JP4452169B2

JP4452169B2 - 尿素水貯蔵方法及び装置

Info

Publication number: JP4452169B2
Application number: JP2004360945A
Authority: JP
Inventors: 幸浩辻; 信也佐藤; 道明桐沢
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: JP2005264924A

Description

本発明は、ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵方法及び装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒（選択還元型触媒）を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

尚、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアのような有毒な物質を搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。
特開２００２−１６１７３２号公報特開２００２−１６６１３０号公報

しかしながら、このように尿素水を還元剤として使用する場合には、尿素水を貯蔵するための尿素水タンクを車両に搭載する必要があり、運転者は通常の燃料補給とは別に尿素水の補給に気を配らなければならなくなるが、車両の走行に直接的に関連する軽油の補給を忘れることはなくても、空になった時に車両の走行に格別な支障をきたさない尿素水については補給を忘れがちであり、運転者が尿素水の補給を失念することにより選択還元型触媒の正常な排気浄化性能を得られなくなることが懸念された。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、軽油と尿素水の同時補給を実現して尿素水の補給忘れを極力回避し得るようにすることを目的としている。

本発明の請求項１に記載の発明は、ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵方法であって、尿素水をエンジン燃料を成す軽油と一緒に燃料タンク内に貯蔵し、該燃料タンク内で比重差により軽油の下に分離した尿素水を前記軽油及び尿素水の境界面より下側の領域から燃料タンク外部へ取り出すことを特徴とするものである。

このような尿素水の貯蔵方法を採用すれば、燃料タンクの給油口に対し軽油と尿素水を同時に補給しても、燃料タンク内で軽油と尿素水とが互いに混じり合うことなく比重差により上下に分離し、その分離した軽油及び尿素水の境界面より下側の領域から尿素水のみを支障なく取り出して選択還元型触媒に添加することが可能となる。

そして、ガソリンスタンド等にて軽油用ノズルと尿素水用ノズルが二つ付いた給油ガンにより一度に軽油と尿素水の補給を行うような新たな供給体制を整えれば、燃料タンクの給油口に対し軽油と尿素水を同時に補給することで尿素水の補給忘れが回避されることになる。

ただし、このような特殊な給油ガンを用いないとしても、同じ給油口から軽油と尿素水とを同時補給することが可能な条件下であれば尿素水の補給に手間がかからなくなり、軽油を補給するついでに尿素水の同時補給を簡単に実施できるので、尿素水の補給を失念する虞れが大幅に低減されることになる。

また、燃料タンクが尿素水タンクを兼ねたものとなることで尿素水タンクを別途新設する必要がなくなり、既存の燃料タンクの占有スペースを有効に活用しつつ容積増加を図るといった軽微な変更だけで済むので、新たに尿素水タンクの配置スペースを確保する場合よりもレイアウト上の制約が緩和されることになる。

更に、軽油が尿素水の上を被覆することにより尿素水の水分蒸発が抑制されるので、夏期等における外気温度が高い環境下であっても尿素水が注入時の濃度のまま保たれ、尿素水が高濃度化してしまう虞れが未然に回避される。

他方、本発明の請求項２に記載の発明は、ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵装置であって、尿素水では浮かび軽油では沈むように浮力を調整した通水構造のフロートを燃料タンク内に収容せしめ、該フロートの上面側に軽油を取り込む軽油取出口を設けると共に、前記フロートの下面側に尿素水を取り込む尿素水取出口を設け、これら軽油取出口及び尿素水取出口を介して軽油及び尿素水を個別に燃料タンク外部へ取り出し得るように構成したことを特徴とするものである。

而して、このような尿素水の貯蔵装置を採用すれば、燃料タンクの給油口に対し軽油と尿素水を同時に補給した場合に、燃料タンク内で軽油と尿素水とが互いに混じり合うことなく比重差により上下に分離し、その分離した軽油及び尿素水の境界面にフロートが浮かんで上面側の軽油取出口を常に軽油中に開口させ且つ下面側の尿素水取出口を常に尿素水中に開口させるので、軽油や尿素水の増減により境界面が変動しても、軽油及び尿素水が支障なく別々に取り出されることになる。

