JP4248442B2 - 車両用還元剤タンク - Google Patents

Description

本発明は、タンク本体の内部に還元剤を貯蔵し、エンジンの排気系に配設され排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒の排気上流側に対し、上記還元剤を供給するための車両用還元剤タンクに関し、詳しくは、寒冷期又は寒冷地において凍結した還元剤の氷塊がタンク本体内部で大きく移動するのを防止し、また凍結した還元剤が溶け易くしようとする車両用還元剤タンクに係るものである。

エンジンから排出される排気中の有害物質のうち、特にＮＯｘを除去して排気を浄化するシステムとして、いくつかの排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を置き、該還元触媒の上流側の排気通路に還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は貯蔵タンクに常温で液体状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する。還元反応は、ＮＯｘとの反応性の良いアンモニアを用いるもので、還元剤としては、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

また、上述と同様の排気浄化装置において、貯蔵タンク内に貯蔵された還元剤の濃度や温度などの還元剤の性状を検知する性状検知部を上記貯蔵タンク内に備えたものが、本出願人により、特願２００３−３１４４３６として提案されている。
特開２０００−２７６２７号公報

しかし、上記従来のエンジンの排気浄化装置における還元剤の貯蔵タンクでは、寒冷期又は寒冷地において、タンク本体の内部に貯蔵された還元剤が凍結することがある。これに対処して、還元剤の貯蔵タンク及び供給配管系の全体ないし主要部に電熱線を配設し、これらを加熱可能にしたものがある（前記特許文献１参照）。この場合、上記凍結した還元剤の解凍の過程では、凍結した還元剤が氷塊となって遊動し、走行中の車両の振動等により上記タンク本体内部で大きく移動することがある。このとき、タンク本体内部で移動する還元剤の氷塊が、該タンク本体内部に設けられた濃度や温度などの性状検知部に接触することがあり、該性状検知部の誤作動を招く虞があった。また、上記凍結した還元剤の解凍は、上記電熱線の加熱により自然解凍するだけであるので、解凍の過程における氷塊がなかなか小さくならず、凍結した還元剤が溶けにくいことがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、寒冷期又は寒冷地において凍結した還元剤の氷塊がタンク本体内部で大きく移動するのを防止し、また凍結した還元剤が溶け易くしようとする車両用還元剤タンクを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による車両用還元剤タンクは、タンク本体の内部に還元剤を貯蔵し、該貯蔵された還元剤の性状を検知する性状検知部を備え、エンジンの排気系に配設され排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒の排気上流側に対し、上記還元剤を供給する供給配管を配設した車両用還元剤タンクであって、上記タンク本体の内部に、上記還元剤の性状検知部及び供給配管を含む領域とそれ以外の領域とに分ける仕切り部材を上下方向に設け、この仕切り部材には凹凸状に折り曲げられた凹凸部を上下方向に形成したものである。

このような構成により、上記タンク本体の内部に上下方向に設けられた仕切り部材で、還元剤の性状検知部及び供給配管を含む領域とそれ以外の領域とに分け、この仕切り部材に上下方向に形成された凹凸部により、それぞれの領域で凍結した還元剤の氷塊の遊動が抑制されて、上記還元剤の氷塊がタンク本体内部で大きく移動するのを防止する。

また、上記仕切り部材には、上下方向に所定の間隔をおいて孔部を形成し、この孔部の上縁部をタンク本体の外側方に向けて折り曲げ形成し、且つその外端部を上向きに折り曲げて鉤状に形成したものである。これにより、上記仕切り部材に形成された孔部の上縁部をタンク本体の外側方に向けて折り曲げた外端部に形成された鉤状部に、凍結した還元剤の氷塊が当たることで、該氷塊が割れて小さくなる。

