JP2008261237A - 尿素水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍して内燃機関の排気通路に供給することのできる尿素水供給装置を提供する。
【解決手段】この装置は、排気通路１８に排気浄化触媒１７が設けられた内燃機関１０に適用される。尿素水タンク２１内に備蓄された尿素水を排気通路１８における排気浄化触媒１７より排気流れ方向上流側の部分に供給する。燃料還流通路１６が、尿素水タンク２１の内部を通過するように延設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に尿素水を供給する尿素水供給装置に関するものである。

近年、内燃機関の排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、機関排気通路に（排気浄化触媒（具体的には、選択還元触媒（ＳＣＲ））と尿素（（ＮＨ_２）_２ＣＯ）を供給する尿素供給装置とが設けられたシステム、いわゆる尿素ＳＣＲシステムが実用化されている（例えば特許文献１参照）。このシステムでは、機関排気通路に供給された尿素が排気中において熱分解および加水分解することによってアンモニア（ＮＨ_３）が生成され、このアンモニアを還元剤とする上記ＳＣＲの触媒作用によってＮＯｘが無害な窒素（Ｎ_２）に還元される。

また、上記尿素水供給装置としては、尿素の水溶液（尿素水）を機関排気通路における排気浄化触媒より排気流れ方向上流側の部分に供給するものが知られている。この尿素水供給装置は、尿素水を備蓄するタンクや、タンクと排気通路とを連通する供給通路、同供給通路の途中に設けられたポンプ等を備えている。

ここで、機関排気通路に尿素水を供給するタイプの尿素ＳＣＲシステムでは、例えば車載内燃機関に適用されて車両が寒冷地で放置されるなどして同システムの温度がごく低くなると、尿素水が凍結してしまう。そして、尿素水が凍結した状態のまま内燃機関が運転されると、排気通路に尿素水を供給することができないために排気中のＮＯｘを還元することができず、排気性状の悪化を招いてしまう。

そのため従来、尿素水タンクの内部に電熱式のヒータを設けることが提案されている。これにより、内燃機関の始動直前あるいは始動直後において、ヒータの発生熱によって尿素水を加熱して解凍することができ、排気性状の悪化を抑制することができる。
特開２００２−１５５７３０号公報

ところで、上述した装置のように電熱式のヒータを設けると、その分だけ消費電力が増加するために、これが内燃機関の燃費性能の低下を招いてしまう。しかも、一般に電熱式のヒータはその消費電力が大きいため、内燃機関の燃費性能の向上を図る上では、同ヒータによる電力消費が無視できない。

また、近年においては車両の電子化が進んでおり、車両全体で消費される電力が著しく増加している。これに対して、電力供給源であるバッテリの大容量化は、搭載スペースやコストなどによって制限されて、さほど進んでいない。そのため、必要な電力を確保することが困難になってきており、こうした点からもヒータによる電力消費が無視できない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍して内燃機関の排気通路に供給することのできる尿素水供給装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、排気通路に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用され、尿素水タンク内に備蓄された尿素水を前記排気通路における前記排気浄化触媒より排気流れ方向上流側の部分に供給する尿素水供給装置において、前記内燃機関の発生熱を吸収して温度上昇する流体が通過する流体通路を有してなり、同流体通路が前記尿素水タンクの内部を通過するように延設されてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、内燃機関の発生熱を利用して尿素水タンク内の尿素水を加熱することができる。そのため、加熱用の熱源を新たに設けることなく尿素水を加熱することができ、尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍して内燃機関の排気通路に供給することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の尿素水供給装置において、前記流体通路は、一旦分岐された後に合流するように延設される二つの通路であって前記尿素水タンクの内部を通過するタンク通路と前記尿素水タンクを迂回する迂回通路とを有してなるとともに、流体を圧送するポンプと前記タンク通路および前記迂回通路の分岐部分に設けられた切替弁とを有してなり、前記切替弁は、以下の（条件イ）および（条件ロ）の少なくとも一方が満たされるときに前記タンク通路を流体が通過するように、且つ前記（条件イ）および前記（条件ロ）が共に満たされないときに前記迂回通路を流体が通過するように、流体の流通態様を切り替えるものであることをその要旨とする。
（条件イ）尿素水の温度が第１の所定温度以下であること。
（条件ロ）尿素水の温度が前記第１の所定温度より高い第２の所定温度より低く、且つ前記流体の温度が前記第２の所定温度より高い第３の所定温度以上であること。

流体通路を尿素水タンク内に引き込む場合には、流体通路が長くなる分だけ同流体通路の流路抵抗が大きくなるおそれがある。そのため、単に流体通路を尿素水タンク内に引き込むようにすると、流体圧送用のポンプの仕事量が大きくなって内燃機関の燃費性能の悪化を招くおそれがある。また流体の性質によっては、流体の温度が高くなった場合に同流体の劣化を招くおそれがある。

上記構成では、尿素水が凍結するおそれのあるときには（尿素水温度≦第１の所定温度）、尿素水タンク内に引き込まれた通路（タンク通路）に流体を流して尿素水を加熱することができる。

また、尿素水が凍結するおそれがないときにおいて（尿素水温度＞第１の所定温度）、熱による流体の劣化速度を所望の速度以下に抑えることの可能な温度（流体上限温度）より流体の温度が高くなったときに（流体温度≧第３の所定温度）、尿素水の温度が熱による尿素水の劣化速度を所望の速度以下に抑えることの可能な温度（尿素水上限温度）以下であることを条件に（尿素水温度≦第２の所定温度）、上記タンク通路に流体を流すことにより、尿素水タンク内の尿素水の劣化を抑えつつ同尿素水によって流体を冷却することができる。

