尿素SCRシステム

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尿素SCRシステム「FLENDS」を搭載したバス車両(ADG-RA273RBN・昭和自動車
「世界No.1クリーンディーゼル このバスの排気は世界一キレイです」のステッカー

尿素SCRシステム(にょうそSCRシステム)は排気ガス浄化技術の一つで、ディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化する技術である。SCRSelective Catalytic Reduction の略であり、日本語では「選択(的)触媒還元」を意味する(選択触媒還元脱硝装置も参照)。尿素以外の還元剤を使用する方法もあるが、尿素水を使用する方式が主流である。

尿素SCR触媒は、火力発電所などの排気ガス処理に利用されていたもので、自動車への実用化例はなかったが、日産ディーゼル工業(現:UDトラックス)が自動車用の尿素SCRシステム「FLENDS」(フレンズ:Final Low Emission New Diesel Sytem) を開発し、2004年に世界初の実用化に成功した[1][2]。翌2005年には自動車技術会技術開発賞を受賞している[1]

概要[編集]

日産ディーゼルの開発した「FLENDS」は、尿素SCRと高圧燃料噴射を組み合わせたものである。ディーゼル自動車排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)と粒子状物質(PM)は、燃焼温度を下げると NOx が減る代わりに PM が増え、逆に燃焼温度を上げると PM が減る代わりに NOx が増えるトレードオフの関係にあるが、「FLENDS」は燃焼温度を上げてPMを低減し、それによって増加したNOxを尿素SCRで除去するという仕組みである[1]

「FLENDS」は、SCR触媒や尿素水添加装置、解凍保温装置付きの尿素水タンク配管、尿素水の品質・水位センサーなど、構成部品にも世界初の技術が多数使用されたもので、その技術力が高く評価され、2005年に自動車技術会技術開発賞を受賞した[1]

当時、世界一厳しいと言われた平成17年排出ガス規制を、1年近く前倒しして適合したことで話題を集めた。「世界No.1クリーンディーゼル このバスの排気は世界一キレイです」と書かれたステッカーを、バス事業者によっては車体に掲出していることもある。

日産ディーゼルの「FLENDS」開発を受け、日本国内でも大型車メーカー各社が尿素SCRシステムを導入した。国内で生産される大型車に関しては、2010年までに全てのメーカーが尿素SCRとディーゼル微粒子捕集フィルター(DPF)との併用式を採用しており、排出ガス浄化システムのトレンドとなった(「FLENDS」の供給を受けた三菱ふそうトラック・バスを除いた各社は平成17年排出ガス規制をDPFのみでクリアしたがそれは先述のトレードオフの関係を逆にした、燃焼温度を下げてNOxを減らしそれによって増えたPMをDPFで除去する方式であった。)。併用式にすることであえて燃焼温度を調整することなく温度に応じて排出された物質をそれぞれの装置で処理することが可能になった。

また欧州の自動車メーカーでも同様に、トラック・バスなどの大型商用車で採用されており、ディーゼル乗用車向けにもドイツ車を中心に採用が進んでいる。

なお、尿素SCRシステム専用の高品位尿素水には「AdBlue」(アドブルー)の登録商標が付けられている[3]が日本やヨーロッパ以外ではディーゼルエグゾーストフルード(Diesel exhaust fluid、DEF)と呼ばれることが多い。

システムの原理[編集]

原理としては、アンモニア(NH3)が窒素酸化物(NOx)と化学反応することで、窒素(N2)と(H2O)に還元されることを応用したもので、火力発電所や船舶排気ガス処理システムにヒントを得ている。

ただしアンモニアを車両に積むのは危険なため、尿素水をタンクに入れて搭載し、これを排気中に噴射することにより高温下で加水分解させアンモニアガスを得る。

このアンモニアによりNOxを還元し、N2(窒素ガス)とH2O(水蒸気)を得る。

NOx削減原理[編集]

 (AdBlueの力で尿素からアンモニアを生成)

 (一酸化窒素の還元)

 (二酸化窒素の還元)

UD・FLENDS(フレンズ)システム[編集]

「FLENDS」は「Final Low Emission New Diesel System」の略で、日産ディーゼル工業(現・UDトラックス)が世界で初めて、トラックバス用として実用化に成功した。

