ディーゼル車に乗っている方、または購入を検討している方の中には、「DPF」という言葉を聞いたことがある方もいるのではないでしょうか？この装置は、ディーゼル車の排ガスをクリーンにするために欠かせない存在です。
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて高い熱効率を誇り、CO₂排出量が少ないという特性から、環境問題が深刻化する現代において注目を集めています。近年、世界的な排ガス規制の強化に伴い、ディーゼル車へのDPFの搭載が義務化されるなど、排ガス浄化技術は目覚ましい発展を遂げています。
かつては、ディーゼルエンジンは排ガスや騒音の問題が指摘されていましたが、高圧燃料噴射システムやDPFをはじめとする高度な排ガス浄化システムの導入により、これらの問題は大幅に改善され、ディーゼルエンジンはクリーンで静かな動力源として評価されるようになりました。そのため、近年では乗用車にも多くのディーゼルエンジン車が採用されるようになっています。
この記事では、DPFが一体どのような仕組みで働いているのか、そしてなぜディーゼル車に搭載されているのかを詳しく解説していきます。
「DPF」とは？
DPF（Diesel Particulate Filter：ディーゼル微粒子捕集フィルター）は、ディーゼルエンジンを搭載するトラックや自動車にほぼ必ず搭載されている排気ガス浄化装置です。排気ガス中に含まれる有害物質「PM（Particulate Matter）」をフィルターで捕まえ、高温で燃焼させることで、大気への排出を抑制し、環境負荷を低減しています。
排気ガスの正体「PM」とは？
ディーゼルエンジンを搭載したトラックなどの車輌は、燃料に軽油を使用しているため、不完全燃焼が起こると排気ガス（黒煙・白煙）が発生します。この排気ガスの成分には、人体に無害な窒素（N₂）、水蒸気（H₂O）、二酸化炭素（CO₂）、酸素（O₂）などの気体や液体が含まれる一方で、窒素酸化物（NOx）、一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、二酸化硫黄（SO₂）などの有害物質も含まれています。
その有害物質の1つであるPM（Particulate Matter）は、「微粒子状物質」とも呼ばれ、排気ガス中の唯一の固体物質です。これは、燃料が不完全燃焼した際に生じるススであり、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質の一種です。その粒径は100分の1ミリメートル以下の微細な粒子であることから、トラックから排出される黒煙として視認され、この浮遊しているPM（スス）が原因で発生しているのです。
DPFの役割と導入の背景
大気中に浮遊するPM（微粒子状物質）は、人体に有害な影響を与えることが知られています。大量に吸い込むと、呼吸器系に付着し、肺がんや喘息などの原因となる恐れがあります。そのため、健康被害を防ぐための対策が求められてきました。日本では、2000年代に入り、ディーゼルエンジンの排出ガス規制が強化され、PMの排出量に関する規制値が厳しく設定されました。この規制に対応するため、ディーゼルエンジン搭載車へのDPF（ディーゼルパティキュレートフィルター）の装着が義務付けられるようになりました。現在、日本の自動車メーカーは、ほぼ全てのディーゼル車にDPFを標準装備しており、街中で見かけるディーゼル車の大半がDPFを搭載しています。
DPFの代表的な呼称
DPFには、様々な呼び方があり、自動車メーカーによってその呼称が異なります。例えば、三菱ふそうと日産自動車は、最も一般的な呼称である「DPF」（Diesel Particulate Filter）を使用しています。一方、日野自動車とマツダは「DPR」（Diesel Particulate Reduction）、いすゞ自動車は「DPD」（Diesel Particulate Defuser）と、それぞれ独自の略称を用いています。
このように、メーカーによってDPFの呼称は異なりますが、これらの装置が担う役割はすべて同じです。つまり、いずれの呼称であっても、排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気ガス中のPMを効果的に除去し、環境負荷を低減するという重要な役割を果たしています。
なぜ同じ装置に対して、メーカーごとに異なる呼称が用いられるのでしょうか。その理由は、各メーカーが独自に開発したDPFの構造や制御システムに特徴があるため、その違いを強調するために異なる名称を採用していると考えられます。また、商標登録などの権利関係も、呼称が異なる要因の一つとして考えられます。
DPFの仕組みと構造
DPF本体は、ハチの巣状の無数の穴を持つ「ハニカム構造」をしており、その内部は出入口を交互にふさいだ複雑な通路を形成しています。ハニカム構造は、表面積が大きく、多くのPMを捕集することができます。また、軽量で耐久性にも優れています。材質は、微細な孔が無数に開いた「多孔質セラミック」で構成されています。
排気ガスは、フィルター穴から流れ込み、多孔質のセル壁を通過します。このセル壁の無数に開いた極めて小さな孔は、気体は容易に通過できますが、PM（粒子状物質：スス）は孔よりも大きいため、セル壁に捕捉され、フィルター内に蓄積されます。こうして浄化された排気ガスは、フィルターの孔から抜け出し、マフラーから排出されます。
しかし、フィルター内に蓄積されたPMは、時間経過とともに増加し、DPFの目詰まりを引き起こす原因となります。これを防ぐために、DPFには「DPF再生」と呼ばれる自己再生機能が備わっています。これは、DPF内に蓄積されたPMを高温で燃焼させることで、フィルターを再生します。
DPF内部のセラミック表面には、パラジウムやプラチナなどのレアメタル（貴金属）がコーティングされており、これらのレアメタルが触媒として働き、累積されたPMを燃焼させる仕組みとなっています。触媒は、ある化学反応の速度を速める物質で、そのもの自身は反応の前後で変化しません。DPFでは、触媒の働きによって、低温でもPMを燃焼させることが可能になります。
DPF洗浄というエコな選択肢
DPFは、自己再生機能を持つとはいえ、長期間の使用や運転状況によっては、再生が不完全な状態が続き、目詰まりを起こしてしまうことがあります。DPFが目詰まりを起こすと、エンジンの出力低下や燃費悪化、重大な場合には、排気ガスの流れが悪くなり、フィルターが損傷（ひび割れ又は焼損）する事やエンジンが停止してしまうといったトラブルに繋がる可能性があります。
例えば、長距離を頻繁に運転するトラックの場合、DPFが目詰まりを起こしやすい傾向にあります。 DPFの定期的な洗浄は、目詰まりによるエンジン性能の低下を回復し、燃焼効率の向上と燃費改善に繋がります。DPF洗浄は、DPF交換に比べて廃棄物が出にくく、環境負荷を低減することができます。また、DPFの寿命を延ばすことで、長期的に車両の維持費を削減することができます。
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