しかも、尿素水の温度が尿素水上限温度より高いときや（尿素水温度＞第２の所定温度）、流体の温度が流体上限温度以下であるときには（流体温度＜第３の所定温度）、迂回通路に流体を流すことにより、内燃機関の燃費性能の悪化を抑制することができる。

したがって上記構成によれば、流体の劣化を抑えつつ、効率良く尿素水タンク内の尿素水を加熱することが可能になる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の尿素水供給装置において、前記流体通路は、一旦分岐された後に合流するように延設される二つの通路であって前記尿素水タンクの内部を通過するタンク通路と前記尿素水タンクを迂回する迂回通路とを有してなるとともに、流体を圧送するポンプと前記タンク通路および前記迂回通路の分岐部分に設けられた切替弁とを有してなり、前記切替弁は、尿素水の温度が所定温度以下のときに前記タンク通路を流体が通過するように、且つ尿素水の温度が前記所定温度より高いときに前記迂回通路を流体が通過するように、流体の流通態様を切り替えるものであることをその要旨とする。

上記構成によれば、尿素水が凍結するおそれのあるときには尿素水タンク内に引き込まれた通路（タンク通路）に流体を流して尿素水を加熱する一方、尿素水が凍結するおそれのないときには迂回通路に流体を流して燃費性能の悪化を抑制するといったように、効率良く尿素水タンク内の尿素水を加熱することが可能になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の尿素水供給装置において、前記流体通路は内燃機関の燃料が通過する通路であることをその要旨とする。
上記構成によれば、内燃機関の運転に伴って温度上昇する燃料によって尿素水を加熱することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の尿素水供給装置において、前記内燃機関は、燃料を備蓄する燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路と同燃料供給通路内の余剰燃料を前記燃料タンク内に還流する燃料還流通路とを有してなり、前記流体通路は、前記燃料還流通路であることをその要旨とする。

また請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の尿素水供給装置において、前記内燃機関は、その燃料を備蓄する燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路と同燃料供給通路内の余剰燃料を前記燃料タンク内に還流する燃料還流通路とを有してなり、前記流体通路は、前記燃料供給通路であることをその要旨とする。

燃料供給通路と燃料還流通路とを有する内燃機関では、同内燃機関の発生熱を吸収することによって燃料供給通路内の燃料の温度が上昇するとともに、同燃料が還流されることによって燃料還流通路の内部や燃料タンクの内部の燃料の温度が上昇する。

そのため、請求項５に記載の構成によれば、そうした内燃機関にあって燃料還流通路を通過する燃料によって尿素水を加熱することができる。また、請求項６に記載の構成によれば、燃料供給通路と燃料還流通路とを有する内燃機関にあって、同燃料供給通路を通過する燃料により尿素水を加熱することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の尿素水供給装置において、前記流体通路は、前記尿素水タンクの内部において延びるタンク通路と前記排気通路の外壁に接触するように延びる受熱通路と同受熱通路から前記タンク通路に流体を供給する流体供給通路と前記タンク通路から前記受熱通路に流体を還流する流体還流通路とからなり、同流体通路内の流体を圧送するためのポンプが設けられてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、内燃機関の排熱を利用して、流体通路内を循環する流体、ひいては尿素水タンク内の尿素水を加熱することができる。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の尿素水供給装置において、前記流体供給通路および前記流体還流通路のうちの少なくとも一方は、前記尿素水タンクから前記排気通路に尿素水を供給する尿素水供給通路に接触するように延設されてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、尿素水タンク内の尿素水を加熱することに加えて、尿素水供給通路内の尿素水を加熱することができる。そのため、尿素水供給通路内の尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の尿素水供給装置において、前記内燃機関は車両に搭載されてなり、前記流体通路は前記尿素水タンク内に配設される部分の一部が熱交換器によって構成されてなり、前記熱交換器は、その外面に放熱用フィンが突設されてなり、同放熱用フィンが前記尿素水タンク内を前記車両の前後方向において仕切るように配設されてなることをその要旨とする。

加速や減速に伴って車両がその前後方向に揺れると、これに伴って尿素水タンク内の尿素水も揺動するために、その揺動した尿素水が尿素水タンクの内壁に衝突することによって耳障りな音が発生することがある。

上記構成によれば、熱交換器の放熱用フィンにより、尿素水タンク内における尿素水の車両前後方向への流動にかかる流動抵抗を大きくすることができ、これにより上述した耳障りな音の発生を抑制することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の尿素水供給装置において、前記流体通路は、前記尿素水タンク内に配設される部分の一部がコイル形状に延設されてなり、同コイル形状の中心軸が前記車両の前後方向と交差するように延設されてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、流体通路を、尿素水タンク内における尿素水の車両前後方向への流動にかかる流動抵抗を好適に大きくすることの可能な形状に延設することができる。そのため、上述した耳障りな音の発生を好適に抑制することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる尿素水供給装置を具体化した第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる尿素水供給装置およびその周辺機器の具体構成を示している。

同図１に示すように、内燃機関１０はその燃焼室（図示略）に燃料を供給するための燃料供給系を備えており、同燃料供給系は、燃料タンク１１、燃料供給通路１２、燃料ポンプ１３、燃料噴射弁１４、溢流弁１５、および燃料還流通路１６により構成されている。なお上記内燃機関１０は、動力源として車両に搭載されるものである。

燃料タンク１１の内部には燃料が備蓄されており、燃料供給通路１２は燃料噴射弁１４と燃料タンク１１を連通するように延設されている。また、燃料ポンプ１３は上記燃料供給通路１２に設けられて、同燃料供給通路１２内の燃料を圧送するものである。燃料噴射弁１４は、その開弁駆動を通じて、内燃機関１０の内部に向けて燃料を噴射するものである。

