JP2017180276A - 添加剤容器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で保護性の高い添加剤容器を提供する。【解決手段】大気開放弁２が取り付けられる添加剤容器１０の上面１に凹部４を凹設する。また、添加剤容器１０に補充される添加剤の上限液面を規定するレベリング弁５は、凹部４の底面に取り付ける。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン排気浄化用の添加剤を貯留する添加剤容器に関する。

従来、排ガス成分を還元して浄化する排気浄化システムを備えた車両において、浄化対象物質に対する還元作用を持った添加剤のタンク（添加剤容器）を搭載したものが知られている。浄化対象物質が窒素酸化物（NOx）である場合、タンクの内部には尿素水溶液やアンモニア水溶液といった添加剤が貯留されている。また、タンクの配設位置は、例えば車両のフロア下に設定することが提案されている。このようなレイアウトにより、車室内のスペースが確保されるとともに、添加剤の漏洩による車室居住性の低下が防止される。

ところで、トラックやバスといったフレーム車両の多くは、車体の骨格部材であるラダーフレームに対してタンクが固定されるレイアウトを採用している。このようなタンクは、車両外部からのアクセスが比較的容易であることから、タンク自体に補給口が設けられる（特許文献１参照）。したがって、ユーザはタンクにどの程度の添加剤が貯留されているかを目視で確認しながら、添加剤の補給作業を行うことができる。

特開2010-156284号公報

一方、フレーム車両以外の車両（例えば、モノコック車両やセミモノコック車両など）においては、必ずしも車両外部からのアクセスが容易な位置にタンクを配置することができない。そこで、車両側面や車室内に補給口（インレット）を設け、補給口とタンクとを補給用筒管で連通接続する構造を採用することが考えられる。このとき、ユーザはタンク内の貯留量を目視で確認できないため、添加剤の上限液面を規定するレベリングバルブを取り付けることも考えられる。

レベリングバルブとは、液面が所定の高さに達したときにタンクの通気路を閉塞する弁体であり、タンクの上面よりもやや下方に配置される。レベリングバルブが液没した後には、添加剤を補充するにつれてタンク内の圧力が上昇し、補給用筒管の内部に添加剤が滞留する。これにより、タンク内にある程度の空間を保ちつつ、補給口の近傍まで液面を上昇させることができる。したがって、ユーザは添加剤の貯留量が上限に達したことを補給用筒管の内部液面で目視確認することができる。

しかしながら、レベリングバルブをタンクの壁面に取り付けた場合、添加剤の補充時における車体傾斜によってはレベリングバルブが早期に液没し、添加剤の貯留量が不十分となる場合がある。また、タンクの壁面や上面からタンク中央部まで通気路を延ばし、その先端にレベリングバルブを取り付けた場合には、タンクの構造が複雑化するとともに、タンクの保護性が低下しうる。なお、通気路の強度，剛性を高めることは可能であるものの、タンクの製造コストが高騰する。

本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成で保護性の高い添加剤容器を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

（１）ここで開示する添加剤容器は、エンジンの排気を浄化する添加剤を貯留し、車両に搭載される添加剤容器である。この添加剤容器は、大気開放弁が取り付けられる上面に凹設された凹部を備える。また、前記凹部の底面に取り付けられ、補充される添加剤の上限液面を規定するレベリング弁を備える。なお、前記レベリング弁を前記凹部の内側に取り付けることで、前記レベリング弁の四方が前記凹部よりも高い部位によって囲まれることが好ましい。

（２）前記車両の排気通路に近い側において前記上面から上方に向かって膨設された拡張部を備えることが好ましい。なお、前記拡張部の高さが、前記大気開放弁に接続される大気開放管の下端よりも高い位置に設定されることが好ましい。あるいは、前記大気開放弁の上端よりも高い位置に設定されることが好ましい。
（３）一端が前記大気開放弁に接続され、他端が大気開放される大気開放管と、前記拡張部に溝状に凹設されて前記大気開放管を収納する第一収納部とを備えることが好ましい。なお、前記大気開放弁は常時機能するものであることから、前記大気開放管の他端が開放される位置は任意に設定可能である。また、前記第一収納部は、前記大気開放管の延在方向に沿って延設されることが好ましい。

