NGP2010 - Nissan...NGP2010 ディーゼルエンジンの取り組み 2007年9月18日...

NGP2010ディーゼルエンジンの取り組み

2007年9月18日

日産自動車株式会社

常務薄葉洋

2

目次

1. 日産自動車の環境技術の取り組み

2. ディーゼルのポテンシャル

3. クリーンディーゼルとは

4. 今後の各国のディーゼル排気規制

5. 日本での取り組み

6. 将来のクリーンディーゼル

3

１. 日産自動車の環境技術の取り組み

4

ニッサン・グリーン・プログラム２０１０

他セクターと連動した

総合的な取組み

SKYプロジェクト

VVEL

3Lカー

DIG

電動車両の投入・普及

EV

FCV

内製 HEV

Li-ionﾊﾞｯﾃﾘｰ

エンジン，トランスミッションの進化

クリーンディーゼル

5

エンジン技術のロードマップ

技術課題と長期目標

ガソリンエンジン : CO2 排出量を30%削減ディーゼルエンジン : 排出ガスを90%削減

0 10 20 30CO2 削減量 %

排出ガスレベル

Bin10

almost ZEV

Euro5

技術目標

Bin5

PZEV

Euro6

技術のブレークスルー

ガソリン車の進化

ディーゼル車の進化

6

2. ディーゼルのポテンシャル

7

■同じ内燃機関であるが、出力調整、燃焼のさせ方など異なる

ディーゼルエンジンとガソリンエンジンとの比較

吸気行程圧縮行程膨張行程排気行程吸気工程圧縮工程膨張工程排気行程

抵抗となる絞りがない

燃焼室に直接燃料を噴射

燃料噴射量で出力調整圧縮された高温の雰囲気で

燃料が自己着火

スロットルバルブ開閉による混合気量で出力調整

燃焼室の手前で燃料を噴射

火花点火高圧縮比

インジェクタ

点火プラグインジェクタ

ガソリンエンジンディーゼルエンジン

理論空燃比

リーン空燃比（空気過剰）

燃料噴射位置

着火方法

圧縮比

燃焼室内吸気ポート

火花点火圧縮自己着火

8～11 16～22

空気と燃料の比率理論空燃比リーン空燃比（空気過剰）

出力調整スロットルバルブによる混合気流量燃料噴射量

8

従来のディーゼルエンジンとガソリンエンジンとの比較

■ 従来のディーゼルエンジンは、燃費・トルクが○、クリーンな排気、振動が×

燃焼圧力が高い

＋ポンプ損失が小さい（スロットルバルブレス）

燃焼によるエネルギーを効率よく運動エネルギーに変換

燃費が良い燃費が良い

トルクが大きいトルクが大きい

出力調整スロットルバルブによる混合気流量燃料噴射量

NOxが発生NOxが発生

PM*(煤)が発生PM*(煤)が発生

燃焼室内に

燃料噴射＋

*ＰＭ：Particurate Matter

燃焼室内に燃料を噴射するため、空気と燃料が均

一に混ざる時間が少ない

ガソリンエンジンディーゼルエンジン

リーン空燃比

理論空燃比で燃やせないのでガソリンのように三元触媒が使えない

燃料噴射位置

着火方法

圧縮比

燃焼室内吸気ポート

火花点火圧縮自己着火

8～11 16～22

空気と燃料の比率理論空燃比リーン空燃比（空気過剰）

振動・音が大きい振動・音が大きい

9

3. クリーンディーゼルとは

10

M9Rエンジン

クリーンディーゼル：M9R日産の新しいクリーンディーゼルM9Rエンジンは、ルノーとのアライアンスの

中で共同開発をした、力強さと静粛性、燃費、そしてクリーンな

排出ガスを兼ね備えたエンジン

11[ CY ]

60

80

100

120

140

'95 '00 '05 '10

Max

Pow

er

(kw

)

欧州ディーゼル 2Lクラス FF乗用車最高出力推移

M9R

Average

従来のディーゼルエンジンが苦手としていた音・振動の抑制と、排気規制

物質の低減を実現（欧州規制Euro4）しながら、ディーゼルエンジン

２リッタークラストップの高出力127kwを発生

クリーンディーゼル：M9R

12

100

200

300

400

'95 '00 '05 '10

トル

ク（

Nm）

欧州ディーゼル 2Lクラス FF乗用車最大トルク推移

[ CY ]

M9R

Average

最大トルクもディーゼルエンジン２リッタークラストップを達成。

1750rpmの低回転から最大トルク360N・mを発生


13

日産の最新のクリーンディーゼルエンジンＭ９Ｒに採用した技術を

1990年代に初代セレナに搭載していたCD20Tとの比較で説明

従来エンジンと最新のクリーンエンジン（M9R）の比較

従来エンジン（CD20T) 最新のエンジン(M9R)