上記燃料供給系では、内燃機関１０の運転に際して、燃料ポンプ１３が作動されて、燃料タンク１１内の燃料が燃料供給通路１２内に汲み上げられている。そして、内燃機関１０の運転状態に応じた期間にわたって燃料噴射弁１４が開弁駆動されることにより、燃料供給通路１２内の燃料が内燃機関１０の内部に噴射される。こうした燃料噴射弁１４の開弁駆動を通じて、適量の燃料が内燃機関１０の燃焼室に供給される。

また、上記燃料還流通路１６は、燃料タンク１１と燃料供給通路１２とを連通するように延設されている。上記溢流弁１５は燃料還流通路１６に設けられている。上記燃料供給系にあっては、これら燃料還流通路１６および溢流弁１５を通じて、上記燃料供給通路１２内の余剰燃料が燃料タンク１１内に還流されるようになっている。

一方、内燃機関１０は排気浄化システム（いわゆる尿素ＳＣＲシステム）を備えており、同システムは排気浄化触媒１７と尿素水供給装置とにより構成されている。
排気浄化触媒１７は内燃機関１０の排気通路１８に設けられており、この排気浄化触媒１７としては具体的には選択還元触媒（ＳＣＲ）が設けられる。

また尿素水供給装置は、尿素水タンク２１、尿素水供給通路２２、尿素水ポンプ２３、尿素水噴射弁２４により構成されている。尿素水タンク２１の内部には尿素水（（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ）が備蓄されている。尿素水供給通路２２は、内燃機関１０の排気通路１８における排気浄化触媒１７より排気流れ方向上流側の部分と尿素水タンク２１とを連通するように延設されている。尿素水ポンプ２３は尿素水供給通路２２の途中に設けられて、同尿素水供給通路２２内の尿素水を圧送するものである。また尿素水噴射弁２４は、その開弁駆動を通じて、内燃機関１０の排気通路１８内に尿素水を噴射するものである。

尿素水供給装置では、内燃機関１０の運転に際して、尿素水ポンプ２３が作動されて、尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給通路２２内に圧送されている。そして、内燃機関１０の運転状態に応じて尿素水噴射弁２４の駆動が制御されて、尿素水供給通路２２内の尿素水が内燃機関１０の排気通路１８内に噴射・供給される。その後、排気通路１８に供給された尿素水が排気中において熱分解および加水分解することによってアンモニア（ＮＨ_３）が生成され、このアンモニアを還元剤とする上記排気浄化触媒１７の触媒作用によって排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が無害な窒素（Ｎ_２）に還元される。

ここで、上記システムでは、例えば車両が寒冷地で放置されるなどして同システムの温度がごく低くなると、尿素水が凍結してしまう。そして、尿素水が凍結した状態のまま内燃機関１０が運転されると、排気通路１８に尿素水を供給することができないために排気中のＮＯｘを還元することができず、排気性状の悪化を招いてしまう。

ところで内燃機関１０の燃料供給系は、燃料供給通路１２内の燃料の一部が燃料還流通路１６を通じて燃料タンク１１に戻される構造になっている。そのため、この燃料供給系の内部では、内燃機関１０の発生熱を吸収することによって燃料供給通路１２内の燃料の温度が上昇し、さらには同燃料が還流されることによって燃料還流通路１６の内部や燃料タンク１１の内部の燃料の温度も上昇する。

この点をふまえて、本実施形態では、燃料還流通路１６が前記尿素水タンク２１の内部を通過するように延設されている。これにより、尿素水タンク２１内の尿素水の温度が燃料還流通路１６を通過する燃料（内燃機関１０の発生熱を吸収して比較的高い温度になった燃料）の温度より低いときにおいて、同燃料との熱交換を通じて尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができるようになる。

このように本実施形態によれば、内燃機関１０の発生熱を利用して尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができる。そのため、加熱用の熱源を新たに設けることなく尿素水を加熱することができ、尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍して内燃機関１０の排気通路１８に供給することができる。

また燃料の温度が過度に高くなると、燃料が劣化したり、燃料供給系内において燃料が不要に気化したり、燃料が燃料タンク１１の材質と反応することによって同燃料タンク１１が劣化したりするなどといった、種々の不都合を招くおそれがある。この点、本実施形態では、尿素水タンク２１内の尿素水の温度が燃料還流通路１６を通過する燃料の温度より低いときにおいて、同燃料が、尿素水タンク２１内の尿素水との熱交換を通じて冷却されるようになる。これにより、燃料温度の過度の上昇を抑制することができ、上記不都合の発生を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１０の発生熱を利用して尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができる。そのため、加熱用の熱源を新たに設けることなく尿素水を加熱することができ、尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍して内燃機関１０の排気通路１８に供給することができる。

（２）尿素水タンク２１の内部を通過するように燃料還流通路１６を延設するようにした。そのため、内燃機関１０の運転に伴って温度上昇する燃料によって尿素水を加熱することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる尿素水供給装置を具体化した第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態にかかる尿素水供給装置では、燃料還流通路の延設態様が第１の実施形態にかかる尿素水供給装置と異なる。
図２に、本実施形態にかかる尿素水供給装置およびその周辺機器の具体構成を示す。

同図２に示すように、燃料還流通路３１は、途中で一旦分岐された後に合流する形状に延設される二つの通路を備えている。それら二つの通路のうちの一方（タンク通路３２）は前記尿素水タンク２１の内部を通過するように延設されており、他方（迂回通路３３）は尿素水タンク２１を迂回するように延設されている。

また、それらタンク通路３２および迂回通路３３の分岐部分には切替弁３４が設けられている。この切替弁３４の作動を通じて、タンク通路３２および迂回通路３３のうちのいずれか一方のみに燃料が流れるように、燃料還流通路３１における燃料の流通態様が切り替えられる。