（４）前記車両の排気通路から遠い側の前方を切り欠いてなる切欠部を備えることが好ましい。なお、前記切欠部は、前記添加剤容器における前記排気通路から離れた一側に設けられた傾斜面であることが好ましい。
（５）一端が前記レベリング弁に接続され、他端が前記添加剤を補充する際に大気開放されるレベリング管と、前記上面に溝状に凹設されて前記レベリング管を収納する第二収納部とを備えることが好ましい。なお、前記レベリング弁は前記添加剤を補充する際にのみ機能するものであることから、前記レベリング管の他端が開放される位置は前記添加剤の補充時に大気開放される位置であることが好ましい。

（６）前記レベリング管が、前記車両のサイドメンバの下端よりも下方に配索されることが好ましい。
（７）前記レベリング管が、前記レベリング弁から開放端に向かって水平又は上昇する勾配で配索されることが好ましい。換言すれば、前記レベリング管が、前記開放端から前記レベリング弁に至るすべての経路で、上り勾配とならないように配索されることが好ましい。

（８）前記凹部から外縁に向かって溝状に凹設された溝部を備えることが好ましい。なお、前記溝部の底は、前記凹部と同一あるいは前記凹部よりも低く形成されることが好ましい。
（９）前記溝部が、前記凹部から前記外縁に向かう下り勾配の底を有することが好ましい。
（１０）前記溝部が、前記車両の前後方向に延設されることが好ましい。

簡素な構成で、車体が傾斜した状態であっても大気開放弁が機能しうる上限液面をレベリング弁で設定することができ、補充される添加剤の容量を確保することができる。

実施形態の添加剤容器（タンク）が適用された車両の下面図である。 添加剤容器の構造を模式的に示す図である。 添加剤容器の斜視図（見下ろし方向）である。 （Ａ）〜（Ｃ）は添加剤容器の部分断面図である。

図面を参照して、実施形態としての添加剤容器について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
本実施形態の添加剤容器１０（以下、単にタンク１０と呼ぶ）は、排気浄化用の尿素SCRシステム（Urea Selective Catalytic Reduction System）で使用される液状の添加剤（例えば、尿素水溶液，アンモニア水溶液など）を貯留する容器であり、図１に示す車両２０のフロア下に配置される。尿素SCRシステムとは、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物（NOx）を浄化するための排気浄化システムの一種である。本実施形態の尿素SCRシステムでは、排気通路２５上に介装されたNOx選択還元触媒の上流側で尿素水溶液が噴射され、尿素の加水分解によって生成されるアンモニアを還元剤として、NOxが触媒上で窒素に還元される。この種の尿素SCRシステムは、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンを搭載した自動車や作業機械，船舶，発電施設などにおいて、広く普及している。

図１に示すように、車両２０のフロアパネル２３の下面側には、フレーム部材として機能する中空筒状のサイドメンバ２１とクロスメンバ２２とが設けられる。サイドメンバ２１は、車幅方向（左右方向）に間隔を空けて配置された一対の構造部材であり、車両２０の車長方向（前後方向）に延設される。また、クロスメンバ２２は、左右のサイドメンバ２１に接続された中空筒状の構造部材であり、車両２０の車幅方向に延設される。フロアパネル２３はほぼ水平方向に展開される部材である。サイドメンバ２１及びクロスメンバ２２は、例えばハット型断面のレール部材をフロアパネル２３の下面に溶接固定することで、フロアパネル２３と一体に形成される。

タンク１０の形状は、図１に示すように車両２０の下面視でほぼ台形形状とされ、上底が前方，下底が後方に配置される。タンク１０の周縁部は、複数のブラケット２４を介して車体（サイドメンバ２１，クロスメンバ２２，フロアパネル２３など）に取り付けられる。ここでは、三つのブラケット２４によって形成される三角形の重心位置とタンク１０の重心位置とが近接するように、それぞれのブラケット２４の配設位置が設定されている。

