JP4460970B2 - 燃料タンク、プレ消音器および還元剤タンクの特別な配置形式を備えた自動車 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関を備えた自動車、特に貨物自動車であって、内燃機関には燃料タンクから燃料が供給可能であり、内燃機関の排ガス管にはプレ消音器とメイン消音器とが配置されており、プレ消音器内には、１つの加水分解触媒と、場合によってはさらに少なくとも１つの酸化触媒とが組み込まれており、加水分解触媒が調量装置により尿素水溶液で負荷可能であり、該尿素水溶液が固有の尿素水溶液タンク内に貯蔵可能である形式のものに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１２３３５９号明細書から公知の、内燃機関の下流に配置された排ガス管内には、相前後して並んでプレ消音器と、引き続いてメイン消音器とが設けられており、両消音器の内室には、その都度複数の触媒が組み込まれている。その際、この発明の問題点は、プレ消音器がメイン消音器の体積に比べれば確かに小さな体積を有しているものの、それでもなお、困難な環境下でのみ商用車両に搭載可能な大きさを有している点にある。提供可能な高い排ガス温度を利用する目的で、加水分解触媒を備えたプレ消音器は空間的に可能な限りエンジン近傍に配置されるべきである。この点を鑑みて、これまで後続のメイン消音器の組み込みに関する問題が存在していた。それと言うのも、メイン消音器が設けられる場所には、大抵の場合既に別の構成部分またはユニットが存在しており、それゆえ、それらの構成部分またはユニットはずらされて配置されなければならなかったからである。このことはしばしば困難にのみ可能であるか、または全くもって不可能である。別の搭載上の問題は尿素水溶液タンク（ＨＷＬタンク）に由来している。尿素水溶液タンクは調量装置の可能性とも関連して、凍結する傾向のある尿素水溶液域を伴う過度に長い調量管路経路を回避するために、噴霧箇所から過度に遠くに離されているべきではない。ただし尿素水溶液タンクのためにも、今日の自動車自体に余分なスペースは存在していない。そもそも、そのようなタンクは、ＥＵＲＯ５基準の排ガス規定が発効され、その遵守が排ガス中への尿素水溶液の噴霧なしには達成不可能である場合に初めて必要なものである。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１２３３５９号明細書

それゆえ本発明の課題は、自動車において尿素水溶液タンクおよびプレ消音器のために適当な搭載可能性を提供することである。

この課題を解決した本発明の構成によれば、尿素水溶液タンクおよびプレ消音器が燃料タンクと相俟って１つの構成ユニットを形成し、該構成ユニットが全体的に自動車のシャシーフレームに固定可能であるようにした。

本発明による解決策の有利な構成および詳細は請求項２以下に記載されている。

本発明により、尿素水溶液タンクおよびプレ消音器は燃料タンクと共に１つのコンパクトな構成ユニットを形成し、該構成ユニットは完全に前製作／前組立された状態で全体的に、つまり一括して自動車のシャシーフレームに固定可能である。特に有利には、この構成ユニットは、体積または長さが本発明による構成ユニットの体積もしくは長さにほぼ相当する単体の燃料タンク（例えば９００ｌの容量を有する大型の燃料タンク）の代わりに、シャシーフレームに組み付けられる。この構成ユニット内に存在する燃料タンクは代替された燃料タンクに比して例えば３０〜４０％の分だけ小さな、ただしそれでもまだ十分なタンク容積を有している。これにより獲得された構成スペースは構成ユニット内で例えば約１／３が尿素水溶液タンクに、約２／３がプレ消音器に配分される。このようにすると、確かにより頻繁な燃料補給が必要になるものの、尿素水溶液タンクとプレ消音器とは省スペースかつ取扱容易な形式で自動車に搭載されている。つまり、尿素水溶液タンクの補充もこの配置形式の場合には同様に最も簡単な形式で可能である。その一方で、本発明による構成ユニットで不足する燃料タンク容積は、例えば対向して位置するフレーム面にまたはフレーム縦通材間に搭載可能な補助タンクにより実現されることができる。