本実施形態にかかる装置は、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置３５を備えている。電子制御装置３５には、各種センサ類の検出信号が取り込まれている。そうした各種センサとしては、例えば尿素水タンク２１内の尿素水の温度ＴＨＮを検出するための温度センサ３６や、燃料還流通路３１内の燃料の温度ＴＨＦを検出するための温度センサ３７などが設けられている。この電子制御装置３５は、各種センサの検出信号をもとに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて燃料噴射弁１４の駆動制御や、尿素水噴射弁２４の駆動制御、切替弁３４の駆動制御の駆動制御等といった各種制御を実行する。

本実施形態では、切替弁３４の駆動制御が次のように実行される。すなわち、切替弁３４の作動を通じて、以下の（条件イ）および（条件ロ）の少なくとも一方が満たされるときには上記タンク通路３２を燃料が通過するようになり、（条件イ）および（条件ロ）が共に満たされないときには上記迂回通路３３を燃料が通過するようになる。
（条件イ）尿素水温度ＴＨＮが第１の所定温度Ｔ１（例えば、−１１℃）以下であること。
（条件ロ）尿素水温度ＴＨＮが第２の所定温度Ｔ２（例えば、６０℃）より低く、且つ燃料温度ＴＨＦが第３の所定温度Ｔ３（例えば、８０℃）以上であること（ただし、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）。

なお、各所定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３としては、実験結果等に基づいて、それぞれ次のような温度が予め設定されている。
所定温度Ｔ１は尿素水タンク２１内の尿素水が凍結するおそれのある状況であることを判断可能な温度である。詳しくは、尿素水温度ＴＨＮが所定温度Ｔ１以下になった場合に尿素水タンク２１内の尿素水が凍結するおそれがあると判断される。

また、所定温度Ｔ２は所望の期間（例えば１年）にわたって尿素水を適正な品質で維持することの可能な温度についての上限（尿素水上限温度）である。詳しくは、尿素水温度ＴＨＮが所定温度Ｔ２より低い状態で維持された場合に、熱による尿素水の劣化速度が所望の速度以下に抑えられて、尿素水が適正な品質で維持される。

さらに、所定温度Ｔ３は、燃料が劣化したり燃料供給系内において燃料が不要に気化したりするといった不都合の発生が懸念される状況であることを判断可能な温度である。詳しくは、燃料温度ＴＨＦが所定温度Ｔ３以上になったときに上記不都合が発生するおそれがあると判断される。

このように切替弁３４の駆動を制御することにより、以下のような作用が得られるようになる。
すなわち先ず、尿素水が凍結するおそれのあるときには（尿素水温度ＴＨＮ≦所定温度Ｔ１）、尿素水タンク２１内に引き込まれた通路（タンク通路３２）を燃料が通過するようになり、同燃料によって尿素水が加熱されるようになる。

また、尿素水が凍結するおそれがないときにおいて（尿素水温度ＴＨＮ＞所定温度Ｔ１）、燃料の温度が前記不都合の発生を適正に抑えることの可能な温度の上限（燃料上限温度）より高くなったときに（燃料温度ＴＨＦ≧所定温度Ｔ３）、尿素水の温度が尿素水上限温度以下であることを条件に（尿素水温度ＴＨＮ≦所定温度Ｔ２）、タンク通路３２を燃料が通過するようになる。これにより、尿素水タンク２１内の尿素水の劣化を抑えつつ、同尿素水によって燃料を冷却して上記不都合の発生を適正に抑えることができる。

さらに、尿素水の温度が尿素水上限温度より高いときや（尿素水温度ＴＨＮ＞所定温度Ｔ２）、燃料の温度が燃料上限温度以下であるときには（燃料温度ＴＨＦ＜所定温度Ｔ３）、迂回通路３３を燃料が通過するようになる。

ここで、燃料還流通路を尿素水タンク内に引き込む場合には、同燃料還流通路が長くなる分だけ同燃料還流通路の流路抵抗が大きくなるおそれがある。また、尿素水と燃料との熱交換とを効率よく行うために尿素水タンク内における燃料還流通路の延設長がごく長く設定される場合には、燃料還流通路の流路抵抗が極めて大きくなってしまう。したがって、単に燃料還流通路を尿素水タンク内に引き込むようにすると、燃料ポンプの仕事量が大きくなって内燃機関の燃費性能の悪化を招くおそれがある。

この点、本実施形態では、燃料によって尿素水を加熱するときや尿素水によって燃料を冷却するときには尿素水タンク２１内に引き込まれた通路（タンク通路３２）を燃料が通過するようになるものの、尿素水を加熱したり燃料を冷却したりしないときには、尿素水タンク２１を迂回する通路（迂回通路３３）を燃料が通過するようになる。そのため、このとき燃料還流通路３１の流路抵抗を極力小さくすることができ、これにより燃料還流通路３１を尿素水タンク２１内に引き込むことに起因する内燃機関１０の燃費性能の悪化を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、前述した（１）および（２）に記載した効果に加えて、以下の（３）に記載する効果が得られるようになる。
（３）尿素水が凍結するおそれのあるときには、タンク通路３２に燃料を流して尿素水を加熱することができる。また、尿素水が凍結するおそれがないときにおいて、燃料の温度が燃料上限温度より高くなったときに、尿素水の温度が尿素水上限温度以下であることを条件に、タンク通路３２に流体を流すことにより、尿素水タンク２１内の尿素水の劣化を抑えつつ同尿素水によって燃料を冷却することができる。しかも、尿素水の温度が尿素水上限温度より高いときや、燃料の温度が燃料上限温度以下であるときには、迂回通路３３に燃料を流すことにより、内燃機関１０の燃費性能の悪化を抑制することができる。したがって、燃料の温度上昇に起因する不都合の発生を適正に抑えつつ、尿素水タンク２１内の尿素水を効率良く加熱することができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明にかかる尿素水供給装置を具体化した第３の実施形態について、第１の実施形態および第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態にかかる尿素水供給装置は、尿素水タンク内を通過するように燃料還流通路を延設することに代えて、尿素水タンク内を通過するように燃料供給通路を延設するようにした点が、第１の実施形態および第２の実施形態にかかる尿素水供給装置と異なる。

