自動車保有台数の増加 - oo7.jpj-t.o.oo7.jp/kougi/douki-pj/2002fy/021111ppt1.pdf ·...
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1
駒場冬学期講義 『環境の世紀と自動車技術』
平成14年11月11日 (財)日本自動車研究所 林 直義
内容環境問題が世界中で議論されている。自動車の環境対応の状況を成熟期にある先進国が進めてきた内容と課題を把握し、併せてモータリゼイション が急速に進んでいる開発途上国の状況を理解した上で、今後の自動車技術の進展を展望する。
将来の自動車技術として何が必要かを考える。・自動車技術のみならずもっと幅広く・もっと多層的?複層的に?
【Ⅰ】 講義内容(自動車環境技術の紹介)1)環境時代の自動車材料(現在の自動車の開発状況と課題…先進国)
2)アジアにおける自動車環境問題とその対応(急速に発展しているアジアの状況…途上国)
3)2025年に向けた自動車技術展望(自動車の重要課題と将来技術のロードマップ)
4)討議
【Ⅱ】 進め方1)配布資料の通読 30分2) スライドによる説明 180分
章毎に質疑時間を取る3)討議 60分
将来の自動車に対するコメント---A4 (1枚)
自動車材料-環境の世紀に向かって
2001-12-7
(株)本田技術研究所
林 直義
世界人口推移
80億
62億
2000→2020世界人口+30%(+20億)
アジア、アフリカ、中南米の順の増加率北米、ヨーロッパは殆ど変化せず
80億
62億
社会環境
自動車保有台数の増加
進展国
OECD
7.5億台
2
1980年代
予測実際
1990 2000 2010 2020
4
6
8
10
億台
・自動車の保有台数は人口の増加や経済発展に伴い、大幅に台数が増加。
・進展国を中心に台数が増加
自動車環境
11.5億台+53%
地球環境問題の広がり
2
Engine
Catalytic converter
Tail pipe emissios+ CO2
Gasoline tank
Canister
HCNOx
CO
Refueling vaporEvaporated gases (evaporative emissions) HC
HCHC
HC
HC+NOx Photochemical smog
Ultraviolet rays
Automobile Exhaust Gas Emissions
Sick House Gas
ELVRecycle有害物質
Energy consumption 15~20%
20~25%
32%
40%
Miscellaneous
The Influence of the Automobile
Greenhouse gases (CO2)
Atmospheric pollution from hydrocarbons
Atmospheric pollution from NO2
Air PollutionCO, HC, NOx
Global WarmingCO2
Energy
Environment and energy problems can be divided into three stages・Emission reduction:Clean・Global Warming: Energy Efficiency・Sustainable fossil energy use: Alternative Energy
Environment and energy problems can be divided into three stages・Emission reduction:Clean
・Global Warming: Energy Efficiency・Sustainable fossil energy use: Alternative Energy
Present
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Environment and Energy Problems USUSEUEU 日本日本
IT革命・短距離無線通信
(ブルートウース)の拡大環境
・CO2 140gによる大型規制・リサイクル法の施 行・乗り入れ規制地域の出現
安全・予防安全システム出現・EU-NCAPの拡大・歩行者保護の法規化
IT革命・短距離無線通信
(ブルートウース)の拡大環境
・CO2 140gによる大型規制・リサイクル法の施 行・乗り入れ規制地域の出現
安全・予防安全システム出現・EU-NCAPの拡大・歩行者保護の法規化
IT革命・i-モードの爆発的進化・高速通信 IMT2000・運転中の情報提供規制
環境・2010年 CO2・ディーゼルNOx
安全・予防安全システム普及・J-NCAP総合評価開始・歩行者保護評価検討開始
IT革命・i-モードの爆発的進化・高速通信 IMT2000・運転中の情報提供規制
環境・2010年 CO2・ディーゼルNOx
安全・予防安全システム普及・J-NCAP総合評価開始・歩行者保護評価検討開始
IT革命・インターネット ビシ ネス革命・緊急通報、衛星デジタル拡大・運転中の情報提供規制
環境・排ガス規制強化・CO2機運の高まり
安全・新208の施行・SUVの攻撃性とロールオーバー問題クローズアップ
IT革命・インターネット ビシ ネス革命・緊急通報、衛星デジタル拡大・運転中の情報提供規制
環境・排ガス規制強化・CO2機運の高まり
安全・新208の施行・SUVの攻撃性とロールオーバー問題クローズアップ
IT革命・インターネット普及
環境・環境意識高揚・排ガス規制強化
安全・安全規制強化
IT革命・インターネット普及
環境・環境意識高揚・排ガス規制強化
安全・安全規制強化
南米・ア大南米・ア大
環境・安全の意識高揚と規制強化 及び ITの更なる進化拡大環境・安全の意識高揚と規制強化 及び ITの更なる進化拡大
2010年 状況予測
2010 --- 2020年の予測環境
