサーとアクチュエータ（New Sensors and Actuator）
シリンダー圧センサーは、現在シーメンス・フェデラルモーグルが共同開発を進めており、
軽量ディーゼル業界に 3～5 年ぐらいに導入される予定である。センサーは、燃焼効率を逐一モニタし、その結果をリアルタイムでフィードバックする。その結果、常時、最適な燃焼を確保する仕組み。これにより、しかし、現状ではなかなか実用化が難しい HCCI などの技術が必要となるため、実用化はまだ先になる。現行ではまだ市場に出回っていないが、シリン
ダー当り 100 ドル以下になる見込みである。シリンダーごとにセンサーを設置することで、結果的にエンジン全体のセンサー数を削減できるため、コスト安になると見られている。普及には 10 年近くかかると見られている。

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3. 今後の技術
3-1 ガソリンエンジン技術の今後
プレジャーボート用エンジンに対する今後の規制は、まだはっきりと定まっていない。
しかし、図 II-3-1 に示す、米国における道路、非道路、CARB 船内機、CARB 船外機、EPA 船
外機の排出ガス基準の推移でも分かるように、舶用ディーゼルエンジンの規制は、今後も道路や非道路のディーゼルエンジンを追随していくものと考えられる。そして、既に CARB は、2007 年から船内機/船内外機の HC＋NOx 基準を 5g/kW-hr 以下としていることから、その他の舶用エンジン(船外機)についても、この基準がここ数年内の当面の目標となるものと考えられる。その基準の導入時期は定かでないが、おそらく EPA と CARB の規制導入時期を考慮すると 4～8 年の間になると見られている。

U.S. Marine
CARB Marine
CARB Inboards
U.S. Off-Road
U.S. HD On-Road
CARB HD On-Road

1000

U.S. Marine Outboards

NOx + HC (g/Kwh)

100

CARB Marine Outboards
U.S. On-Road

10

CARB Marine
Inboards
U.S. Off-Road

CARB
On-Road

1

0.1
1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

Year

図 II-3-1 米国の排ガス基準の推移

図 II-3-2 に排ガス基準値に対応した排ガス削減技術の動向を示す。
道路、非道路が、HC＋NOx 基準が 10→4→2→0.5g/kW-hr と変遷するに連れ、EFI/Timing→
EGR→HeavyEGR→LNT/Catalyst と変遷している状況は、今後の舶用エンジンの研究開発の方向性を示唆している。
当面の目標の HC＋NOx 基準 5g/kW-hr 以下について言えば、サウスリサーチ研究所(Southwest
Research Institute：SWRI)によれば、CARB が 2007 年に船内機ガソリンエンジンに規制がかかることによって、三元触媒技術が導入されると予測されている。

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また、SWRI は、これにともない、自動車産業で導入が進んでいるその他の技術も舶用エンジンに導入がされると予測している。

出典：SWRI
図 II-3-2 排ガス削減技術の動向
触媒のみによる排ガス削減でも将来的な規制に耐え得るといわれているが、最高出力（ピークパワー）や負荷等を考慮していく場合に、複数の技術を組み合わせるのが望ましい。自動車エンジン
では、高い負荷がかかる状況が少ないため、こうした環境での排ガス基準をクリアする必要はない。
しかし、舶用エンジンでは、高い負荷のかかる状態での使用が多く、そのためそのような状況でも排ガス基準をクリアする必要がある。したがって、触媒技術がこうした状況下でも同様に効果を発揮し、安全性が確保されるということが証明されなければならない。そこで、三元触媒に加えて、ストイキや希薄燃焼等が必要になってくる。さらに、最大負荷のかかる状況下で排気温度を下げる
ために、EGR なども求められてくると見られている。また、これらの技術を導入する一方で、出力密度を維持するためには、エンジンの過給(ブースティング)が必要になる。したがって、長期的には触媒と過給技術の組み合わせが一般的になっていくと見られている。

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現在、NOx+HC の規制基準（～5g/kW-hr）に対応できる有望技術として（1）EFI4 ストローク＋三元触媒（海水及び高温への対応が課題）（2）過給 EFI4 ストローク希薄燃焼（コスト及び設置の難しさが課題）（3）過給 EFI4 ストローク＋EGR（コスト及び設置の難しさが課題）があるという。しかし、いずれも課題があることから、引き続き改良が必要になってくる。SWRI
は、基準値として求められている 5g/kW-hr までの排ガス削減が向こう 4～8 年でできると予測している。

