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クリーンディーゼル開発の要素技術動向
[コードNo.09NTS217]

■体裁/ B5判・448頁
■発行/ 2008年 11月 14日
(株)エヌ・ティー・エス
■定価/ 37,800円(税込価格)

エンジン燃焼技術から排出ガス低減、バイオディーゼル燃料開発に至るまでの要素技術開発の最新動向について研究者および企業開発担当者が幅広く執筆。ディーゼルエンジンの環境や健康への影響に関する研究、ならびに規制が今後強化される重機用ディーゼルエンジンの開発戦略やマーケティングまでもカバーした内容を盛り込み、ディーゼルエンジン開発に関するトータルな最新動向を網羅した一冊。

著者紹介
鈴木孝元・日野自動車(株)副社長
小川英之北海道大学大学院工学研究科エネルギー環境システム専攻教授
草鹿仁早稲田大学創造理工学部総合機械工学科教授
渡邉嘉清大同精密工業(株)生産技術部部長
廣瀬眞司ボッシュ(株)ディーゼルシステム事業部開発部門ゼネラルマネージャー
飯島晃良日本大学理工学部機械工学科助手
千田二郎同志社大学工学部機械システム工学科教授
辻村拓(独)産業技術総合研究所新燃料自動車技術研究センター
原真治いすゞ自動車(株)エンジン実験第一部シニアスタッフ
平沼智三菱ふそうトラック・バス(株)開発本部パワートレーン開発統括部主任
広田信也トヨタ自動車(株)第1パワートレーン先行開発部
鈴木重治トヨタ自動車(株)パワートレーン材料技術部
大河原誠治トヨタ自動車(株)パワートレーン材料技術部
本田俊哉ボッシュ(株)ディーゼルシステム事業部開発部門ゼネラルマネージャー
吉原福全立命館大学理工学部機械工学科教授
藤代芳伸(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門機能モジュール化研究グループ主任研究員
濱本孝一(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門機能モジュール化研究グループ研究員
淡野正信(独)産業技術総合研究所先進製造プロセス研究部門機能モジュール化研究グループグループ長
大野一茂イビデン(株)技術開発本部セラミック開発センター長
山根浩二滋賀県立大学工学部機械システム工学科教授
坂志朗京都大学大学院エネルギー科学研究科教授
松村正利サンケァフューエルス(株)取締役会長/筑波大学名誉教授
石井素(独)交通安全環境研究所環境研究領域主席研究員
山田宗慶東北大学大学院工学研究科応用化学専攻教授
小泉直人東北大学大学院工学研究科応用化学専攻助教
濱邊雄輔東北大学大学院工学研究科応用化学専攻
大聖泰弘早稲田大学大学院創造理工学研究科教授
高野裕久国立環境研究所環境健康研究領域領域長
押尾茂奥羽大学薬学部衛生化学研究室教授
武田健東京理科大学薬学部衛生化学研究室教授
高中公男(株)矢野経済研究所自動車部企画開発室長/上級研究員
糸山浩之日産自動車(株)パワートレイン開発本部主担
山根健ビー・エム・ダブリュー(株)エンジニアリングディビジョンゼネラルマネージャー
土屋孝幸日産ディーゼル工業(株)PT商品開発アドバンス・エンジニアリング担当グループリーダー
小宮山邦彦(株)小松製作所顧問
清水健一(独)産業技術総合研究所エネルギー研究技術部門客員研究員
石田明男元・三菱自動車工業(株)

詳細目次
序章ディーゼルエンジンのしくみとその技術開発の歴史
1しくみの概要
2ディーゼルエンジンの原点とその発展
第1章エンジン燃焼技術
1-1ディーゼルエンジン技術開発の最新動向と今後の展望
1はじめに
2今後の自動車用動力源に対する要求とディーゼルエンジン
3ディーゼル燃焼新技術
3.1排気再循環(EGR)
3.2コモンレール燃料噴射系
3.3過給技術とディーゼルエンジン
3.4ディーゼルエンジンにおける予混合圧縮着火燃焼の試み
3.5ディーゼル燃焼における予混合化の意義
4ディーゼル燃料の今後
5あとがき
1-2ディーゼル燃焼とシミュレーション解析
1序論
2ディーゼルエンジンのシミュレーション解析
2.1ディーゼル噴霧の発達過程
2.2ディーゼル燃焼におけるPM、NOX の生成過程概論
■ 着火過程
■ 排出ガス生成過程
2.3エンジン内の燃焼
1-3ターボチャージャー技術の開発