排ガス
燃費
≒Zero
+30%
課題
貴金属使用量削減
目標
・軽量化量販車適用技術
・ガソリンENG効率向上
・転がり抵抗、空力玉
リサイクル有害廃棄物
Zero
対応技術
・HEV
・DIESEL
・ガソリン車
高価
E/M低減
燃費向上
:10%
:10%
:10%
21世紀初頭の目標(Key-word)
・Pb,Cr,Hg,C d,PVCの Zero化
・技術有り(ガソリン)
2010 --- 2020年の予測環境
排ガス
燃費
≒Zero
+30%
課題
貴金属使用量削減
目標
・軽量化量販車適用技術
・ガソリンENG効率向上
・転がり抵抗、空力玉
リサイクル有害廃棄物
Zero
対応技術
・HEV
・DIESEL
・ガソリン車
高価
E/M低減
燃費向上
:10%
:10%
:10%
21世紀初頭の目標(Key-word)
・Pb,Cr,Hg,C d,PVCの Zero化
・技術有り(ガソリン)
3
CO
2 O
utpu
t (C
-mill
ion
tons
)B
ar G
raph
57.9
60.662
62.5
65.6 67.4
69.170.3
70.2
50
55
60
65
70
75
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 199817
18
19
20
21
22
Tran
spor
t Sha
re (
%)
Line
Gra
ph
Light-duty Vehicles55.1%
Light-duty Trucks12.2%
Commercial Trucks17.1%
Taxi 1.8%Bus 1.8%
Ships 5.8%Railroad 2.8%
Airplane3.4%
Disposal/Recycle0.0%
Transport1.7%
Maintenance1.4%
Material Fabrication7.1%
Production4.0%
In-Use85.8%
Integrated Motor Assist(IMA)Main Technical Elements
At the time of motor assist
At the time of regeneration
Ultra- thin DC Brushless Motor(10kW)
Ultra- thin DC Brushless Motor(10kW)
Lean-burn VTEC EngineLean-burn VTEC Engine Nickel Metal Hydride (Ni-MH)Battery
Nickel Metal Hydride (Ni-MH)Battery
PCU(Power Control Unit)
PCU(Power Control Unit)
The world's lowest fuel consumption with a mass-produced gasoline - powered vehicle ...
•Power regeneration• Idling stop
•Reduced displacement•Efficient lean-burn combustion•NOx adsorption-typecatalytic converter•Friction reduction
•Weight reduction•Aerodynamic qualities•Low rolling resistance tires
The rate of contribution to achieving an improvement in fuel efficiency
(98/69/EC)
Body technologies35%
Body technologies35%
CIVIC 1.5L100%
200%
Aluminumbody
Engine35%
Engine35%
Motor assist30%
Motor assist30%
4
Ultra-thin DC Brushless Motor
Light rotor with high torqueLight rotor with high torque•Highly heat-resistant, neodymium sintered magnet
→ Magnetic flux density (torque ratio) increase by 8%ncrease by 8%•Light rotor (lost wax manufacturing method)→ Achieving light weight reduction in weight by 20%reduction in weight by 20%
UltraUltra--thin widththin width•Split stator•Centralized distribution bus ring
Efficient, light and compactEfficient, light and compact DCDC brushlessbrushless motor 10kWmotor 10kW
Lightweight rotor (lost wax method)
Highly heat-resistant, neodymium sintered magnet
Wave winding (conventional type)
Salient-pole concentrated winding
アルミモノコックボディ(NSX)-押出し形材
NSXボディ
サイドシル
ドアビーム
-押出し形材
ボディ骨格構造フロントサスペンション取付
リアサスペンション取付エンジンマウント取付
板材
押出し形材鋳造材
トランスミッマウント取付
板材
押出し形材
フロントサイドフレーム フロント
フロントサイドフレーム リア
フロントフロアフレーム
ルーフサイドレールミドルフロア
クロスメンバー
リアフレーム
