JP5533234B2

JP5533234B2 - 尿素水タンク構造

Info

Publication number: JP5533234B2
Application number: JP2010113744A
Authority: JP
Inventors: 和宏小平; 章浩戸塚; 俊之関
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: JP2011241734A

Description

本発明は、尿素選択還元型触媒（尿素ＳＣＲ：Urea-Selective Catalytic Reduction）に用いる尿素水を貯留する尿素水タンク構造に係り、特に、尿素水の凍結をエンジン冷却水の熱を利用して防止する尿素水タンク構造に関する。

尿素ＳＣＲ（以下、ＳＣＲ）は、トラック、バス等の車両に搭載されたディーゼルエンジンの排気経路に設けられ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するため、尿素水を還元剤として使用する。尿素水は、車両に搭載された尿素水タンクに貯留され、そのタンクから尿素水配管を通して取り出され、排気経路内のＳＣＲに向けて噴霧される。

尿素水は−１１℃で凍結するため、寒冷地等においては尿素水タンク内の尿素水が凍結し、尿素水をＳＣＲに適切に噴霧供給できなくなり得る。そこで、エンジンと熱交換することによって暖められたエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水配管を尿素水タンク内に導き、タンク内の尿素水をエンジン冷却水の熱で暖めて凍結を防止したものが知られている（特許文献１参照）。

この技術によれば、タンク内の尿素水の凍結は防止できるものの、タンクから取り出されて尿素水配管内を流れる尿素水の凍結は防止できない。そこで、上述した尿素水配管をエンジン冷却水配管とタンク外で抱き合わせて密着させ、尿素水配管内の尿素水をエンジン冷却水の熱で暖めて凍結を防止する技術が開発されている。

特開２００５−８３２２３号公報

ところで、尿素水タンクには、上述した尿素水配管と冷却水配管とが夫々取り付けられる接続部が間隔を隔てて設けられている。このように、各接続部の間隔が隔てられているので、接続部近傍すなわちタンク近傍の尿素水配管と冷却水配管とを抱き合わせることができない。よって、尿素水配管と冷却水配管とを抱き合わせられない部分において、尿素水配管内の尿素水が冷却水配管内の冷却水から受熱できず凍結する虞がある。

この対策として、タンク近傍の尿素水配管と冷却水配管とを抱き合わせられない部分に断熱シートを巻き付けて結束バンドで固定し、冷却水配管の熱をなるべく逃がさないようにして尿素水配管に伝えるようにする対策が考えられる。しかし、この対策では、断熱シートを尿素水配管及び冷却水配管に巻き付けて結束バンドで固定する際、或る程度の隙間の発生が避けられないため、保温性能がよいとはいえず、尿素水配管内の尿素水の凍結を十分に防止できない。

別の対策として、尿素水タンクに、タンク近傍の尿素水配管と冷却水配管とを抱き合わせられない部分を覆うようにして、保温カバーを装着する対策が考えられる。この対策では、タンク、尿素水配管、冷却水配管及びそれらの接続部の形状を変更することに伴うコストアップを回避するため、それらタンク等の形状を変更しないで保温カバーを装着できることが望まれる。また、工場での取付作業性を鑑みれば、保温カバーを容易に装着でき、且つ保温性能がよいことが望まれる。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、尿素水が貯留されたタンクに、尿素水配管と冷却水配管とを抱き合わせられない部分を覆う保温カバーを装着した尿素水タンク構造において、タンク、尿素水配管、冷却水配管の形状を変更することなく、保温カバーを容易に装着でき、保温カバーの保温性能に優れた尿素水タンク構造を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、尿素水が貯留されたタンクに、該タンクに尿素水を出し入れする尿素水配管を取り付けると共に、前記タンク内の尿素水を加熱するエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水配管を前記尿素水配管と並べて取り付け、前記タンクから並べて延びる前記尿素水配管と前記エンジン冷却水配管とを覆う保温カバーを有し、該保温カバーが、カバー本体と、該カバー本体に設けられ前記カバー本体と前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管との隙間を塞ぐ断熱材と、前記カバー本体に設けられ前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管の少なくとも一方を把持するクリップ手段とを備え、前記カバー本体から延出する該クリップ手段の先端が前記断熱材よりも、前記クリップ手段により把持される前記尿素水配管又は前記エンジン冷却水配管側に突出するものである。