更に、本発明の請求項３に記載の発明は、ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵装置であって、尿素水では浮かび軽油では沈むように浮力を調整した通水構造のフロートを燃料タンク内に収容せしめ、該フロートの上面側に軽油を取り込む軽油取出口を設けると共に、前記燃料タンクの底部に尿素水を取り込む尿素水取出口を設け、これら軽油取出口及び尿素水取出口を介して軽油及び尿素水を個別に燃料タンク外部へ取り出し得るように構成したことを特徴とするものである。

而して、このようにしても尿素水を軽油が混ざらないように取り出すことが可能であり、尿素水を燃料タンクの底部から支障なく取り出して選択還元型触媒に添加することが可能となる。

また、本発明の請求項４に記載の発明は、端部を封止したチューブを網状に組み且つその網状物の適宜位置に浮力調整のための錘を装着してフロートを構成したことを特徴とするものであり、このようにすれば、尿素水では浮かび軽油では沈むように浮力を調整した通水構造のフロートを比較的容易に製作することが可能となる。

上記した本発明の尿素水貯蔵方法及び装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）燃料タンクの給油口に対し軽油と尿素水を同時に補給しても、燃料タンク内で軽油と尿素水とが互いに混じり合うことなく比重差により上下に分離し、その分離した尿素水を軽油が混ざらないように燃料タンク外部へ取り出すことができるので、軽油を補給するついでに尿素水の同時補給を簡単に実現することができて尿素水の補給忘れを極力回避することができ、尿素水不足により選択還元型触媒の正常な排気浄化性能が得られなくなる懸念を払拭することができる。

（ＩＩ）燃料タンクが尿素水タンクを兼ねたものとなることで尿素水タンクの新設を不要とすることができ、既存の燃料タンクの占有スペースを有効に活用しつつ容積増加を図るといった軽微な変更だけで対処することができるので、新たに尿素水タンクの配置スペースを確保する場合よりもレイアウト上の制約を大幅に緩和することができる。

（ＩＩＩ）軽油により尿素水の液面を被覆して該尿素水の水分蒸発を抑制することができるので、夏期等における外気温度が高い環境下であっても、燃料タンク内における尿素水の濃度を一定に保持することができ、尿素水が高濃度化して該尿素水の添加量制御に悪影響を及ぼす虞れを未然に回避することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

また、このエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス７が流通する排気管９の途中には、選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、この選択還元型触媒１０は、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。

ここで、前記選択還元型触媒１０には、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒といった従来周知の触媒を採用することが可能である。

また、ケーシング１１内における選択還元型触媒１０の後段には、該選択還元型触媒１０と同様にフロースルー方式のハニカム構造物として形成された酸化触媒１２が装備されており、選択還元型触媒１０を未反応のまま通過してしまった微量のリークアンモニアやＣＯが酸化処理されるようになっている。

そして、ケーシング１１の上流側に噴射ノズル１３が設置され、該噴射ノズル１３と所要場所に設けた燃料タンク１４の底部との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により燃料タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を噴射ノズル１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようにしてある。

即ち、本形態例における燃料タンク１４においては、尿素水１７をエンジン燃料を成す軽油１８と一緒に燃料タンク１４内に貯蔵し、該燃料タンク１４内で比重差により軽油１８の下に分離した尿素水１７を前記軽油１８及び尿素水１７の境界面より下側の領域から燃料タンク１４外部へ取り出すようにしてある。尚、これら軽油１８と尿素水１７とが互いに混じり合うことなく良好に分離することに関しては、本発明者らにより既に確認済みの事項となっている。

更に、図２に拡大して示す通り、この燃料タンク１４の中には、尿素水１７では浮かび軽油１８では沈むように適宜に錘等を付けて浮力を調整した通水構造のフロート１９が収容されており、このフロート１９の上面側に軽油１８を取り込む軽油取出口２０が設けられていると共に、前記フロート１９の下面側には尿素水１７を取り込む尿素水取出口２１が設けられている。

そして、前記尿素水取出口２１と燃料タンク１４外部の尿素水供給ライン１５との間がフレキシブルホース２２により接続されており、また、前記軽油取出口２０と燃料タンク１４外部の燃料供給ライン２３との間がフレキシブルホース２４により接続されている。

