JP2022080099A

JP2022080099A - 車両用還元液タンク配設構造

Info

Publication number: JP2022080099A
Application number: JP2020191083A
Authority: JP
Inventors: 祐太堤; Yuta Tsutsumi; 一人國井; Kazuto Kunii
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-05-27

Abstract

【課題】内燃機関の排熱を利用して、車両に搭載された還元液タンク内の還元液をより早期に溶かす。【解決手段】車両用還元液タンク配設構造は、内燃機関の排気を大気に排出するための排気管（１）と、排気中の窒素酸化物の浄化に用いる還元液を貯める還元液タンク（２）とを車両の下部に備えている。還元液タンク（２）は、その長手方向に縦長の形状を有している。排気管（１）は、還元液タンク（２）の近傍で上述した長手方向に延設された熱供給部（１０ａ）を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される還元液タンクの配設構造に関するものである。

下記特許文献１は、車両（ディーゼル車）に搭載される還元液（ディーゼル排気液：ＤＥＦ／ＤｉｅｓｅｌＥｘｈａｕｓｔＦｌｕｉｄ）を貯める還元液タンクを開示している。ＤＥＦは、ＳＣＲ（選択触媒還元：ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムによって、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために用いられる。車両に用いられるＤＥＦは、規格化されており、３２．５％の尿素水である。ＤＥＦは排気管内に噴霧されてアンモニア（ＮＨ_３）を生成し、ＮＯｘはＳＣＲ触媒によってＮＨ_３と反応して窒素（Ｎ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とに還元される。

特許第４９２４３５２号公報

ＤＥＦは、マイナス１１度で凍結するため、寒冷地などでは冷間始動時には凍結状態である場合がある。従って、内燃機関（ディーゼルエンジン）の冷間始動後には凍結したＤＥＦをより早期に溶かすことが求められる。特許文献１に開示された還元液タンク（ＤＥＦタンク）は、車両の後部に設けられており、その隣には排気管上に設けられた消音器が配置されているが、排気の有する熱を効果的に利用できていない。

本発明の目的は、内燃機関の排熱を効果的に利用して、車両に搭載された還元液タンク内の還元液をより早期に溶かすことのできる車両用還元液タンク配設構造を提供することにある。

本発明に係る車両用還元液タンク配設構造は、内燃機関の排気を大気に排出するための排気管と、排気中の窒素酸化物の浄化に用いる還元液を貯める還元液タンクとを車両の下部に備えている。還元液タンクは、その長手方向に縦長の形状を有している。排気管は、還元液タンクの近傍で上述した長手方向に延設された熱供給部を備えている。

本発明によれば、内燃機関の排気の熱を効果的に利用して、車両に搭載された還元液タンク内の還元液をより早期に溶かすことができる。

図１は、実施形態に係る車両用還元液タンク配設構造を示す底面図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線断面図である。

実施形態に係る車両用還元液タンク配設構造を、図１及び図２を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の車両に搭載された内燃機関は、ディーセルエンジンである（図示せず）。また、本実施形態の還元液は、上述したＤＥＦであり、車両に搭載されたＳＣＲシステムで利用される。ＤＥＦは、排気管１上に設けられたＳＣＲ触媒エレメント１０ａよりも上流で排気管１内に噴霧されてＮＨ_３を生成し、このＮＨ_３がＳＣＲ触媒によるＮＯｘの還元に用いられる。また、本実施形態の車両は、車両内部の後部空間が荷室として広く利用できるようにされている。このため、荷室の床面はフラット化されていると共に、スペアタイヤ８も床下に取り付けられている。

還元液タンク配設構造は、内燃機関の排気を大気に放出する排気管１を備えている。なお、排気中の排出規制物質が規定値以下となるように、排気は排気管１を通る間に浄化され、その後に大気に排出される。排気管１とは、排気マニュフォールドから排気を大気に排出する末端までの部分を指す。排気管１の一部は、車両の下部（車室や荷室／荷台のフロア下）に延設される。また、還元液タンク配設構造は、排気中のＮＯｘの浄化に用いるＤＥＦ（還元液）を貯める樹脂製の還元液タンク２も備えている。還元液タンク２も、車両の下部（フロア下）に搭載されている。