タンク１０の側方には、車両２０に搭載されたエンジンの排気通路２５が前後方向に配索される。図１に示す例では、タンク１０の右側方に隣接するように、排気音を減少させるためのサイレンサーが配置されている。これらのタンク１０及びサイレンサーは、後輪の車軸よりも後方において、車幅方向に並んで配置される。なお、路面からの跳ね石によるチッピング摩耗や泥水による汚損を防止すべく、タンク１０の下方にカバー部材を配置してもよい。

図２は、タンク１０の構造を模式的に示す図である。タンク１０には、添加剤を補充するための補給用筒管１３が接続されるとともに、大気開放弁２とレベリング弁５とが設けられる。補給用筒管１３は、車両２０の補給口１４とタンク１０とを連通接続する管である。本実施形態の補給口１４は、車両２０の左側面に設けられる燃料の給油口に隣接して配置される。また、大気開放弁２は、タンク１０の内部圧力を大気圧近傍に維持するためのベント弁（ベンチレーション用バルブ）である。大気開放弁２は、タンク１０の内部に貯留される添加剤や外部の水分に対する液密性を保ちつつ、タンク内圧と外気圧とを均衡させるように機能する。図２に示すように、大気開放弁２には大気開放管３が接続され、その先端側はフィルタ１５を介して大気開放される。なお、タンク１０は車両２０のフロア下に配置されることから、タンク１０の上端側に大気開放管３のみを接続して大気開放弁２を省略してもよい。

レベリング弁５は、添加剤の補充作業中に液面が所定の高さに達した場合に、タンク１０のレベリング管６（通気路）を閉塞する弁体であり、補充される添加剤の上限液面を規定する機能を持つ。レベリング管６は、添加剤を補充する際に、レベリング弁５を介してタンク１０を大気開放する管である。レベリング弁５は液面の高さに応じて（例えば、液面高さが所定高さ以上となったときに）レベリング管６を閉塞する。また、大気開放弁２は常時機能するものであるのに対し、レベリング弁５は添加剤の補充作業時（例えば、補給口１４の開放中）にのみ機能する。

レベリング弁５の内部には、添加剤の液面に浮遊しうる比重の小さいフロート部材が内蔵され、液面が上昇したときにレベリング管６を閉塞するように封入される。添加剤の補充中にレベリング弁５が液没するまでタンク１０の内部液面が上昇すると、レベリング管６が閉塞されて添加剤が補給用筒管１３の内部に滞留する。これにより、ユーザは添加剤の貯留量が上限に達したことを補給用筒管１３の内部液面で目視確認することができる。なお、レベリング弁５に内蔵されるフロート部材についても省略可能である。つまり、本実施形態のレベリング弁５は、実質的にフロート機能を持たないものであってもよい。したがって、レベリング管６のタンク１０側の端部のことを「レベリング弁５」と呼んでもよい。

本実施形態のレベリング管６の先端（開放端１６）は、図２に示すように、補給用筒管１３と補給口１４との接続箇所の近傍に接続される。また、レベリング弁５の位置は、タンク１０の内部における補給用筒管１３の出口よりも高い位置に設定される。なお、タンク１０に貯留された添加剤は、車両２０に搭載されるエンジンの作動状態に応じて、適宜のタイミングで尿素水ポンプ２６によって吸い上げられ、尿素水配管２７を通じて尿素水インジェクタ２８へと供給される。尿素水インジェクタ２８は、排気通路２５上に介装されるNOx選択還元触媒の上流側に配置される。

図３に、タンク１０の全体形状（大気開放弁２及びレベリング弁５との位置関係）を示す。大気開放弁２が取り付けられるタンク１０の上面１には、下方に向かって凹んだ形状の凹部４が形成される。凹部４の形状は、逆円錐台状に窪んだ形状とされる。また、レベリング弁５は、凹部４の内側の底面に取り付けられる。上面視における凹部４の形状は円形であり、少なくともレベリング弁５が取り付け可能となる程度の大きさとされる。また、凹部４の深さは、レベリング弁５が上面１よりも下方に配置されうる深さに設定される。これにより、レベリング弁５の周囲が凹部４よりも高い部位（逆円錐台の錐面）によって囲まれた状態となり、レベリング弁５の部品保護性が向上する。