フロントフロアクロスメンバー
サイドシルフロントピラー ロア
ボディ骨格押出し形材断面
鋳造材
完成車ホワイトボディ軽量化効果
アルミハイブリッドボディ
スチールモノコックボディ
(CIVIC 3D )
-47%
組付部品
骨格(小物含 む)
フード、フェンダーフューエルフィラーリッドテールゲート、ドア
重量
材料別 重量構成比
アルミモノコックボディ
(NSX)
板材88%
形材12%
板材57%
形材30%
鋳造13%
アルミハイブリッドボディ
5
部品点数、溶接点数
-24%
アルミハイブリッドボディ
アルミモノコックボディ
(NSX)
注:MIG溶接長 15mmを1点とカウント
<部品点数>
-15%
アルミハイブリッドボディ
アルミモノコックボディ
(NSX)
<溶接点数>
骨格(小物 含む)
組付部品MIG
SPOT
フード、フェンタ ーフューエルフィラーリッドテールゲート、ドア
インサイトのLCA(CO2)例
Body Material Vehicle Weight Powerplant
Aluminum -bodied Insight Aluminum 772kg 1.0 liter Engine +IMA (10kW)
1996 Civic Steel 1150kg 1.5 liter Engine
Steel-bodied Insight Steel 965kg 1.3 liter Engine + IMA (10kw)
4000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Life
-cyc
le C
O2(K
g‐C
)
36.1 36.1 36.136.1 36.1 36.1
36.1 36.1 36.11593.8 1925.9 2888.8336.6 224.4 252.8
S-6
S-5S-4
S-3S-2S-1 511.8 320.5 361.1
Aluminum-bodiedInsight
Steel-bodied Insight 1996 Civic
第第3434回小山田記念賞受賞テーマ回小山田記念賞受賞テーマ「自動車用アルミハイブリッドボディの開発」「自動車用アルミハイブリッドボディの開発」
アップグレードリサイクルアップグレードリサイクル
再生材再生材
AL屑AL屑
エンジンラジエタースクラップ インゴット
アルミ屑から、高品位なアルミ押出し用材料を再生アルミ屑から、高品位なアルミ押出し用材料を再生
新形材用材料
鋳物材合金
ステアリングハンガービーム
フィルター
Fe,Mn系金属間化合物
固相線温度近傍
固相:純化 アルミ液相:Si,Cu濃化液
F フィルター
液相線温度直上
ろ過 : Fe,Mn除去
結晶分別:Si,Cu除去
溶解
製 法
● 開発押出し材料◆ 従来材料(A6063)
1
2
35
6
耐力
抗張力
伸び
疲労強度
MIG溶接強度
SPOT溶接強度
200MPa
300MPa
20%
120MPa
300MPa
1000Kgf
性 能
分別
AL アップグレードリサイクル
鋳物屑工場廃棄屑
鋳物屑自動車解体屑
精製物
ADC12合金
副産物
混合溶解
ろ過法
結晶分別法
押出し材
ミッション シリンダー
Al骨格BODY押出材
サイドシルピラー etc
押出材
スクラッフ ゚エンジン
リサイクルシステム
0
100
200
300
400
500
600
Virgin Aluminum Recycled Aluminum
CO
2 Em
issi
on (K
g-C
)
OthersGlassRubberThermosetting ResinThermoplastic ResinOther Metals (Cu)Other Metals (Ni, etc.)Cast AluminumWrought AluminumCast Iron
Steel
6
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Aluminum-bodiedInsight
S-6
S-5
S-4
S-3
S-2
S-1
Steel-bodiedInsight
1996 Civic
Life
-cyc
le C
O2
Em
issi
on (k
g-C
)2010 --- 2020年の予測環境
排ガス
燃費
≒Zero
+30%
課題
貴金属使用量削減
目標
・軽量化量販車適用技術
・ガソリンENG効率向上
・転がり抵抗、空力玉
リサイクル有害廃棄物
Zero
対応技術
・HEV
・DIESEL
・ガソリン車
高価
E/M低減
燃費向上
:10%
:10%
:10%
21世紀初頭の目標(Key-word)
・Pb,Cr,Hg,C d,PVCの Zero化
・技術有り(ガソリン)
Peak Ozone Level at L.A.Peak Ozone Level at L.A.((1955-19961955-1996))
PCV
ARB Establishment
Musky LawOxygen Catalyst
CAAA(More severe standard of CAFF&NOx)Start of In-Use test
Start of smog check
OBD from ‘94M/YLEV(ZEV mandata)’90CAAA
PhaseII gasoline
LEV-II(‘9 9)NOx
US Ozone Staddard
California Air Quality Standard
〈SFTP,Extend of warranty period〉
Not
atta
inm
ent
TWC Catalyst
‘‘50 50 Smog MechanismSmog Mechanism((Dr.ShumitDr.Shumit))
CAA
General concept to achieve LEV’s and ZLEV(US LA-4 test cycle)
Cold Start Hot Soak (10min.)