以下に図面を参照しながら本発明の実施例につき詳説する。

図中、同一もしくは互いに相応する部分には、同一の符号を付与した。

本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンを備えた自動車、特に貨物自動車に関する。内燃機関には燃料タンク１から燃料が供給可能であり、内燃機関の排ガス管２には、プレ消音器３とメイン消音器（図示せず）とが配置されている。その際、プレ消音器３はシャシーフレームの一面に、メイン消音器はシャシーフレームの他面に配置されており、かつ排ガス管路２の区分２／２を介して互いに接続されている。プレ消音器３内には、１つの加水分解触媒４と、場合によっては少なくとももう１つの酸化触媒５とが組み込まれている。後者は、排ガス中のＮＯ_２成分を大幅に高めるために役立つ。加水分解触媒４は調量装置６を用いて調量管路７を介して、その自由な端部に設けられたスプレーヘッド８により尿素水溶液（ＨＷＬ）で負荷可能である。尿素水溶液は固有の尿素水溶液タンク９内に貯蔵可能である。それにより、プレ消音器３からは、アンモニアおよび高いＮＯ_２成分を伴って調量された排ガスが排出され、この排ガスはメイン消音器内に設けられたＳＣＲ触媒により最適な形式で浄化可能である。

本発明により、尿素水溶液タンク９およびプレ消音器３は燃料タンク１と相俟って１つの構成ユニット１０を形成する。構成ユニット１０は全体的に車両のシャシーフレームに、つまり両フレーム縦通材１１のうちの１つに固定可能である。プレ消音器３、尿素水溶液タンク９および燃料タンク１は前後に並んで配置されている。その際、構成ユニット１０内において、プレ消音器３が最前に配置されており、尿素水溶液タンク９がプレ消音器３と燃料タンクとの間に組み込まれている。有利には、燃料タンク１と尿素水溶液タンク９とプレ消音器３とから成る構成ユニット１０は完全に前組立された状態で、単体の燃料タンクの代わりにシャシーフレーム１１に組み付けられる。単体の燃料タンクの構成長さまたは体積は構成ユニット１０の構成長さもしくは体積にほぼ相当する。構成ユニット１０内に存在する燃料タンク１は代替された燃料タンクに対して、両者の横断面が同じである場合に、例えば３０〜４０％の分だけ小さなタンク体積を有しており、そのようにして獲得された構成スペースは構成ユニット１０内において一方では例えば約１／３を尿素水溶液タンク９に、他方では例えば約２／３をプレ消音器３に配分する。ただし場合によっては、上記の配分とは異なる配分も実施可能もしくは必要であり得る。

図１に示した例において、燃料タンク１はハウジング１２内で二重壁１３，１４により尿素水溶液タンク９から隔離されている。その結果、尿素水溶液が多少漏れても、尿素水溶液が燃料タンク１には到達できないようになっている。尿素水溶液タンク９は内部に一般に、熱絶縁性のライニング１５と、尿素水溶液タンク９内に組み込まれた、尿素水溶液の凍結を阻止する加熱装置１６と、尿素水溶液タンク９内に組み込まれた、充填状態を検出するレベルセンサ１７とを有している。尿素水溶液調量装置６は構成ユニット１０において尿素水溶液タンク９の領域に、有利には上位に組み付けられて配置されている。この尿素水溶液調量装置６から、垂直な尿素水溶液吸入管１８が尿素水溶液タンク９内に突入しており、そこで、ほぼ尿素水溶液タンク９の底部にまで達している。さらに、この調量装置６から側方に尿素水溶液調量管路７が分岐している。尿素水溶液調量管路７はプレ消音器３の内室内に導入されており、そこで加水分解触媒４もしくはそのハウジング４／１の入口領域においてそのスプレーヘッド８でもって終わっている。