タンク１０の凹部４よりも前方の外縁にかけての部位には、路面から跳ね上げられた雨水や泥水が凹部４の内側に残留しないように、溝状に凹設された溝部９が形成される。本実施形態では、溝部９の底が少なくとも凹部４の底と同じ高さになるように、あるいは図４（Ａ）に示すように、タンク１０の外縁に向かって下り勾配となるように形成される。ただし、雨水や泥水の進入量はわずかであると考えられることから、想定される進入量に応じて溝部９の溝幅，溝深さを設定すればよい。溝部９を設けることで、凹部４からの排水が促進され、レベリング弁５の汚損，腐食が防止される。

溝部９の延設方向は、車両２０の前後方向に設定される。これにより、車両２０の加減速に伴う慣性力よって、凹部４内の雨水や泥水が溝部９に沿って排出されやすくなる。なお、溝部９の形状は、凹設形状の代わりにトンネル形状としてもよい。また、レベリング弁５が取り付けられる凹部４の底面に勾配をつけることで、排水性を向上させてもよい。この場合、凹部４の底面の勾配は、溝部９に向かう下り勾配にすることが好ましい。つまり、凹部４の底面のうち、最も低い位置から溝部９を延設することが好ましい。

タンク１０のうち、車両２０の後方かつ排気通路２５に近い右側部分には、上面１から上方に向かって膨設された拡張部７，８が設けられる。拡張部７，８は、タンク１０の内部空間を拡張するために設けられた部位であり、車体傾斜による大気開放弁２の水没を抑制する機能を持つ。拡張部７，８を排気通路２５寄りの位置に設定することで、排気通路２５に対するタンク１０の受熱面積が増大し、添加剤の粘度上昇や凍結が抑制される。拡張部７，８の高さは少なくとも大気開放管３の下端よりも高い位置に設定され、好ましくは大気開放弁２の上端よりも高い位置に設定される。拡張部７，８を大気開放管３の下端よりも高くすれば、大気開放管３の下端を拡張部７，８で支持することが可能となる。また、拡張部７，８を大気開放弁２の上端よりも高くすれば、大気開放弁２の部品保護性が向上する。

拡張部７，８のうち、大気開放弁２の直後方に位置する拡張部８には、大気開放管３の周面を取り囲むように溝状に凹設された第一収納部１１が設けられる。第一収納部１１の内側の形状は、図４（Ｂ）に示すように、大気開放管３の周面をなす円筒面のうち下半分の半筒面に対して面接触する形状に形成される。また、第一収納部１１は、大気開放管３の延在方向（前後方向）に沿って延設され、大気開放管３をその長手方向に沿って支持するように機能する。これにより、大気開放管３の取り付け状態が安定化するほか、車体振動による繰り返し荷重が大気開放弁２と大気開放管３との接続箇所に作用しにくくなり、大気開放弁２及び大気開放管３の部品保護性が向上する。

同様に、凹部４の左側には、レベリング管６の周面を取り囲むように溝状に凹設された第二収納部１２が設けられる。第二収納部１２の内側の形状は、図４（Ｃ）に示すように、レベリング管６の周面をなす円筒面のうち下半分の半筒面に対して面接触する形状に形成される。また、第二収納部１２は、レベリング管６の延在方向に沿って延設され、レベリング管６をその長手方向に沿って支持するように機能する。これにより、レベリング管６の取り付け状態が安定化するほか、車体振動による繰り返し荷重がレベリング弁５とレベリング管６との接続箇所に作用しにくくなり、レベリング弁５及びレベリング管６の部品保護性が向上する。なお、上記の溝部９と同様に、凹部４からの排水機能を第二収納部１２に負担させてもよい。この場合、第二収納部１２の底を凹部４の底と同じ高さとし、あるいは凹部４から外縁に向かう下り勾配とすればよい。

