講演６

交通安全環境研究所の取り組み②―ディーゼル自動車におけるオフサイクル排出ガス実態と今後について―
環境研究領域 上席研究員

鈴木央一

－93－

交通安全環境研究所の取り組み②－ディーゼル自動車におけるオフサイク
ル排出ガス実態と今後について－
環境研究領域鈴木 央一

独立行政法人

平成25年度
平成25年度1

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

交通安全環境研究所講演会

講演の流れ
1. オフサイクル問題が起こる背景など
2. その対処法として予定あるいは検討されている事項
3. 実走行で排出ガス劣化が見られた具体例
排気再循環：排気の一部を吸気に戻して窒素酸化物（NOx)を低減する技術
新短期規制までにみられた事例
ポスト新長期規制車でみられたEGR制御に関して
尿素SCR車の劣化について
尿素水から生成するアンモニアを用いてNOxをN2、水などに還元する触媒システム

4. 2.で触れた対処法と過去事例の検出に関する適性比較
5. まとめ
6. 今後予想される課題など
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

2－95－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

「オフサイクル問題」について
認証試験における排出ガス測定評価は、限られた時間内で通常使用される状態を代表する条件にて行われる
ただし、春夏秋冬、古今東西、様々なユーザーに使用されるあらゆる状況をカバーすることは不可能である
このような認証試験サイクルでカバーできない状況（オフサイクル）で、排出ガス低減装置が適正に機能しているかが問題
とくに排出ガス低減装置は、コスト、燃費、信頼性などと背反するケースが多いため、「適正に機能しているか」の検証が必要
無効化する制御＝デフィートストラテジー

独立行政法人3

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

認証試験の考え方（当然ながら）認証試験は公平でなければならない
手順に従って実施すれば、いつ、誰が、どこでやっても同じ結果が得られることが求められる
主な変動要素： 気候、天候 試験設備 エンジンなどの状態
 試験サイクル

そのために、認証試験方法、条件、設備、評価に使用される試験サイクルなどは保安基準の細目告示で定められた一定のものを用いる

いわば「試験問題がわかっている」状態にある

独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

4－96－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

「オフサイクル」問題が起こる背景①
あくまで「仮」ですが・・・
司法試験の問題が事前に公開されていたら？
試験問題を繰り返し勉強して模範解答を完全丸暗記、難しかろうが何だろうがこれさえできれば・・・（他のことは知ったことではない・・・）

やった！！

勉強のかいあって合格しました
これで法曹界トップの仲間入りだ！

その後、実社会に出て・・・

独立行政法人5

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会「オフサイクル」問題が起こる背景②
いくらいい試験問題だとしても、現実に存在する法規はそれよりもはるかに多い
あんた、法律の専門家でしょ？
そんなことも知らないの？

○○××法△△規則第○条に関する通達・・・○■○×法施行令第○条○項の付則・・・

社会的な目難関をパスしたのだから、当然期待される知識や能力の水準がある
ギャップ！

受験者の言い分試験問題になかったのだから、そういわれても・・・
人間ならそこから努力できるけど排出ガス規制などで求めるものが大きくなればなるほど、製造側が意図していたかどうかによらず、現実とのギャップが大きくなる危険性をはらんでいる
改善すべきは、試験方法？ 試験問題？ 受験者の意識？
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

6－97－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

なぜ「今」になってオフサイクル問題が重要か？
「今」
通常
近年先進ディーゼルエンジンでは、高過給化や高圧噴射化が進められているが、それら自体はNOxを増加させる方向に働く技術である

つまり、NOx低減技術が機能しないと従来以上にNOx排出が増加する恐れがある
右図は世代の異なるその時点での最新低公害車でEGRを解除した場合のNOxがどれだけ増加するか比較したものである

EGR解除

JE05モードシャシダイナモ試験

10

NOx排出率 g/kWh

それをEGRやNOx後処理装置などにより規制値まで下げているのが現状

12制御が外れると逆に増加

8
短期規制（＝3世代前）値

64
通常時では当然ながら低減

20

ポスト

P新長期
2EGR+DPF

新長期
1
EGR+DPF

排ガス規制以外同一型式車両

ディーゼル粒子捕集フィルタ

ポスト新長期規制車ではEGR解除時のNOxが従来車と比較して急増･･･EGRが効かない領域がリアルワールドであった場合には環境負荷増加が懸念される
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory7