1ターボチャージャーの基本的な特性
1.1コンプレッサー
■ 形状
■ コンプレッサーの特性を決定する代表的な形状パラメータ
■ コンプレッサー性能マップの読み取り方
■ コンプレッサーの1 次選定と調整
1.2タービン
■ 定義とその形状
■ タービンマップの読み取り方
■ タービンの選定と性能改善
2クリーンディーゼル向けターボチャージャー技術
2.1要求と達成手段
■ 現在の要求
■ 達成の手段とポイント
2.2タービンの可変化と制御
■ 可変化の目的の変遷
■ 可変ターボチャージャー制御方法
■ 制御システム例
■ 排出ガス清浄化のための精密制御の必要性
■ 可変ターボチャージャー使用時の課題と対策
2.3可変ターボチャージャーのEGR への対応
■ EGR 還流方法
■ より高いEGR 率を実現する場合のターボチャージャーへの影響
■ 可変ターボチャージャーの信頼性上の留意点
2.4次世代型ターボチャージャー技術
■ 高回転+ 長寿命への技術
■ ワイドレンジ化(許容流量範囲の拡大)
■ 高温度運転と後処理への対応
2.5まとめ:ターボチャージャー最新技術の開発
1-4コモンレールシステムの開発
1はじめに
2排出ガス低減に向けて
3ジャーク式噴射システム
4コモンレールシステムとインジェクター
5高圧ポンプ
6ソフトウェアファンクション
6.1IQA (injector quantity adjustment)
6.2PWC (pressure wave compensation)
6.3パイロット噴射量の補正
6.4ラムダコントロール
7おわりに
1-5HCCI エンジンの燃焼と研究開発動向
1はじめに
2内燃機関の課題
2.1エンジンの熱効率向上
2.2有害排出ガスの低減
3HCCI 燃焼の利点と特徴
4HCCI の課題
4.1着火の誘発と制御
4.2高負荷側運転領域の拡大
4.3低負荷側運転領域の拡大
4.4HC・CO の排出量が多い
4.5触媒暖機性能の向上
4.6SI-HCCI、Diesel-HCCI モード切り替え制御
5HCCI の研究開発動向
5.1課題解決に向けた手法
■ 着火の誘発と制御
■ 高負荷側運転領域の拡大
■ 低負荷側運転領域の拡大
5.2HCCI エンジンシステムの例
■ ディーゼルベースのHCCI エンジン
■ ガソリンベースのHCCI エンジン
6おわりに
1-6水素ディーゼルエンジンの研究開発動向
1まえがき
2燃料としての水素の特性
3水素エンジンの研究開発動向
4直接噴射式水素ディーゼルエンジンの研究開発
4.1非定常水素噴流の混合気形成過程
4.2自着火・燃焼過程の解析
4.3DME―水素デュアルフューエル型ディーゼルエンジンの基礎的研究
5まとめ
第2章排出ガス後処理技術と触媒
2-1排出ガス後処理技術開発の最新動向と今後の展望
1はじめに
2PM 低減技術
3NOX 低減触媒
3.1尿素SCR
3.2NOX 吸蔵還元触媒
3.3コンバインドシステム
3.4その他のNOX 低減技術
4おわりに
2-2商用車用DPF の開発
1まえがき
2連続再生式DPF の基本特性
2.1各種DPF システムのPM 酸化速度
2.2実車におけるDPF の連続再生性能
2.3DPF の信頼性
3DPF システム
4強制再生手法
4.1試験装置と試験条件
4.2強制再生の考え方
4.3強制再生の試験結果
■ 触媒昇温制御(1st stage)
■ フィルター昇温制御(2nd stage)
5DPF システムのロバスト性向上
5.1渋滞走行、極低速モードへの対応
5.2さまざまな走行環境での昇温性能の確認
6強制再生システムに適した前段触媒の開発
6.1前段酸化触媒に求められる基本特性
■ 触媒調製
■ モデルガス試験による燃料燃焼性能調査
■ モデルガス試験によるNO2 生成性能調査
6.2実機試験結果
■ 強制再生時における昇温性能調査
■ 耐熱性調査
7まとめ
2-3PM、NOX 後処理技術の開発
1はじめに
2DPF システム
2.1NO2 による低温PM 酸化
2.2触媒担持DPF による低温PM 酸化
2.3燃料添加剤による低温PM 酸化
2.4DPF システムにおけるPM の強制焼却技術
3NOX 触媒システム
3.1吸蔵還元型NOX 触媒システム
3.2HC 選択還元型NOX 触媒システム
3.3尿素選択還元型NOX 触媒システム
