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バイオディーゼル燃料によるディーゼル乗用車NOx・PM規制適合へのチャレンジ

１．始めに

94年式フォルクスワーゲン・ゴルフディーゼル乗用車にてDPF（Diesel Perticulate Filter）等の特別な改造なしに使用過程車として平成14年度NOx・PM規制をクリアすることができましたので紹介いたします。

２．ゴルフ３ディーゼルとの出会い

'94年式VW Golf3 CL Diesel

94年末にゴルフ３のカタログを見ていて、ディーゼル仕様に酸化触媒がついていることを知ったのが事の始まりでした。当時、ディーゼルエンジン車に触媒を搭載している車は国内外をみてもフォルクスワーゲン・ゴルフディーゼル以外存在せず、低温の排気ガスでも作動する触媒を開発したフォルクスワーゲンの技術力はすごいと思いました。エンジンの圧縮比が22.5と通常のガソリンエンジンの圧縮比10.0よりも倍以上高いディーゼルエンジンの場合は断熱膨張によって排気ガス温度が下がってしまい、触媒がうまく排気ガスの高温で作動しないためです。

また、通常ディーゼル車の車両価格はガソリン車よりも高いのが一般的でしたがゴルフの場合はガソリン車よりもディーゼル車を選択したほうが安かったため、初めてカタログを見てから１週間後に安いほうのディーゼル車が届きました。

３．バイオディーゼル燃料使用のための車検証記載事項変更

テレビ・雑誌等で天ぷら油などの廃食用油から軽油（ディーゼル）代替燃料を作り、使用できることを知りました。2001年12月に３回目ユーザー車検をするついでにバイオディーゼル燃料を合法的に使用できるよう、11月に陸運支局にて車検証の備考欄に「廃食用油燃料併用」と記載変更を行いましたが、このとき大阪では初めての申請と聞いています。

申請はしたものの、大阪ではバイオディーゼル燃料の入手先が当時不明のため、相変わらず従来からの軽油を使用していました。

４．ディーゼル排気ガス規制とバイオディーゼル燃料の検討

海外出張の多い時期でしたので、ディーゼル排気ガス規制の実施について知ったのは帰国後の2002年11月になってからでした。さっそく陸運支局に出向いて規制内容と自分の車の有効期限が2005年12月初めまでであることを確認しました。規制解除のためにはかなり費用がかりますが個別に排気ガス検査を公的機関で実施し、規制値をクリアした上で測定データとともに車検証の記載事項を変更する必要があると回答をもらうことができました。

つぎにどうすれば規制値をクリアできるか検討を始めました。ゴルフ３ディーゼルを観察したところ、新車時は排気ガスがきれいであった我が車も８年以上乗り続けていると排気ガスから黒煙がでて、マフラーの下側は錆びていました。マフラー全体が錆びているのではなく、楕円形のマフラーの下面のみ腐食がみられました。このマフラーの腐食位置より、燃料に含まれる硫黄分が燃焼して亜硫酸ガス化し、排気ガス中の水分に吸収されてマフラーの底辺に集まって腐食させたことが考えられました。

この硫黄分は酸化硫黄として排気ガス中のPM（Paticulate Matter）成分にもなることより、燃料中の硫黄分をいかに減らすかがポイントでした。東京都内では低硫黄軽油の供給はすでに始まっていましたが、京阪神方面では2003年４月以降にならないと入手することができません。低硫黄軽油が入手できる2003年４月まで硫黄分が少ない代替燃料としてバイオディーゼル燃料を利用することとし、バイオディーゼル燃料関係の会社を手当たり次第インターネットで調べた結果、一般ユーザーにもバイオディーゼル燃料を販売しているところが全国で３カ所(東京都墨田区、長野県庁前、滋賀県)あることがわかりました。

次に、フォルクスワーゲン・ゴルフ３の94年式〜95年式はバイオディーゼル燃料に対応するためには燃料パイプやシールなどの部品を交換すべきとフォルクスワーゲンの環境レポート96年度版およびジャーニー・トゥ・フォーエバー「バイオディーゼル燃料を使うときの確認事項」より事前に情報を得ていましたので、バイオディーゼル燃料変換キットを入手しようと試みましたが日本ではディーラ経由で輸入したことがなく、VW AGでの対応も遅くて要領を得ないため、ディーラーに事情を話して協力いただき、97年式モデルと94年式モデルの燃料配管系統の部品表比較をおこなってもらい、腐食したマフラー、浄化作用が低下した酸化触媒とともに燃料配管系統部品を準備してもらいました。

