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

（ﾌﾞﾙｰﾄｳｰｽ）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

（ﾌﾞﾙｰﾄｳｰｽ）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 ﾋﾞｼ ﾈｽ革命・緊急通報、衛星ﾃﾞｼﾞﾀﾙ拡大・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 ﾋﾞｼ ﾈｽ革命・緊急通報、衛星ﾃﾞｼﾞﾀﾙ拡大・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

完成車ﾎﾜｲﾄﾎﾞﾃﾞｨ軽量化効果

アルミハイブリッドボディ

スチールﾓﾉｺｯｸﾎﾞﾃﾞｨ

（CIVIC 3D ）

－４７％

組付部品

骨格（小物含 む）

ﾌｰﾄﾞ、ﾌｪﾝﾀﾞｰﾌｭｰｴﾙﾌｨﾗｰﾘｯﾄﾞﾃｰﾙｹﾞｰﾄ、ﾄﾞｱ

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

ﾌｰﾄﾞ、ﾌｪﾝﾀ ｰﾌｭｰｴﾙﾌｨﾗｰﾘｯﾄﾞﾃｰﾙｹﾞｰﾄ、ﾄﾞｱ

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 ｼﾘﾝﾀﾞｰ

Al骨格BODY押出材

ｻｲﾄﾞｼﾙﾋﾟﾗｰ etc

押出材

ｽｸﾗｯﾌ ﾟｴﾝｼﾞﾝ

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

ｱｽﾍﾞｽﾄ規制

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 ﾎﾟ（ｸﾛﾒ ﾄー）

ECU( 圧電共振子）プラグ

ﾉｯｸｾﾝｻｰｲﾝｼﾞｪｸﾀｰ（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等ﾌﾟ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、ﾌﾞﾚｰｷﾊｲﾌｴｷﾊﾟｲ、CATｶﾊﾞー 、BRKTﾌｭｰｴﾙﾌｨﾗｰﾊﾟｲﾌｱﾙﾐﾎｲｰﾙ

ｼｬｰｼ 系

ｲﾝﾃﾘｱ

ﾎﾞﾃﾞｨ 系

Cr6+含有部品Pb含有部品

PVC含有部品

全体

ﾎﾞﾙﾄ、ﾅｯﾄ、BRKT（Znﾒｯｷ）ﾎﾞﾙﾄ、BRKT（ﾀﾞｸﾛ）

BUSH

電装ﾊｰﾈｽ

HIDNAVI（照明）

Hg含有部品

ハンダｽ ﾋﾟｰﾄﾞﾒｰﾀｰ （圧電共振子 ）ﾊﾞｯｸｿﾅｰ（超音波 ﾏｲｸ）

ｺｰﾅｰｿﾅｰ（超音波ﾏｲｸ）ﾊﾞｯｸﾌﾞｻﾞｰ（圧電共振子）ﾗｼﾞｵ・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）ｲﾓﾋﾞ（Gｾﾝｻｰ、超音波 ﾏｲｸ、圧電共振子）

メタル

ｴﾝｼﾞﾝMTEngﾌﾞﾛｯｸT/Mｹｰｽブッ

シュ

おわりおわり