41min.0
10
20
30
40
50
60
Veh
icle
Spe
ed(m
ph)
0.25HC
TLEV
LEV
ULEV
HC Emissionunder Cold Conditions (CT)
HC Emissionafter Warm-up
HC Standard
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25HC Emission (g/mile)
ZLEV EXPERIMENTAL TARGET
US CALIFORNIA STANDARDSULEV
Honda R&D
ZLEV technologies
Electronic control unit (32bit)Precise air/fuel control
Additional oxygen sensors
Improved spark plugs
Low heat capacityexhaust manifold
Electric controlledEGR valve
Lean burn with ignitionretard in cold condition
Hybrid catalystTWC
Pd catalyst(1200Cell)
exhaust gasoxygen sensor
Universal
Improved atomizationinjectors
VTEC
Honda R&D
7
Progress of emission reduction technologies
Improvementof combustion
•Electronic fuel injection(PGM FI)
•A/F control with oxygen sensor
(PID control)
・Wall- wetting- fuel model
・A/F control of individual cylinder・Adaptive control using STR
VTEC Hi-swirl combustion/Improved atomization Injector
Improvement of combustion chamber
Improvementof engine control
8bit (16Kbyte/sec) 16bit (800Kbyte/sec) 32bit (16000Kbyte/sec)
US Regulations(California) HONDA HONDA
ZLEVZLEVULEVLEVTLEVTier-1Tier-0
Improvement of catalyst Pd OnlyPt/Pd/Rh
TRI-METAL HybridHi-Ce Pt/Rh
Bi-functionalcatalyst
Pt/Rh
Pd added Pd high concentrationThin wall
400cell
Thin wall
Pd/Rh PdOPd
Zeolite
300cellPt/Rh
Pd/Rh
600cell1200cell
・Electronic ignition timing control・Catalyst condition
predicted controlHonda R&D
1-2) CAT早期活性 (2) (低ヒートエキマニ効果)
0
200
400
600
800
排気
温度
(℃)
0sec 10sec 20sec
40℃UP/(20sec)
FCD
2重(0.6/0.8t)
チャンハ ゙ー:0.8t
インナー:0.6t
150
250
350
450
550
650
750
850
0 2 0 40 60 80 100 120TIME
℃
直下キャタ床温度
1重2重
FCD
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
0 500 1000 1500 2000 2500INNER 重量(ホ ゚ー ト部 ) g
NM
HC ★
2重(0.6/0.8t)
2重(INNER:0.5t)
1重
FCD
WM
Effect of reducing substrate heat capacity ( 2.5mil → 2.0mil/ 1200cell ) for HC reduction
0
200
400
600
800
1000
0 20 40 60CT Time(sec)
HC
em
issi
on
(pp
m)
0
200
400
600
800
1000
2sec
Vehicle speed
Cat
alys
t te
mp
erat
ure
(℃)
2.0mil
2.5mil
1mil=10-3 inch=25.4μ mcell density=cell numbers of unit surface area (1 inch 2)
45% down(0-125sec total)
Honda R&D
NiMH batteriesNiMH batteries& inverter& inverter
ComputersComputers
Touch -screenTouch -screendisplaydisplay
(combined data)(combined data)
Ambient airAmbient airintakeintake
PumpsPumps(sample and(sample and
purge)purge)
Exhaust gasintakeintake
(heated)(heated)
2 FTIR2 FTIRspectrometersspectrometers
Water removalWater removalsystemsystem
Overview of on-board sampling/analysis system
Honda R&D
On-road results(NMHC);Honda ZLEV with on-board analyzerNMHC
0123456789
10
time
pp
mC
90 min.
