水素エンジンの評価において、排出ガス分析計・計測技術から、最新の法規動向、設備の安全対策まで、お客様とご一緒に解決策を検討し、幅広い計測ソリューションをご提案します。

目次

1. 水素エンジンとは
   • 自動車用　水素エンジンとは
   • 水素エンジンにかかわる排出ガス規制動向
   • 水素エンジンの課題
2. HORIBAの提案する水素エンジン計測ソリューション
   • 水素エンジンの課題とHORIBAソリューションの特長
   • 水素エンジン評価用　代表製品例
     - 水素ガス測定装置　HyEVO
     - レーザ吸光法自動車排ガス測定装置　MEXA-ONE IRLAM
     - FTIR法排ガス測定装置　FTX-ONEシリーズ

• カーボンニュートラルの実現に向け注目されている手段のひとつ
• ガソリン・ディーゼルエンジンの部品や高いノウハウ、開発設備を流用・活用可能
• 燃焼改善、排出ガス低減、安全対策など、水素エンジン特有の開発課題への対応が必要
• 既存の開発設備を活用する場合、機能面・安全面共に水素対応のための更新が必須

水素エンジンは、水素を燃料とする内燃機関のことで、エンジンの燃焼室で水素を燃やし、燃焼時に発生する圧力から動力を得る装置です。燃焼時の化学反応では理論上水のみが発生し、二酸化炭素（CO₂）を排出しないため、カーボンニュートラルを実現するひとつの手段として注目を集めています。

水素エンジンは従来からあるガソリン・ディーゼルエンジンの部品や開発環境、内燃機関への高いノウハウを流用・活用することができます。また、燃料である水素も燃料電池で要求されるほどの高い純度は要求しないため、水素活用の一つの手段として検討されています。

現在、欧州・米国において水素エンジンに対応する規制の改定作業が進められています。

国連
LDV：R83、R154ともにすでに水素エンジンに対する要件あり
排出ガス試験は必要だが、水素のみを燃料とする内燃機関の場合NOx計測のみ
燃料蒸発ガス、OBFCMへの要件はなし

HDV：水素100%燃料のエンジンに対するR49-07（排出ガス試験法）とR85（馬力測定法）の改定が2024年2月に公布^※１
測定成分はNOx、CO、THC or NMHC、NH3、PM、PN、ｶｰﾎﾞﾝバランス法は適用除外
Dual Fuelを含む改定案を検討中
※1　UN Regulation No. 49 Revision 8 - Amendment 2 | UNECE　

NRMM：HDV R49の改定を参照し、改定案を策定予定

米国
2024年4月にEPAより公布された重量車のGHG Phase3規制^※２に伴い計測法が改定
水素燃料専焼エンジン、混焼エンジン（水素/CNG、水素/ディーゼルなど）は従来型のエンジンと同様に排出ガス規制対象となる
※2　Final Rule: Greenhouse Gas Emissions Standards for Heavy-Duty Vehicles – Phase 3 | US EPA

水素エンジンの課題

水素エンジンでは、従来の内燃機関とは異なる、特有の開発課題への対応が求められます。水素エンジンには、大きく3つの課題があります。

• 従来と異なるA/F制御、λセンサ開発
• 異常燃焼（プレイグ・ノッキング）抑制
• 高過給 / 筒内直噴 / 高圧噴射による出力向上
• 水素燃料特性に合わせた最適なマップ作製
• 燃焼室形状などのハード改善

規制対応やGHG（Greenhouse Gas：温室効果ガス）低減、カーボンニュートラルに向けた排出ガス低減

• 触媒(三元触媒：TWC /尿素SCR /酸化触媒：DOC等)・EGRでのNOx低減
• 三元触媒（TWC）でのH₂/NOxの反応によるNH₃生成の抑制
• 尿素SCRからのNH₃スリップ低減
• アンモニアスリップ触媒（ASC）におけるN₂O生成抑制
• 尿素・エンジンオイルからのCO₂発生抑制
• エンジンオイル由来のPM/PN発生抑制
• 最新の正確な法規動向の把握

水素を燃料として扱う上での安全対策

• インジェクタのリーク対策
• クランクケース内の水素濃度マネジメント
• 副生成物に対する部品信頼性の担保
• 水素脆性（水素脆化）の対策

最適投資による安全な試験環境のスピーディーな構築

水素エンジンの試験環境には、高濃度水分や未燃水素を含む排気への対応や、水素に対する安全対策、さらには、各自治体消防への届け出までの対応が求められています。既存設備を有効活用し、最適な投資を行い上記の対応を実施しなければなりません。

HORIBAは、お客様とご一緒に、それぞれの課題に対する解決策を検討し、最適な計測ソリューションをご提案します。

HORIBAの提案する水素エンジン計測ソリューション

• 燃焼改善や排出ガス低減に向け、燃焼時に発生する各種ガスを正確に測りたい
  → H₂、H₂O、NOx、NH₃、N₂O、CO₂、PM、PNなど、豊富なラインアップの分析計をご提案
• 水素エンジンを正しく測るための計測ノウハウがない
  → 高濃度水分や未燃水素が含まれる排出ガス中の各種成分を高精度に測るための計測技術もご提案
• 水素エンジンに関する最新の法規動向を入手したい
  → 水素エンジンの排出ガス試験法に対する法規要件をいち早く入手してお客様をサポート
• 既存の設備を最大限活用して機能面・安全面共に水素エンジンに対応した設備にしたい
  → 高濃度水分や未燃水素が含まれる排気の対応をはじめとする対策や、各所での経験を踏まえた消防対応サポートを実施