尿素SCR触媒、高圧燃料噴射システム(ユニットインジェクター式・コモンレール式)、高精度クールドEGRを組み合わせたディーゼルエンジン用排出ガス浄化システムである。PMとNOxの大幅削減を達成し、排出するCO2を削減した。

なお本稿で述べる「FLENDS」とは、超高圧燃料噴射システム(GE13系ユニットインジェクターMD92系コモンレール式燃料噴射装置)と本装置を組み合わせたもので、誤解されがちであるが、触媒装置単体の呼称ではない。

  • コモンレール式燃料噴射システム - 噴射前の燃料を各気筒共通の蓄圧器(コモンレール)で高圧に保ち、噴射燃料の高圧細微化によってPMを抑制し、噴射時期・噴射回数・噴射量をECUで制御することでNOxの発生を抑えるシステム。
  • 高精度クールドEGR - 排出ガスの一部を燃焼室に再循環させるシステム。
  • AdBlue(アドブルー)- ドイツ自動車工業会の登録商標。尿素SCRシステム専用の高品位尿素水。尿素32.5%の水溶液である。日産化学工業日本化成三井化学新日本化成などの化学メーカーが製造する。トラックステーション、日本国内の大型トラックを扱うディーラー(全社)、AdBlue販売元拠点や大型トラック対応スタンドで補充が可能である。

歴史[編集]

各社の導入状況[編集]

国内メーカー[編集]

「FLENDS」を搭載した日産ディーゼルの車両(ADG-RA273MAN・神奈川中央交通
日産ディーゼル(UDトラックス)
「FLENDS」を自社製の大型トラック・クオン、大型バス(スペースアロースペースランナーRA)に搭載。
また、三菱ふそうトラック・バスにもこの技術を供給することで同社と合意し、2007年に大型トラックのスーパーグレート、大型バスのエアロスターエアロクィーンなどに導入した。
第40回東京モーターショーにおいて、DPF触媒を併用した、次世代型の尿素SCRシステムを出品した。
2010年、クオンのマイナーチェンジ時に併用式システムを導入。同年バスにおいても併用式システムに移行したがこちらは後述の「BlueTec」であるためUDのものとは異なる。
同2010年、中型トラック・コンドルのフルモデルチェンジ時に、中型車でもクラス初のシステム導入を行なった。
UD・ふそう両社のAdBlue補給可能箇所を合計するとと全国で1,500箇所に上る[4]が、下述するようにさらに追随するメーカーが増えたこと、またそれによるシステム自体の普及によりAdBlueを補給可能な給油所も増えたことで補給可能箇所は大幅に増加している。
メルセデス・ベンツの「BlueTec5」装備車に取り付けられているエンブレム(神奈川中央交通)
三菱ふそうトラック・バス
当初は独自に開発を進めていたが、リコール問題で中止。その後、日産ディーゼルの「FLENDS」の供給を受けることで合意した。
2010年より、ダイムラーグループのメルセデス・ベンツと同じ「BlueTec(ブルーテック) 」を導入した。同年に発売されたスーパーグレートと大型バス(2011年までUDにも供給)に搭載された。これも併用式システムを採用している。
同2010年、小型トラックのキャンターのフルモデルチェンジに合わせ、「BlueTec」を導入。
2011年、中型トラックのファイターマイクロバスローザ、中型バスのエアロミディMKのマイナーチェンジに合わせて、それぞれ導入された。
日野自動車
2010年、独自のクリーンディーゼルシステム「AIR LOOP(エアループ)」を開発し、尿素SCRとDPRの併用式も採用される[5]
同年4月に発売された、大型トラックのプロフィアに搭載。その後、中型トラックのレンジャーにも搭載した。
同2010年6月15日、「AIR LOOP」がブルーリボンシティハイブリッド(LJG-HU8JMGP)に搭載され、ポスト新長期規制に適合[6]
同2010年7月、「AIR LOOP」が大型バスのセレガと、セレガとの統合モデルであるいすゞ・ガーラ(いずれも12m車のみ)にも搭載された。
2011年、「AIR LOOP」をセレガハイブリッドに搭載し、ポスト新長期規制に適合[7]
2017年7月、尿素SCRとDPRを併用したシステムが、中型バスのメルファと、メルファとの統合モデルであるいすゞ・ガーラミオにも搭載された。また同年12月には、小型バスのポンチョにも同様のシステムが搭載された。
いすゞ自動車
いすゞ自動車は、第36回東京モーターショーに尿素SCRシステム搭載車を参考出品したが、尿素水の供給インフラの整備が充分でないため時期尚早と判断。
第40回東京モーターショーに、尿素水噴射に圧縮空気を必要としない次世代の尿素SCRシステムを出品。
2010年5月、DPF触媒と尿素SCRの併用式によるシステムを導入し、大型バスのギガ、中型トラックのフォワードのマイナーチェンジ時に搭載(フォワードは一部車種のみ)。これにより、日本国内の大型商用車メーカーが全て尿素SCRシステムの導入を完了したことになる。
同2010年8月、大型バスのエルガと、エルガとの統合モデルである日野・ブルーリボンIIにもギガ・フォワードと同じシステムが搭載された。
2017年8月、中型バスのエルガミオと、エルガミオとの統合モデルである日野・レインボーにも搭載された。
乗用車
マツダは、2009年後半から欧州市場で発売されるCX-7のディーゼル仕様に、尿素SCRシステムを搭載した[8]。しかし、独自技術によりこのシステムを不要としたクリーンディーゼル「SKYACTIV-D」(2012年発売のCX-5から搭載)を開発したため、以降は採用を止めている。
トヨタ自動車は、2015年に登場したGD型エンジンに、尿素SCRシステムを導入している。
本田技研工業は、触媒中でアンモニアを生成することで尿素水溶液の補給がいらない、まったく新しいNOx触媒を開発。試作車を実験走行させている。[要出典]