プレ消音器３の内室は中間壁１９により流入チャンバ２０と流出チャンバ２１とに分割されている。その際、流入チャンバ２０は排ガス管路２の、内燃機関もしくはその過給ユニットから至る区分２／１に連通しており、かつ流出チャンバ２１は排ガス管路２の、メイン消音器との接続部を形成する区分２／２に連通している。触媒４，５はプレ消音器３内で互いに軸平行にかつ隣り合うように配置されており、かつそこで両触媒４，５のハウジング４／１もしくは５／１でもって中間壁１９と、該中間壁１９に対して間隔を置いて配置された保持壁２２とに固定されている。触媒４，５の、図示した傾斜位置は可能な組み込み形式である。プレ消音器３の構成スペースおよび触媒４，５の大きさが許容するならば、触媒４，５は違う形に、例えば垂直に立設して互いに平行にかつ隣り合うようにプレ消音器３内に組み込むことも可能である。

プレ消音器３の内部は遮音材料もしくは吸音材料から成る層２３により内張りされている。さらにプレ消音器３は尿素水溶液タンク９に対して付加的に、プレ消音器３を通流する排ガスから尿素水溶液タンク９への過度に強い熱伝達を回避するために熱絶縁されている。

図３に示した実施例では、構成ユニット１０内の燃料タンク１は、全面で閉鎖された容器壁１′を備えた、鋼またはアルミニウムまたはアルミニウム被覆された鋼板から成る前製作された容器により形成されている。この燃料タンク１の、前側の端壁２４には、前方にプレ消音器３に向かって当初は開いたポット状の尿素水溶液タンクハウジング２５が接続、有利には溶接される。その後、この尿素水溶液タンクハウジング２５内に、それ自身閉鎖した、肉厚の絶縁材料から前製作された尿素水溶液タンクインナボディ２６が前方から組み込まれる。引き続いて、尿素水溶液タンクハウジング２５は尿素水溶液タンク前壁２７により閉鎖可能である。この尿素水溶液タンク前壁２７は同時に尿素水溶液タンク９とプレ消音器３との間の中間壁を形成し、かつプレ消音器３の内室に面した側で、熱絶縁性の材料から成る層２８により被覆されている。この尿素水溶液タンク前壁２７に、プレ消音器３の、円筒状の周囲外壁２９が接続する。機械的な結合は例えば、尿素水溶液タンクハウジング２５に設けられていて尿素水溶液タンク前壁２７を支持する平らな前側の縁部３０を含む、尿素水溶液タンク前壁２７の領域での、周囲外壁２９の縁曲げもしくはビーディングにより実施される。周囲外壁２９の端面には、プレ消音器３の、前側の端壁３１が接続しており、周囲外壁２９に、例えば縁部側の縁曲げもしくはビーディングにより結合可能である。

図３に示した実施例において、中間壁１９と、保持壁２２と、ハウジング４／１，５／１内に収容された触媒４，５とは、前製作され得る１つの構成群を形成する。この構成群の中間壁１９には引き続き、前側の端壁３１が溶接により固定可能である。その後、前側の端壁３１に、絶縁材料から成る層２３と、周囲外壁２９とが取り付けられる。周囲外壁２９は例えば縁部側の縁曲げより取り付けられる。引き続いて、中間壁１９が周囲外壁２９に溶接により結合される。それ以前に、周囲外壁２９にはやはり絶縁材料層２３が、少なくとも中間壁１９の溶接後にはもはや接近不能である領域に敷かれている。次の作業工程で、調量管路部材７／１が、周囲外壁２９に設けられた開口内に挿入され、そこに固定される。最終的に、そのようにして前製作されたプレ消音器構成群が、既に熱絶縁層２８および遮音材料もしくは吸音材料２３により被覆された尿素水溶液タンク前壁２７と一緒に、尿素水溶液タンクハウジング２５の、前側の縁部３０に設置され、最終的に周囲外壁２９の、縁部側の縁曲げにより尿素水溶液タンクハウジング２５に固定される。その後、調量装置６と、調量管路の管路接続部材とが組み立てられて、部分部材７／１に接続されることができる。

一般的な発明考案の枠内で常に、本発明による構成ユニット１０の、図面に示して上に説明した実施形態および実現形態とは異なる構成も可能であることは自明である。

前製作および前組立される構成ユニット１０はその最終組立時にフレームに、ここでは車両のフレーム縦通材１１に、例えばフレームに固定されたブラケット３２に設置され、そこでバンド、ストラップまたはこれに類する器具３３により固定される。