94年式VW Golf 3 Diesel エンジンまわり　燃料配管系はバイオディーゼル燃料対応のため97年式モデルの部品に全て交換済み

一部の部品が日本国内に在庫もなく、ドイツから輸入するのに１カ月以上もかかり、部品交換が可能なめどがついたのは３月２日でした。

５．バイオディーゼル燃料使用開始

バイオディーゼル燃料対応のための部品交換作業のための車入庫を３月２日夕方とディーラーに指定し、当日は早朝からバイオディーゼル燃料を初めて給油するために琵琶湖周辺を走って残存燃料をほぼ使い切ってからバイオディーゼル燃料を滋賀県の油藤商事さんで満タンにしました。

６．マフラー・酸化触媒・燃料配管系の交換

給油後、大阪まで戻ってすぐにディーラーに車を持ち込み、予め準備をしていた純正の酸化触媒、マフラー、燃料噴射ポンプのパッキン交換作業を開始しました。

２週間後、ディーラーから車の部品交換が済んだとの連絡を受けました。

当日はあいにく朝から雨でしたが車をとりにいきました。しかし、なんだか変！　満タンにしたはずの燃料メーターが3/4になっている。おかしい！　車から降りて雨で濡れている路面を見ると車の走ったあとに沿って油膜が張っている。車の下に落ちている油をさわってみると透明！

すぐにディーラーに引き返して確認してもらうと、燃料噴射ポンプから先のゴム製パイプがぬるぬるしていて、ふわふわに膨潤し、ノズル取りつけ部から燃料がもれていました。この時点で、ゴム製パッキンは交換されたがゴム製燃料パイプ関係は交換されていないことが発覚。

燃料噴射ポンプと燃料の漏れた燃料リターンパイプ(ゴム製)

床下の酸化触媒(フォルクスワーゲン純正)

７．排気ガス検査の受験準備

部品交換期間中に公的機関で排気ガス検査を行う準備を進めていました。

自動車NOx・PM法の規制について事前に陸運支局に問い合わせた際、

1. 自動車メーカーの届け出値が規制値を下回っていれば規制の対象外。
2. 公的な検査機関で排気ガスの検査を受けてそのデータが規制値を下回っていれば新規登録はもちろん、継続車検も可能、との回答を得ています。
   

この公的な検査機関について陸運支局から以下２協会を紹介してもらいました。
日本車輌検査協会(VIA)　本部代表　Tel03-5902-3455
http://jvia.or.jp/

日本自動車輸送技術協会(JATA)　
NOx・PM測定の窓口は業務部　Tel03-3556-2163
http://www.ataj.or.jp/

それぞれ東京以外に名古屋、京都、堺に支所がありますが、PMも測定できる装置があるのは当時東京都内の事業所だけで、各協会で１カ所ずつしかありませんでした。私の場合は各協会で測定費用を見積もってもらい、少しでも検査費用の安いJATAの昭島研究室に依頼しました。電話で試験場の空き具合を確認し、受験日を２週間後の３月25日に決めました。

今回のNOx・PM測定前の準備はかなり周到に準備したつもりでしたが、バイオディーゼル燃料使用開始後の燃料漏れ等のトラブルに巻き込まれ、ディラーから車を受けとってからの確認期間が半日しかなく、エアフィルター清掃、エンジンオイル交換、アイドリング回転数調整くらいしか準備できない状態で受験に臨むことになりました。

８．テストドライブと１回目のNOx・PM測定

３月24(月)・25(火)の２日間に休暇をとり、大阪から八王子までバイオディーゼル燃料でテストドライブしながらJATAの昭島の試験場に向かいました。

八王子までバイオディーゼル燃料でちょっと飛ばし気味で500km高速走行しましたが、渦流式１．９Ｌターボディーゼルエンジンで燃費21.0km/Lを記録することができました。走行途中からエンジン音がかわり、アクセルを踏み込むとスピードに乗っていくのがよくわかり、ドライブするのが楽しくなってきます。

日が暮れてから八王子市内の渋滞する中で後続車のライトをルームミラーで観察しましたが、軽油使用時にルームミラーで見えていた黒煙はバイオディーゼル使用時には見えませんでした。

３月25日の試験当日の朝、事前にガソリンスタンドに立ち寄り、残ったバイオディーゼル燃料をオイルチェンジャーを使って抜き取り、NOx・PM測定試験条件として陸運支局から指示された低硫黄軽油に換え、8:30amに朝一番で昭島研究所に入りました。