図３に、本実施形態にかかる尿素水供給装置およびその周辺機器の具体構成を示す。
同図３に示すように、本実施形態では燃料供給通路４１が尿素水タンク２１内を通過するように延設されている。これにより、尿素水タンク２１内の尿素水の温度が燃料供給通路４１を通過する燃料（内燃機関１０の発生熱を吸収して比較的高い温度になった燃料）の温度より低いときにおいて、同燃料との熱交換を通じて尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができるようになる。

このように本実施形態によれば、内燃機関１０の発生熱を利用して尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができる。そのため、加熱用の熱源を新たに設けることなく尿素水を加熱することができ、尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍して内燃機関１０の排気通路１８に供給することができる。

ところで、燃料の温度が過度に高くなると、燃料が劣化したり燃料供給系内において燃料が不要に気化したり、燃料が燃料タンク１１の材質と反応することによって同燃料タンク１１が劣化したりするなどといった、種々の不都合を招くおそれがある。そのため本実施形態の車両では、燃料タンク１１や燃料供給通路４１、並びに燃料還流通路１６の形状や配設位置の設定を通じて、同燃料タンク１１内の燃料温度が所定温度Ｔ４（本実施形態では、５０℃）以下になるように抑えられている。

ここで、本実施形態の車両では、尿素水タンク２１が内燃機関１０の排気通路１８の近傍に設けられている。そのため、内燃機関１０の排熱を吸収することによって、尿素水タンク２１内の尿素水の温度が過度に高くなってしまうおそれがある。尿素水の温度が過度に高くなると、これが尿素水タンク２１内におけるアンモニアの発生を招いたり、不純物の析出によって尿素水供給通路２２を詰まらせたりするなど、種々の不都合を招く原因となる。

この点、本実施形態によれば、尿素水の温度が燃料供給通路４１を通過する燃料の温度（所定温度Ｔ４以下になるように抑えられた燃料の温度）より高くなった場合に、同燃料によって尿素水タンク２１内の尿素水が冷却されるようになる。したがって、尿素水の温度が過度に高くなることが好適に抑制される。

以上説明したように、本実施形態によれば、前述した（１）に記載した効果に加えて、以下の（４）に記載の効果が得られるようになる。
（４）尿素水タンク２１の内部を通過するように燃料供給通路４１を延設するようにした。そのため、内燃機関１０の運転に伴って温度上昇する燃料によって尿素水を加熱することができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明にかかる尿素水供給装置を具体化した第４の実施形態について、第１〜第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

第１〜第３の実施形態では、燃料が通過する通路（第１の実施形態では燃料還流通路１６、第２の実施形態では燃料還流通路３１、第３の実施形態では燃料供給通路４１）が尿素水タンク内を通過するように延設されている。これに対して、本実施形態にあっては、内燃機関１０の排熱を吸収して温度上昇する流体が通過する通路が尿素水タンク内を通過するように延設されている。

図４に、本実施形態にかかる尿素水供給装置およびその周辺機器の具体構成を示す。
同図４に示すように、本実施形態にかかる装置は、内部を流体が循環する流体循環系５０を備えている。この流体循環系５０にあって流体が通過する通路は、タンク通路５１、受熱通路５２、流体供給通路５３、および流体還流通路５４により構成されている。

タンク通路５１は尿素水タンク２１の内部において延びる通路であり、受熱通路５２は内燃機関１０の排気通路１８の外壁に接触するように延びる通路である。受熱通路５２は詳しくは、図５に示すように、内燃機関１０の排気通路１８（詳しくは、排気浄化触媒１７の配設部分）の外壁面全体を覆うように延びる形状に形成されている。流体供給通路５３は受熱通路５２とタンク通路３２とを連通する通路である。この流体供給通路５３を通じて受熱通路５２からタンク通路３２に流体が供給される。流体還流通路５４はタンク通路５１と受熱通路５２とを連通する通路である。流体還流通路５４を通じてタンク通路３２から受熱通路５２に流体が還流される。

流体供給通路５３には、同流体供給通路５３内の流体を圧送するための流体ポンプ５５が設けられている。この流体ポンプ５５の作動を通じて、流体循環系５０の内部に流体が強制的に循環される。なお流体ポンプ５５としては電動式のものが設けられている。また流体としては、内燃機関１０の冷却に用いられる冷却液、いわゆるクーラントが採用されている。

本実施形態にかかる装置では、上記流体供給通路５３の一部および流体還流通路５４の一部が共に、尿素水タンク２１から排気通路１８に尿素水を供給する尿素水供給通路２２と並行して延びるように、且つ同尿素水供給通路２２に接触するように設けられている。

こうした装置によれば、以下のような作用が得られる。
内燃機関１０の運転に際して流体ポンプ５５が作動すると、流体循環系５０内に流体が循環するようになる。そして、受熱通路５２を通過する際に内燃機関１０の排熱を流体が吸収することによって流体の温度が上昇するようになり、さらにはその流体がタンク通路５１に流入するようになる。そのため、タンク通路５１を通過する流体の温度が尿素水タンク２１内の尿素水の温度より高くなった後において、同流体との熱交換を通じて尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができるようになる。