4DPF システムとNOX 触媒システムの組み合わせ技術
4.1DPNR のメカニズム
5DPNR 触媒の概要
5.1DPNR 触媒基材
5.2DPNR 用吸蔵還元型NOX 触媒
6DPNR 空燃比制御技術
6.1排気系燃料噴射によるリッチ化技術の課題
6.2DPNR の硫黄被毒と回復制御
7S トラップDPNR
7.1S トラップDPNR の性能
8触媒構成の簡素化
2-4尿素SCR 噴射技術の開発
1はじめに
2尿素SCR システム
2.1SCR 触媒の還元反応
2.2SCR システムの構成
3SCR システムにおける最適化の取り組み
3.1シミュレーションを活用した排気管形状の最適化
3.2排気管形状最適化によるNOX の低減効果
3.3排ガス昇温の影響
4エンジンシステムと排ガス後処理システムの協調
5おわりに
2-5酸化触媒
1酸化触媒の種類
2自動車用酸化触媒
3ディーゼル用酸化触媒
2-6電気化学セラミックデバイスを用いるNOX・PM 低減技術の開発
1はじめに
2電気化学方式での排ガス浄化
3電気化学セラミックデバイスでの固体炭素の直接分解
4低温化技術
5おわりに
2-7ディーゼル自動車事業への展開を実現した多孔質体技術
1はじめに
2再結晶法によるSiC 多孔質体の作成法とその利用
3PM 再生とPM 再生量の最適化
4PM 再生と再結晶SiC-DPF の耐熱衝撃性
5再結晶SiC-DPF の耐疲労性
6再結晶SiC-DPF のPM ろ過効率
7触媒設計
8まとめ
第3章バイオディーゼル燃料製造技術
3-1バイオディーゼル燃料の製造とエンジン燃焼技術
1はじめに
2バイオディーゼルの製造方法
2.1触媒法
2.2無触媒法
3FAME 使用における排気低減技術
3.1DPF
3.2ディーゼル酸化触媒
3.3セタン価向上剤添加、噴射時期遅延と高圧燃料噴射
3.4EGR
4最新エンジン燃焼技術と燃料としての課題
3-2バイオディーゼル燃料製造技術の開発
1はじめに
2既存のバイオディーゼル燃料製造技術
3Saka 法によるバイオディーゼル燃料製造技術
4Saka-Dadan 法によるバイオディーゼル燃料製造技術
5超臨界酢酸メチル法によるバイオディーゼル燃料製造
6バイオディーゼル燃料の品質規格
3-3バイオディーゼルの大量生産とCO2 排出権
1バイオディーゼル燃料利用の背景
2BDF 先進国であるEU およびドイツの現状
3日本の現状と今後の市場
4大量生産の課題と対策
4.1大規模プランテーション構築に適した油糧植物の探索
4.2BDF 生産用油糧植物の新規育種
4.3軽油代替燃料および原料の多様化
5CO2 排出権の現状と展望
5.1EU における最近の取り組み
5.2国内の自主参加型排出量取引制度
5.3ポスト京都議定書の対策
6おわりに
3-4バイオディーゼル燃焼における排出ガス低減技術
1はじめに
2燃料性状の特徴
2.1試験用単気筒エンジンによる燃焼解析
■ 排出ガス特性
■ 燃焼特性
2.2試験用多気筒エンジンでの排出ガス改善
■ 試験用エンジン
■ 燃焼特性
■ 排出ガス特性
2.3RME 使用時の超低公害化の実現
3おわりに
3-5各種燃料(低イオウ系、天然ガス系、石炭系など)の開発動向
1はじめに
2軽油の製造と低硫黄化
2.1軽油の超深度脱硫
2.2超深度脱硫に伴う触媒活性劣化
2.3耐硫黄性貴金属触媒の開発
3他の石油留分からの軽油製造技術
3.1軽質循環油の水素化精製
3.2重油の軽質化
3.3コーキング
4石油以外の炭素資源からの軽油代替燃料の製造
4.1直接液化法
4.2間接液化法
■ FT 合成
■ DME 燃料
5おわりに
第4章ディーゼルエンジン排出物と環境・健康への影響
4-1ディーゼル車排出ガス規制の強化とその対策技術
1はじめに
2今後の排出ガス規制
3各種の排出ガス低減技術
3.1燃焼技術
■ ターボ過給と排気再循環(EGR)
■ 電子制御式高圧噴射システム
■ 新しい燃焼方式
3.2後処理技術
■ DPF システム
■ NOX 還元触媒システム
3.3微小粒子(ナノ粒子)の発生と対策
3.4今後のエンジンシステムの評価と制御
3.5燃料・潤滑油性状の改善
■ 軽油の低硫黄化
■ GTL、DME、バイオディーゼル
■ JCAP II とJATOP の活動
4スーパークリーンディーゼルの開発と将来の燃費改善技術
5おわりに
4-2ディーゼル車排出ガス、排気微粒子の呼吸器系、免疫系への影響
