JP2011021528A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気中のＮＯｘを選択還元浄化する排気浄化装置において、各種用途に利用できる空間を確保する。
【解決手段】液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンク２４を、サイドレール３４の外側面，ここに燃料タンク３６を取り付けるための一対のブラケット３８の対向面及び燃料タンク３６の内側面により区画される範囲に配設される第１タンク２４Ａと、その上部から燃料タンク３６の上面と離間しつつ車幅外方に向かって延びる第２タンク２４Ｂと、その下部からサイドレール３４の下面と離間しつつ車幅内方に向かって延びる第３タンク２４Ｃと、を一体化して構成する。そして、サイドレール３４の外側面と燃料タンク３６の内側面との間、及び、サイドレール３４の下方にあるデッドスペースに還元剤タンク２４を配置し、燃料タンク３６の隣に空きスペースを作り出す。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択還元浄化する排気浄化装置に関する。

エンジンの排気中に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２００８−２６１２５３号公報（特許文献１）に記載されるような排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジン排気管に配設されたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた流量の液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、ＳＣＲ触媒で排気中のＮＯｘを選択的に還元反応させることで、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する。

特開２００８−２６１２５３号公報

ところで、トラックなどの大型車両に排気浄化装置を搭載した場合、乗用車に比べて１日当たりの走行距離が長いことに加えエンジン排気量が大きいため、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクの容量を大きくする必要がある。しかし、大型車両には、前後方向に延びる梯子形のフレームがあると共に、その周囲にプロペラシャフト，燃料タンク，エア機器用リザーバタンクなどが配設されるため、大型化した還元剤タンクを取り付ける場所を確保することが困難である。このため、フレーム側面において、車両前後方向に短い縦長の還元剤タンクを燃料タンクの隣に取り付ける構成が採用されている。

しかしながら、燃料タンクの隣に還元剤タンクを取り付けると、その空間を他の用途に利用、例えば、燃料タンクの容量を大きくしたり、他の補機類を取り付けるために利用することができなくなってしまう。

そこで、本発明は従来の問題点に鑑み、車両フレーム外側面と燃料タンク内側面との間、及び、車両フレーム下方にデッドスペースがあることに着目し、そのデッドスペースに還元剤タンクを配設することで、各種用途に利用できる空間を確保した排気浄化装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、エンジン排気管に配設され、排気中のＮＯｘを選択還元浄化するＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルと、還元剤タンクから噴射ノズルにエンジン運転状態に応じた流量の液体還元剤又はその前駆体を供給する還元剤添加ユニットと、を有する排気浄化装置において、還元剤タンクを、車両フレームの外側面，車両フレームの外側面に燃料タンクを取り付けるための一対のブラケットの対向面、及び、燃料タンクの内側面により区画される範囲に配設される第１タンクと、第１タンクの上部から燃料タンクの上面と離間しつつ車幅外方に向かって延びる第２タンクと、第１のタンクの下部から車両フレームの下面と離間しつつ車幅内方に向かって延びる第３タンクと、を一体化して構成する。

本発明によれば、車両フレーム外側面と燃料タンク内側面との間、及び、車両フレーム下方にあるデッドスペースに、還元剤タンクを配置することができる。このため、車両フレーム外方において、燃料タンクの隣に空きスペースが出現し、燃料タンクの容量増加など、各種用途に利用できる空間を確保することができる。

本発明の適用対象の一例たる排気浄化装置の全体構成図 還元剤タンクの取付箇所及び取付状態を示す斜視図 還元剤タンクの取付箇所及び取付状態を示す側面図 還元剤タンクの詳細構造を示す斜視図 還元剤タンクの変形例の詳細構造を示す斜視図

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液を使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを選択還元反応により浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。

エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用してＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲ触媒２０と、ＳＣＲ触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、がこの順番で配設される。また、還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液は、ポンプ及び流量制御弁が内蔵された還元剤添加ユニット２６を経由して、噴射ノズル１８に供給される。ここで、還元剤添加ユニット２６としては、ポンプが内蔵されたポンプモジュールと、流量制御弁が内蔵されたドージングモジュールと、に２分割された構成でもよい。