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会「課題克服」に向けて（海外も含めて）実行あるいは提案されている手法
１．「オフサイクル」試験（通常の試験サイクルで使用しない）広い運転領域での排出ガス性能を、認証試験の一部として取り入れる（＝従来の公平性を確保）もので2016年から日本でも導入
課題：カバーできるのは、問題の一部分に限られる

２．ランダム試験サイクル
複数の試験サイクルの中から認証時にいずれか選んだものを実施する
課題：「運」の要素が入り込み、従来の公平性が確保されない

３．車載排出ガス分析装置（PEMS）を用いた実車両評価
３．車載排出ガス分析装置（PEMS）を用いた実車両評価
実際の車両が走行する状態での排出ガス性能を評価することになり、最も現実を反映したものということができる
課題：気温、天候、道路、運転、積載条件その他多くの変動要素があり、「いつ、誰が、どこでも」同じ結果は得られない。分析装置を搭載困難な車両も多い
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

8－98－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

現在のところ、従来の公平性を揺るがしかねない前記のランダム試験サイクルやPEMSを使用した実車両評価を実際に取り入れるべきかどうかは、環境省中央環境審議会等で現在検討中
実施する必要があるかを判断するためには問題の深刻度期待される効果そのために必要なコストや手間などを考慮して総合的にみていくことが適切といえる「今後どうしていくべきか」を考えるにあたり、具体事例を紹介
１．新短期（H15,16年）規制までの車両で実走行時のNOx排出が高くなった問題とそれが解決された経緯
２．ポスト新長期（H21,22年）規制適合車で「不自然な」EGR制御が行われていた車両があった
３．新長期（H17年）規制適合の尿素SCR搭載車で、事前に想定されない触媒劣化が多くの車両で起こっていることがわかった
独立行政法人事例１

平成25年度
平成25年度9

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

交通安全環境研究所講演会

新短期規制までの技術動向とNOx排出変化

新短期規制までは、認証試験サイクルが特定のエンジン回転数と負荷率で定められた12点のみを定常運転で測定するD-13モードでの評価が行われた
一方、短期規制（H6年）ではほとんどなかったコモンレール式燃料噴射系や排気再循環（EGR）の導入が、長期（H10,11年）規制適合車から始まり、飛躍的に制御自由度が拡大した

規制の異なる重量車のNOx排出測定例

109シャシダイナモ試験結果
規制値

D-13モードの結果は、規制強化とともに改善する（青矢印）ものの、実走行を再現するJE05モードでは、規制が強化されてもあまり変わらないか、むしろ増加するケース（橙矢印）もある

NOx排出率 g/kWh

876D13JE05

543210
短期長期

新短期

D-13モードで規制独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

10－99－

新長期1

新長期2

JE05モードで規制
平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

なぜそのような結果になったのか？
80%負荷率一定として、エンジン回転数の違いによるNOx排出を比較作為的な制御が行われていた可能性がある・・・が、新長期規制適合車ではその問題は解消されている

D13モード試験ポイント
1680%負荷率新短期14NOx排出率 g/kWh

短期規制車では回転数による変化が小さいのに対し、長期、新短期規制車ではその差が大きい・・・しかも試験ポイントのみで低くなる傾向にある

12短期
長期
新短期新長期1
新長期2

10長期
86

短期420

「オフサイクル」に関する基準等を作成する以前に、認証試験

5060708090

定格回転数に対する割合 ％サイクルの変更で問題は解決された独立行政法人事例２

平成25年度
平成25年度11

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

交通安全環境研究所講演会

JE05モードになってから起きた課題

規制の異なる重量車のNOx排出測定例②

値にばらつきはあるものの、いずれにせよ「P新長期1」でD-13モードにおけるNOx排出が突出して高いのは明らか

シャシダイナモ試験結果

3
NOx排出率 g/kWh

先ほどの新長期規制適合車の結果に、ポスト新長期規制適合車4台を加えたものを比較

3.5

2.5規制値2D13JE051.5
10.5

独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

12－100－期
4P新長

期
3P新長

期
2P新長

期
1P新長

期
2長
新長
新なぜ？
（他にD-13モードで特異的に高くなる例はない）

期
10平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

「不自然な」EGR制御が行われていた例

加速時には瞬時的に600ppm以上の高いNOx排出が見られる車両もある
その部分のNOx排出については、P
新長期1はむしろ低い方「P新長期1」で240秒付近からNOxが急増し、CO2が急減する他で見られない状況となる。この変化は、途中でEGR量を大幅に抑制している可能性が高い。