本実施形態の車両は、四輪駆動車であり、フロア下の車幅方向中央にはプロペラシャフト３が前後に延設されている。排気管１は、プロペラシャフト３の左側（図1の底面図における上側）で前後に延設されている。ただし、図１に示されるように、排気管１の前側部分は、プロペラシャフト３とトランスファー４との接続部近傍でプロペラシャフト３の前端の下をくぐって内燃機関へと延びている（この部分は図２には示されていない）。なお、図１及び図２には、排気管１上に設けられた消音器１０（排気管１の一部）も示されている。

消音器１０は、車両の前後方向に長い形状を有しており、追って詳しく説明するが、排気の持つ熱を還元液タンク２内の（凍結した）ＤＥＦに供給する熱供給部として機能する。また、プロペラシャフト３を挟んで消音器１０（排気管１）とは反対側に、上述した還元液タンク２が配設されている。還元液タンク２も、車両の前後方向に長い形状を有しており、その長手方向が上述した消音器１０（排気管１の一部である熱供給部）とほぼ平行となるように配置されている。

なお、上述したように、プロペラシャフト３の左側に消音器１０（排気管１）及び還元液タンク２が搭載されているが、プロペラシャフト３の右側には金属製の燃料タンク５が搭載されている。燃料タンク５は、その下部をほぼ覆うチッピング対策のためのロアカバー５０を備えると共に、燃料タンク５及びロアカバー５０の後部（リアサスペンション近傍）を保護するための保護カバー５１を備えている。これらの還元液タンク２、消音器１０（排気管１）、プロペラシャフト３及び燃料タンク５は、平面（底面）視において、一対のサイドメンバ７の間に搭載されている。

上述したように、本実施形態の車両は内部後部空間が荷室として広く利用できるように荷室床面がフラット化されていると共に、スペアタイヤ８も床下に取り付けられている。このため、車両の後部のフロア下に体積の大きな還元液タンク２や燃料タンク５を配置することが難しい。また、車両の前部には内燃機関や上述したトランスファー４が配置される。このため、本実施形態では、還元液タンク２や燃料タンク５は、排気管１やプロペラシャフト３と並ぶように、車両中央部のフロア下に配置されている。

還元液タンク２とは、ＤＥＦを貯める容器部分を指す。還元液タンク２には、ＤＥＦを排気管１の内部に噴射するためにＤＥＦを送出するポンプ２０が統合されている。ポンプ２０の上部は還元液タンク２の内部に位置しているが、その下部は還元液タンク２から下方に突出されている。ポンプ２０の還元液タンク２から下方に突出している部分は還元液タンク２ではない。さらに、ポンプ２０及び還元液タンク２の前部を保護するための保護カバー２１が、ポンプ２０及び還元液タンク２の前部の下面を覆うように還元液タンク２に取り付けられている。保護カバー２１も、還元液タンク２ではない。

上述した熱供給部としての消音器１０は、還元液タンク２の近傍で還元液タンク２の長手方向に延設されている。このため、内燃機関の排気が持つ熱は、消音器１０の表面から放射され、還元液タンク２内部の凍結したＤＥＦを温めて溶かす。消音器１０は、その前後の排気管１の内径よりもその内径が拡径され（即ち、前後の排気管１の外径よりもその外径が拡径され）ている。このため、消音器１０は、容積的に多くの排気を蓄え、かつ、その表面積も広いので、効果的に排気の熱を還元液タンク２内のＤＥＦに供給することができる。

なお、本実施形態では、ポンプ２０に電気ヒータも統合されており、電気エネルギーによって凍結したＤＥＦを溶かすこともできる。冷間始動直後の排気がまだ温まらない状態では、電気ヒータを用いて凍結したＤＥＦを溶かすことができる。電気ヒータによる電力消費は燃費の悪化をもたらすため、本実施形態のように排気の熱を利用して凍結したＤＥＦを溶かすことができれば、電力消費を抑制して燃費の悪化を低減できる。

