講演３

電動化技術搭載乗用車からの PN 排出実態評価
環境研究部

松本研究員祐太－69－

電動化技術搭載乗用車からのPN排出実態評価
PN

環境研究部 研究員 松本祐太

12019年度 講演会

講演内容
1 ．背景
2 ．本検討における計測対象と目的
3 ．試験条件
４ ．計測結果
５ ．まとめと今後の展望

2－71－

2019年度 講演会

1. 背景2019年度 講演会

3

大気環境における粒子
大気環境における粒子＝ 人体に悪影響を及ぼす有害物質
 呼吸器疾患の増加
 より微小なものほど有害

大気中における2.5 µm以下の粒子
 全体としては改善傾向
 都市部などで局所的に高排出更なる改善が望ましい
平成29年度大気汚染報告書（環境省）

4－72－

2019年度 講演会

自動車排出ガスと粒子状物質
自動車も、PM2.5の排出源である
かつて、ディーゼル車排出ガスの「黒煙」として社会問題化⇒ 後処理装置”DPF”の普及により解消 ※ Diesel Particulate Filter
DPFの概念図

DPFなし

DPFありイビデン株式会社HPより※ 東京都環境局HPより

一方で…

ガソリン車の排出ガスに含まれる粒子にも注目
2019年度 講演会

5

自動車排出ガスに含まれる粒子の計測
粒子個数計測（PN）

粒子重量測定（PM）

23 nm

所定の諸元のフィルターで捕集した粒子の重量を、走行終了後に計測※ Particle Number

2.5 µm 特定の大きさの粒子の個数を連続的に計測※ 概念図

異なる特徴を持った2種類の計測法がある
6－73－

2019年度 講演会

各計測手法における計測対象
PM

PN

PM：フィルターを用い、排出ガスから気体でない物質を捕集する
PN：特定の大きさの固体物質（炭素の粒子、すす）のみを計測対象とする

S. Nakamura, (2009).

※ 特定の大きさ以外の固体物質や、炭化水素は計測を妨害する

計測手法によって測定対象が異なる
2019年度 講演会

7

PN計測の特長①

PN / 105 [pcs cm-3]③① 数十nm程度の微小な粒子に対して高感度（左図）

504030②20

D. B. Kittelson（1998）.

10005

10time [min]152025② リアルタイムでの計測が可能③ 粒子排出レベルの変化に対して高感度PN計測により、粒子排出レベルの変化をより明確に把握
8－74－

2019年度 講演会

2. 本検討における計測対象と目的

2019年度 講演会

9ガソリン車とPN
ハイブリッド車概念図

ガソリン車におけるPN 冷間始動において多く排出 モード走行開始後、最初の加速時に特に多く排出電動化技術搭載車（ハイブリッド車）の特徴
 流通量が継続して増加中 エンジンとモーターを運転条件に応じて併用
 特に低速走行においてモーターを重点的に使用
 最初の加速時の粒子排出は抑制される？
2019年度 講演会
 エンジンの間欠運転で、冷間始動の影響が長期化？
10－75－

本検討の目的
ハイブリッド車からの排出ガスにおける粒子状物質の実態を把握する

 実車を用いたモード走行試験によるPN計測

11

2019年度 講演会

3. 試験条件

12－76－

2019年度 講演会

試験車両および試験条件• エンジン車（平成20年製）：
基準車

本検討における試験条件– 1.8 L, 無過給（ポート噴射）– 後処理：三元触媒• HEV A（平成24年製）– 1.8 L, 無過給（ポート噴射）– 21.5 A hr, モーター出力60 kW– スプリット方式ハイブリッド– 後処理：三元触媒、排気再循環• HEV B（平成27年製）• 走行モード：WLTC（LMH）– 2.5 L, 無過給（ポート・直噴併用）– 6.5 A hr, モーター出力105 kW– スプリット方式ハイブリッド– 後処理：三元触媒、排気再循環※ いずれもガソリンエンジン搭載車※世界統一試験サイクル、Worldwide harmonized Light duty Test Cycle• 始動条件：冷間始動
13

2019年度 講演会

燃料噴射方式の違いと粒子ガソリンエンジンの燃料噴射方式

 現在、直噴車の流通量が増加傾向にある
 一方で、使用過程車としてはポート噴射車の方がいまだ主流
14－77－

2019年度 講演会

ハイブリッド方式の違い③ スプリット方式① パラレル方式② シリーズ方式① パラレル方式：エンジンとモーターの併用② シリーズ方式：エンジンは発電のみに用い、モーターのみで駆動③ スプリット方式：パラレル方式とシリーズ方式の併用
2019年度 講演会