請求項２に係る発明は、前記カバー本体が、両端に前記尿素水配管及びエンジン冷却水配管を通す開口部を有し、前記断熱材が前記カバー本体の前記開口部に臨む位置に設けられた請求項１記載の尿素水タンク構造である。

請求項３に係る発明は、前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管に前記断熱材を押し付けるように前記保温カバーと前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管とを結束する結束手段を備えた請求項２記載の尿素水配管保温構造である。

請求項４に係る発明は、前記タンクが、前記タンク内の尿素水の温度を検出するセンサを支持するセンサ支持台を備えており、該センサ支持台に、前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管が夫々取り付けられる接続部を、間隔を隔てて設けた請求項１〜３のいずれかに記載の尿素水タンク構造である。

本発明に係る尿素水タンク構造によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）保温カバーのクリップ手段を尿素水配管及びエンジン冷却水配管の少なくとも一方に留めて保温カバーをタンクに装着しているので、タンク、尿素水配管、冷却水配管の形状を変更することなく、保温カバーを容易にタンクに装着できる。

（２）保温カバーの断熱材が尿素水配管及びエンジン冷却水配管に密着されるので、保温カバーによる高い保温性能を確保できる。

本発明の前提となる尿素水タンク構造を備えたＳＣＲシステムの概略図である。図１の尿素水タンク構造の斜視図である。図２の尿素水タンク構造の平面図である。本発明の一実施形態に係る尿素水タンク構造の平面図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。図６（ａ）は保温カバーの正面図、図６（ｂ）は保温カバーの側面図、図６（ｃ）は保温カバーの平面図である。保温カバーの斜視図である。図８（ａ）はセンサ支持台の側面図、図８（ｂ）はセンサ支持台の正面図、図８（ｃ）はセンサ支持台の平面図である。

本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、ＳＣＲシステム１は、トラックやバス等の車両に搭載されるエンジン（例えばディーゼルエンジン）２から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化するものであり、エンジン２の排気経路（排気管）３内に液体還元剤である尿素水を噴射する尿素噴射ノズル（ノズル）４と、ノズル４よりも下流の排気管３内に設けられ排気管３内に噴射された尿素水から生成されるアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元浄化するＳＣＲ５と、ノズル４に尿素水を供給する尿素供給ポンプ（ポンプ）６と、ノズル４のインジェクタ部（図示せず）を制御するＥＣＵ（エンジン制御ユニット乃至電子制御ユニット）７と、尿素水を貯留する尿素水タンク（タンク）８とを備えている。

タンク８には、タンク８内に尿素水を出し入れするための尿素水配管９が取り付けられている。

詳しくは、タンク８は、タンク８内から尿素水を取り出す尿素水取出管１０と、タンク８内に尿素水を戻す尿素水戻し管１１とを有し、これら尿素水取出管１０と尿素水戻し管１１とに、夫々、尿素水配管９が接続されている。尿素水配管９は、尿素水取出管１０に接続された取出尿素水配管９ａと、尿素水戻し管１１に接続された戻し尿素水配管９ｂとから構成される。取出尿素水配管９ａと戻し尿素水配管９ｂとはポンプ６に接続されている。取出尿素水配管９ａはタンク８内の尿素水をポンプ６に供給し、戻し尿素水配管９ｂはポンプ６内の余剰の尿素水をタンク８に戻す。

ポンプ６は、尿素水供給配管１２を介してノズル４と接続されており、ノズル４に一定の圧力で尿素水を供給する。ノズル４は、ＥＣＵ７により制御されるインジェクタ部（図示せず）を有する。ＥＣＵ７は、排気温度センサ（図示せず）により検出されたＳＣＲ５の入口の排気温度がＳＣＲ５の活性温度に達したとき、ノズル４のインジェクタ部を作動させ、排気ガス中のＮＯｘの量に見合った量の尿素水をノズル４から噴射させる。