1000900

NOx直接濃度 ppm

発進、加速した後60km/h定常走行を行った場合のNOx、CO2濃度履歴

800700600
500

PL1PL2PL3PL4P新長期14003002001000

ポテンシャル的に十分といえない状態で安全性等の確保を図る結果、「デフィート（無効化）ストラテジー」と判断せざるを得ない制御が行われた？

0100200300400500600

14P新長期112CO2直接濃度 ％P新長期1でのCO2濃度11％超の値は、多量のPM生成が懸念される水準であり、DPFへの負担が高まると予想される

10
PL1
PL2
PL3PL48642

JE05モードシャシダイナモ試験

00100200

300400500

600

走行時間 秒独立行政法人

平成25年度
平成25年度13

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

交通安全環境研究所講演会

デフィートストラテジーと燃費との関係
デフィートとみられる制御

A～Cは以下の3台
車両A：デフィートストラテジーが問題になったもの
車両B：それに対する改善処置が行われたもの
車両C：新長期規制適合の同一車種

NOx排出率 g/kWh

5.0

D13モードの一部モードにおけるNOx、CO2排出率を3台で比較

4.0
3.02.0

車両Aで通常の制御ABC

1.00.02通常制御の範囲では、CO2排出率が高い車両Aだが、NOx排出の高い状態では、比較を行った同一車種よりも低い値が得られた
CO2排出率 g/kWh

重量車燃費評価は、定常試験で作成した燃費マップをベースに評価するため、デフィート制御が行われた状態で評価がなされていた・・・制御の変更は後処理装置を保護する目的だったとしても、それが継続することで公表
燃費値を良くする意図があったとみられる
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

5791000

14－101－デフィート時のみ
CO2排出が少ない

900
800

AB
C

700
600
500
2579D-13モードのモード番号
平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

デフィート ストラテジーを防ぐために排出ガス試験と燃費評価の試験方法や条件などの違いが、デフィートストラテジーを可能とする「隙」を作っていた側面がある

それを防ぐための検証試験＜排出ガス試験＞
現状

重量クラス毎に平均的諸元の車両を想定してJE05モードを実施

今後

燃費評価を行う車両の諸元にて同等性能が確保されていることを検証＜燃費評価＞
現状

定常運転により燃費マップを作成し、その結果からシミュレーションにて計算

今後

上記排出ガス試験を行う際の燃料消費率も測定し、シミュレーション燃費との同等性が確保されているか検証
課題の本質に切り込んだ世界的にも例のない対策（＝ガラパゴス化？）

独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

事例３

15

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

尿素SCR車が登場するにあたって

2004年9月 技術指針が出される
11月 日産ディーゼル工業（現UDトラックス）が尿素SCR車を発表
技術指針が策定される段階で、リアルワールドでの環境性能確保に向けた各種試験調査等を交通研でも実施
SCR触媒については、耐久性などに関する技術的蓄積が少なかったことから、極度に劣化した場合における、「最小限度の性能維持」方策について検討
その結果、アンモニアスリップ防止用の後段酸化触媒の装着が、（アンモニア以外も含めて）有効ということを実験的に検証し、その点は技術指針にも盛り込まれた
また、当然ながらメーカー側は認証時に定められた耐久劣化試験を実施

そこまでやったにも関わらず、実際には想定しない大幅な劣化が起こった
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

16－102－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

劣化状態にある尿素SCR車の存在を確認＜交通研フォーラム2007
より＞＜交通研フォーラム2007より＞

うち1台（E）で、SCRが機能していないとみられる大幅なNOx等排出増加が検出された

試験後、触媒を高温状態にすることで性能回復した一方で、他の車両で長時間アイドルを行った場合にNOx浄化性能劣化がみられたことから、原因が「HC被毒」

HC :ハイドロカーボンであると判断した

独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

JE05モード
JE05
モードシャシダイナモ試験

E0.08

PM g/kWh

走行距離6万キロ程度までの尿素SCR車5台（A～E）について排出ガス測定を実施

0.100.06

B

0.04A0.02

DC
新長期許容限度値
新長期平均規制値

0.0002468NOx g/kWh

この時点では、５台中1台で特殊な事例と考えられたが、その後走行距離の長いものでの結果がわかってくると、それがむしろ多数派であることがわかってきた
17

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

なぜ事前にわからなかったのか？
SCR触媒が極度に劣化した試験
SCR触媒が極度に劣化しても、後段酸化触媒が活性状態にあれば「破綻」は防げるとしていたが・・・

後段酸化触媒は、アンモニアを吸着させつつ酸化していく構造、つまりSCR触媒と共通性がある構造だったため、HC被毒が避けられなかった認証時の耐久劣化試験
熱負荷への耐性をみるのが主目的