事務所で受験手続きをした後、受験車両の車体番号・エンジン番号の確認を行い、車体をリフトアップして給排気系の確認を進めます。ゴルフ３ディーゼルの場合、排気ガス対策としてEGR(Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環装置)、酸化触媒、ターボチャージャーが最初から装着されていたので申請書どうりかの確認を行いました。

ところが、いざ排気ガス試験室に車を持ち込みますとシャーシダイナモテスターのテスト用ローラーがスチール製で、牽引用フックを利用してケーブルで固定されたゴルフ３ディ−ゼルに等価慣性重量1,240kgもの加減速が全て前輪に集中する過激な条件のため(通常のブレーキングは前後のブレーキが負担するが、テストではFF駆動のため前輪のみ)テスト後はタイヤが少しローラーで削られているように見えました。

測定結果
　NOx　0.37g/km(規制値0.48g/km)--規制値内
　PM　0.059g/km(規制値0.055g/km)--規制値クリアまであと一歩

今回、前輪タイヤの減りぐあいまで注意していなかったため、多少スリップが発生していたのでしょう。次回から駆動輪は新品に近いタイヤにすべきだと反省しきりです。タイヤに注意を払っていたらPMは規格値内に入っていたかもしれません。

なお、昭島実験室でディーゼル乗用車のNOx・PMを測定するのは今回が初めてとのことでした。一般に排気ガスの黒煙が見えるくらいのものは測定用のフィルターがつまり、PM測定どころではないそうです。

八王子からの帰りは試験用に給油した低硫黄軽油だけで走りましたが、彦根から一般道路を走って後続車からのヘッドライトをルームミラーで観察すると、バイオディーゼルと同じように黒煙がまったく確認できません。

今回のテストドライブとNOx・PM測定結果より、８年以上使用しているディーゼル車でも排気ガス浄化性能において初期性能を取り戻せることが確認できました。今後燃料に含まれる硫黄分をできるだけ減らして酸化触媒とマフラーの劣化を防止する目的で、低硫黄軽油(S-50ppm軽油)よりもさらに硫黄含有量の少ない（ほとんどゼロの）バイオディーゼル燃料を使用し続けることにしました。

９．PM低減のための検討

NOx・PM規制値にわずか届きませんでしたが、かえって再挑戦への意欲がわきました。調べていくうちにDPF（Diesel Particulate Filter)のPM除去効果を実車で見せていただける機会がありました。SiC(炭化珪素)のDPFで白い布を排気管につけてエンジンをふかしてもすすがまったく残らないのですね。試しにDPFなしの自分のゴルフ３ディーゼルで同じようにやってみるとススが少しつきます。

腐食のため新品に交換したマフラー。右は燃料タンク。 新たに乗用車にDPFを取りつけるには最低地上高、燃料タンク配置の点から現状実施はむり。

現在市販されていますDPFはトラック、バス、特殊作業車用途がほとんど。中大型ディーゼル車用のためサイズが大きく、ディーゼル乗用車に搭載するのはスペース的にかなり難しく、ボディーを切り取る等の加工をしないと搭載できない。ディーラーにボディー加工について相談したところ、加工する箇所がボディー剛性に影響を与える恐れがあり、ディーラーとして保証することができないとの判断でした。そのためDPFを搭載することは乗用車のPM低減対策候補から外し、スペース的に余裕がない排気系ではなく、NOx・PM値に影響するEGRのオーバーホールを行い、数値的に余裕があるNOxを上げてPMをさげるためにEGR量の調整を行いました。

ジャーニー・トゥ・フォーエバーのウェッブサイトにバイオディーゼル燃料使用時の確認事項として燃料噴射タイミングを2〜3度遅らせるとNOx値を低下させることができると読んだことがありますが、今回の調整ではNOx値を上げるのが目的でしたので燃料噴射タイミングは変更しませんでした。

他に、タイヤの転がり抵抗を減らして排出ガス量を減らすとともに、輪圧荷重を少しでもあげてシャーシダイナモテスターのローラー上のスリップを下げる目的で標準タイヤ185/60R14から細めの175/65R14に交換しました。

ボンネット内のEGR（フォルクスワーゲン純正）

１０．２度目のNOx・PM測定チャレンジ

お金をかけずに考えつくあらゆる実行可能なPM対策を進めてきましたが、再度JATAの昭島研究室にてD10・15モードでのNOx・PM試験の受験が５月20日(火)にできることになりました。