このように本実施形態によれば、内燃機関１０の排熱を利用して、流体循環系５０内の流体、ひいては尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができる。そのため、加熱用の熱源を新たに設けることなく尿素水を加熱することができ、尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍して内燃機関１０の排気通路１８に供給することができる。

また、流体供給通路５３の一部および流体還流通路５４の一部が共に、尿素水供給通路２２と並行して延びるように、且つ同尿素水供給通路２２に接触するように設けられているために、尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することに加えて、尿素水供給通路２２内の尿素水を加熱することができる。したがって本実施形態によれば、尿素水供給通路２２内の尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍することもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、前述した（１）に記載した効果に加えて、以下の（５）および（６）に記載の効果が得られるようになる。
（５）内燃機関１０の排熱を利用して、流体循環系５０内の流体、ひいては尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することができる。

（６）尿素水供給通路２２内の尿素水を加熱することができ、同尿素水供給通路２２内の尿素水が凍結した場合にこれを効率よく解凍することができる。
（第５の実施形態）
以下、本発明にかかる尿素水供給装置を具体化した第５の実施形態について説明する。

なお、本実施形態にかかる尿路水供給装置の前提構成としては、第１〜第４の実施形態のうちのいずれか一つが採用される。また、その前提構成と実施形態にかかる構成とは、流体が通過する通路（第１の実施形態では燃料還流通路１６、第２の実施形態ではタンク通路３２、第３の実施形態では燃料供給通路４１、第４の実施形態ではタンク通路５１）における尿素水タンク内を通過する部分の延設態様が異なる。そのため以下では、そうした流体通路の延設態様について説明する。

図６は尿素水タンク２１の内部構造を示しており、図７は図６の矢印Ａ方向から見た尿素水タンク２１の内部構造を示している。
図６および図７に示すように、本実施形態では、流体通路６１が尿素水タンク２１の内部を通過するように延設されており、同流体通路６１の上記尿素水タンク２１の内部を通過する部分の一部が熱交換器６２によって構成されている。この熱交換器６２には、その外面から突出する形状の放熱用のフィン６３が複数形成されている。それらフィン６３としては、熱交換器６２の周囲全周にわたって延びる形状のものが等間隔おきに設けられている。

ここで、車両の加速や減速に伴って同車両が揺れると、これに伴って尿素水タンク２１内の尿素水も揺動するために、その揺動した尿素水が尿素水タンク２１の内壁に衝突することによって耳障りな音が発生することがある。こうした耳障りな音は、例えば渋滞路を走行しているときに車両の発進と停止とが繰り返される場合など、ロードノイズや機関騒音などが小さく車内騒音が小さい状況において車両が前後方向に揺れるときに、特に運転者に伝わりやすい。

この点をふまえて本実施形態では、熱交換器６２のフィン６３によって尿素水タンク２１の内部が前記車両の前後方向において仕切られるように、同熱交換器６２を配設するようにしている。詳しくは、熱交換器６２に形成された複数のフィン６３のうちの一部（本実施形態では３つ）のフィン６３Ａの突出量が他のフィン６３Ｂの突出量と比較して大きく設定されており、それらフィン６３Ａが尿素水タンク２１の内部を車両の前後方向において各別に仕切るように、且つフィン６３Ａと尿素水タンク２１の内壁とに間隙が形成されるようにいる。熱交換器６２が配設されている。

このように熱交換器６２を配設することにより、車両が前後方向に揺れて尿素水タンク２１内の尿素水が揺動する際に、尿素水の一部がフィン６３Ａと尿素水タンク２１の内壁面との間隙を通じて流動するようになる。

このときフィン６３Ａと尿素水タンク２１の内壁面との間隙が絞りとして作用して、尿素水タンク２１内における尿素水の流動速度が低減されるようになる。そのため、揺動した尿素水が尿素水タンク２１の内壁に衝突する際に発生する音が小さくなって、上述した耳障りな音の発生が抑制されるようになる。

（第６の実施形態）
以下、本発明にかかる尿素水供給装置を具体化した第６の実施形態について説明する。
なお、本実施形態にかかる尿路水供給装置の前提構成としては、第１〜第４の実施形態のうちのいずれか一つが採用される。また、その前提構成と実施形態にかかる構成とは、流体が通過する通路（第１の実施形態では燃料還流通路１６、第２の実施形態ではタンク通路３２、第３の実施形態では燃料供給通路４１、第４の実施形態ではタンク通路５１）における尿素水タンク内を通過する部分の延設態様が異なる。そのため以下では、そうした流体通路の延設態様について説明する。

図８は尿素水タンク２１の内部構造を示しており、図９は図８の矢印Ｂ方向から見た尿素水タンク２１の内部構造を示している。
図８および図９に示すように、本実施形態では、流体通路７１が尿素水タンク２１の内部を通過するように延設されており、同流体通路７１の一部がコイル形状に延設されている。流体通路７１は、コイル形状に形成された部分（コイル部７２）が尿素水タンク２１内に配設されるように、且つ同コイル形状の中心軸が車両の前後方向と直交するように（具体的には、車幅方向に延びるように）に配設されている。

ここで、車両の加速や減速に伴って同車両が揺れると、これに伴って尿素水タンク２１内の尿素水も揺動するために、その揺動した尿素水が尿素水タンク２１の内壁に衝突することによって耳障りな音が発生することがある。こうした耳障りな音は、例えば渋滞路を走行しているときに車両の発進と停止とが繰り返される場合など、ロードノイズや機関騒音などが小さく車内騒音が小さい状況において車両が前後方向に揺れるときに、特に運転者に伝わりやすい。