15

PN計測における装置構成
PN計測試験概念図（シャシダイナモ試験）
本手法は国連規則第83に準ずる
本手法は国連規則第 シャシダイナモ上において、所定の速度パターンで車両を走行させる
 得られた排出ガスをすべてCVSに導入
 CVSで一定流量にまで排出ガスを希釈し、妨害物質を除去したのち粒子計測装置に導入

H. Yamadaet al., (2015).
16－78－

2019年度 講演会

4. 計測結果

2019年度 講演会

17

モード成績
モード成績
算出方法：

[粒子個数濃度の平均値（pcs m-3）]×[モード走行中の希釈ガス総量（m3）][モード走行距離（km）]

PN / 1011 [pcs km-1]

1086

ΔSOC = 0.16 A hr

ΔSOC = -0.78 A hr

420エンジン車

HEV A

HEV B

いずれも1011 pcs km-1オーダーの排出PN
エンジン車に対し、HEV Aは54 %、HEV Bは42 %少ない排出PN
18－79－2019年度 講演会

フェーズごとの成績
PN / 1011 [pcs km-1]

40
30
20+98 %-85 %
-19 %

100

HEV A

エンジン車

LMHLM

H-64 %
+71 %
-17 %
HEV B

2台のHEVは、エンジン車と比較して、••••

L-PhaseにおいてはPNが少ない（HEV A：-85 % HEV B：-64 %）特にHEV Aについては、L-PhaseのPNが最大ではない
M-PhaseにおいてはPNが多い（HEV A：+98 % HEV B：+71 % ）H-PhaseにおいてはPNがほぼ同等（HEV A：-19 % HEV B：-17 %）19

2019年度 講演会

L-PhaseにおけるPN時間波形（エンジン車vsHEV A）
Vehicle Speed[km hr-1]

10080604020024time / min

68105-3PN / 10 [pcs cm ]50エンジン車
HEV A

40302010024time [min]681020－80－

一山めの加速時に、エンジン車はPN最大一山めの加速時に、HEV AはほとんどPNなし（ピーク値9100 pcs cm-3）
HEV Aは、L-Phase全体を通して少ないPNが継続
一山めの加速時の排出、それ以降の排出をともに抑制
2019年度 講演会

5-3

PN / 10 [pcs cm ]50エンジン車
HEV A

40302010024time [min]68103000Engine speed [rpm]

エンジン車
HEV A2000
1000024time [min]6810CO2 emission / 10 [ppm]34エンジン車
HEV A

21024time [min]6

運転状態の比較（エンジン車vsHEV A, L-Phase）
HEV Aは、
主に速度回復時にエンジン作動（エンジン停止時間：79.5 %）一山めのエンジン回転数が矩形状に変化かつ、燃料消費量と相関するCO2量も低く推移しており、充電目的のエンジン稼働を示唆
4-5 minにおいては、エンジン車と同等の回転数とCO2量であり、動力としてのエンジン稼動を示唆

主としてシリーズ方式で走行し、燃料使用量も少ないため
10
2019年度 講演会
21
PNが大幅に抑制

8M-PhaseにおけるPN時間波形（エンジン車vsHEV A）
Vehicle Speed[km hr-1]

1008060402001011121314time / min

151617

エンジン車
HEV A

40305-3PN / 10 [pcs cm ]50201001011121314time [min]15161722－81－

エンジン車については、L-Phase中～後半と同等の排出PN
HEV Aは、主に速度回復時に、比較的少ないもののエンジン車を上回るピークが多数確認された（106 pcs cm-3以下）
エンジン車では見られなかった
2019年度 講演会
PN排出挙動を確認5-3

PN / 10 [pcs cm ]50エンジン車
HEV A

4030201001011121314time [min]151617

3000
Engine speed [rpm]

エンジン車
HEV A

2000
1000
01011121314time [min]151617CO2 emission / 10 [ppm]34エンジン車
HEV A

運転状態の比較（エンジン車vsHEV A, M-Phase）
HEV Aは、ほとんどすべての減速時にエンジン停止し、間欠運転（エンジン停止時間：55.1 %）速度回復時などにエンジンが稼働するが、回転数・CO2量ともにエンジン車と同等か、やや上回る傾向
M-Phase開始時点において、冷却水温が40 ℃程度低い

