BMWのディーゼルエンジンについて 新5シリーズのG304気筒ディーゼルエンジンから排ガス浄化の方式が DPFからアドブルーに変わったようです。 DPFに何か問題でもあったのでしょうか？

Question

それともコスト？

Answer 1

エンジンはモジュラー設計へ変更されましたが、排ガス清浄化はDPFとクールドEGRという構成のままです。
尿素SCRはMercedesや商用車の多くが採用していますが、コスト増とAdBlueの定期補充が必要となります。
G30 523dのキャタライザー後段のDPFのイメージ図を添付しておきます。

(tourig1さんへ)

Answer 2

●回答
近い将来，排気規制が厳しくなるからです。

現在は，Euro6B/Cなので，まだ台上試験でOKです。今後は，RDE（Real Driving Emission）計測に変わります。つまり実際に外を走って計測し，その数値が規定値以内に収まる必要があるということです。

●現在の状況は？
現在のディーゼルエンジンは，EGR（エンジンの排気の一部を燃焼室に戻すこと）を使うことで，筒内温度を2000K（ケルビン）以下に下げ，NOx（窒素酸化物）の生成を抑制しています。しかし特に外気が5℃程度の低温条件では，EGRを使うと，燃焼が不安定になりやすく，失火の可能性もあることから，EGRの使用を抑制しています。このような条件でも排気規制をクリアさせるには，エンジン排出（アウト）NOx低減策では不十分であり，後処理装置によりNOxを還元させることが求められます。このためSCRが復活しています。

●SCRの復活とは？
ディーゼルエンジンのNOx後処理装置では，下記の2つがあります。

(1) SCR … 尿素水（AdBlue）を使い，排気管の中に噴射することで生成されるアンモニアを使って，NOxを還元します。AdBlueタンク，温度センサ，ポンプ，インジェクタなどが必要になるため，コストが高いのが欠点です。ただ排出NOx量が多くても対応できるため，大型の商用車は，ほとんどSCRを採用しています

(2) LNT … Lean NOx Trapといいます。これは排気触媒でNOxを一時的に吸着します。そして燃料噴射を時々，リッチにします。これにより未燃分に含まれるH2（水素）やCO（一酸化炭素）が吸着したNOxを還元します。燃費が5%程度悪化しますが，排気量が小さい車両では，触媒担持量が相応に少ないので，SCRにくらべるとコストが安くなります。このため大型の商用車での採用はなく，乗用車での採用が一般的でした。

さてコストから乗用車では，SCRからLNTへの移行がおこなわれていました。しかしVWの不正（＝リッチ噴射の停止による燃費改善）があったため，LNTからSCRへ戻そうという動きがおきました。また燃費規制がRDEになるので，LNTでは，対応できないことから，SCRへ移行が増えてきました。

●マツダのSCKYACTIV-Dでは？
SKY-Dの特徴は，エンジン排出（アウト）のNOx量が少ないことです。これは下記のメカニズムをつかっています。

(1) 擬似的な予混合時間の確保
低圧縮比なので，燃料噴射から着火までの時間がとれます。この期間に噴射した燃料粒の微細化と空気との混合をはかることができます。このような状況を「擬似的な予混合」といいます。ガソリンエンジンのような「予混合」では，燃料粒の霧化が含まれますが，そこまでは至りません。予混合が進むと，燃料粒径が小さいので，自着火時，大きな発熱源となりにくく，NOx発生が抑制されます。

(2) 大量EGR+大量新気
現在のディーゼルエンジンでは，NOx低減のため，燃焼温度を低下させる必要があります。このためには，EGRをいれて，燃焼温度さげます。EGRは排気なので，燃焼後の水（H2O）と二酸化炭素（CO2）が含まれます。これらは，燃焼前の酸素（O2）にくらべて，2原子分子→3原子分子になるため，比熱が大きくなります。大きい比熱のものが筒内にあれば，同じ熱量に対して温度上昇は小さくなります。これがEGRによる燃焼温度低下，そしてNOx低減の理由です。しかしEGRが増えると，燃料粒と酸素との遭遇確率が低下し，燃焼そのものが不安定になります。このため低回転域から働くターボ・チャージャーをつかい，低回転域から大量の新気（＝新しい空気）をいれて，酸素濃度を高めます。

これが現代のディーゼルエンジンの燃焼原理です。

●圧縮比14が最良か？
マツダ自身が2016年2月のコンファレンスで，将来は，ガソリンエンジンもディーゼルエンジンも圧縮比20～30を目指すと宣言しています。つまりマツダ自身が圧縮比14を，将来的にも最良とは考えていないということです。このコンファレンスに出ていない方が多いので，「14＝最良」という誤解が生まれています。