運転時、燃料タンク１には、タンク蓋３４により閉鎖可能な充填管片を介して燃料が充填可能であり、尿素水溶液タンク９には、そこから相対的に遠く離れた、タンク蓋３５により閉鎖可能な充填管片を介して尿素水溶液が充填可能である。

本発明の第１の実施例の概略的な縦断面図である。

貨物自動車のシャシーフレームに組み付けられた、本発明の第１の実施例の平面図である。

本発明の第２の実施例の概略的な縦断面図である。

符号の説明

１ 燃料タンク、 ２ 排ガス管、 ３ プレ消音器、 ４ 加水分解触媒、 ５ 酸化触媒、 ６ 調量装置、 ７ 調量管路、 ８ スプレーヘッド、 ９ 尿素水溶液タンク、 １０ 構成ユニット、 １１ フレーム縦通材、 １２ ハウジング、 １３，１４ 二重壁、 １５ ライニング、 １６ 加熱装置、 １７ レベルセンサ、 １８ 尿素水溶液吸入管、 １９ 中間壁、 ２０ 流入チャンバ、 ２１ 流出チャンバ、 ２２ 保持壁、 ２３ 層、 ２４ 端壁、 ２５ 尿素水溶液タンクハウジング、 ２６ 尿素水溶液タンクインナボディ、 ２７ 尿素水溶液タンク前壁、 ２８ 層、 ２９ 周囲外壁、 ３０ 縁部、 ３１ 端壁、 ３２ ブラケット、 ３３ 器具、 ３４ タンク蓋、 ３５ タンク蓋

Claims (10)

