尿素SCRシステムとは？仕組みやメリット・デメリットを解説！

尿素SCRシステムは、ディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を浄化する技術です。

燃料電池車が増えてきたとはいえ、環境問題に向き合わなければならない今こそ理解が必要です。

今回は、「尿素SCRシステム」というディーゼルエンジンに組み込まれているシステムについて解説しますので、ぜひ最後まで読んでご参考になさってください。

将来的に、自動車のバッテリーがどうなるのか先行きが見えない中、尿素SCRシステムについて理解を深めておくと、どのような形態で燃料を使うかの判断が遅れることはないでしょう。

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尿素SCRシステムの概要

まずは尿素SCRシステムの概要について説明します。

尿素とは？

尿素は別名を「カルバミド」ともいい、化学式では、CH₄N₂Oと表されます。

無職無臭の無害な結晶で、保湿クリームや角質融解、肥料や防氷剤にも使用されたり、水に混ぜたものが携帯用の瞬間冷却剤の材料になるなど、意外にも日常生活で使用するシーンは多くあります。

水に容易に溶けることができ、水溶液は尿素水と呼ばれています。

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SCRとは？

SCRとは「Selective Catalytic Reduction（選択式触媒還元脱硝装置）」の略です。

有害な窒素酸化物（NO_x）を触媒により無害な窒素（N₂）と水（H₂O）に転換します。

還元剤として、アンモニア（NH₃）、アンモニア水、尿素が使用されますが、尿素は熱分解により結局はアンモニアへの転換をしなければなりません。

なぜディーゼル車に尿素SCRシステムが必要なのか

やはり窒素酸化物のせいです。

酸化窒素物は、環境に悪いというよりは、人体に悪いです。

大気汚染

「環境に悪い」というと、一般的に二酸化炭素（CO₂）をイメージされます。

二酸化炭素は、温室効果ガスとして有名で、自動車の場合、燃料をエンジンで燃やすと二酸化炭素が排出されます。

そして、燃費の良い車ほど、二酸化炭素の排出量は少量ですみます。

ディーゼルエンジンは燃費がいいので、二酸化炭素の排出量は少ないのですが、窒素酸化物が大量に排出されるため、日本で問題視されました。

静粛性

また、従来のディーゼルエンジンは圧縮比が高すぎて、振動や騒音が激かったのも、問題とされていました。

大気汚染と静粛性の両方が求められるエンジンとして、ガソリンエンジンが登場するも、燃費効率は悪いので、ディーゼルエンジンは進化して「クリーンディーゼル」となりました。

国産のクリーンディーゼル車

日本では、ガソリンエンジンが圧倒的に多いのですが、燃費性能の良さから、ヨーロッパでは約半分がディーゼルエンジン搭載車です。

ここでは日本のクリーンディーゼル車について解説します。

日野ディーゼル「FLENDS」

日野ディーゼルは、世界初のクリーンディーゼル「FLENDS」を開発しました。

通常は、窒素酸化物を減らそうとすると、粒子状物質（PM）が排出されます。

「FLENDS」は、燃焼温度を上げてPMを低減させ、増加分の窒素酸化物を尿素SCRシステムで除去する仕組みです。

部品別でも、世界初のものが多数使用され、2005年に自動車技術会技術開発賞を受賞しました。

これを機に、バスやトラックなどの大型自動車では尿素SCRシステムが世界中で使われるようになりました。

マツダ「SKYACTIV-D」

2012年に登場後、これまでの常識を覆すほどの低圧縮比を実現し、走行性能、燃費性能、環境性能の全てを大幅に改善しました。

圧縮比を低くすると、シリンダー内の温度と圧力が下がります。

これには注意が必要で、気温が低いときにエンジンがかかりにくかったり、暖機運転の時に燃焼が不安定になったりといった課題を抱えていましたが、マツダの「SKYACTIV-D」は対策に成功しました。

その時の技術が以下の2つです。

マルチホールピエゾインジェクター

空気と燃料が良く混ざった混合気を作ることで、気温が低くてもかかりやすいエンジンを実現。

可変排気バルブ機構

燃料の燃え具合を最適に保つため、バルブの動きを微妙に操作することにより、暖機運転中の燃焼の失敗を抑制。

走行性能

進化した「SKYACTIV-D」の「SKYACTIV-D 2.2」では、排気量4.0LのV8ガソリンエンジン並み、「SKYACTIV-D 1.5」では、排気量2.5Lのガソリンエンジン並の太いトルクを実現に成功しています。

クリーンディーゼルエンジン搭載車

• CX-3
• CX-5
• CX-8
• CX-30
• MAZDA2

などで、クリーンディーゼルエンジンを搭載しています。

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トヨタ ランドクルーザー プラド

トヨタのSUV「ランドクルーザー プラド」にも、ディーゼルエンジンモデルがあります。

大きくワイルドな車体で、7人乗りモデルもある中で、11.2km/Lの燃費性能を発揮しています。

ちなみに同じ条件のガソリン車の燃費は8.3km/Lです。

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三菱 デリカ D:5

アウトドアを売りにしているミニバン型SUVのデリカD:5にもクリーンディーゼルエンジンを搭載しています。

圧倒的な走破性能を継承しつつ、走りの質感を出すために、振動の大幅な低減、燃焼室の変更、次世代燃料インジェクターの搭載など主要な機構を改良し、三菱初のクリーンディーゼルエンジン搭載モデルとなりました。

ディーゼルエンジンの力強い走りを大きな車体で実現するために、クリーンディーゼルという選択をしたのです。

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まとめ

ガソリンエンジンに代わる動力源の動向には注意が必要です。

水素自動車、電気自動車に目が行きがちですが、結果としてどのエンジンがベストなのか、世界的に探っている状態です。

ディーゼルエンジンも頭の片隅に置いておくと、スムーズに移行できるでしょう。