外国メーカー[編集]

メルセデス・ベンツ
「BlueTec」(ブルーテック)の名称で展開。三菱ふそうも同様のシステムを導入した。
2006年に北米で発売された「メルセデスベンツ・E320 CDI」」は「ブルーテック」を名乗るものの、大市場であるカリフォルニア州ニューヨーク州を始めとする5州の排出ガス規制をクリア出来ず、それらの州での販売は不可能となっている。
日本国内においては、乗用車で2010年2月に3リッターディーゼルエンジンを搭載した「E350 ブルーテック アヴァンギャルド」(セダン・ステーションワゴン)を発売している。2016年には2.2リッターエンジンの「V220 d」も発売されている。
商用車では、2007年以降に日本にも輸入されている連節バスシターロGが、ユーロ5対応の「ブルーテック5」を装備している。
ヒュンダイ
日本に輸出される大型バス・ユニバースの2011年モデルより、DPF+SCRの併用式を採用することでポスト新長期規制をクリアしている。
その他
プジョーシトロエンDS Automobilesは、2013年9月から「BlueHDi」の名称で展開[9]。日本国内では2016年7月にプジョー・シトロエン・DS Automobilesの各ブランドで[10][11]発売を開始した。
フォルクスワーゲンは2015年、排ガス規制の不正ソフトウェアを指摘されたため、今後は全てのディーゼル車種に尿素SCRシステムを取り付けることを表明した[12]

長所と短所[編集]

長所[編集]

  • このシステム自体による燃費の悪化要因が少ない。排ガス対策にNOx吸蔵還元触媒を利用する方式の場合は、NOx吸蔵還元触媒の再生のために追加の燃料噴射(ポスト噴射と呼ばれる)を行うため、燃費の悪化や軽油によるエンジンオイルの希釈(潤滑・清浄性能の低下)が問題になるが、尿素SCRシステムだけの場合は、そのような問題は発生しない。
  • 燃費の悪化要因が少ないため、燃料コストと尿素水のコストを合算しても、従来型車と比較してランニングコストの上昇はほとんどないか同等である。
  • NOx吸蔵還元触媒と比較して、排気温度が低い状態からでも浄化能力があり、耐久性も高い。
  • 白金などの貴金属を使わなくてすむため、尿素SCR単体なら低コスト化が図れる。複合式であれば、浄化能力をそれぞれの単体式よりも向上できる。

短所[編集]