1. 内燃機関を備えた自動車、特に貨物自動車であって、内燃機関には燃料タンク（１）から燃料が供給可能であり、内燃機関の排ガス管（２）にはプレ消音器（３）とメイン消音器とが配置されており、プレ消音器（３）内には、１つの加水分解触媒（４）と、少なくとも１つの酸化触媒（５）とが組み込まれており、加水分解触媒（４）が調量装置（６，７）により尿素水溶液で負荷可能であり、該尿素水溶液が固有の尿素水溶液タンク（９）内に貯蔵可能である形式のものにおいて、尿素水溶液タンク（９）およびプレ消音器（３）が燃料タンク（１）と相俟って１つの構成ユニット（１０）を形成し、該構成ユニット（１０）が全体的に自動車のシャシーフレームに固定可能であることを特徴とする、燃料タンク、プレ消音器および還元剤タンクの特別な配置形式を備えた自動車。
2. 燃料タンク（１）と尿素水溶液タンク（９）とプレ消音器（３）とから成る構成ユニット（１０）が完全に前組立された状態で、単体の燃料タンクの代わりにシャシーフレーム（１１）に組み付け可能であり、単体の燃料タンクの構成長さまたは体積に、構成ユニット（１０）の構成長さまたは体積がほぼ相当し、構成ユニット（１０）内に存在する燃料タンク（１）が、代替された燃料タンクに対して、同一の横断面の場合に、例えば３０〜４０％の分だけ小さなタンク体積を有しており、このようにして獲得された構成スペースのうち、構成ユニット（１０）内で一方では例えば１／３が尿素水溶液タンク（９）に、他方では例えば２／３がプレ消音器（３）に分配される、請求項１記載の自動車。
3. プレ消音器（３）と、尿素水溶液タンク（９）と、燃料タンク（１）とが前後に並んで配置されており、構成ユニット（１０）内ではプレ消音器（３）が最前に配置されており、尿素水溶液タンク（９）がプレ消音器（３）と燃料タンク（１）との間に組み込まれている、請求項１または２記載の自動車。
4. 燃料タンク（１）がハウジング（１２）内で二重壁（１３，１４）により尿素水溶液タンク（９）から隔離されているので、尿素水溶液が若干漏れても、尿素水溶液が燃料タンク（１）内に到達することがないようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の自動車。
5. 尿素水溶液タンク（９）が、尿素水溶液タンク（９）を熱絶縁するライニング（１５）と、尿素水溶液タンク（９）内に組み込まれた加熱装置（１６）と、尿素水溶液タンク（９）内に組み込まれたレベルセンサ（１７）とを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の自動車。
6. 尿素水溶液調量装置（６）が構成ユニット（１０）において尿素水溶液タンク（９）の領域に配置されており、尿素水溶液調量装置（６）から、垂直な尿素水溶液吸入管（１８）が尿素水溶液タンク（９）内に突入し、ほぼ尿素水溶液タンク（９）の底部にまで達しており、かつ尿素水溶液調量管路（７）が調量装置（６）から分岐しており、尿素水溶液調量管路（７）がプレ消音器（３）の内室内に導入されており、そこで加水分解触媒（４）もしくはそのハウジング（４／１）の入口領域においてスプレーヘッド（８）で終わっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の自動車。
7. プレ消音器（３）の内室が中間壁（１９）により流入チャンバ（２０）と流出チャンバ（２１）とに分割されており、流入チャンバ（２０）が排ガス管路（２）の、内燃機関もしくはその過給ユニットから延びる区分（２／１）に連通し、流出チャンバ（２１）が排ガス管路（２）の、メイン消音器への接続部を形成する区分（２／２）に連通しており、かつ触媒（４，５）がプレ消音器（３）内で互いに軸平行にかつ相並んで配置されており、そこでハウジング（４／１，５／１）でもって中間壁（１９）ならびに該中間壁（１９）に対して間隔を置いて配置された保持壁（２２）内に固定されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の自動車。
8. プレ消音器（３）の内部が、遮音性の材料から成る層で内張りされており、かつプレ消音器（３）が尿素水溶液タンク（９）に対してさらに付加的に、尿素水溶液タンク（９）への過度に強い熱伝達を回避するために熱絶縁されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の自動車。
9. 燃料タンク（１）が構成ユニット内で、全面で閉鎖された容器壁（１′）を備えた前製作される容器により形成されており、この前製作された燃料タンク（１）の、前側の端壁（２４）に、ポット状の、前方にプレ消音器（３）に向かって当初は開いている尿素水溶液タンクハウジング（２５）が溶接され、該尿素水溶液タンクハウジング（２５）内に、それ自体は閉鎖された、肉厚の絶縁材料から前製作された尿素水溶液タンクインナボディ（２６）が前方から組み込み可能であり、その後、尿素水溶液タンクハウジング（２５）が前壁（２７）により閉鎖可能であり、該尿素水溶液タンク前壁（２７）が同時に尿素水溶液タンク（９）とプレ消音器（３）との間の中間壁を形成し、かつプレ消音器（３）の内室に面した側で、熱絶縁性の材料から成る層（２８）により被覆されており、尿素水溶液タンク前壁（２７）に、プレ消音器（３）の、円筒状の周囲外壁（２９）が、尿素水溶液タンクハウジング（２７）に設けられていて尿素水溶液タンク前壁（２７）を支持する平らな前側の縁部（３０）を含む尿素水溶液タンク前壁（２７）の縁曲げにより接続され、周囲外壁（２９）の、前側の端面に、プレ消音器（３）の、前側の端壁（３１）が接続し、周囲外壁（２９）に縁部側の縁曲げにより結合可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の自動車。
10. 中間壁（１９）と、保持壁（２２）と、ハウジング（４／１，５／１）内に収容された触媒（４，５）とが、前組立され得る１つの構成群を形成し、該構成群の中間壁（１９）には引き続き、前側の端壁（３１）が溶接により固定可能であり、次に周囲外壁（２９）が前方の端壁（３１）に縁部側の縁曲げにより設置可能であり、続いて中間壁（１９）が周囲外壁（２９）に溶接により結合可能であり、そして調量管路部材（７／１）が、周囲外壁（２９）に設けられた開口内に挿入可能かつ該開口に固定可能であり、最終的に、そのようにして前製作されたプレ消音器構成群が尿素水溶液タンク前壁（２７）と一緒に尿素水溶液タンクハウジング（２５）の、前側の縁部に設置可能であり、かつ周囲外壁（２９）の、縁部側の縁曲げにより、尿素水溶液タンクハウジング（２５）に固定可能である、請求項７から９までのいずれか１項記載の自動車。

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