５月19日(月)の夜7時に仕事が終わってから滋賀県にある会社から直接受験のため八王子に向かいました。バイオディーゼル燃料で走って行ったのは当然ですが、途中高速道路のサービスエリアで仮眠をとりながら夜中運転して朝７時に無事八王子についた時はほっとしました。試験場に入る前に前回と同じように低硫黄軽油を排気ガス試験用に給油し、牽引用フックを取りつけてすぐに試験開始できるようにしました。

試験開始前に前回の状況と違う点を聞かれましたが、EGR調整と使用タイヤの変更については改造にはあたらず調整範囲ということで納得してもらいました。

測定チャンスは１回しかないため、測定が始まったら緊張のためか用意された椅子に座って見ている余裕がなく、車の後ろから試験状況に見入っていました。他の人が見ていたら飼育カゴの中の二十日鼠みたいにあちこちウロウロしていて、さぞやおかしかったでしょうね。

シャーシダイナモテストが終わり、隣の測定室で排気ガスの分析をしている時でした。いつも厳しい表情で測定している係員が４人集まってにこにこしていました。測定データを指さし説明している人や腕をくんでうなずいている人…ひょっとして規制値をクリアしたのかな。立ち入り禁止の測定室から係員が出てきて、
　係員：「今日の測定は終了しました。帰っていいです。」
　すかさず和田：「あの〜、結果はどうでした？」
　係員：「再度明日測定し、正式な文章で報告いたします。」
ということで、翌日夕方に宅急便で測定結果と自動車排出ガス試験結果証明書が届けられました。

測定結果
　NOx　0.332g/km(規制値0.48g/km)--規制値クリア!!!
　PM　0.051g/km(規制値0.055g/km)--規制値クリア!!!

94年式フォルクスワーゲン　ゴルフ３ディーゼルがついにNOx・ＰＭ法規制値をクリアしました！　改造なしのノーマルなコンディションでの規制値クリアです。

ディーゼル自動車排出ガス試験結果成績表。NOxとPMの測定値に注目！（クリックして拡大）

（財）日本自動車輸送技術協会発行の自動車排出ガス試験結果証明書

１1．車検証の記載事項変更

５月26日(月)に陸運支局で車検証記載事項の変更を行いました。

DPF等の対策部品装着による改造ではなくノーマルな状態での車種別規制の車検証記載事項変更は陸運支局でも初めてなケースで想定していなかったので本庁との確認と事務手続きにかなり時間がかかりました。

必要な書類は以下４点です。費用は35円のみ。

• 第一号様式---35円
• 手数料納付書(提出のみで費用は無料)
• 自動車検査票記載事項変更
• 排気ガス検査証明書(測定値記載)

現車を確認していただき、新しい車検証を発行してもらいました。車検証の備考欄には以下の記述が記載され、バイオディーゼル燃料併用でNOx・PM適合となりました。

備考
　[大阪]記載変更、使用車種規制(NOx・PM)適合。この自動車の本拠はNOx・PM対策地域内です。
　[その他検査事項]燃料廃食用油燃料併用。

「使用車種規制(NOx・PM)適合」記載の車検証（クリックして拡大）

なお、車検時に係員から測定値の件について聞かれますので、排気ガス検査証明書は車に積んでおく必要があるとのことです。

１２．100%のバイオディーゼル燃料使用

2003年３月より20%濃度のバイオディーゼル燃料を使用していましたが、７月より100%濃度の燃料に切り替えて走行しています。

廃天ぷら油をリサイクルした燃料で走行しています 油藤商事からいただいたステッカーを貼っています。

本来ならば燃料切り替え後１カ月程度で燃料フィルターのエレメントを交換すべき（軽油の残査が溶けだし、つまるため)ですが、詰まる様子がないためまだ交換していません。

この冬場を100%バイオディーゼル燃料でどう切り抜けるか思案中ですが、燃料フィルターの保温対策から進めるつもりです。

以上

☆和田さんへのお便りやバイオ燃料についての質問は「バイオ燃料メーリングリスト」へどうぞ。

手づくり企画の「バイオ燃料メーリングリスト(biofueljp)」

英語で2000年から開設されていたジャーニー・トゥ・フォーエバーの「バイオ燃料メーリングリスト」および「バイオ燃料ビジネスメーリングリスト」では、世界中から参加した3,000人以上の草の根バイオディーゼラーや専門家、学識者、企業家たちが、誰もがどこでも特別な機械がなくてもバイオ燃料を手づくりできる方法を一緒に開発してきました。日本でも草の根バイオ燃料を広めるために、日本語で情報交換や燃料づくりの協力ができるディスカッションの場を設置しました。ぜひご参加ください。
リストURL：http://groups.yahoo.co.jp/group/biofueljp/

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