ここで、軽油取出口２０からフレキシブルホース２４を介して燃料供給ライン２３に導かれた軽油１８は、従来より周知であるエンジン駆動式のサプライポンプ２５（図１参照：実機ではエンジン１の傍らに付帯装備されている）により図示しないコモンレールへと圧送され、該コモンレールにて蓄圧されてエンジン１の各気筒におけるインジェクタへと分配されるようになっている。

尚、図中における２６は燃料タンク１４の給油口、２７は該給油口２６を封止している栓体を示す。

而して、このようにすれば、燃料タンク１４の給油口２６に対し軽油１８と尿素水１７を同時に補給しても、燃料タンク１４内で軽油１８と尿素水１７とが互いに混じり合うことなく比重差により上下に分離し、その分離した軽油１８及び尿素水１７の境界面にフロート１９が浮かんで上面側の軽油取出口２０を常に軽油１８中に開口させ且つ下面側の尿素水取出口２１を常に尿素水１７中に開口させることになるので、軽油１８や尿素水１７の増減により境界面が変動しても、軽油１８及び尿素水１７が支障なく別々に取り出される。

そして、ガソリンスタンド等にて軽油用ノズルと尿素水用ノズルが二つ付いた給油ガンにより一度に軽油１８と尿素水１７の補給を行うような新たな供給体制を整えれば、燃料タンク１４の給油口２６に対し軽油１８と尿素水１７を同時に補給することで尿素水１７の補給忘れが回避されることになる。

ただし、このような特殊な給油ガンを用いないとしても、同じ給油口２６から軽油１８と尿素水１７とを同時補給することが可能な条件下であれば尿素水１７の補給に手間がかからなくなり、軽油１８を補給するついでに尿素水１７の同時補給を簡単に実施できるので、尿素水１７の補給を失念する虞れが大幅に低減されることになる。

従って、上記形態例によれば、燃料タンク１４の給油口２６に対し軽油１８と尿素水１７を同時に補給しても、燃料タンク１４内で軽油１８と尿素水１７とが互いに混じり合うことなく比重差により上下に分離し、その分離した尿素水１７を軽油１８が混ざらないように燃料タンク１４外部へ取り出すことができるので、軽油１８を補給するついでに尿素水１７の同時補給を簡単に実現することができて尿素水１７の補給忘れを極力回避することができ、尿素水１７不足により選択還元型触媒１０の正常な排気浄化性能が得られなくなる懸念を払拭することができる。

また、燃料タンク１４が尿素水タンクを兼ねたものとなることで尿素水タンクを別途新設する必要がなくなり、既存の燃料タンク１４の占有スペースを有効に活用しつつ容積増加を図るといった軽微な変更だけで済むので、新たに尿素水タンクの配置スペースを確保する場合よりもレイアウト上の制約を大幅に緩和することができる。

更に、軽油１８が尿素水１７の上を被覆することにより尿素水１７の水分蒸発が抑制されるので、夏期等における外気温度が高い環境下であっても、燃料タンク１４内における尿素水１７の濃度を一定に保持することができ、尿素水１７が高濃度化して該尿素水１７の添加量制御に悪影響を及ぼす虞れを未然に回避することができる。

図３は本発明の別の形態例を示すもので、尿素水取出口２１をフロート１９の下面側に設けることに替えて、燃料タンク１４の底部（図３中の実線又は二点鎖線を参照）に尿素水取出口２１を固定設置し、この尿素水取出口２１を尿素水供給ライン１５と直接接続するようにしたものであり、このようにしても尿素水１７を軽油１８が混ざらないように取り出すことができる。

また、本発明の尿素水貯蔵装置におけるフロート１９の具体的な製作例について以下に補足して説明すると、例えば、図４に示す如きプラグ２８により端部を封止したチューブ２９（内部には空気等の気体を封入しても良いし、減圧状態や真空状態としても良い）を使用し、このチューブ２９を図５のようにジグザグ状に屈曲させて矩形の網状を成すようにし、その網状物の四隅に浮力調整のための錘３０を装着してフロート１９を構成することが可能であり、このようにすれば、尿素水１７では浮かび軽油１８では沈むように浮力を調整した通水構造のフロート１９を比較的容易に製作することが可能となる。