Exhaust Intake (ambient)
Exhaust
Intake
0
50
100
Veh
icle
sp
eed
(km
/h)
Vehicle speed
Honda R&D
On-road results(NOx);Honda ZLEV with on-board analyzerNOx
0123456789
10
pp
mC
90 min.
Exhaust
Intake
0
50
100
Veh
icle
sp
eed
(km
/h)
time
Exhaust Intake (ambient)
Vehicle speed
Honda R&D
8
On-road results(CO);Honda ZLEV with on-board analyzerCO
0123456789
10
pp
mC
90 min.
Exhaust
Intake
0
50
100
Veh
icle
sp
eed
(km
/h)
time
Exhaust Intake (ambient)
Vehicle speed
Honda R&D
2010 --- 2020年の予測環境
排ガス
燃費
≒Zero
+30%
課題
貴金属使用量削減
目標
・軽量化量販車適用技術
・ガソリンENG効率向上
・転がり抵抗、空力玉
リサイクル有害廃棄物
Zero
対応技術
・HEV
・DIESEL
・ガソリン車
高価
E/M低減
燃費向上
:10%
:10%
:10%
21世紀初頭の目標(Key-word)
・Pb,Cr,Hg,C d,PVCの Zero化
・技術有り(ガソリン)
9
有害物に対する地域別法規動向
自動車に関する法規制
自動車に関わる自主規制
表示・記録規定
C / Y
製品含有に関する法規動向
85 90 95 00 05
独 VDAリスト
英 SMMT VDAリスト採用
EU:Hg/Pb/Cd/Cr6+原則使用禁止( 一部免除規定 ⇒ 見直し ⇒ 廃止へ )
1/21/3
ノルウェー クーラント アミン規制
アスベスト規制
US 水銀規制(Vermont / NEWMOA他)
1003.7
EU
JPN
USA
有害物除外規定は、見直され、廃止になっていくことが、予想される対応手法の早急な技術確立が必要
自工会Pb削減目標★鉛環境基準強化
(1996年基準)
ラベル規制 量の削減
有害物の使用部位
ENG room内
エハ ポ(クロメ トー)
ECU( 圧電共振子)プラグ
ノックセンサーインジェクター(アクチュエータ )ー
AT MISS VALVEクランクコンロットロッカーアームバッテリー
エアフローチューブ
シートベルトショルダーカバーフロアマット/ヒールパッドシート表皮(つり込み部)フロアカーペットシート表皮(ACTY)
シート表皮(ウーリーレザー)シート表皮(非発泡レザー)サンバイザートランクマットシフトノブハンドブレーキカバーセンターテーブルマットサンルーフトリム
BODY電着(HUMクロムリンス)タンクBRKT等プレス一次防錆部品電着(クロムリンス)SUSヒンシ(フライマ )ー
マスチックシーラー (3号)マスチックシーラー (1号)コーキングシーラーサッシュブラックテープ(PP)ステッカーラヘ ゙ル類(アクリルor PP)フューエルタンク用アンダーコートアンダーコート内板用ダストシーラー外板用ダストシーラーMAWサンルーフドレインホースオープニングトリムウィンドモールウェザーストリップドアモールルーフモール
SENSOR ASSY FR RRラックフ ゙ッシュセンサー(圧電共振子)
フユ‐エル、ブレーキハイフエキパイ、CATカバー 、BRKTフューエルフィラーパイフアルミホイール
シャーシ 系
インテリア
ボディ 系
Cr6+含有部品Pb含有部品
PVC含有部品
全体
ボルト、ナット、BRKT(Znメッキ)ボルト、BRKT(ダクロ)
BUSH
電装ハーネス
HIDNAVI(照明)
Hg含有部品
ハンダス ピードメーター (圧電共振子 )バックソナー(超音波 マイク)
コーナーソナー(超音波マイク)バックブザー(圧電共振子)ラジオ・ステレオ (フィルタ、圧電共振子 )NAVI(フィルター 、角加速度センサー、圧電共振子)イモビ(Gセンサー、超音波 マイク、圧電共振子)
メタル
エンジンMTEngブロックT/Mケースブッ
シュ
おわりおわり