さらに、上記仕切り部材には、上下方向に所定の間隔をおいて孔部を形成し、この孔部の下縁部をタンク本体の内側方に向けて折り曲げ形成し、且つこの折曲げ部を斜め上向きに傾斜させたものである。これにより、上記仕切り部材に形成された孔部の下縁部をタンク本体の内側方に向けて折り曲げ、斜め上向きに傾斜された折曲げ部によって、浮力で浮き上がる還元剤の氷塊がタンク本体の内側領域に入り込んでくる。

さらにまた、上記タンク本体の外周壁には、上下方向に所定の間隔をおいて内側方に向けて突出する複数の段部を形成したものである。これにより、タンク本体の外側領域で凍結した還元剤の氷塊の遊動が抑制されて、上記還元剤の氷塊がタンク本体内部で大きく移動するのを防止する。

請求項１に係る発明によれば、タンク本体の内部に上下方向に設けられた仕切り部材に上下方向に形成された凹凸部により、内部で凍結した還元剤の氷塊の遊動が抑制されて、走行中の車両の振動等によって上記還元剤の氷塊がタンク本体内部で大きく移動するのを防止することができる。これにより、上記タンク本体内部に設けられた還元剤の性状検知部に還元剤の氷塊が接触しないようにして、該性状検知部の誤作動を防止することができる。したがって、エンジンの排気浄化装置の機能を維持することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、上記仕切り部材に形成された孔部の上縁部をタンク本体の外側方に向けて折り曲げた外端部に形成された鉤状部に、凍結した還元剤の氷塊が当たることで、該氷塊が割れて小さくなることにより、タンク本体内部で凍結した還元剤を溶け易くすることができる。したがって、車両用還元剤タンクから還元触媒の排気上流側に対して適正な還元剤を供給することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、上記仕切り部材に形成された孔部の下縁部をタンク本体の内側方に向けて折り曲げ、斜め上向きに傾斜された折曲げ部によって、浮力で浮き上がる還元剤の氷塊がタンク本体の内側領域に入り込んでくることにより、比較的温度が高いタンク本体の内側領域において凍結した還元剤を溶け易くすることができる。したがって、車両用還元剤タンクから還元触媒の排気上流側に対して適正な還元剤を供給することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、上記タンク本体の外周壁に上下方向に形成され内側方に向けて突出する複数の段部により、タンク本体の外側領域で凍結した還元剤の氷塊の遊動が抑制されて、走行中の車両の振動等によって上記還元剤の氷塊がタンク本体内部で大きく移動するのを防止することができる。これにより、車両用還元剤タンクの機能を維持することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による車両用還元剤タンクの第１の実施形態を示す断面図であり、図２はこの車両用還元剤タンクが適用されるエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す概念図である。この車両用還元剤タンクＴは、タンク本体１０の内部に還元剤１５を貯蔵し、エンジンの排気系に配設され排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒の排気上流側に対し、上記還元剤１５を供給するためのものである。

初めに、図２に示すエンジンの排気浄化装置について説明する。この排気浄化装置は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるＮＯｘを、還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは軽油を燃料とするエンジン１の排気は、排気マニフォ−ルド２から、ＮＯｘの還元触媒３が配設された排気管４を経由して大気中に排出される。詳細には、上記排気管４には排気上流側から順に、一酸化窒素（ＮＯ）の酸化触媒、ＮＯｘの還元触媒３、アンモニアスリップ用酸化触媒の三つの触媒が配設され、その前後に温度センサ、ＮＯｘセンサ等が配設されて排気系が構成されるが、細部の構成は図示していない。

上記ＮＯｘの還元触媒３は、排気管４内を通る排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化するもので、例えばセラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを効果的に無害物質に浄化させる。

上記排気管４の内部にてＮＯｘの還元触媒３の上流側には、噴射ノズル５が配設されており、還元剤供給装置６から該噴射ノズル５を介して還元剤が圧力エアと共に排気管４内に噴射供給されるようになっている。ここで、上記噴射ノズル５は、その先端部が排気の流れ方向Ａと略平行に下流側に向けて延びているものとしたが、排気管４内にて排気の流れ方向Ａと略直角に突き出るものとしてもよい。