高温状態と、高温と低温の繰り返すサイクルが基本で、比較的短時間で劣化を模擬する手法がとられている

HC被毒は、むしろ低温状態で起こる現象だったため、従来の耐久劣化試験
ではカバーできず
ただし、ポスト新長期規制適合車では、DPFが併設されるため、PM再生時にHC被毒も概ね解消されると見込まれる・・・規制強化が問題を解決！？
新長期規制適合車については、メーカーが昇温措置をとるなどして性能回復
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

18－103－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

劣化した車両に様々な対処を行ったときのNOx排出
昇温処置による効果と残る課題
6.0①車両が使用されている状態ではNOx排出が本来の性能の2倍レベルの高い水準にある

NOx排出率 g/kWh

4.0
3.0
2.0
1.0

②→③その状態から前段酸化触媒を交換すると新品触媒④と同等の性能にまで回復
つまり、SCR触媒は昇温することで回復したが、前段酸化触媒は依然としてHC被毒とは異なる劣化状態にある

0.0
1
①

交通安全環境研究所

2②3
③

4④

①実際に使用されていた状態②420℃30分間の昇温運転実施後③その後、前段酸化触媒のみ交換

現在原因を究明中・・・将来はその劣化原因をフォローできる耐久劣化試験法へ

National Traffic Safety and Environment Laboratory

車両総重量25tトラック
走行距離22万キロ

5.0①→②昇温運転を行うことでHC被毒は解消されNOx排出は改善される
ただし、依然として少し高いレベル

独立行政法人JE05モードシャシダイナモ試験④すべての触媒を交換

19

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

リアルワールドでの排出ガス性能維持を図るために考えられる手法
2016年に導入が予定される国際基準調和（WHDC）モード（オフサイクル試験を含む）
車上での排出ガス低減デバイスの故障診断（OBD）機能の高度化

将来の国内導入が確定

ランダム試験サイクル
車載分析計（PEMS）を用いた試験
これらについて、事例1～3までを検知できるかどうかを比較

独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

20－104－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

各手法における排出ガス性能悪化検知の可能性①
１．新短期規制以前の実走行NOx排出の問題
方 法

検出の可能性

WHDC○

実走行をベースにした過渡試験サイクル
であれば検出可能OBD

×

OBDは故障や劣化などの検出が目的であり、デフィート防止とは直接的には無関
係

ランダムサイクル○

実走行をベースにした過渡試験サイクル
であれば検出可能PEMS○

そこまでしなくても・・・

独立行政法人理由

平成25年度
平成25年度

21

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

交通安全環境研究所講演会

各手法における排出ガス性能悪化検知の可能性②
２．不適切とみられるEGR制御
方 法

検出の可能性

理WHDC△

当該事例と同一であれば検知可能だが、抜け道をなくしきれるものではない

OBD×OBDは故障や劣化などの検出が目的であり、デフィート防止とは直接的には無関
係

ランダムサイクル△「ランダム」の幅が大きければ可能性があるが、公平性とのトレードオフになる

PEMS

○

検出は可能だが、デフィートとみなす判定値などの設定が容易でない

独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

22－105－由平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

各手法における排出ガス性能悪化検知の可能性③
３．尿素SCR車でみられた劣化
方 法

検出の可能性WHDC×

通常の試験サイクルでは検出不可能であり、耐久試験法の見直しなどを推進

OBD

△～○

機構的には可能だが、故障判定の閾値次第で検出されないケースもあり得る

ランダムサイクル

×

検出不可能

PEMS

○

検出は可能だが、対象が劣化である場合、数年オーダーの時間を要するため、認証段階でわかる可能性は低い

独立行政法人理由

平成25年度
平成25年度

23

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

交通安全環境研究所講演会

各手法における排出ガス悪化検知についてまとめると
方 法

新短期以前の 不適切なEGR 尿素SCRの劣課題
制御化

備考

WHDC

○△×

将来導入予定

OBD

××

△～○

将来導入予定ランダムサイクル

○△×

PEMS

○

○

○

第11次答申※で検討課題として言及○将来導入予定のWHDCとOBDの２つで、問題の多くは対応できる○究極はPEMSだが、導入にあたって課題が少なくない※中央環境審議会「今後の自動車排出ガス低減対策のあり方について（第十一次答申）」
独立行政法人交通安全環境研究所