3-2 日本への影響
排ガス規制といえば、古くは、日本の自動車メーカーが米国の排ガス規制をクリアできたために今日の地位を得たように、また現在でも、船外機では、日本メーカーが排ガス対策に優位であるため米国市場でシェアを伸ばしているとの例があり、エンジンメーカーにとって将来を占うきわめて重要な問題である。
船外機を製造している日系メーカーは自動車メーカーでもあり、自動車産業で培ったノウハウを元にして、米国の基準に沿った新型エンジンを開発している。
また、自動車工場で製造してきた部品をそのまま使うことによって、大量生産へと導き、コストを削減できるというメリットがある。同様の部品を使うようエンジンを設計していくことで、迅速に市場に新型エンジンを導入できる一方、自動車部品メーカーにとっても新たな市場を開拓できる可能性がある。
米国市場ですでに優位にある日系企業にとって、米国の規制がおよぼす影響は、大型船舶用エンジン業界に比べて少ないものと考えられる。むしろ、環境規制の強化は、この分野における日系企業の躍進に向けた好機と見るべきである。

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参

考

資

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料

4-1 参考 URL(1)Clean Air Act に関する説明
http://www.nsc.org/EHC/mobile/acback.htm(2)EPA 船舶ディーゼルガソリンエンジン(全般)に関する情報サイト
http://www.epa.gov/otaq/marine.htm(3)EPA 船舶ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンの基準の概要
http://www.epa.gov/otaq/regs/nonroad/marine/420f04031.pdf(4)EPA 船舶ディーゼルエンジン第 3 次規制導入のための先行通知
http://www.epa.gov/fedrgstr/EPA-AIR/2004/June/Day-29/a11294.pdf(5)

カリフォルニア州 SOx 対策燃料規制

http://www.arb.ca.gov/regact/marine2005/marine2005.htm(6)EPA 船舶ガソリンエンジン(全般)に関する情報サイト
http://www.epa.gov/otaq/marinesi.htm(7)EPA 船舶ガソリンエンジンに関する規制
http://www.epa.gov/nonroad/marine/si/420f96012.htm(8)カリフォルニア州の船舶ガソリンエンジン(全般)に関する情報サイト
http://www.arb.ca.gov/msprog/marine/marinectp/marinectp.htm(9)カリフォルニア州船外機/水上オートバイに関する規制
http://www.arb.ca.gov/msprog/marine/marinectp/reg.pdf(10)カリフォルニア州船内機/船内外機に関する規制
http://www.arb.ca.gov/msprog/marine/marinectp/revreg.pdf(11)Controlling Air Emissions from Marine Vessels: Problems and Opportuniteis
Anthony Fournier

University of California Santa Barbara

http://www.westcoastdiesel.org/files/sector-marine/Fournier%20Marine%20Emissi
ons%20Problems%20and%20Opportunities.pdf－46－

(12)United States maritime Administration

DECISION FRAMEWORK FOR

EMISSION CONTROL TECHNOLOGY SELECTION
http://www.marad.dot.gov/nmrec/energy_technologies/images/Decision%20Framew
ork%20for%20Technology%20Selection.pdf(13)

排ガス対策技術の解説(ワルチラ)

http://www.wartsila.com/Wartsila/global/docs/en/ship_power/media_publications/marine_news/2005_1/guide_to_controlling_emissions.pdf(14)CARB に関する SWRI のリポート
http://www.swri.edu/3pubs/ttoday/Summer04/Craft.htm(15)舶用エンジンにおける三元触媒（インドマーの実用例）

http://www.boatingmag.com/article.asp?section_id=8&article_id=858

4-2

添付資料

「A Study on Environmental Load Reduction Technologies for Next Generation
Marine Engines」

SwRI Project No.03.12910

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この報告書は競艇の交付金による日本財団の助成金を受けて作成しました。

米国における舶用エンジンの排ガス規制動向に関する調査2007 年（平成 19 年）3 月発行
発行

社団法人

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日本舶用工業会

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ISBN978-4-9903018-7-3