また、タンク８には、エンジン２の冷却水が流れるエンジン冷却水配管１３が取り付けられている。

詳しくは、タンク８は、タンク８内の尿素水を凍結しないように加熱するためエンジン２と熱交換して暖められたエンジン冷却水が流れる冷却水導入管１４と、タンク８内の尿素水と熱交換した後のエンジン冷却水が流れる冷却水戻し管１５と、冷却水導入管１４と冷却水戻し管１５とをタンク８内の底部にて連通するＵ字状の連通管１６とを有し、これら冷却水導入管１４と冷却水戻し管１５とに、夫々、エンジン冷却水配管１３が接続されている。エンジン冷却水配管１３は、冷却水導入管１４に接続され、エンジン２と熱交換して暖められたエンジン冷却水が流れる導入エンジン冷却水配管１３ａと、冷却水戻し管１５に接続され、タンク８内の尿素水と熱交換した後のエンジン冷却水をエンジン２に戻す戻しエンジン冷却水配管１３ｂとを備えて構成される。

導入エンジン冷却水配管１３ａには、ＥＣＵ７からの制御信号により開閉（或いは開度が変更）される制御弁１７が設けられている。制御弁１７は、タンク８内の尿素水の温度が所定温度よりも低いとき、開かれる。所定温度は、尿素水が凍結する温度（−１１℃）近傍の温度であり、導入エンジン冷却水配管１３ａを流れるエンジン冷却水の温度（約５０〜６０℃）よりも大幅に低い温度である。制御弁１７が開かれると、タンク８内の尿素水がエンジン冷却水によって暖められ、凍結が防止される、或いは凍結していたタンク８内の尿素水が解凍される。制御弁１７は、タンク８内の尿素水の温度が所定温度以上のとき、閉じられる。これにより、エンジン冷却水が尿素水によって無駄に冷やされることはなく、エンジン２の不必要な冷却が防止される。

タンク８内の尿素水の温度は、センサ１８によって検出される。詳しくは、タンク８は、センサ１８を支持するセンサ支持台１９を備えており、センサ１８は、センサ支持台１９からタンク８内に延出された延出部１８ａと、延出部１８ａの下端に設けられ温度を検出する検出部１８ｂとを有する。検出部１８ｂで検出されたタンク８内の尿素水の温度情報は、ＥＣＵ７に送られ、前段で述べたように、制御弁１７の開閉制御に用いられる。また、センサ１８は、タンク８内の尿素水の液位を検出する機能も有する。

図２に示すように、タンク８は、車両の車体フレーム２０に取り付けられたブラケット２１に装着されている。図２、図３に示すように、タンク８の上面には、センサ支持台１９が取り付けられている。センサ支持台１９には、尿素水配管９（取出尿素水配管９ａ、戻し尿素水配管９ｂ）、エンジン冷却水配管１３（導入エンジン冷却水配管１３ａ、戻しエンジン冷却水配管１３ｂ）が夫々接続される接続部２２が、間隔を隔てて４個整列して設けられている。

外側の２個の接続部２２には、エンジン冷却水配管１３が接続され、内側の２個の接続部２２には、尿素水配管９が接続される。エンジン冷却水配管１３は、ラバーホースからなり、接続部２２のニップルに被嵌され、クリップバンド２３で締め付け固定される。尿素水配管９は、樹脂チューブからなり、コネクタ２４を介して接続部２２に接続される。

エンジン冷却水配管１３と尿素水配管９とは、接続部２２から離間した位置のタンク８外にて抱き合わせ手段２５によって抱き合わせられて密着されている。
これにより、尿素水配管９内の尿素水がエンジン冷却水配管１３内の冷却水により暖められ、凍結が防止され、或いは尿素水配管９内で凍結した尿素水が解凍される。抱き合わせ手段２５は、エンジン冷却水配管１３と尿素水配管９とを内包して密着させるチューブ（断熱チューブ等）からなる。

なお、本実施例では、導入エンジン冷却水配管１３ａ、取出尿素水配管９ａ、戻し尿素水配管９ｂを抱き合わせ手段２５によって抱き合わせたが、更に、戻しエンジン冷却水配管１３ｂも併せて抱き合わせてもよい。また、導入エンジン冷却水配管１３ａ及び取出尿素水配管９ａのみを抱き合わせてもよい。

