VWとディーゼル排気問題 (1)

無効化機能装置と事の発端

2015/10/21

要 約

WVU報告書表紙
(資料WVU報告書表紙)

 
 VWの不正問題からディーゼルの将来に暗雲がたちこめている。ディーゼルの本場欧州でくすぶっていたNOx(窒素酸化物)問題が米国で火がついた。

 排気試験の定められた条件下で測定された値が、実走行時は、走行条件やドライバーのばらつきから乖離がでるオフサイクル問題というものがある。欧州では2014年にEuro 6(最新排気規制)が導入された時にもディーゼル車排気でこれが問題となったようである。しかしながらその原因の一つが条件の違いではなく、VWの場合、ごまかしであった事は全世界に衝撃を与えた。しかも世界1、2位を争うメーカーが行った事である。

 今回米国のICCT(International Council for Clean Transportation)とWVU(West Virginia University)によるVW2.0 Lディーゼル車の一般道での試験結果はNOx排出量がオフサイクル問題では説明がつかない程高く、実は無効化機能装置(Defeat Device)があった事が明確となった。

 本レポートでは現在明らかになった事とその経緯・背景について報告する。


関連レポート
Volkswagen Groupの危機:VWとディーゼル市場の今後の見通し (LMC Automotive社)

 



VWの不正問題:無効化機能装置(Defeat Device)

EPA資料:Defeat Device禁止資料
(EPA資料:Defeat Device禁止資料)

 自動車から排出される有害成分は1970年代のマスキー法以来、全世界で規制されてきた。現在一番厳しいと言われる規制は米国で、連邦(49州:カリフォルニア州以外)とカリフォルニア州が各々排気規制を施行している。連邦はEPA(環境保護局)、カルフォルニア州はCARB(カルフォルニア大気資源局)が規制値を定め、各自動車メーカーの排気ガス排出値の認可・管理を行っている。排気の規制値は車両寿命ほぼ一生に相当する12万マイル(19万km)、保証されなければならない。EPA及びCARBはその為、定期的に市場に出ている車の排気性能をチェックしている。


 Tier 2 Bin5というカテゴリの連邦規制値を満たしたとされたVWの8車種の車両(50州適合車)がCAA(クリーンエアーアクト:大気浄化法)に違反した。具体的にはCAA Section 203(a)(3)(b)に規定された、「無効化機能装置(Defeat Device)」使用禁止事項違反である。「Defeat Device」とは排気試験モード中は排気低減システムが有効に作動するが、実際の一般道走行ではシステムが働かないようにする装置またはプログラムの事である。何故そのようなものがあるかというと、排気性能と燃費や走りの性能はトレードオフの関係にあり、試験モード以外の条件で車の商品力を高めるのが目的である。


 米国では1990年から法律に禁止を明文化、欧州でも2001年よりEC指令により禁止規定が明文化されている。自動車メーカーは認証時に、これに該当する可能性があるシステムは、その内容を届け認可をもらわねばならない。今回VWが「Defeat Device」を「故意に排気コントロールシステムに組み込んだ」事が明らかになった。対象となった車に2008年にTier 2 Bin5を取得しグリーン・カー・オブ・ザ・イヤーを受賞し、当時クリーンディーゼル技術の先頭グループであったジェッタも含まれており、反響が大きい。


 



リコールの内容

 EPA公表の、全米での対象車両は排気量2.0LのEA189とEA288エンジンシリーズ搭載車で累積の対象台数は48.2万台に上る。VWの排気コントロールシステムはCARBによれば2009年型車導入時期からGEN1、GEN2、GEN3にわたる。GEN3ではエンジン本体をEA189からEA288に更新し出力・燃費も大幅に改善した。GEN3は2015年型は認証を受け販売されたが今回Defeat Deviceの検証対象となった為2016年型としてはまだ米国に売り出されていない。

 またEA189エンジンはVWがUS向けに連邦規制値Tier 2 Bin5に最初に適合させたクリーンディーゼルエンジンであり、そのベースエンジンは世界中で広く使われてきた。Defeat Device違反対象台数はグローバルに1100万台と言われている。VWはリコール対策で、2015年第3四半期に65億ユーロ(約8700億円)の引当金を計上したうえで2019年まで毎年10億ユーロ(約1340億円)対策費を積立てると報道されているが行先は不透明である。

 

違反対象車両 (全米)

車名 年型 搭載エンジン 対象台数
Jetta * 2009~2015 EA189、EA288
(2.0 L直噴ターボ
ディーゼルエンジン)
48.2万台
Jetta Sportwagen 2009~2014
Beetle 2012~2015
Beetle Convertible 2012~2015
Audi A3 2010~2015
Golf Sportwagen 2015
Golf 2010~2015
Passat 2012~2015

*2008年にUSでTier 2 Bin5規制値をディーゼルエンジン車でクリアーし「グリーンカーオブザイヤー」を受賞
(EPAリリースをもとにMarkLinesにて作成)

主要国別対象台数(千台)
(各国報道を2015年10月8日時点にMarkLinesで集計)