尚、フロート１９の上面側に設けられる軽油取出口２０については、例えば、図６に示す如く、チューブ２９から成る網状物の上面にフレキシブルホース２４の一方の端部を沿わせて固定し、その端部をそのまま開口させることで軽油取出口２０を構成させるようにすれば良い。

また、チューブ２９の端部をプラグ２８で封止するに際しては、該プラグ２８をチューブ２９の端部に圧入したり、該チューブ２９の端部側をかしめたりして封止を行うようにすれば良く、特にチューブ２９が金属管である場合には、ロー付け、溶接、接着の何れかを用いて封止することが可能であり、チューブ２９が樹脂材である場合には、溶着や接着を用いて封止することも可能である。

更には、図７に示す如く、プラグ２８を用いずにチューブ２９の端部を潰して封止するようにしたり、図８に示す如く、チューブ２９の端部にキャップ３１を被せて封止するようにしても良く、この種のキャップ３１を被せて封止するに際しても、チューブ２９の材質に応じ、圧入、かしめ、ロー付け、溶接、接着、溶着等の手段を適宜に選択して適用すれば良い。

また、浮力調整のための錘３０は、バランスの良い配置であれば必ずしも四隅に配置する必要はなく、図９に示すように、バランスの良い三角形状の三点配置を成すようにすることも可能である。

更に、チューブ２９をジグザグ状に屈曲させて網状を成すようにする以外に、図１０に示す如く、複数本のチューブ２９を格子状に組んで網状を成すようにしたり、図１１に示す如く、１本のチューブ２９を一筆書き状に格子を成すように屈曲させて網状物としたりすることもでき、この際に、図１２に示す如く、チューブ２９の縦向きのものと横向きのものを平織り状に折り込んだり、図１３に示す如く、チューブ２９の縦向きのものに横向きのものを重ねてロー付け、溶接、接着等の手段で固定したりすることも可能である。

尚、本発明の尿素水貯蔵方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、チューブを使用しないフロートの構成も可能であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。図１の燃料タンクの詳細を拡大して示す断面図である。本発明の別の形態例を示す断面図である。フロートを成すチューブの一例を示す断面図である。チューブによるフロートの製作例を示す平面図である。軽油取出口の製作例を示す断面図である。フロートを成すチューブの別の例を示す断面図である。フロートを成すチューブの更に別の例を示す断面図である。錘の配置の別の例を示す平面図である。チューブによるフロートの別の製作例を示す平面図である。チューブによるフロートの更に別の製作例を示す平面図である。チューブを平織り状に折り込んだ例を示す拡大図である。チューブを重ねて固定した例を示す拡大図である。

符号の説明

１エンジン
１０選択還元型触媒
１４燃料タンク
１７尿素水
１８軽油
１９フロート
２０軽油取出口
２１尿素水取出口
２６給油口
２９チューブ
３０錘

Claims

ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵方法であって、尿素水をエンジン燃料を成す軽油と一緒に燃料タンク内に貯蔵し、該燃料タンク内で比重差により軽油の下に分離した尿素水を前記軽油及び尿素水の境界面より下側の領域から燃料タンク外部へ取り出すことを特徴とする尿素水貯蔵方法。
ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵装置であって、尿素水では浮かび軽油では沈むように浮力を調整した通水構造のフロートを燃料タンク内に収容せしめ、該フロートの上面側に軽油を取り込む軽油取出口を設けると共に、前記フロートの下面側に尿素水を取り込む尿素水取出口を設け、これら軽油取出口及び尿素水取出口を介して軽油及び尿素水を個別に燃料タンク外部へ取り出し得るように構成したことを特徴とする尿素水貯蔵装置。
ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒に対し還元剤として添加すべき尿素水の貯蔵装置であって、尿素水では浮かび軽油では沈むように浮力を調整した通水構造のフロートを燃料タンク内に収容せしめ、該フロートの上面側に軽油を取り込む軽油取出口を設けると共に、前記燃料タンクの底部に尿素水を取り込む尿素水取出口を設け、これら軽油取出口及び尿素水取出口を介して軽油及び尿素水を個別に燃料タンク外部へ取り出し得るように構成したことを特徴とする尿素水貯蔵装置。
端部を封止したチューブを網状に組み且つその網状物の適宜位置に浮力調整のための錘を装着してフロートを構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の尿素水貯蔵装置。