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24－106－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

以上を受けて交通研として取り組んでいく要素（まとめ）WHDC、WWH-OBD※の日本国内導入については、これまでも活動してきており、それを継続していく。中でもOBDで故障と判定される閾値は、劣化検知等に大きな影響を持つことから、「社会的利益につながる」閾値水準を明らかにするための試験調査等を実施していきたい。
（閾値が緩いと、劣化が検出されにくくなるが、厳しすぎても診断頻度が低下したり、誤診断が増加するなどの懸念があり、返って有効性が損なわれる可能性がある）

耐久試験について、尿素SCR車の劣化を事前に検知できなかったことなどを踏まえ、未解明の酸化触媒の劣化原因も含めて、現実の劣化を評価できる耐久試験方法の提案をしていきたい。（適切な試験法が現実を改善する技術開発を促す）

車載分析計による排出ガス評価も、これまで実施しており、引き続き技術として維持していくとともに、制度面や評価方法等も含め、社会、行政の要望に応じたソリューションを提示できる技術力を蓄えていきたい。

※ WWH-OBD ：国際基準調和活動で定められた高度なOBD
独立行政法人25

交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会（2016年以降も見据えて）今後想定される課題

WHTC※導入は、冷始動時

車両総重量25tクラスを対象とした302kWの大型エンジンにおけるWHTCと、当該エンジンを搭載した燃費基準達成車
でJE05モードを実施したときの、エンジン回転数とトルクの使用領域を右図に示す

2000
1800
1600

エンジントルク N･mの排出ガス評価などが加わり、厳しくなる一方で、日本国内で使用される車両では現実と乖離が生じ、問題がおきやすい状況になる

燃費基準達成車が高速走行で使用する領域：
燃料、尿素水消費低減を優先した制御にする？

WHTCで高速走行を再現する部分：排出ガス抑止優先制御にする？

1400
1200
WHTC
JE05

1000
800
600
400
200
00500
1000
1500
低燃費化が進んでおり、「現実」
エンジン回転数 rpmは、より低速エンジン回転を使用する傾向にある （ただし、この問題の一部はオフサイクル試験等でカバーされる）

2000※ WHTC ：WHDCの中心となる過渡（トランジェント）試験サイクル
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

26－107－平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会

「変化」が排出ガス性能に及ぼす影響が拡大
尿素SCRは、認証試験サイクルでは概ね70～80％の浄化率が期待できるが、例えば市街地走行で温度が30～40℃低い、となった場合には浄化率は大きく低減し、NOx排出は大幅に増加することが見込まれる① ② ③

SAE Paper 2005-01-1860
日産ディーゼル（当時）の発表より

60％ speed②①

後処理装置の温度が変化する因子として
気温、天候など
道路や走行状態
積載条件

尿素SCRの温度による浄化率の例①市街地走行で頻出する温度域②JE05モードにおける平均レベルなど多くが挙げられ、デフィート制御や劣化がなくても、動作環境により排出ガス性能が大きく変動する可能性が高まっている③WHTCにおける平均レベル

将来にわたり、現状把握や対策検討等を行っていく
独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

平成25年度
平成25年度27

交通安全環境研究所講演会＜終わりに＞

かつての夢を現実にするために
交通研では、環境（大気汚染）問題が深刻だった平成14年度より、次世代大型車開発・実用化促進プロジェクトを国土交通省より受託し、中核的研究機関として実施してきた
当時の排出ガス規制値：

平成14年度に掲げた目標値：
NOx： 0.2g/kWh
PM ： 0.01g/kWh（JE05モード）

NOx： 4.5g/kWh
PM ： 0.25g/kWh（D-13モード）

プロジェクト目標は、「環境問題を抜本的に解決する夢の水準」だった
2016年の規制強化により、ほぼその水準に到達し、「夢が現実に」なる
ただし、ゴールは規制値が満たされることより、むしろそれに見合った環境性能が実社会で発揮され、大気環境の維持、改善に寄与することそのために必要な現状把握、原因究明、対策の検討などを、交通研として引き続き関係各位とともに取り組んでいきたい－ 完 －独立行政法人交通安全環境研究所

National Traffic Safety and Environment Laboratory

28－108－

平成25年度
平成25年度

交通安全環境研究所講演会