レベリング管６及び補給用筒管１３の配索位置は、車両２０のサイドメンバ２１の下端よりも下方に設定される。また、レベリング管６の配索形状は、レベリング弁５から開放端１６に向かって水平又は上昇する勾配とされる。本実施形態では、レベリング管６がレベリング弁５から斜め後方左側に向かってほぼ水平延設され、サイドメンバ２１の下をくぐった後に上方に向かって延設される。つまり、レベリング管６は、開放端１６からレベリング弁５に至るすべての経路で、上り勾配にならない配索形状とされる。補給用筒管１３についても同様であり、補給口１４からタンク１０に至るすべての経路で、上り勾配にならない配索形状とされる。これにより、レベリング管６及び補給用筒管１３の内部における添加剤の残留（液だまり）が確実に防止される。

タンク１０のうち、車両２０の前方かつ排気通路２５から遠い左側部分には、上面視でタンク１０の角を斜めに切り欠いた形状の切欠部１７が設けられる。切欠部１７の表面は、車両２０の斜め左側前方を向いた傾斜面となる。切欠部１７を排気通路２５から遠い一側に設けることで、排気通路２５の熱が伝達されにくい部分のタンク容積が削減され、添加剤の粘度上昇や凍結が抑制される。また、排気通路２５から離れた一側に傾斜面を設けることで、排気通路２５によって熱せられた外気の流路がタンク１０の左側へと偏りやすくなり、添加剤の融解や昇温が促進される。

［２．作用，効果］
［１］タンク１０の上面１に凹設された凹部４の内側にレベリング弁５を配置するという簡素な構成で、車体傾斜の大小に関わらず、大気開放弁２が機能しうる上限液面をレベリング弁５で設定することができ、添加剤の容量を確保することができる。また、タンク１０の上面１がレベリング弁５の周囲で隆起した形状となることから、タンク１０の内部容量を増大させることができ、車体傾斜による大気開放弁２の液没を抑制することができる。さらに、タンク１０の内部までレベリング管６を延長する必要がないため、レベリング管６の振動による異音の発生や疲労破損の発生を抑制することができ、タンク１０の保護性を向上させることができる。

［２］拡張部７，８を排気通路２５寄りの位置に設定することで、添加剤の粘度上昇や凍結を抑制することができる。また、大気開放弁２の周囲に拡張部７，８を配置することで、大気開放弁２の部品保護性を向上させることができる。
［３］大気開放管３を第一収納部１１で支持することで、大気開放管３の取り付け状態を安定化することができ、大気開放管３の保護性を向上させることができる。また、大気開放弁２，大気開放管３のそれぞれがタンク１０に対して固定，支持されるため、大気開放弁２と大気開放管３との接続箇所に作用しうる負荷を軽減することができる。したがって、大気開放弁２及び大気開放管３の部品保護性を向上させることができる。

［４］排気通路２５から遠い側の前方に切欠部１７を設けることで、排気通路２５によって熱せられた外気を切欠部１７へと積極的に流通させることができ、添加剤の粘度上昇や凍結を抑制することができる。したがって、添加剤の固着や凍結によるタンク１０の変形や破損を防止することができ、タンク１０の保護性を向上させることができる。
［５］レベリング管６を第二収納部１２で支持することで、レベリング管６の取り付け状態を安定化することができ、レベリング管６の保護性を向上させることができる。また、レベリング弁５，レベリング管６のそれぞれがタンク１０に対して固定，支持されるため、レベリング弁５とレベリング管６との接続箇所に作用しうる負荷を軽減することができる。したがって、レベリング弁５及びレベリング管６の部品保護性を向上させることができる。

［６］レベリング管６をサイドメンバ２１の下端よりも下方に配索することで、例えばサイドメンバ２１を避けるために上下方向にレベリング管６を移動させる必要がなくなり、レイアウトの自由度を高めることができる。また、上下方向についての屈曲部分が減少することから、レベリング管６の管壁における応力分布が過度に集中するような箇所を減少させやすくすることができる。したがって、レベリング管６の保護性を向上させることができる。