ＳＣＲ触媒２０の排気上流、具体的には、噴射ノズル１８とＳＣＲ触媒２０との間に位置する排気管１４には、ＳＣＲ触媒２０へと流れ込む排気の温度（排気温度）Ｔを測定する排気温度センサ２８が取り付けられる。排気温度センサ２８の測定信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット３０に入力される。また、還元剤添加コントロールユニット３０には、エンジン運転状態としての回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑを適宜読み込み可能とすべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、エンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニット３２に接続される。

ここで、エンジン１０の負荷Ｑとしては、例えば、燃料噴射流量，吸気流量，吸気圧力，過給圧力，アクセル開度，スロットル開度などを適用することができる。また、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑは、エンジンコントロールユニット３２から読み込む構成に限らず、公知のセンサによって測定するようにしてもよい。

そして、還元剤添加コントロールユニット３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液が噴射ノズル１８から噴射供給されるように、還元剤添加ユニット２６のポンプ及び流量制御弁を電子制御する。

かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気を利用して加水分解され、還元剤として機能するアンモニアへと転化される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒２０において排気中のＮＯｘと選択的に還元反応し、無害な水（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ₂）へと浄化されることは知られたことである。このとき、ＳＣＲ触媒２０におけるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ₂へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ₂との比率が選択還元反応に適したものに改善される。一方、ＳＣＲ触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが抑制される。

図２及び図３に示すように、車両のフレームを構成するサイドレール３４の車幅外方に位置する外側面には、横断面が角丸四角形をなしつつ車両前後方向に延びる略六面体形状の燃料タンク３６が取り付けられる。即ち、サイドレール３４の外側面には、ボルト，リベットなどの締結部材を介して、燃料タンク３６を取り付けるための一対のブラケット３８が所定距離をおいて固定される。ブラケット３８は、燃料タンク３６の車幅内方に位置する内側面及び底面の横断面形状に倣った略Ｌ字形状のハンガ３８Ａと、ハンガ３８Ａの上下方向に延びる部分をサイドレール３４に固定するための締結部材の挿通孔が開設された矩形薄板形状の固定部材３８Ｂと、を含んで構成される。また、ハンガ３８Ａの上下方向に延びる部分の上端部には、燃料タンク３６の外側面及び上面をハンガ３８Ａに向かって押圧して固定すべく、燃料タンク３６の外側面及び上面の横断面形状に倣った略Ｌ字形状のストラップ３８Ｃが開閉自由に軸支される。そして、ハンガ３８Ａに燃料タンク３６を載置した状態でストラップ３８Ｃを閉じ、その上下方向に延びる部分の下端部をハンガ３８Ａに固定することで、ブラケット３８に対して燃料タンク３６が強固に固定される。

ここで、ハンガ３８Ａの横断面としては、図示するチャンネル形状に限らず、Ｃチャンネル形状，ハット形状，矩形形状など、燃料タンク３６の重量などを考慮した各種形状とすることができる。

還元剤タンク２４は、図４で詳細に示すように、サイドレール３４の外側面，燃料タンク３６の内側面及び一対のブラケット３８の対向面により区画される範囲に配設される第１タンク２４Ａと、第１タンク２４Ａの上部から燃料タンク３６の上面と離間しつつ車幅外方に向かって延びる第２タンク２４Ｂと、第１タンク２４Ａの下部からサイドレール３４の下面と離間しつつ車幅内方に向かって延びる第３タンク２４Ｃと、が一体化されて構成される。第３タンク２４Ｃは、還元剤タンク２４の容量を増やすため、第１タンク２４Ａの車両前後方向の幅を越えた範囲まで延びることが望ましい。