また、上記還元剤供給装置６には、車両用還元剤タンクＴのタンク本体１０内に貯蔵された還元剤１５が供給配管１１を通じて供給される。この還元剤１５は、タンク本体１０のほぼ中央底部近くの位置に開口する吸込み口１２から吸い込まれて、上記供給配管１１を通じて還元剤供給装置６に供給される。ここで、上記噴射ノズル５から噴射されずに戻る還元剤１５は、戻り配管１３を介して上記タンク本体１０内の上部位置に開口する戻り口１４から車両用還元剤タンクＴ内に戻される。

この実施形態では、上記噴射ノズル５で噴射供給する還元剤１５として尿素水溶液（尿素水）を用いる。他にアンモニア水溶液等を用いてもよい。そして、噴射ノズル５で噴射供給された尿素水は、排気管４内の排気熱により加水分解してアンモニアを容易に発生する。得られたアンモニアは、ＮＯｘの還元触媒３において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。なお、尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液である。

図２において、エンジン１の図示しない冷却水循環通路から並行通路として分岐した冷却水循環通路２０には、冷却水循環ポンプ２１と、電磁バルブ２２と、タンク本体１０内の尿素水と熱交換する熱交換パイプ２３とを備えた熱交換装置２４が配設されている。そして、上記電磁バルブ２２が冷却水循環通路２０を開く方向に切り換わることにより、上記冷却水循環通路２０内をエンジン１により加熱された熱媒体としての冷却水が循環して、熱交換パイプ２３を介してタンク本体１０内の尿素水と熱交換加熱し、上記熱交換装置２４が加熱装置として機能する。

そして、上記タンク本体１０の天板に開口した取付け口には、ボルト・ナットにより着脱自在にキャップ２５が取り付けられており、このキャップ２５にフランジを介して還元剤の性状検知装置２６がタンク本体１０内に垂下している。この性状検知装置２６は、還元剤１５としての尿素水の濃度や温度などの性状を検知するもので、その下部に濃度検知部２７及び温度検知部２８を備えている。この性状検知装置２６の濃度検知部２７及び温度検知部２８で検出した検知信号は、図１に示す制御装置（例えばコンピュータから成る）２９へ送られ、エンジン１の運転制御に用いられる。

このように構成された排気浄化装置において、還元剤１５（尿素水）を上記還元触媒３の排気上流側に供給する動作について説明する。まず、エンジン１の運転による排気は、排気マニフォ−ルド２から排気管４を経由して、該排気管４内の途中に配設された酸化触媒、及びＮＯｘの還元触媒３、更にアンモニアスリップ用酸化触媒を通り、排気管４の端部排出口から大気中に排出される。このとき、上記排気管４の内部にてＮＯｘの還元触媒３の排気上流側に配設された噴射ノズル５から尿素水が噴射される。この噴射ノズル５には、車両用還元剤タンクＴから供給配管１１を介して尿素水が還元剤供給装置６に供給され、この還元剤供給装置６の動作により圧力エアと共に尿素水が排気中に噴射供給される。

その後、エンジン１の運転停止により、噴射ノズル５からの尿素水の噴射を終了するには、還元剤供給装置６の動作により、まず車両用還元剤タンクＴからの尿素水の供給を遮断し、その後しばらくは噴射ノズル５に圧力エアだけを供給する。これにより、噴射ノズル５のノズル本体及び噴射孔から尿素水を追い出して、尿素水の噴射を終了する。

ここで、本発明においては、図１に示すように、上記タンク本体１０の内部には、上記還元剤の性状検知装置２６の濃度検知部２７及び温度検知部２８並びに供給配管１１を含む領域とそれ以外の領域とに分ける仕切り部材３０，３１を上下方向に設け、この仕切り部材３０，３１には凹凸状に折り曲げられた凹凸部３０ａ，３０ｂ；３１ａ，３１ｂが上下方向に形成されている。