 

 



事の発端

EPA資料
(EPA通告資料)
CARB資料
(CARB通告資料)


 2015年9月18日、EPAはNOV(Notice of Violation=違反通告)をVWに通達したことを記者発表。

 同時にCARBもVWへ文書(手紙)で「無効化機能装置」が採用された車両につき、適正な対応と処置をとるよう通告を行った。

 CARBによると、不正発見のきっかけは2014年5月のICCT(International Council for Clean Transportation)とWVU(West Virginia University)によるVWディーゼル車の一般道路での排気ガス測定結果にさかのぼる。WVUはVWの車をテストした結果、NOxが一般道路走行時に不自然に多く排出される事に疑問を持ちその結果をCARB、EPAに報告した。

 CARB、EPA はVWとその結果について議論・検証を数カ月続けた結果、2014年12月にVWはジェッタ、ゴルフ、パサート等に搭載されている2.0 Lディーゼルエンジン車の排気コントロールシステムの中で第一世代(GEN1:Generation1)と第二世代(GEN2:Generation2)用のコントロールソフトウエアーを修正するボランタリーリコール(自主リコール)を行う事を合意し実行した。台数は50万台(内カルフォルニア州は5万台)という。

  CARBはその際confirmatory test(確認試験)で結果が不十分なら、再度のリコールもある旨の警告を行った。2015年5月のCARB確認結果は、認証サイクル規制値に入らなかった。また一般道路でのNOx値の改善は見られたが、依然高いままだった。7月にVWとその結果を共有し議論を行った。EPAとも結果を共有した。VWと技術会議を数回持った結果、2015年9月3日にVWは認証テストの時だけ働く影に隠れたプログラム、即ち「Defeat Device」が第一世代(GEN1)と第二世代(GEN2)と第三世代(GEN3)用にわたり組み込まれていた事を初めて正式に認めた。この「Defeat Device」はEPAとCARBへの認証届出の際には申告されていなかった。

 2015年9月18日、CARBは2014年12月に行われたボランタリーリコールは無効であり、VWはただちに適正な処置をとるべきであると通達した。同時に2009年型から2015年型のVW 2.0 Lディーゼルエンジンが搭載されたすべての車種について強制調査を始める事を決定し、VWの協力を期待するという内容を通達した。

 2015年10月8日(米国東部時間)、下院公聴会でVW group of America社長が証言、VWの責任を認め謝罪が行われた。

 

 



WVU(West Virginia University)調査報告書

 2014年5月に最終報告書としてまとめられ、CARB、EPAに報告されたものである。当局はこの報告書をもとにVWと1年以上議論しながら検証実験を行った結果、Defeat Deviceの存在が明らかにされたことになる。


 WVUの調査報告書によると、3台のディーゼル車を路上で排気ガス測定を行った結果、理解できない現象を発見した。 例えば

●一般道で、当該車が規制値の15-35倍レベルのNOxを排出する事。

●DPF(ディーゼルパーテキュレートフィルター)が回生中にNOxが多く排出される。

●平地(高度0)の高速道路の一定速走行ではNOxレベルは低いが、山坂のある郊外の道路では多く排出される。そのレベルはLNT(NOx還元触媒システム)搭載車がSCR(尿素噴射システム)搭載車より大きい。

等         

 

3台試験車両の諸元

  今回リコール対象:VW 2Lディーゼルターボ車
(EA189エンジン搭載)
3L直列6気筒
ディーゼルターボ車
試験使用車両 A(ジェッタ) B(パサート) C(BMW X5)
レンタカー 個人所有車 レンタカー
開始時の走行距離 マイル 4,710 15,226 15,031
Curb Weight *1) kg 1550 1570 2370
エンジン排気量 L 2.0 3.0
過給 インタークーラーターボ
馬力(kW) 104@4200rpm 198
トルク(Nm) 320@1750rpm NA
後処理装置*2) OC+DPF+LNT OC+DPF+urea-SCR OC+DPF+urea-SCR
世代 GEN1(第1世代) GEN2(第2世代)
Nox処理 NOx還元触媒 尿素噴射システム
駆動方式 FF 4WD
排気適合 EPA *3) Tier 2 Bin5 Tier 2 Bin5
CARB LEV-II ULEV LEV-II LEV
EPA燃費 City 29 30 19
Highway 39 40 26
mpg Combined 33 34 22
EPA CO2 g/km 193 186 288
注記 *1) Curb Weight:車両重量(乗員は除く)
*2) OC:酸化触媒、DPF(Diesel Particulate Filter):ディーゼルパーテキュレートフィルター、LNT(Lean Nox Trap):NOxトラップ触媒、urea-SCR(Selective Catalytic Reduction system):尿素噴射NOx還元システム
*3) Tier 2 Bin5 NOx規制値:10年/12万マイル走行後でも、NOx:0.07g/mile(=0.044g/km)

(WVU報告書をもとにMarkLines作成)

VW北米向け2.0Lディーゼルエンジン車の排気システム概要

排気システム概要

 (資料:MarkLines作成)