ところで、タンク８の近傍では、それぞれの接続部２２が間隔を隔てて配設されているため、抱き合わせることができない。本発明の特徴とするところは、抱き合わせ手段２５では抱き合わせることができないタンク８近傍の尿素水配管９とエンジン冷却水配管１３とを、新規で特殊な保温カバー２６によって覆った点にある。

図４〜図７に示すように、保温カバー２６は、タンク８から整列して延びる尿素水配管９とエンジン冷却水配管１３とを覆うように形成されたカバー本体２７と、カバー本体２７に設けられエンジン冷却水配管１３に留められるクリップ手段２８と、尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に密着される断熱材２９とを備えている。

カバー本体２７は、尿素水配管９と並行に延びると共に断面略コ字状に形成されており、尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３の上方を覆う上面部２７ａと、尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３の側方を覆うように上面部２７ａの両側に一体形成された側面部２７ｂと、センサ支持台１９の側面に当接するように上面部２７ａ及び側面部２７ｂの一方の端部に一体形成され内側に延びるコ字状のフランジ部２７ｃと、フランジ部２７ｃの内側に形成された第１開口部２７ｅと、上面部２７ａ及び側面部２７ｂの他方の端部に形成され尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３を内包するように断面略コ字状に形成された第２開口部２７ｄとを有する。

カバー本体２７の上面部２７ａの裏面（下面）には、クリップ手段２８が設けられている。クリップ手段２８とカバー本体２７とは、樹脂（ＰＰ等）により一体成形されている。図５に示すように、クリップ手段２８は、上面部２７ａの裏面に設けられ弧状（円環の一部を切除した形状）に形成された把持部２８ａと、把持部２８ａの端部から夫々左右方向外方に屈曲されエンジン冷却水配管１３を把持部２８ａに導くガイド部２８ｂとを有する。クリップ手段２８は、図３に示すエンジン冷却水配管１３のクリップバンド２３よりも接続部２２側の部分を把持するようになっている。

図６に示すように、第２開口部２７ｄに臨むカバー本体２７の上面部２７ａの裏面には、尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に密着される断熱材２９が貼られている。断熱材２９には、スポンジ状のものが用いられ、尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に押し付けられた際にこれらの形状に合わせて変形してこれらに密着し、カバー本体２７と尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３との隙間を可能な限り塞いで保温効果を高める機能を発揮する。また、カバー本体２７の第２開口部２７ｄには、断熱材２９の貼付位置を定めるためのリブ３０が形成されている。

保温カバー２６は、クリップ手段２８をエンジン冷却水配管１３に留め、断熱材２９を尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に押し付けた状態で、図４に示す結束手段（結束バンド）３１によって尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に固定される。結束バンド３１は、断熱材２９の部位にて、尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３を束ねるように保温カバー２６に巻き付けられて締め上げられ、断熱材２９を尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に適切に押し付ける。

この点を詳述すれば、図６に示すように、クリップ手段２８でエンジン冷却水配管１３を把持したとき、断熱材２９が尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に当接してカバー本体２７の端部が浮き上がり気味となるところ、結束バンド３１が断熱材２９の位置の保護カバー２６を締め上げることでカバー本体２７の端部の浮き上がりが抑えられ、同時に断熱材２９が尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に適切に押し付けられる。

カバー本体２７には、結束バンド３１の位置決めをするための溝状の凹部３２が形成されている。カバー本体２７の側面部２７ｂの下端には、タンク８及びセンサ支持台１９の形状に合わせて凹凸が形成されており、保護カバー２６内の熱が側面部２７ｂとタンク８の隙間から逃げ難いようになっている。また、側面部２７ｂの下端には、タンク８又はセンサ支持台１９に形成された凹部（図示せず）に係合する凸部３３が形成されており、保温カバー２６の装着位置がずれないようになっている。

図８に示すように、センサ支持台１９には、尿素水取出管１０と、尿素水戻し管１１と、冷却水導入管１４と、冷却水戻し管１５と、センサ１８とが下方に延びて取り付けられている。冷却水導入管１４と尿素水取出管１０とは、紐体等からなる抱き合わせ手段３４により、タンク８内で密着するように抱き合わせられている。これにより、尿素水取出管１０を通ってタンク８から排出される尿素水が、冷却水導入管１４内を流れるエンジン冷却水によって、効率よく暖められる。また、センサ支持台１９には、尿素水取出管１０に連通する接続部２２ａと、尿素水戻し管１１に連通する接続部２２ｂと、冷却水導入管１４に連通する接続部２２ｃと、冷却水戻し管１５に連通する接続部２２ｄとが水平方向に延びると共に横一列に整列して設けられている。