すなわち、タンク本体１０の中央部に配設された濃度検知部２７及び温度検知部２８並びに供給配管１１更に熱交換装置２４の熱交換パイプ２３を間に挟んで、２枚の仕切り部材３０，３１が上下方向に立てて設けられている。これにより、上記タンク本体１０の内部は、Ｐ，Ｑ，Ｒの３領域に分けられ、真中の領域Ｑが濃度検知部２７及び温度検知部２８並びに供給配管１１を含む領域となり、両側の領域Ｐ，Ｒが還元剤１５のみの領域となる。なお、上記仕切り部材３０，３１は、例えばその四隅部が切り欠いてあり、又は板面に多数の孔が形成されており、或いは全体が網状に形成されており、内部に貯蔵された還元剤１５がＰ，Ｑ，Ｒの３領域の間で流通可能とされている。

また、上記仕切り部材３０，３１は、上下方向に凹凸状に折り曲げられて例えば波板状に形成されており、互いに内方に突出する凹部３０ａ，３１ａと、互いに外方に突出する凸部３０ｂ，３１ｂとが交互に上下方向に連続して形成されている。これにより、寒冷期又は寒冷地において、タンク本体１０の内部で凍結した還元剤１５の氷塊Ｂが上記凹凸部３０ａ，３０ｂ；３１ａ，３１ｂに当たってその遊動が抑制され、走行中の車両の振動等によって上記還元剤１５の氷塊Ｂがタンク本体１０内部で大きく移動するのが防止される。したがって、内部の領域Ｑで凍結した還元剤１５の氷塊Ｂが濃度検知部２７及び温度検知部２８に接触しないようにして、該濃度検知部２７及び温度検知部２８の損傷又は破壊を防止することができる。

図３は、本発明の車両用還元剤タンクの第２の実施形態を示す断面図である。この実施形態による車両用還元剤タンクＴは、前記仕切り部材３０，３１に対し、上下方向に所定の間隔をおいて複数の孔部３２を形成し、この孔部３２の上縁部をタンク本体１０の外側方に向けてＬ字状に折り曲げ形成し、且つその外端部３３を上向きに折り曲げて鉤状に形成したものである。さらに、上記孔部３２の下縁部をタンク本体１０の内側方に向けて折り曲げ形成し、且つこの折曲げ部３４を斜め上向きに傾斜させたものである。

すなわち、図４に示すように、例えば板状の仕切り部材３０に、上下方向に所定の間隔をおいて長方形の孔部３２を穿設し、この孔部３２の上縁部をタンク本体１０の外側方に向けてＬ字状に折り曲げ形成する。そして、このＬ字状に折り曲げた舌片の外端部３３が上向きに折り曲げられ鉤状に形成されている。これにより、寒冷期又は寒冷地において、タンク本体１０の内部で凍結した還元剤１５の氷塊Ｂが、上記鉤状に形成された外端部３３に当たることで、該氷塊Ｂが割れて小さくなり、タンク本体１０内部で凍結した還元剤１５が溶け易くなる。

また、図４において、上記長方形の孔部３２の下縁部は、タンク本体１０の内側方に向けて折り曲げ形成されており、この折曲げ部３４が斜め上向きに傾斜されている。これにより、寒冷期又は寒冷地において、タンク本体１０の内部で凍結した還元剤１５の氷塊Ｂが、図３に矢印Ｃ，Ｄで示すように浮力で浮き上がる際に、上記折曲げ部３４の案内でタンク本体１０の外側領域Ｐ，Ｒから内側領域Ｑに入り込んでくる。このことから、比較的温度が高い内側領域Ｑにおいて凍結した還元剤１５が溶け易くなる。