2101011121314time [min]15161723

間欠運転の影響により、エンジンが低温の条件が2019年度 講演会
長期化し、PNがやや増大

L-PhaseにおけるPN時間波形（エンジン車vsHEV B）
Vehicle Speed[km hr-1]

10080604020024time / min

68105-3

PN / 10 [pcs cm ]

50
エンジン車
HEV B

40302010024time [min]681024－82－

一山めの加速時に、エンジン車、HEV B
ともにPN最大だが、HEV Bのピークの立ち上がりがやや遅れている
HEV Bは、
L-Phase全体を通して少ないPNが継続
HEV Aと同様に、一山めの加速時の排出、2019年度 講演会
それ以降の排出をともに抑制

5-3PN / 10 [pcs cm ]

50
エンジン車
HEV B

4030
2010024time [min]68103000Engine speed [rpm]

エンジン車
HEV B

2000
1000

4CO2 emission / 10 [ppm]024time [min]

683

10

運転状態の比較（エンジン車vsHEV B, L-Phase）
HEV Bは、主に速度回復時にエンジン作動（エンジン停止時間：75.3 %）一山めのエンジン回転数は矩形状だが、瞬間的に回転数が増大する箇所があり、かつ、CO2量も瞬間的に増大しており、充電目的だけではないエンジン稼働を示唆

エンジン車
HEV B

静止からの始動にモーターを用い、速度回復時にエンジンを用いることで全体的にPN抑制
2019年度 講演会
1025

21024time [min]68M-PhaseにおけるPN時間波形（エンジン車vsHEV B）
Vehicle Speed[km hr-1]

1008060402001011121314time / min

151617エンジン車
HEV B

4030

5-3

PN / 10 [pcs cm ]50

HEV Bは、主に速度回復時に、比較的少ないもののエンジン車を上回るピークが多数確認された（106 pcs cm-3以下）

20
1001011121314time [min]15161726－83－

HEV Aと同様に、エンジン車では見られなかったPN排出挙動を確認
2019年度 講演会

5-3PN / 10 [pcs cm ]

50
エンジン車
HEV B

4030201001011121314time [min]1516173000
Engine speed [rpm]

エンジン車
HEV B2000
1000

4CO2 emission / 10 [ppm]01011121314time [min]1531617

エンジン車
HEV B

2101011121314time [min]15161727

運転状態の比較（エンジン車vsHEV B, M-Phase）
HEV Aは、ほとんどすべての減速時にエンジン停止し、間欠運転（エンジン停止時間：57.2 %）速度回復時などにエンジンが稼働するが、回転数・CO2量ともにエンジン車とほぼ同等
M-Phase開始時点において、冷却水温が30 ℃程度低い
直噴による燃料供給

間欠運転の影響に加え、燃料噴射方式の影響に2019年度 講演会
よってPNがやや増大

5. まとめと今後の展望

28

－84－

2019年度 講演会

今回の検討のまとめ
ハイブリッド方式、および燃料供給方式が異なる3車種を対象とし、PN計測を実施した
モード走行全体では、ハイブリッド車はエンジン車と比較して42-54 %PNが少なかったフェーズごとの排出成績として、ハイブリッド車は• L-Phaseにおいて、静止からの始動や速度回復など、場面に応じてモーターとエンジンを使い分けることによって、エンジン車と比較して64-85 %PNを抑制• M-Phaseにおいて、L-Phaseにおける間欠運転に起因する暖機の遅れなどによって、エンジン車と比較して71-98 %PNが増大• H-Phaseにおいては、エンジン車とほとんど同等の排出量であった29

2019年度 講演会

今後のPN計測に関する取組① 実車を用いたPN排出実態把握・・・今回② 計測手法がPNに及ぼす影響の検討・・・今後併せて実施

モード走行と、リアルワールドにおける実路走行は同一条件でない可能性がある
モード走行におけるPN計測は法規レベルで確立されている一方、実路走行におけるPN計測は更なる検討が必要
現在市販されている車載式PN計Ex.) PN-PEMS（凝縮式、荷電式）、PNセンサー（荷電式）※ Portable Exhaust Measurement System

各計測機器の特性把握などを通じ、2019年度 講演会
実路走行におけるPN計測手法を提案していきたい30－85－