また、本実施形態では、還元液タンク２と消音器１０（熱供給部）との間に、熱を拡散する金属製（アルミ製）の熱拡散板６が設けられている。熱拡散板６は、還元液タンク２の長手方向の長さにほぼ等しい長さを有している。このため、消音器１０から放射された熱は、熱拡散板６によって拡散されて、効率よく還元液タンク２内のＤＥＦを温める。本実施形態では、熱拡散板６は還元液タンク２に固定されている。また、還元液タンク２は樹脂製であるため、温度が高すぎると溶けてしまうので、局所的に加熱されないように熱拡散板６が熱を拡散する。また、還元液タンク２の過熱防止のために、熱拡散板６の還元液タンク２側の表面には、耐熱性繊維部材等によって形成されたヒートインシュレータ６０が貼り付けられている。

ヒートインシュレータ６０は、熱拡散板６の還元液タンク２側の表面の全てに設けられているのではなく、特に消音器１０との距離が近い部分のみに貼り付けられている。具体的には、熱拡散板６の還元液タンク２側の表面の上部にはヒートインシュレータ６０は貼られていない。なお、このヒートインシュレータ６０は、上述した熱拡散にも寄与しており、熱拡散板６の温度を均一化するようにも作用する。

本実施形態では、図２に示されるように、還元液タンク２に対して、消音器１０（排気管１の熱供給部）は、ほんの僅か下方に位置している。なお、消音器１０（排気管１の熱供給部）は、還元液タンク２の近傍で縦長形状の還元液タンク２の長手方向に延設されるので、その内部の排気の熱を還元液タンク２の内部のＤＥＦに効率よく供給できる。即ち、熱供給部（消音器１０）から還元液タンク２内のＤＥＦへと熱供給を行う長さ（距離）を長く確保でき、より広範囲で熱供給を行える。

上述したように、還元液タンク２及び排気管１（消音器１０）は、双方とも車両の下部（フロア下）に搭載される。従って、還元液タンク２及び排気管１（消音器１０）を上下に配置するのは難しく、還元液タンク２及び排気管１（消音器１０）は横に並べて配置される。この際、本実施形態のように、側方から見て、還元液タンク２と消音器１０（排気管１の熱供給部）とが高さ方向で少なくとも一部が互いに重複することが好ましい。このような配置とすれば、還元液タンク２及び排気管１（消音器１０）の設置高さを抑えつつ、効率よく排気の熱を還元液タンク２内のＤＥＦに供給することができる。

なお、（車両が走行していない状態では）排気管１（消音器１０）の熱によって温められた周囲の空気は上方に流れるため、排気管１（消音器１０）に対して還元液タンク２が上方に位置する方が、熱を還元液タンク２内のＤＥＦに供給する上では好ましい。即ち、側方から見て、少なくとも、還元液タンク２の下部と排気管１（消音器１０）の上部とが重複するのが好ましい。ただし、還元液タンク２の高さの範囲内に排気管１（消音器１０）が収まるようであってもよい。

また、熱供給部としての消音器１０や熱拡散板６は、車両の内燃機関が停止された後もしばらくは熱を蓄えるので、還元液タンク２内のＤＥＦを保温して凍結しにくくする。この結果、本実施形態の還元液タンク配設構造によれば、冷間始動時により早期に凍結したＤＥＦを溶かすことができることに加えて、内燃機関停止後にＤＥＦを凍結しにくくすることもできる。

さらに、本実施形態では、消音器１０の内部に、ＳＣＲ触媒エレメント１０ａ及びＡＳＣ（ＡｍｍｏｎｉａＳｌｉｐＣａｔａｌｙｓｔ）触媒エレメント（図示せず）が収納されている。ＳＣＲ触媒エレメント１０ａは、セラミックなどで形成されたハニカム基材にＳＣＲ触媒を担持させたものである。ＡＳＣ触媒エレメントは、セラミックなどで形成されたハニカム基材に酸化触媒を担持させたものであり、ＳＣＲ触媒エレメント１０ａを通過（スリップ）した余剰のＮＨ_３を酸化してＮ_２とＨ_２Ｏとに分解する。ＳＣＲ触媒エレメント１０ａ及びＡＳＣ触媒エレメントは排気浄化触媒が担持されたエレメントである。即ち、本実施形態では、消音器１０は排気浄化触媒コンバータとしても機能する。消音器１０の内部での上述した排気浄化反応によって反応熱が生成されるため、この反応熱もＤＥＦへの熱の供給に寄与する。また、これらのエレメントも熱を蓄えることができるため、内燃機関停止後にＤＥＦを凍結しにくくすることにも寄与する。