14

燃料供給システム：機械式燃料噴射ポンプからコモンレールシステムに変更

・高い圧力で燃料を微粒化し、空気と均一に混ざりやすくする

・最適な噴射タイミング等、精度のよい燃料制御が可能

機械式燃料噴射ポンプから直接、

各気筒に燃料を噴射

燃料圧力：200～300bar

燃料の微粒化

燃料圧力をコントロールして、電子制御により

インジェクタで燃料を最適噴射

燃料圧力：1,600bar


高圧燃料ポンプ

噴射ノズル


機械式燃料噴射ポンプ

コモンレール

インジェクタ

NOx、煤（PM）の発生を抑制

15

マリアナ海溝

深さ約11000ｍ

水圧1100bar

(1100気圧)

1600bar

水深16000ｍ相当

1600bar

水深16000ｍ相当

1600barとは？世界一深いマリアナ海溝より深い水深16000m相当の水圧と同等の圧力

.

16

吸気ポート：ダブルスワールポートで燃焼室内の空気の流れを高速渦流化

・空気と燃料を均一に混ぜる

ダブルスワールポート

吸入空気の

高速渦流化


煤（PM）の発生を抑制


17

DPF*を採用。99％の煤を処理する。

* DPF:ディーゼル・パティキュレート・フィルター

ＤＰＦ

後処理装置なし

PMの捕獲と処理


煤（PM）を大気に排出させない


1：燃焼によって発生したPMを吸着・貯蔵

2：DPF本体の温度を高温化して煤を酸化

3：DPFを再生。このサイクルを繰り返す

18

EGRシステム

更なる燃焼温度の低下


ＥＧＲクーラー

ＥＧＲバルブ

NOxの発生を抑制

EGRクーラー追加によりさらに燃焼温度を下げてNOｘの発生を抑える


・不活性である排気ガスを燃焼室に

入れることで燃焼温度を下げる

・排気ガスをEGRクーラーで冷やして

より大量のEGRを燃焼室に入れて

更に燃焼温度を下げる

19

1600 bar コモンレールシステム

ピエゾ式インジェクター

機械式燃料ポンプ

燃料1回噴射

燃料を複数回に分けて噴射


音の抑制

応答速度の速いピエゾ式インジェクタの採用で高精度の燃料の分割噴射

が可能。燃焼圧力上昇を適切に制御して、燃焼音を抑制


ピエゾ素子

20

・バランサーシャフト

バランサーなし

アンバランス成分の低減


音・振動の抑制

エンジン内部で動く部品が生じるアンバランス成分を打ち消し振動を抑制


21

排気ガスの流速に応じてターボ内部の整流板をを可変制御して、低回転

からターボが働き大きなトルクを発生する

可変ノズル



・可変ノズルターボチャージャー

ターボチャージャー

可変ノズルにより

ターボ作動範囲を拡大

高トルク化

22

従来のディーゼルエンジンが苦手としていた音・振動の抑制と、

排気規制物質の低減を実現（欧州規制Euro4）しながら

ディーゼルエンジン２リッタークラストップの高出力を達成

技術アイテム

M9R

1600 bar コモンレールシステム

ピエゾ式インジェクター

ダブルスワールポート

ＤＰＦ

EGR(EGRクーラー付き）

バランサーシャフト

可変ノズルターボ


23

4. 今後の各国のディーゼル排気規制

24

0.05

0.10

0.01

0.25

0.20

2014

0.15

US SULEV (California)

US Tire2Bin5 (Federal)

欧州排気規制日本排気規制

Euro4

(Euro6)

中国排気規制

NO

x(g

/km

)

Euro5

平成１７年規制

新規制（予測）

201320122011201020092008

今後の排気規制の動向

ディーゼルの排気規制値は北米規制が最も厳しいが、地域により

試験モードが異なり、規制の難易度は規制値のみでは決まらない

25

【北米】

【日本】

【欧州】

Acc

el(

G)

Acc

el(

G)

Vehicle speed (km/h)

Acc

el(

G)

Usage Area90percentile60percentile

日米欧市場の走行パターンの特徴

■日本、北米は発進時の加速が高く、欧州は高速での走行が多い

日米欧の排気試験モードの違い

LA4モード

ECE +EUDCモード

Time (sec)

0

50

100

140

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Time (sec)

(km/h )

JC08モード

(km/h )

0

50

100

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Time (sec)

トランジェント・モードトランジェント・モード

1020

30405060

0 500 1000 1500 2000 2500

(mile/h )

