豪トヨタに判決で波紋!?　クリーンディーゼルの肝「DPF」の役割と販売の行方 今後どうなる？

ディーゼルエンジンの仕組みと「DPF」を解説!!

　ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べ圧縮比が2倍近く高いことにより、仕事率が高まる（入れた燃料に対しより多くの仕事ができる）ため、燃費がよいとされている。

　いっぽう、排出ガス中の有害物質の無害化は、ガソリンエンジンに比べ燃料や燃焼の仕方が違うことから、より手間が掛る。

　有害物質とは、一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）であり、ディーゼルエンジンでは、ほかに粒子状物質（PM）が加わる。PMとは、不完全燃焼による燃料の燃え滓で、象徴的なのが黒煙だ。

　DPFは、PMを除去する後処理装置である。エンジンから排出されたPMを触媒で捕獲し、保持し、大気中へ出さない仕組みだ。しかし、そのままPMを溜め込んでいたのでは、触媒が一杯になって、詰まってしまう。そこで、PMが溜まってくると燃やして処理する。これを、DPFの再生という。溜まったPMを燃やすことで、そのあとのPMを再び捕獲できるように戻すのだ。

　しかし、触媒のなかでどうやってPMを燃やすのか。燃やすときだけエンジンに供給する燃料を増やし、排気に混ざって出てくる燃料が触媒の高温で燃えるのを利用する。そもそもディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと違って点火プラグで軽油を燃焼させているわけではない。高い圧縮比により空気が高温になるのを利用し、自己着火させている。

　DPFが充分に高温であれば、そこに燃料があればPMは燃えるのだ。そして大気へ放出する。東京都のディーゼル車NO作戦以降の排出ガス規制により、黒煙が見えなくなった理由もそこにある。

　ただし、今回の件で、なぜ多量の白煙が排気として大気中へ排出されたのか、その理由はわからない。一般的に、白煙が出るというのは、粗悪燃料を使ったときか、あるいはエンジンオイルが燃料と一緒に燃えてしまったときではないのか。

　いずれにしても、警告灯の点灯についてはDPF再生における制御の問題があったのかもしれない。DPF自体に何らかの問題があったのだとすれば、部品交換することになり、制御ソフトウェアの書き換えと併せ、トヨタのサービスキャンペーンの対処となる。

　そもそもディーゼルエンジンは、高い圧縮比によって燃費がよく、過去には経済性のよさが重宝され、それが後年、二酸化炭素の排出量低減にも役立つとして、欧州をはじめ2000年以降に期待が高まり、上級車種にまで普及した。

　しかし、ガソリンエンジンと違い、高圧縮比による空気の温度上昇を利用して燃料の軽油を自己着火させ燃焼するという、ある種の自然の摂理を活用して燃やしているので、エンジン燃焼室内で燃料と空気の混合がよくないと、PMが発生する。また燃え切らない燃料はHCとなって排出されやすい。

　同時に、高い圧縮比によって空気を高温にして燃焼するので、大気中の窒素が酸素と結合することによるNOxの発生も増え、排出ガス処理にはいくつもの課題がある。

　ことに問題となるのが、PMとNOxの両方を低減しなければならない点だ。PMは、高温での燃焼により燃料の軽油が燃え尽きることが必要だ。もちろん、それでも残ったPMをDPFで処理する。しかし、できるだけPMを残さず燃焼させることが前提になる。

　いっぽう、高温での燃焼は、NOxの排出量を増大させる。したがって、NOxを減らすにはあまり高温で燃焼させない方がよい。つまり、PMとNOxの処理には真逆の要求が生じるのだ。

　従来は、排気再循環（EGR）を用い、燃焼温度を高くし過ぎない手法が採られた。これによりNOxの排出を減らすのだ。それでも排出されるNOx処理には、NOx触媒が使われた。そのうえで、PMはDPFでの処理に任せる。

　COとHCは、酸化触媒という後処理装置を使い、酸化させることにより、CO2やH2O（実際には水蒸気）に化学変化させ、無害化する。これが永年使われてきた。

　しかし、EGRは排気をエンジンの燃焼室へ戻す仕組みなので、そのガスに酸素はないので、外気を導入した空気と混ぜても燃料の燃焼には役立たない。つまり、燃焼室に空気と排出ガスの両方が混ざって充満しているところへ燃料を供給しても、外気分の酸素としか反応せず、燃えないことになる。つまり、出力は上がらないということだ。

　それでは、走りに醍醐味はなく、商用車では重い荷物を運べないことになる。そこで、ターボチャージャーという排気を利用した過給機を装備し、対応した。それでも、EGR分は燃焼には役立たず、単に燃焼温度を下げ、NOx排出量を減らすことに機能するだけだ。

　そこで開発されたのが、尿素SCR（選択触媒還元）と呼ばれるNOx処理装置だ。これにより、ディーゼルエンジンの排出ガス浄化の段取りがまったく変わった。

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