EA288エンジン:GEN3(第三世代) 搭載図

GEN3 搭載図
(CARB資料:Lower NOx Heavy-Duty Diesel Engines Technology Assessment 9/2/2014)

 

WVUの5つの走行パターン

 WVUが一般道を走行した際の5つの走行パターンと認証試験走行パターンを以下に記す。

 車速、加減速の頻度パターン等は認証試験(FTP75)と同じではないが、速度範囲等は同じ帯域にある。

WVU報告書24頁
(資料WVU報告書24頁)


MarkLines資料
(MarkLines資料)

 

WVUの測定した一般道でのNOx測定値:認証値レベルの15倍~35倍

 走行パターンが異なる為、オフサイクルでのNOx排出値を直接規制値と比較できないが参考で示された緑ラインの規制値より多く排出されている。またROUT1→2→3、4 とNOx値は悪くなっている。B車(尿素水噴射システム)よりA車(LNT:還元触媒システム)のレベルが悪い。C車も尿素水噴射システムである。

 また、参考としてFTP75のBag-3(ホットリスタートフェーズ:MarkLines資料参照)での測定値が一番右に示されており規制値より低い値となっている。

WVU報告書62頁
WVU報告書63頁
(資料: WVU報告書62、63頁)

 

 



ディーゼルの排気

 熱効率に優れる(燃費がいい)ディーゼルエンジンは音やスス、粒子状物質、NOxの課題を克服し昨今クリーンディーゼル、グリーンテック等メーカーにより呼び方は異なるが、その本質的な利点を生かしCO2低減の一つの主役となってきた。ディーゼル本場欧州ではディーゼル比率が乗用車は50%を超え、マツダもSkyactiv-Dと銘打ちクリーンで燃費の優れる商品を投入してきた。

 排気も高圧噴射装置、コモンレール、後処理装置の進歩により一段ときれいになった。しかし時代はさらに燃費改善を求め最新ディーゼル技術とHVがしのぎを削っている。来るべき欧州の2021年のフリート平均CO2目標値95g/kmの達成にはディーゼルエンジンは不可欠な要素となってきた。

 一方でディーゼルエンジンの排気コントロールシステムはガソリンに比べると後処理装置が複雑で制御が大変である。ディーゼル特有のススの処理ではDPFはススがたまると燃やす必要があり、ガソリンでは理論空燃比で燃やす領域が多い為、3元触媒で処理できるNOxが空燃比が薄いディーゼルエンジンでは処理できず、NOxを一時的に吸着させるLNTシステムや尿素水噴射システムなど後処理システムが大がかりとなる。北米にディーゼルを投入しているMercedes-Benz、BMW等も基本的に同じである。

 

 



北米の排気規制

  連邦(49州)とカリフォルニア州では排気規制が異なる。 したがって自動車メーカーは50州仕様という双方の規制を包含する仕様を開発する。今回のVWも50州仕様であった為、EPAとCARB双方と交渉する必要があった。尚、北米ではガソリン車とディーゼル車の規制値は日本と異なり同じとなっており、ディーゼル車にとって厳しい値となっている。

  規制値は下表の通り。

 

Tier 2-Bin5 全寿命期間 (120,000 マイル / 10 年) エミッション規制値

NMOG
(g/mile)
CO
(g/mile)
NOx
(g/mile)
PM
(g/mile)
HCHO
(g/mile)
Bin 8 0.125 4.2 0.2 0.02 0.018
Bin 7 0.09 4.2 0.15 0.02 0.018
Bin 6 0.09 4.2 0.1 0.01 0.018
Bin 5 0.09 4.2 0.07 0.01 0.018
Bin 4 0.07 2.1 0.04 0.01 0.011
Bin 3 0.055 2.1 0.03 0.01 0.011
Bin 2 0.01 2.1 0.02 0.01 0.004
Bin 1 0 0 0 0 0

Bin:規制値のパッケージ区分(1が最も厳しく8まで)でメーカーが選べる。(MarkLines資料)


 次号で各社の北米ディーゼル投入状況、米国、欧州、日本の規制の比較、オフサイクル問題等についてレポート予定。


(参考資料)
1.    WVU(West Virginia University)
CAFEE Final Report:In-Use Emissions Testing of Light-Duty Diesel Vehicles in the United States、 著者Dr. Gregory J.Thompso 他
http://www.theicct.org/sites/default/files/publications/WVU_LDDV_in-use_ICCT_Report_Final_may2014.pdf


2.    EPA資料
Defeat Device禁止資料: http://www2.epa.gov/sites/production/files/2014-06/documents/defeat.pdf
EPA通告資料:        http://www3.epa.gov/otaq/cert/documents/vw-nov-caa-09-18-15.pdf

3.    CARB資料
CARB通告資料:       http://www.arb.ca.gov/newsrel/in_use_compliance_letter.pdf
EA288エンジン:        http://www.arb.ca.gov/msprog/tech/presentation/lowernoxdiesel.pdf          (P15)

                     <自動車産業ポータル、マークラインズ>