第１タンク２４Ａには、還元剤タンク２４をサイドレール３４に固定するために、ボルトなどの締結部材の挿通孔が開設された取付部２４Ｄが延設されている。第２タンク２４Ｂの上面には、図示しない開口が開設され、尿素水溶液の供給口及び戻り口並びに凍結防止用のエンジン冷却水の入口及び出口が一体化された天蓋ユニット４０が着脱可能に取り付けられている。また、第２タンク２４Ｂの上面には、還元剤タンク２４の上部空間を大気開放するためのブリーザホースの取付口２４Ｅが一体的に取り付けられている。さらに、第２タンク２４Ｂの上面には、車幅外方から尿素水溶液を補給可能とすべく、先端部にフィラキャップ４２Ａが着脱可能に螺合されると共に、中間部の少なくとも一部に蛇腹４２Ｂが形成されたフィラ配管４２が取り付けられている。なお、フィラ配管４２は、図２及び図３に示すように、燃料タンク３６の燃料補給口３６Ａ近傍まで延びていることが望ましい。

このようにすれば、サイドレール３４の外側面と燃料タンク３６の内側面との間、及び、サイドレール３４の下方にあるデッドスペースに、還元剤タンク２４を配置することができる。このため、サイドレール３４の外方において、燃料タンク３６の隣に空きスペースが出現し、燃料タンク３６の容量増加など、各種用途に利用できる空間を確保することができる。このとき、還元剤タンク２４は、複数のタンクを一体化した形状をなしているため、必要な容量を確保することができる。

また、還元剤タンク２４の容量を更に増加させるため、図５に示すように、第３タンク２４Ｃの外側面に、ブラケット３８を避けつつ上方に向かって延びる第４タンク２４Ｆを一体化するようにしてもよい。第４タンク２４Ｆは、第３タンク２４Ｃの車両前後方向の両端部のうち、少なくとも一方に取り付ければよい。この場合、還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液の水位が低下すると、第４タンク２４Ｆの上部空間が負圧となって尿素ス溶液の供給に支障が生ずるため、第４タンク２４Ｆの上面に、上部空間を大気開放するためのブリーザホースの取付口２４Ｇを一体的に取り付けることが望ましい。

なお、還元剤タンク２４は、単純な六面体形状をなしていないため、その製造を容易にすべく、樹脂による一体成形品とすることが望ましい。
また、本発明は、尿素水溶液を使用する排気浄化装置に限らず、アンモニア水溶液や、炭化水素を主成分とするガソリン及び軽油などを液体還元剤又はその前駆体として使用する排気浄化装置にも適用することができる。

１０ エンジン
１４ 排気管
１８ 噴射ノズル
２０ ＳＣＲ触媒
２４ 還元剤タンク
２４Ａ 第１タンク
２４Ｂ 第２タンク
２４Ｃ 第３タンク
２４Ｆ 第４タンク
２６ 還元剤添加ユニット
３４ サイドレール
３６ 燃料タンク
３６Ａ 燃料補給口
３８ ブラケット
４２ フィラ配管

Claims (5)

1. 液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、
   エンジン排気管に配設され、排気中の窒素酸化物を選択還元浄化するＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルと、
   前記還元剤タンクから噴射ノズルにエンジン運転状態に応じた流量の液体還元剤又はその前駆体を供給する還元剤添加ユニットと、
   を有する排気浄化装置において、
   前記還元剤タンクは、車両フレームの外側面，前記車両フレームの外側面に燃料タンクを取り付けるための一対のブラケットの対向面、及び、前記燃料タンクの内側面により区画される範囲に配設される第１タンクと、前記第１タンクの上部から燃料タンクの上面と離間しつつ車幅外方に向かって延びる第２タンクと、前記第１のタンクの下部から車両フレームの下面と離間しつつ車幅内方に向かって延びる第３タンクと、が一体化されて構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記第３タンクは、前記第１タンクの車両前後方向の幅を越えた範囲まで延びることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記第３タンクの第１タンクの幅を越えて延びた部分の外側面に、前記ブラケットを避けつつ上方に向かって延びる第４タンクを一体化したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記第４タンクは、前記第３タンクの車両前後方向の両端部のうち、少なくとも一方に取り付けられたことを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
5. 前記第２タンクの上面に、前記燃料タンクの燃料補給口の近傍から液体還元剤又はその前駆体を補給するためのフィラ配管を取り付けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

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