本実施形態では、尿素水タンク２１内にコイル部７２が配設されており、車両が前後方向に揺れて尿素水タンク２１内の尿素水が揺動する際に、尿素水の一部がコイル部７２を通過するようになる。そして、このとき隣り合う流体通路７１の間隙が絞りとして作用して、尿素水タンク２１内における尿素水の流動速度が低減されるようになる。そのため、揺動した尿素水が尿素水タンク２１の内壁に衝突する際に発生する音が小さくなって、上述した耳障りな音の発生が抑制されるようになる。

なお、尿素水タンク２１内を通過するように流体通路７１を延設するようにすれば、その延設形状によることなく、尿素水タンク２１内における尿素水の流動にかかる流動抵抗を大きくすることはできる。これに加えて、本実施形態の流体通路７１の延設態様を採用することにより、尿素水タンク２１内における尿素水の車両前後方向への流動にかかる流動抵抗を好適に大きくすることの可能な形状に同流体通路７１を延設することができるようになり、上述した耳障りな音の発生を好適に抑制することができるようになる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第２の実施形態において、（条件イ）が満たされたときにタンク通路３２を燃料が通過するように、且つ（条件イ）が満たされないときに迂回通路３３を燃料が通過するように、切替弁３４を作動させるようにしてもよい。同構成によれば、尿素水が凍結するおそれのあるときにはタンク通路３２に燃料を流して尿素水を加熱する一方、尿素水が凍結するおそれのないときには迂回通路３３に流体を流して内燃機関１０の燃費性能の悪化を抑制するといったように、効率良く尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することが可能になる。

・第２の実施形態において、切替弁３４に代えて、尿素水タンク２１内の尿素水と燃料還流通路１６内の燃料とに当接するように配設されるとともに、それら当接する尿素水の温度と燃料の温度とに応じて自動的に開度が変化するタイプの切替弁を設けるようにしてもよい。

・第３の実施形態において、次の構成を採用することができる。燃料供給通路４１の一部を、一旦分岐された後に合流するように延設される二つの通路（尿素水タンク２１の内部を通過するタンク通路、および尿素水タンク２１の内部を迂回する迂回通路）によって構成し、それらタンク通路および迂回通路の分岐部分に切替弁を設ける。そして、以下の（条件ハ）および（条件ニ）の少なくとも一方が満たされるときにタンク通路を燃料が通過するように、且つ（条件ハ）および（条件ニ）が共に満たされないときに迂回通路を燃料が通過するように、切替弁によって燃料の流通態様を切り替える。
（条件ハ）尿素水タンク２１内の尿素水の温度が所定温度Ｔ１以下であること。
（条件ニ）尿素水タンク２１内の尿素水の温度が所定温度Ｔ２より低く、且つ燃料供給通路４１内の燃料の温度が所定温度Ｔ３以上であること。

こうした構成によれば、前述した（３）に記載した効果に準じた効果が得られるようになる。
また、上記構成において、（条件ハ）が満たされたときにタンク通路を燃料が通過するように、且つ（条件ハ）が満たされないときに迂回通路を燃料が通過するように、切替弁を作動させるようにしてもよい。同構成によれば、尿素水が凍結するおそれのあるときにはタンク通路に燃料を流して尿素水を加熱する一方、尿素水が凍結するおそれのないときには迂回通路に流体を流して内燃機関１０の燃費性能の悪化を抑制するといったように、効率良く尿素水タンク２１内の尿素水を加熱することが可能になる。

・第４の実施形態において、受熱通路５２の延設態様は、一部が内燃機関１０の排気通路１８の外壁に接触するように延びる態様であれば、任意に変更可能である。
・第４の実施形態において、流体供給通路５３および流体還流通路５４の一方のみを、尿素水供給通路２２に接触するように延設してもよい。また、流体供給通路５３および流体還流通路５４を、尿素水供給通路２２から離間した位置において延びるように設けてもよい。

・第４の実施形態において、流体の温度が所定温度Ｔ２より高くなったときに、例えば流体ポンプ５５の作動を停止する等して、流体循環系５０内における流体の循環を停止させるようにしてもよい。

・第５の実施形態において、熱交換器６２のフィン６３Ａに貫通孔を形成するようにしてもよい。同構成によれば、貫通孔を絞りとして作用させて、尿素水タンク２１内における尿素水の流動速度を低減することができる。なお同構成にあっては、フィン６３Ａと尿素水タンク２１の内壁とに間隙を形成する必要はない。

・第６の実施形態において、図１０に示すように、流体通路８１のコイル部８２を軸線方向における中央部分が縮径されたコイル形状に形成するようにしてもよい。
・第６の実施形態において、コイル形状の中心軸が車幅方向に延びるようにコイル部を配設することに代えて、例えば同中心軸が車両上下方向に延びるようにコイル部を配設するなど、同中心軸が車両前後方向と直交する方向に延びるようにコイル部を配設するようにしてもよい。また、コイル形状の中心軸が車両前後方向と直交する方向に延びるようにコイル部を配設することに限らず、同中心軸が車両の前後方向と交差するようにコイル部を設ければよい。

・第６の実施形態において、流体通路の延設態様は、尿素水タンク２１内において尿素水が車両前後方向に揺動する際に隣り合う流体通路が絞りとして作用するように配設されるのであれば、任意に変更可能である。

・選択還元触媒が排気通路１８に設けられた内燃機関１０に限らず、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤とする触媒作用によって排気中のＮＯｘを浄化する他の触媒が排気通路１８に設けられた内燃機関にも、各実施形態にかかる尿素水供給装置を適用することができる。