以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。

エンジン冷却水配管１３に保温カバー２６を装着する際には、第１開口部２７ｅがセンサ支持台１９の側面に臨むと共にクリップ手段２８がエンジン冷却水配管１３上に乗るように保温カバー２６をセットし、保温カバー２６を下方に押す。これにより、クリップ手段２８がエンジン冷却水配管１３に押し付けられ、ガイド部２８ｂがエンジン冷却水配管１３に当接して外側に移動し、把持部２８ｂが拡径するように変形し、把持部２８ｂがエンジン冷却水配管１３の外周に嵌って留められる。このように、エンジン冷却水配管１３にクリップ手段２８を留めることで保温カバー２６をエンジン冷却水配管１３に装着しているので、タンク８、尿素水配管９、冷却水配管１３、接続部２２、センサ支持台１９の形状を一切変更することなく、保温カバー２６を容易にタンク８に上方から装着できる。

保温カバー２６がタンク８に装着されると、保温カバー２６の断熱材２９が尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に密着される。これにより、保温カバー２６内の尿素水配管９とエンジン冷却水配管１３とが保温カバー２６とセンサ支持台１９の側面とによって囲まれる空間内に収容されることとなり、保温カバー２６による高い保温性能を確保できる。また、断熱材２９の外側のカバー本体２７に配置された結束バンド３１を締め上げることで、断熱材２９が尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３に的確に押し付けられる。これにより、カバー本体２７の第２開口部２７ｄにおいて、保温カバー２６と尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３との隙間が断熱材２９によって的確に塞がれ、保温性能が向上する。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、クリップ手段２８は、エンジン冷却水配管１３に留められるのではなく、尿素水配管９に留められるものであってもよく、エンジン冷却水配管１３及び尿素水配管９の双方に留められるものであってもよい。

また、断熱材２９の形状を、尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３の断面形状に合わせて略半円状に切り欠き、その切り欠き部に尿素水配管９及びエンジン冷却水配管１３を押し込むようにすれば、結束バンド３１を省略することもできる。

８タンク
９尿素水配管
１３エンジン冷却水配管
１８センサ
１９センサ支持台
２２接続部
２６保温カバー
２７カバー本体
２７ｄ第２開口部（開口部）
２８クリップ手段
２９断熱材
３１結束手段（結束バンド）

Claims

尿素水が貯留されたタンクに、該タンクに尿素水を出し入れする尿素水配管を取り付けると共に、前記タンク内の尿素水を加熱するエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水配管を前記尿素水配管と並べて取り付け、前記タンクから並べて延びる前記尿素水配管と前記エンジン冷却水配管とを覆う保温カバーを有し、該保温カバーが、カバー本体と、該カバー本体に設けられ前記カバー本体と前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管との隙間を塞ぐ断熱材と、前記カバー本体に設けられ前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管の少なくとも一方を把持するクリップ手段とを備え、前記カバー本体から延出する該クリップ手段の先端が前記断熱材よりも、前記クリップ手段により把持される前記尿素水配管又は前記エンジン冷却水配管側に突出することを特徴とする尿素水タンク構造。
前記カバー本体が、両端に前記尿素水配管及びエンジン冷却水配管を通す開口部を有し、前記断熱材が前記カバー本体の前記開口部に臨む位置に設けられた請求項１記載の尿素水タンク構造。
前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管に前記断熱材を押し付けるように前記保温カバーと前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管とを結束する結束手段を備えた請求項２記載の尿素水タンク構造。
前記タンクが、前記タンク内の尿素水の温度を検出するセンサを支持するセンサ支持台を備えており、該センサ支持台に、前記尿素水配管及び前記エンジン冷却水配管が夫々取り付けられる接続部を、間隔を隔てて設けた請求項１〜３のいずれかに記載の尿素水タンク構造。