1はじめに――環境汚染物質と健康
2現代病の増加と環境汚染物質
3呼吸器系、免疫系に関連する疾患(アレルギー性気道炎症)の増加と環境因子
4自動車排ガス、浮遊粒子状物質、ディーゼル排気微粒子
5DEP の物理化学的特徴と健康影響
6DEP と気管支喘息の関連
7DE、DEP の成分と気管支喘息の関連
8DEP と花粉症、アレルギー性鼻炎の関連性
9DEP と呼吸器感染症の関連性
10おわりに
4-3ディーゼル排ガスの生殖器系・中枢神経系への影響
1はじめに
2雄性生殖系への影響
3中枢神経系への影響
4おわりに
第5章今後の市場ならびに技術開発の動向
5-1クリーンディーゼル自動車市場の将来展望
1はじめに
2ディーゼル復権の機会
3急務となった地球温暖化対策
4「規制」が水をさしたディーゼルの普及機会
5クリーンディーゼル乗用車の普及に向けた政府の対応
6クリーンディーゼル乗用車の普及に不可欠な官民連携の強化
7ディーゼル乗用車将来展望――ユーザー側からみた普及条件
5-2乗用車クリーンディーゼルシステムの開発
1日産自動車におけるCO2 低減への取り組み
2ディーゼルの市場地域ごとの排気規制と対応
3さらなるクリーン技術構築への取り組み
3.1エンジンアウトエミッション低減技術の開発
■ 燃焼技術
■ 制御技術
3.2テールパイプエミッションの低減
■ ディーゼルラムダ(空気過剰率)コントロール
■ 触媒活性促進への適用
■ HC/NOX トラップ
3.3システムシミュレーションの開発
4おわりに
5-3ビー・エム・ダブリューにおけるディーゼル開発戦略とは
1はじめに
2第1 世代ディーゼルエンジンの導入
3第2 世代ディーゼルエンジンの開発
4第3 世代ディーゼルエンジンの開発
4.14 気筒M47 型エンジン
4.26 気筒M57 型エンジン
4.3V 型8 気筒M67 型エンジン
52 ステージ過給ディーゼルエンジンの開発
5.1コンセプト研究
5.2システム評価
5.3BMW の2 ステージターボ過給システムの作動
5.42 ステージターボエンジンの性能
6新シリーズディーゼルエンジン
7まとめ
5-4キャパシタハイブリッド中型トラックの開発
1はじめに
2商用車のハイブリッド
3キャパシタの基本原理
4スーパーパワーキャパシタ
5車両の基本アーキテクチャー
6車両制御および性能
7今後の動向
8まとめ
5-5建設機械におけるディーゼルの排気ガス規制とその対応技術
1はじめに
2建設機械用ディーゼルの排気ガスの規制値動向
3Tier 3 までの対応技術
■ 電子制御エンジン
■ 高圧噴射システム
■ 空冷アフタクーラー
■ EGR
■ 建設機械固有の技術
4Tier 4 とその対応技術への展望
■ パティキュレートフィルターシステム
■ 燃料噴射系のさらなる高圧化
■ EGR 量の増大
■ 高過給化
■ 電子制御の高度化
■ SCR あるいはDeNOX 触媒
■ ラジエータ容量のさらなる大型化
5-6ディーゼル車以外における環境対応戦略
1はじめに
2自動車の置かれた環境と可能な対応方法
2.1自動車の環境・規制の推移と電気自動車関連プロジェクト
2.2自動車を取り巻く現在の環境と課題
3電動車両の役割
3.1電動車両の優位性
3.2LCA からみた課題
4各種EV の現状と課題
4.1電池駆動EV
4.2ハイブリッド車
4.3PHEV(プラグイン・ハイブリッド車)
4.4電池の利用法からみたあるべき姿
5燃料電池車の現状と課題
6天然ガス車の概要と課題
7ソフトの果たす役割
8まとめ
5-7環境負荷から環境浄化へ――天然ガスを併用するディーゼルエンジン
1大型トラックにおける低公害化の検討
1.1乗用車・小型トラックに適した低公害車
1.2大型トラックには不向きな低公害車技術
2大型トラック用燃料としての天然ガス
3CNG が併用できる大型トラック
3.1天然ガスエンジンの種類
3.2DDF エンジンの作動と燃焼
3.3DDF エンジンの概要
3.4DDF エンジンの排出ガス性能
3.5DDF エンジンの出力性能
3.6DDF エンジンのCO2 排出性能
3.7デュアル運転モードのDDF 大型トラック
4DDF 大型トラックによる脱石油・環境浄化

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