トランジェント・モードトランジェント・モード100km/h

50km/h

■地域によって試験モードが異なり、規制も違う。

2008年から

【北米】

【日本】

【欧州】

27

5. 日本での取り組み

28PM (g/km)0.02

0.1

0.2

0.25

NO

x (

g/k

m)

0.01

Euro3

ー乗用車規制値のみの比較ー

欧州Euro4

日本H17新長期

欧州Euro4規制に対して、日本の新長期規制はPM-45%、NOx-40%と厳しくなり、さらにNOx浄化性能を向上させた技術を追加

・NOxトラップ触媒(LNT*) 追加

・欧州に比べて過渡の走行パターンが多いため、高度なエンジン燃焼制御追加

Time (sec)

(km/h )

0

50

100

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

トランジェント・モードトランジェント・モード

【日本】

0

50

100

140

100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100 1200Time (sec)

(km/h )【欧州】

クリーンディーゼル：M9R 日本仕様（’08年秋）

（2008年から）

ECE +EUDCモード

JC08モード

*LNT: Lean NOx Trap catalyst

日本Ｐｏｓｔ新長期

29

6. 将来のクリーンディーゼル

30

Euro3

Euro4

欧州Euro4

将来に向けたｸﾘｰﾝﾃﾞｨｰｾﾞﾙの開発：SULEV*

最終ゴールの大気並みにクリーンな排気レベルを目指した技術を開発中

0.02

0.1

0.2

0.25

PM (g/km)

NO

x (

g/k

m)

0.01

日本H17新長期

* 米国カリフォルニア州の排出ガス規制

Ｔｉer2Bin5

加州SULEV

日本Ｐｏｓｔ新長期

ー乗用車規制値のみの比較ー

NOx70%減

31

Bin5 SULEV* Bin5 SULEV*0

(g/km)

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0

(g/km)

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

NOxHC

-90% -70%

現時点でTier2Bin5に対し、NOxを70%削減、さらにHCを90%削減

将来に向けたｸﾘｰﾝﾃﾞｨｰｾﾞﾙの開発：SULEV *


32

① 燃焼技術の改善

規制物質の発生をもとから抑える技術（ＭＫ燃焼）

② 新開発のHC・NOxトラップ触媒

規制物質であるHCをNOx浄化に有効利用し、HC , NOxともに高効率に

浄化

SULEV*を支える3つの技術

③ 燃焼改善と触媒を高効率で作動させる高度なエンジン制御

HC・NOｘトラップ触媒

HCトラップ層

NOxトラップ層

NOx浄化層 COCO

HCHC

HH22

NOｘ

NN22 COCO22O2

HCHC

NOｘ

HH22COCO

NN22

HH22OO

HH22OO COCO22

COCO

HCHC

HH22

NOｘ

NN22 COCO22O2

HCHC

NOｘ

HH22COCO

NN22

HH22OO

HH22OO COCO22

将来に向けたｸﾘｰﾝﾃﾞｨｰｾﾞﾙの開発：SULEV*


33

リッチ条件リ－ン条件

NOｘトラップ層

NOｘ浄化層

NOｘ

COCO

HCHC

②HCと共に排出量をコントールされた微量のO2を供給することで、NOｘ還元剤としてより効果的なH2とCOを生成し、高効率でNOｘを還元浄化

HH22OO

O2

NONO

HH22

NOｘ

NN22 COCO22

NOｘ

①NOを酸化してNOｘをトラップ材に吸着

O2

HCトラップ層HCHC HCHC HCHC

COCOHH22

NOｘ

HH22OONN22 COCO22

（イメージ図）（イメージ図）

従来のNOxトラップ還元触媒はNOxの浄化だけを行っていたのに対し新しい触媒では規制物質であるHCをNOx浄化に有効利用するためにHCトラップ層を追加し、HC , NOxともに高効率な浄化を可能とした

HC・NOxトラップ触媒

34

将来に向けたディーゼルエンジン

排出ガスのクリーン化は、技術目標である大気並みのクリーンさを

目指し、CO2削減とあわせて今後も更なる技術開発を進めていく

0 10 20 30CO2 削減量 %

排出ガスレベル

Bin10

almost ZEV

Euro5

技術目標

Bin5

PZEV

Euro6

技術のブレークスルー

ガソリン車の進化

ディーゼル車の進化

SULEV

ｸﾘｰﾝﾃﾞｨｰｾﾞﾙ(M9R)

Tier2Bin5

(欧州）

35

Emotion

Efficiency Emission

Emotion

Efficiency Emission

ｸﾘｰﾝﾃﾞｨｰｾﾞﾙｸﾘｰﾝﾃﾞｨｰｾﾞﾙ

36

Thank you

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