  • 実走行において規制値を大幅に超えるNOxを排出することがある[13]
  • 尿素水タンクおよび噴射システムに加え、システムの前後段に酸化触媒を装着する必要があり、重量増により積載量が減少する。
  • 尿素と排ガスの燃焼生成物によりインジェクター(噴射ノズル)詰まりを起こすことがあるため、定期的に清掃が必要となる。
  • アンモニアが排出される危険があるので、排気漏洩防止装置の取り付けが必要。
  • メーカー指定以外の尿素水を入れた場合、NOx浄化率の低下、フィルターの目詰まり、尿素水が凍結した際にウォーニングランプが点灯するなどのトラブルが発生することがある[14]
  • 尿素水切れを起こすとエンジンの再始動ができなくなる[15]
  • 乗用車に使用する場合は大型車と違い、尿素噴射に圧縮空気が使えない、また小型乗用車では尿素タンクや追加される触媒の取り付けスペースの確保が困難である。
  • 排気温度が低いと触媒作用が弱く、動作を停止することがある。低温の浄化作用については他の触媒でも同様の問題を抱える。低温でも効果を発揮するように改良が進められている。
  • 尿素水の補充が持続的に必要な為、運転者の負担となる。
  • 尿素水を切らし、システムが破損した場合、修理費用が高くつく事がある。100万円ほどかかる事例もある。
  • システム自体に塗装や油脂類の塗布を行うことは厳禁となっている。これらを行った場合、耐久性の低下、機能不良を引き起こしたり、故障の原因となる[16]
  • 尿素水を誤ってボディや他の部品にこぼした際、これらの損傷の原因となる。個人ユーザーの場合、トヨタ自動車のように販売店にて尿素水を補充するように推奨しているメーカーもある[15]

脚注[編集]

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  1. ^ a b c d 日本の自動車技術330選 尿素SCRシステム(FLENDS) 公益社団法人 自動車技術会
  2. ^ 日産ディーゼル工業/平成17年(新長期)排出ガス規制対応技術「FLENDS」実用化 2004年10月11日、物流ニュース LNEWS
  3. ^ 日産ディーゼル、世界的範囲での「AdBlue(アドブルー)」の 商標使用許諾契約をドイツ自動車工業会と締結 2007年8月24日、日産ディーゼル工業(現:UDトラックス)ニュースリリース
  4. ^ http://response.jp/issue/2007/0813/article97768_1.html
  5. ^ 日野自動車「自動車技術展 人とくるまのテクノロジー展2010」に先進のクリーンディーゼルシステム「AIR LOOP」、先進安全テクノロジーなどを出展 2010年05月14日、日野自動車ニュースリリース
  6. ^ 日野自動車、大型路線バス「日野ブルーリボンシティ ハイブリッド」を改良し平成21年(ポスト新長期)排出ガス規制に適合させ新発売 2010年6月15日、日野自動車ニュースリリース
  7. ^ 日野自動車、大型観光バス「日野セレガ ハイブリッド」を改良し平成21年(ポスト新長期)排出ガス規制に適合させ新発売 2011年10月04日、日野自動車ニュースリリース
  8. ^ http://www.mazda.co.jp/corporate/publicity/release/2009/200903/090316a.html
  9. ^ シトロエン、クリーンディーゼル搭載の「C4 FEEL BlueHDi」を発売 - プジョー・シトロエン・ジャポン 2016年7月12日
  10. ^ プジョー、クリーンディーゼルモデル「BlueHDi」を発売 - プジョー・シトロエン・ジャポン 2016年7月12日
  11. ^ クリーンディーゼルを搭載した「DS 4 BlueHDi」「DS 4 CROSSBACK BlueHDi」を発売 - プジョー・シトロエン・ジャポン 2016年7月12日
  12. ^ VWがディーゼルの環境対策を変更へ…尿素を使用 2015年10月15日、ヤフーニュース レスポンス
  13. ^ NOx:「浄化」後も高濃度 装置劣化?ディーゼル大型車6万台」毎日新聞2012年11月26日東京夕刊
  14. ^ DPF(黒煙除去フィルタ)など後処理装置付き車の正しい使用のお願い国土交通省、いすゞ自動車、日野自動車、三菱ふそうトラック・バス、UDトラックス、全日本トラック協会
  15. ^ a b ハイラックスについてのご質問 AdBlue(アドブルー)=尿素水について教えて。トヨタ自動車
  16. ^ 尿素SCRシステムへの塗装及び油脂類塗布禁止について日野自動車

関連項目[編集]

外部リンク[編集]