排気ガス

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自動車の排気ガス

排気ガス(はいきガス、: exhaust gas)は、ガソリン軽油などの燃料エンジン燃焼したり、さまざまな化学反応を起こしたりしたことで生ずる気体で、大気中に放出されるものを指す。

自動車用語では排気 (exhaust)、または排ガス排出ガス(共にexhaust gas)とも言う。なお排気ガスの「気」と「ガス」は同義語で重複するが、これはexhaustを「排気」と訳しているためである。日本工業規格 (JIS D0108) では、ブローバイガス燃料蒸発ガスなどエンジンの燃焼に伴うもの以外を併せて、排出ガス (emission gas) と総称して区別している。

成分[編集]

有機化合物に由来する排出ガスは大部分が無害な二酸化炭素水蒸気であるが、微量成分として有害物質を含む。一酸化炭素 (CO)、炭化水素 (HC)、窒素酸化物 (NOx) あるいは粒子状物質 (PM) などである。

下記にその成分を記す。これらの排出量をある程度抑制することは可能だが、ガソリンエンジンディーゼルエンジン等「炭化水素を燃焼させる」エンジンを用いる限り完全に無くすことはできない。

一酸化炭素
有機化合物が酸化される際、酸素供給が不十分な不完全燃焼であると発生する。酸素供給が十分であれば二酸化炭素となるため、空燃比を高くし、燃焼室を高温高圧に保つことで抑制ができる。人体に対する毒性は極めて高い。
炭化水素 (HC)
ガソリン(C8H18など)が揮発したり、燃焼が不完全で燃焼できなかった混合気がそのまま排出されると発生する。太陽光の紫外線成分によって、光化学スモッグを引き起こす光化学オキシダントへと変化する。呼吸器などの粘膜への刺激、農作物への悪影響が見られる。圧縮比を高くする、燃焼温度を高く保ち長時間燃焼させることで抑制できる。また、ガソリンタンク等から揮発したガソリンも漏れるとこれに該当する。これは排気口から出るわけではないが、社会一般においては排出ガスの一部と見なされることが多い。
窒素酸化物 (NOx)
通常の燃焼では極微量しか発生しないが、高温・高圧状態になる燃焼室では窒素が酸化しやすく、発生量が増加する。燃焼効率向上のために圧縮比が平均的に高くなっている近年では排出量も無視できないレベルに達している。排出ガス全体のうち、自動車の排出ガスによる発生量が3割を占める。窒素酸化物には酸素の結合量によっていくつか種類があるため通常は酸素の数をxと表記し、各種の窒素酸化物をまとめて示している。微量の窒素酸化物は植物の生育に役立つが、濃度が高いと大気汚染、光化学スモッグ、酸性雨の原因となる。圧縮比や燃焼温度を低くすることで抑制できる。
粒子状物質 (PM)
マイクロメートル単位の粒子。大気中に浮遊しているものは浮遊粒子状物質 (SPM) と呼ばれており、粒径10μm以下のものと定義されている。特に粒径の小さい2.5μm以下のものは微小粒子状物質 (PM2.5) と呼ばれており、肺胞にまで達することから健康への影響も大きいと考えられている。
二酸化炭素 (CO2)
有機化合物の燃焼や生物の代謝によって発生する。低濃度の二酸化炭素は呼吸に必須であり有害ではないが、地球温暖化の原因物質であると考えられていることから抑制が進んでいる。他の有害物質の抑制は二酸化炭素の増加とほぼ等しく、両者を共に減らすには燃料の消費量を減らすしかない。対応策として電気モーターを併用するハイブリッドカーや高燃費のガソリン直噴エンジンが使用されている。
硫黄酸化物 (SOx)
硫黄の酸化物の総称。二酸化硫黄 (SO2) と三酸化硫黄 (SO3) を主に指す。十分精製されていない石油や低品位の石炭などは硫黄を含んでおり、これらの燃焼によって発生する。大気汚染や酸性雨の原因の一つ。減少してはいるが現在使われているガソリンにも硫黄が含まれ、微量のSOxが発生している。

なお、CO, HC, NOx の抑制方法は二律背反であるため、単一の方法では全てが低いレベルに収まることは無い。自動車用エンジンの場合、全ての排出量を抑えるには3つが比較的低いレベルに収まる空燃比(およそ14.7)で燃焼させ、三元触媒で処理を行うなどの方法がある。これらを基準値以下で成立させるにはキャブレターでは難しい面もあり、細かく燃料量を制御できる電子制御式燃料噴射装置 (FI) が適しているため、オートバイなどでもFI化が進んでいる。

関連項目[編集]