・機関各部の潤滑に用いられる潤滑オイルが通過する通路や機関の冷却に用いられる冷却液が通過する通路を、尿素水タンク内を通過するように延設してもよい。

第１の実施形態にかかる尿素水供給装置の具体構成を示すブロック図。 第２の実施形態にかかる尿素水供給装置の具体構成を示すブロック図。 第３の実施形態にかかる尿素水供給装置の具体構成を示すブロック図。 第４の実施形態にかかる尿素水供給装置の具体構成を示すブロック図。 受熱通路の配設部分における排気通路の断面構造を示す断面図。 第５の実施形態にかかる尿素水供給装置の尿素水タンクの内部構造を示す断面図。 図６の矢印Ａ方向から見た尿素水タンクの断面構造を示す断面図。 第６の実施形態にかかる尿素水供給装置の尿素水タンクの内部構造を示す断面図。 図８の矢印Ｂ方向から見た尿素水タンクの断面構造を示す断面図。 他の実施形態にかかる尿素水供給装置の尿素水タンクの内部構造を示す断面図。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…燃料タンク、１２…燃料供給通路、１３…燃料ポンプ、１４…燃料噴射弁、１５…溢流弁、１６…燃料還流通路、１７…排気浄化触媒、１８…排気通路、２１…尿素水タンク、２２…尿素水供給通路、２３…尿素水ポンプ、２４…尿素水噴射弁、３１…燃料還流通路、３２…タンク通路、３３…迂回通路、３４…切替弁、３５…電子制御装置、３６，３７…温度センサ、４１…燃料供給通路、５０…燃料循環系、５１…タンク通路、５２…受熱通路、５３…流体供給通路、５４…流体還流通路、５５…流体ポンプ、６１…流体通路、６２…熱交換器、６３，６３Ａ，６３Ｂ…フィン、７１…流体通路、７２…コイル部、８１…流体通路、８２…コイル部。

Claims (10)

1. 排気通路に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用され、尿素水タンク内に備蓄された尿素水を前記排気通路における前記排気浄化触媒より排気流れ方向上流側の部分に供給する尿素水供給装置において、
   前記内燃機関の発生熱を吸収して温度上昇する流体が通過する流体通路を有してなり、同流体通路が前記尿素水タンクの内部を通過するように延設されてなる
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
2. 請求項１に記載の尿素水供給装置において、
   前記流体通路は、一旦分岐された後に合流するように延設される二つの通路であって前記尿素水タンクの内部を通過するタンク通路と前記尿素水タンクを迂回する迂回通路とを有してなるとともに、流体を圧送するポンプと前記タンク通路および前記迂回通路の分岐部分に設けられた切替弁とを有してなり、
   前記切替弁は、以下の（条件イ）および（条件ロ）の少なくとも一方が満たされるときに前記タンク通路を流体が通過するように、且つ前記（条件イ）および前記（条件ロ）が共に満たされないときに前記迂回通路を流体が通過するように、流体の流通態様を切り替えるものである
   （条件イ）尿素水の温度が第１の所定温度以下であること
   （条件ロ）尿素水の温度が前記第１の所定温度より高い第２の所定温度より低く、且つ前記流体の温度が前記第２の所定温度より高い第３の所定温度以上であること
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
3. 請求項１に記載の尿素水供給装置において、
   前記流体通路は、一旦分岐された後に合流するように延設される二つの通路であって前記尿素水タンクの内部を通過するタンク通路と前記尿素水タンクを迂回する迂回通路とを有してなるとともに、流体を圧送するポンプと前記タンク通路および前記迂回通路の分岐部分に設けられた切替弁とを有してなり、
   前記切替弁は、尿素水の温度が所定温度以下のときに前記タンク通路を流体が通過するように、且つ尿素水の温度が前記所定温度より高いときに前記迂回通路を流体が通過するように、流体の流通態様を切り替えるものである
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の尿素水供給装置において、
   前記流体通路は内燃機関の燃料が通過する通路である
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
5. 請求項４に記載の尿素水供給装置において、
   前記内燃機関は、燃料を備蓄する燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路と同燃料供給通路内の余剰燃料を前記燃料タンク内に還流する燃料還流通路とを有してなり、
   前記流体通路は、前記燃料還流通路である
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
6. 請求項４に記載の尿素水供給装置において、
   前記内燃機関は、その燃料を備蓄する燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路と同燃料供給通路内の余剰燃料を前記燃料タンク内に還流する燃料還流通路とを有してなり、
   前記流体通路は、前記燃料供給通路である
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
7. 請求項１に記載の尿素水供給装置において、
   前記流体通路は、前記尿素水タンクの内部において延びるタンク通路と前記排気通路の外壁に接触するように延びる受熱通路と同受熱通路から前記タンク通路に流体を供給する流体供給通路と前記タンク通路から前記受熱通路に流体を還流する流体還流通路とからなり、同流体通路内の流体を圧送するためのポンプが設けられてなる
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
8. 請求項７に記載の尿素水供給装置において、
   前記流体供給通路および前記流体還流通路のうちの少なくとも一方は、前記尿素水タンクから前記排気通路に尿素水を供給する尿素水供給通路に接触するように延設されてなる
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の尿素水供給装置において、
   前記内燃機関は車両に搭載されてなり、
   前記流体通路は前記尿素水タンク内に配設される部分の一部が熱交換器によって構成されてなり、
   前記熱交換器は、その外面に放熱用フィンが突設されてなり、同放熱用フィンが前記尿素水タンク内を前記車両の前後方向において仕切るように配設されてなる
   ことを特徴とする尿素水供給装置。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の尿素水供給装置において、
    前記流体通路は、前記尿素水タンク内に配設される部分の一部がコイル形状に延設されてなり、同コイル形状の中心軸が前記車両の前後方向と交差するように延設されてなる
    ことを特徴とする尿素水供給装置。

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