なお、図４において符号３５は、上記仕切り部材３０の四隅部に形成された例えば三角形状の切欠き部を示しており、内部に貯蔵された還元剤１５が図１に示すＰ，Ｑ，Ｒの３領域の間で流通可能とされている。また、図４においては、図３に示す左側の仕切り部材３０についてのみ図示したが、右側の仕切り部材３１についても同様に形成されている。さらに、上記仕切り部材３０，３１は、図１に示すように全体が波板状に形成されていてもよい。

図５は、本発明の車両用還元剤タンクの第３の実施形態を示す断面図である。この実施形態による車両用還元剤タンクＴは、タンク本体１０の外周壁に、上下方向に所定の間隔をおいて内側方に向けて突出する複数の段部４０ａ，４０ｂを形成したものである。

すなわち、上記タンク本体１０の外周壁を１周するように、例えば２本の凹型の溝部を上下方向に所定の間隔をおいて形成し、これらの溝部で段部４０ａ，４０ｂが形成されている。これにより、寒冷期又は寒冷地において、タンク本体１０の内部で凍結した還元剤１５の氷塊Ｂが上記段部４０ａ，４０ｂに当たってその遊動が抑制され、走行中の車両の振動等によって上記還元剤１５の氷塊Ｂがタンク本体１０内部で大きく移動するのが防止される。したがって、車両用還元剤タンクＴの機能を維持することができる。

なお、図５の実施形態は、段部４０ａ，４０ｂを凹型の溝部に形成したが、これに限られず、外周壁を波板状に形成してもよい。また、図１に示す実施形態の車両用還元剤タンクＴの外周壁に段部４０ａ，４０ｂを形成したものとしたが、図３に示す実施形態の車両用還元剤タンクＴの外周壁に上記段部４０ａ，４０ｂを形成してもよい。

本発明による車両用還元剤タンクの第１の実施形態を示す断面図である。 上記車両用還元剤タンクが適用されるエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す概念図である。 本発明の車両用還元剤タンクの第２の実施形態を示す断面図である。 第２の実施形態における仕切り部材の具体的な形状を示す斜視図である。 本発明の車両用還元剤タンクの第３の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…エンジン
３…ＮＯｘの還元触媒
４…排気管
５…噴射ノズル
６…還元剤供給装置
１０…タンク本体
１１…供給配管
１３…戻り配管
１５…還元剤
２６…性状検知装置
２７…濃度検知部
２８…温度検知部
３０，３１…仕切り部材
３０ａ，３０ｂ；３１ａ，３１ｂ…凹凸部
３２…孔部
３３…外端部
３４…折曲げ部
４０ａ，４０ｂ…段部

Claims (4)

1. タンク本体の内部に還元剤を貯蔵し、該貯蔵された還元剤の性状を検知する性状検知部を備え、エンジンの排気系に配設され排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒の排気上流側に対し、上記還元剤を供給する供給配管を配設した車両用還元剤タンクであって、
   上記タンク本体の内部に、上記還元剤の性状検知部及び供給配管を含む領域とそれ以外の領域とに分ける仕切り部材を上下方向に設け、この仕切り部材には凹凸状に折り曲げられた凹凸部を上下方向に形成したことを特徴とする車両用還元剤タンク。
2. 上記仕切り部材には、上下方向に所定の間隔をおいて孔部を形成し、この孔部の上縁部をタンク本体の外側方に向けて折り曲げ形成し、且つその外端部を上向きに折り曲げて鉤状に形成したことを特徴とする請求項１記載の車両用還元剤タンク。
3. 上記仕切り部材には、上下方向に所定の間隔をおいて孔部を形成し、この孔部の下縁部をタンク本体の内側方に向けて折り曲げ形成し、且つこの折曲げ部を斜め上向きに傾斜させたことを特徴とする請求項２記載の車両用還元剤タンク。
4. 上記タンク本体の外周壁には、上下方向に所定の間隔をおいて内側方に向けて突出する複数の段部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用還元剤タンク。

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