一部のディーゼル車が排出基準を満たすためには、何を追加する必要があるかということは、ほとんどの人には思いつかないことです。排出問題のため、窒素酸化物に対処する必要があります。排出問題を解決するには 2 つの方法があります。 1 つは予防であり、問題の発生を初期段階で抑制することです。アプローチの 1 つはガバナンスです。これには、問題発生後の効果的な対応が含まれます。-これら 2 つの方法は、それぞれ前処理と後処理と呼ばれます。前治療では根本原因に対処し、後治療では症状を治療します。-ディーゼルエンジンからの排出物は主に窒素酸化物（NOx）と粒子状物質（PM）（煤（DS）を含む）で構成され、次にHCが続きます。ガソリン エンジンと比較すると、ディーゼル エンジンは CO と HC の量がはるかに少なくなりますが、PM の量ははるかに多くなります。
ディーゼル エンジンの欧州の排出基準は次のとおりです。1990 年代初頭、電子制御の支援を受けて多くの技術が急速に発展しました（たとえば、日本のデンソーは高圧コモンレールを開始しました）。-燃焼室、燃料噴射ルール、吸排気などの改良により、機械内部の完全浄化を実現しました。しかし、欧州にしろ中国にしろ、排出基準の第4段階は基本的に転換点を終えた。現在の基準を満たすために前処理のみに依存することはもはや不可能です。 COは完全燃焼か否かの証拠となります。
その後の段階でも基準は変更されませんでしたが、これは基本的に、排出ガスに対処するために燃焼を最適化し続けることはかなり困難な作業であることを示しています。前述したように、ディーゼル エンジンからの最も重要な排出物は NOx と PM です。粒子状物質の処理は主に微粒子フィルター (DPF) に依存しますが、NOx は主に触媒還元によって処理されます。 NOx もガソリン エンジンにとって比較的重要な排出物です。ガソリンエンジンとディーゼルエンジンのNOx排出量はそれほど変わりません。もちろん、ディーゼルエンジンの制御はより困難ですが、基本的には同じ程度です。 NOx 排出量が別個の項目として正式にリストされるようになったのは、欧州排出基準の第 3 段階になってからです。
NOx が生成される主な条件は、高温と酸素が豊富であることです。ガソリン エンジンの排気温度はディーゼル エンジンよりもわずか 100 ～ 200 度高いですが、パイプラインのセクションを通過して後処理セクションに至る場合は基本的に同じです。- NOx を制御するためのその後の処理は、主に三元触媒によって行われます。- 3 つの貴金属のうち、ロジウムと Rh は、比較的低温で還元剤による NOx の窒素ガスへの還元を触媒できます。還元剤は H2 または CO のいずれかです。
しかし、この種の還元反応は環境中の酸素濃度に大きく依存します。酸素濃度がある限度を超えると、このREDOX反応が効率よく進行しにくくなります。これが前提条件です。ガソリンエンジンでもディーゼルエンジンでも、燃焼過程は基本的に遅れ期（点火準備）、急速点火期（急速なエネルギー放出）、アフター燃焼期（急速点火期で完全燃焼しなかった燃料がエネルギーを放出し続ける）に分けられます。ただし、ディーゼル エンジンのアフターバーニング期間の前には、ゆっくりとした燃焼期間があると一般に考えられています。-この期間中も燃焼は急速に進行し、シリンダー内の圧力は上昇し続けます。しかし、ピストンは上死点を過ぎて下降を始めており、シリンダー容積は増加し続けています。燃焼は、圧力上昇がシリンダー容積膨張の影響を打ち消すのに十分な速さでなければなりません。したがって、全体的に圧力上昇率は高速燃焼期間よりも遅くなります。-
アフター燃焼期間中、急速燃焼期および緩速燃焼期に生成される排気ガスおよび中間生成物の存在により、酸素濃度はすでに低下し始めています。酸素濃度が不足すると、残った燃料の燃焼が急激に悪化し、不完全燃焼、経済性の低下、微粒子排出量の増加などの影響を及ぼします。ディーゼルエンジンのこの現象は非常に深刻です。過給の効果はここで多くの利点をもたらすため（実際、今日のディーゼル エンジンにはターボチャージャがほぼ標準となっています）、ディーゼル エンジンには酸素富化燃焼が必要です。-しかし、酸素富化燃焼は、ディーゼル エンジンの NOx 制御をより困難にする理由です。前述した三元触媒コンバーターの酸素濃度への依存性を考慮すると、ディーゼル エンジンがガソリン エンジンの三元触媒コンバーターを使用することは非現実的です。-
もちろん、シリンダー内の燃焼を制御することには矛盾もあり、NOx と PM の一方が上昇し、他方が低下することを両立させるのが困難です。 NOxを尿素で処理する方法はSCR（Selective Catalytic Reduction）と呼ばれ、非常に強い触媒選択性を持っています。 SCR で使用される還元剤には、アンモニアガス (NH3)、アンモニア水 (NH4OH)、尿素 (NH2) (2CO)、さらには一部の HC など、さまざまなアンモニア-ベースの物質を使用できます。アンモニアを使用する場合、使用温度は 250 ～ 500 ℃の範囲内にある必要があります。関連する反応は次のとおりです。温度が低すぎると反応が効果的に進行しません。それが高すぎると、触媒コンバーターが損傷し、還元剤が直接酸化され、その結果、還元剤の消費量が増加し、新たな NOx が生成されます。
還元剤としてアンモニア水を使用すると効果が顕著です。 NOx 排出量を 95% 以上削減できます。しかし、機械全体には非常に複雑な制御システムが必要であり、アンモニア水の臭いは非常に受け入れがたいものです。したがって、一般的に言えば、尿素を使用する方が便利です。尿素水溶液が200度を超えるとNH3が生成されます。このように、噴射および制御システムを通じて、NOx を効果的に処理できます。
ECUはディーゼルエンジンの回転数と燃料噴射量からNOx排出濃度を算出し、尿素理論とSCR触媒の温度からNOx浄化率を推定し、必要なNH3量を算出します。最後に、NH3 と尿素の関係から、現在の必要な尿素噴射量が得られます。
効率はかなりのものです。 Euro IV で要求される換算率はわずか 50% です。
排出ガスに関しては、前処理技術と後処理技術の組み合わせも非常に特殊であり、パフォーマンスとコストの間で妥協点を見つける必要があります。{0}