［７］レベリング管６の配索形状を開放端１６からレベリング弁５に至るすべての経路で上り勾配にならない形状とすることで、レベリング管６の内部における添加剤の残留（液だまり）を防止することができる。これにより、例えば残留添加剤の変質によるレベリング管６の劣化を防止することができる。また、補給用筒管１３についても同様であり、補給用筒管１３の内部における添加剤の残留を防止することができる。
［８］凹部４からタンク１０の外縁に向かう溝部９を設けることで、泥はね水を凹部４にたまりにくくすることができる。これにより、泥はね水によるレベリング弁５の汚損や腐食を防止することができ、レベリング弁５の保護性を高めることができる。

［９］また、溝部９の底を凹部４の底と同じ高さになるように形成し、あるいは、凹部４から外縁に向かう下り勾配に形成すれば、凹部４からの排水性を向上させることができ、レベリング弁５の保護性を向上させることができる。
［１０］さらに、溝部９の延在方向を車両２０の前後方向にすることで、車両２０の加減速によって生じる慣性力を利用して、凹部４からの排水性を向上させることができ、レベリング弁５の保護性をさらに向上させることができる。

［３．変形例］
上述の実施形態では、尿素SCRシステムのタンク１０について詳述したが、タンク１０に貯留される添加剤の種類は尿素水に限定されない。NOx選択還元触媒を利用した排気浄化システムにおいては、尿素の代わりにアンモニアを使用することがある。したがって、アンモニア水溶液を貯留する添加剤容器として、上記のタンク１０を用いることができる。また、DPF（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）を利用した排気浄化システムにおいては、PM（パティキュレート・マター）の燃焼を促進するために、排気管内に炭化水素（HC，未燃燃料）を噴射することがある。この場合、燃料を貯留する添加剤容器として、上記のタンク１０を用いることもできる。

１ 上面
２ 大気開放弁
３ 大気開放管
４ 凹部
５ レベリング弁
６ レベリング管
７ 拡張部
８ 拡張部
９ 溝部
１０ タンク（添加剤容器）
１１ 第一収納部
１２ 第二収納部
１３ 補給用筒管
１４ 補給口
１５ フィルタ
１６ 開放端
１７ 切欠部
２０ 車両
２１ サイドメンバ
２２ クロスメンバ
２３ フロアパネル
２４ ブラケット
２５ 排気通路
２６ 尿素水ポンプ
２７ 尿素水配管
２８ 尿素水インジェクタ

Claims (10)

1. エンジンの排気を浄化する添加剤を貯留し、車両に搭載される添加剤容器において、
   大気開放弁が取り付けられる上面に凹設された凹部と、
   前記凹部の底面に取り付けられ、補充される添加剤の上限液面を規定するレベリング弁とを備える
   ことを特徴とする、添加剤容器。
2. 前記車両の排気通路に近い側において前記上面から上方に向かって膨設された拡張部を備える
   ことを特徴とする、請求項１記載の添加剤容器。
3. 一端が前記大気開放弁に接続され、他端が大気開放される大気開放管と、
   前記拡張部に溝状に凹設されて前記大気開放管を収納する第一収納部とを備える
   ことを特徴とする、請求項２記載の添加剤容器。
4. 前記車両の排気通路から遠い側の前方を切り欠いてなる切欠部を備える
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の添加剤容器。
5. 一端が前記レベリング弁に接続され、他端が前記添加剤を補充する際に大気開放されるレベリング管と、
   前記上面に溝状に凹設されて前記レベリング管を収納する第二収納部とを備える
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の添加剤容器。
6. 前記レベリング管が、前記車両のサイドメンバの下端よりも下方に配索される
   ことを特徴とする、請求項５記載の添加剤容器。
7. 前記レベリング管が、前記レベリング弁から開放端に向かって水平又は上昇する勾配で配索される
   ことを特徴とする、請求項５又は６記載の添加剤容器。
8. 前記凹部から外縁に向かって溝状に凹設された溝部を備える
   ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の添加剤容器。
9. 前記溝部が、前記凹部から前記外縁に向かう下り勾配の底を有する
   ことを特徴とする、請求項８記載の添加剤容器。
10. 前記溝部が、前記車両の前後方向に延設される
    ことを特徴とする、請求項８又は９記載の添加剤容器。
    

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