●ディーゼルエンジンの低圧縮比は？
14.0まで行かないまでも，低圧縮比からは進んでいます。たとえばダイムラーのOM654という最新エンジンでは，圧縮比15.5を実現しています（従来のOM651エンジンでは，圧縮比16.2）。圧縮比を下げることで，自着火条件にいれることが厳しくなります。具体的には，始動時，失火による白煙噴出がおきます。これを起こさないように，圧縮比を下げ，擬似的な予混合を実現するというのが，現在のディーゼルエンジンの方向です。ただ熱効率は悪化するため，冷却損失を低減する必要があり，ピストン頭頂部のキャビティ（へこみ）の周囲を段付きにして，燃焼気流がシリンダ壁に届きにくい工夫をいれています（マツダ，ダイムラーとも）。

●マツダのレベルは？
2012年にSKY-Dエンジンは国内投入されました。しかし世界一厳しい米国規制（Tier2Bin5）への適合ができず，やっと2017年に投入されそうです。つまりSKY-DでもTier2Bin5への適合はむずかしかったのです。
SKY-Dエンジンは，いろいろな実車計測でも良い成績をあげています。つまり従来の市販車の中では，飛び抜けて優秀なのです。しかしそれでも今後の排気規制動向を考えると，厳しそうです。そうなると，NOx後処理装置を付ける必要が出てきます。しかし元々の低圧縮比エンジンのコストが高い（優れたターボなどで）ので，それにNOx後処理装置を加えると，コスト競争力が出てきません。
これを見抜いていたのがドイツ勢で，わたくしの知人（ドイツOEM）も「圧縮比14は特殊解」とはっきり言います。

●排気後処理の構成
基本的に下記になります（SCR方式の場合）

酸化触媒（HCなどを除去） → DPF（微少なすすを捕集除去） → SCR（尿素水が高温でアンモニアになり，これがNOxを還元） → アンモニアスリップ触媒（余剰アンモニアを除去）

簡単ですが，ご参考になれば幸いです。

Answer 3

BMWもメルセデスも、
ディーゼル・エンジンの圧縮比を
14.9から下げる事が出来ていません。
＜14.0の圧縮比で爆発燃焼すれば、
燃焼効率もNoxとかPMの発生を極限まで下がる事は、
・・・・・・・・・・・・・・論理的に証明されています。＞


尿素SCRシステム 尿素SCRシステム
（にょうそSCRシステム）は排出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。
SCRは Selective Catalytic Reduction の略であり、
日本語では「選択（的）触媒還元」を意味する。

尿素SCRシステム - Wikipedia
https://ja.wikipedia.org/wiki/尿素SCRシステム

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＜＜DPFからアドブルーに変わったようです。
DPFに何か問題でもあったのでしょうか？＞＞

DPFで処理できるのは、
燃焼室でクリーンな燃焼をさせた時に有効。



＜マツダ＞は、<<圧縮比を14.0まで下げる>>事で、
<<爆発燃焼が完全燃焼に一番近い事を発見>>した。
ただ、ディーゼルエンジンの場合、その圧縮比で、
安定的に爆発燃焼を連続させる事が難しい。


その辺の事を解決できたのが、””SKYACTIV-D””
世界で唯一、触媒なしで、
排ガスの環境基準をクリアー出来たディーゼル・エンジン。


今年度からは、アノ厳しかった””北米の排ガス基準””も解決して、
新型CX-５で、販売を始めます。


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■■マツダと””NEDO””との共同研究が実を結んだのです。■■

・(⁰︻⁰) ☝・

■クリーンディーゼル↓ 詳細 ↓■

http://www.nedo.go.jp/hyoukabu/articles/201301mazda/index.html

http://www.nedo.go.jp/hyoukabu/articles/201301mazda/pdf/mazda.pdf

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参考に・・・・減税・免税・補助金・↓・・・・・
重量税・取得税⇒免税
車税⇒減税...補助金有り
一般社団法人・次世代自動車振興センター
http://www.cev-pc.or.jp/lp_crean/
クリーンエネルギー自動車↓↓
対象は⇒『EV』『PHV』『CDV』『FCV』の
４ジャンルです。
もう『HV』は対象から外れています。

補助対象最新車両・充電設備
CEV補助金対象 最新車両(CDV)
http://www.cev-pc.or.jp/newest/cdv.html



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Answer 4

ウィキで、ＳＣＲ触媒を検索してね。