本実施形態に係る還元液タンク配設構造では、還元液タンク２は、その長手方向に縦長の形状を有しており、排気管１は、還元液タンク２の近傍で上記長手方向に延設された熱供給部（本実施形態では消音器１０）を備えている。従って、還元液タンク２に貯められた還元液（ＤＥＦ）は、熱供給部（消音器１０）から排気の熱の供給を受けることができる。この際、熱供給部（消音器１０）は還元液タンク２の長手方向に沿って還元液タンク２の近傍に延設される。従って、熱供給部（消音器１０）から還元液タンク２内の還元液へと熱供給を行う長さ（距離）を長く確保でき、より広範囲で熱供給を行える。この結果、冷間始動時などに還元液が凍結していても、内燃機関の排熱を効果的に利用して還元液をより早期に溶かすことができる。また、熱供給部（消音器１０）は、内燃機関が停止された後もしばらくは熱を蓄えるので、還元液タンク２内の還元液を保温して凍結しにくくする。

また、本実施形態に係る還元液タンク配設構造では、還元液タンク２と熱供給部（消音器１０）との間に、熱供給部からの熱を拡散する、還元液タンク２の長手方向の長さにほぼ等しい長さを有する金属製の熱拡散板６設けられている。このため、熱供給部（消音器１０）からの熱が熱拡散板６によって還元液タンク２の全体に拡散され、還元液タンク２内の還元液を効率よく温めることができる。また、熱拡散板６も熱を蓄えることができるため、内燃機関停止後の還元液の保温にも寄与する。

さらに、本実施形態に係る還元液タンク配設構造では、熱供給部（消音器１０）が、その前後の排気管の内径よりもその内径が拡径された消音器１０である。消音器１０は、表面積も大きくなるため、より効果的に排気の熱を還元液タンク２内の還元液に供給することができる。また、内径が拡径された消音器１０は、体積が増えるためより多くの排気をためてより多くの熱を蓄えることができるので、内燃機関停止後の還元液の保温にも寄与する。

ここで、本実施形態では、さらに、消音器１０の内部に、排気浄化触媒が担持された触媒エレメント（本実施形態ではＳＣＲ触媒エレメント１０ａ及びＡＳＣ触媒エレメント）が内蔵されている。このため、排気浄化触媒での排気浄化反応によって生成される反応熱も還元液への熱の供給に寄与する。さらに、エレメントが熱を蓄えることができるため、内燃機関停止後の還元液の保温にも寄与する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、消音器１０を熱供給部として説明したが、単なる排気管１の一部であっても、還元液タンク２内の還元液に熱を供給する熱供給部として機能し得る。また、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒エレメント１０ａ及びＡＳＣ触媒エレメントを排気浄化触媒が担持されたエレメントとして説明した。しかし、排気浄化のための単なる酸化触媒が担持されたエレメントや排気浄化のための触媒が担持されたＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）も排気浄化触媒が担持されたエレメントであると言える。

１排気管
２還元液タンク
６熱拡散板
１０消音器（熱供給部）
１０ａＳＣＲ触媒エレメント

Claims

車両用還元液タンク配設構造において、
車両の下部に搭載された、内燃機関の排気を大気に排出するための排気管と、
前記車両の下部に搭載された、前記排気中の窒素酸化物の浄化に用いる還元液を貯める還元液タンクと、を備えており、
前記還元液タンクは、その長手方向に縦長の形状を有しており、
前記排気管は、前記還元液タンクの近傍で前記長手方向に延設された熱供給部を備えている、車両用還元液タンク配設構造。
請求項１に記載の車両用還元液タンク配設構造であって、
前記還元液タンクと前記熱供給部との間に、前記熱供給部からの熱を拡散する、前記還元液タンクの前記長手方向の長さにほぼ等しい長さを有する金属製の熱拡散板が設けられている、車両用還元液タンク配設構造。
請求項１又は２に記載の車両用還元液タンク配設構造であって、
前記熱供給部は、当該熱供給部の前後の前記排気管の内径よりもその内径が拡径された消音器である、車両用還元液タンク配設構造。
請求項３に記載の車両用還元液タンク配設構造であって、
前記消音器の内部に、排気浄化触媒が担持された触媒エレメントが内蔵されている、車両用還元液タンク配設構造。