JP5681381B2

JP5681381B2 - 還元剤タンク

Info

Publication number: JP5681381B2
Application number: JP2010113739A
Authority: JP
Inventors: 朝幸伊藤; 泰雄岡本; 達夫益子
Original assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: JP2011137441A; WO2011068203A1

Description

本発明は、液体還元剤を貯蔵する還元剤タンクに係り、特に、タンク本体内に熱交換用の媒体が循環する媒体パイプを設けて凍結した還元剤を解凍し、或いは還元剤の凍結を防止するようにした還元剤タンクに関する。

ＳＣＲシステムは、尿素を還元剤の前駆体として使用し排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するものである。尿素水は還元剤タンクに貯蔵され排気管内に適宜供給されるが、極寒地では長時間の車両停車中等に還元剤タンク内の尿素水が凍結しＳＣＲシステムの作動が不可能になることがある。そこで、エンジン冷却水によって還元剤タンク内の尿素水を解凍するが、解凍性能を高めるため還元剤タンクの底部にエンジン冷却水が循環する冷却水パイプを巡らせる技術が開発されている（特許文献２参照）。また、冷却水パイプを取り囲む箱型の隔壁を設け、隔壁の内側に熱を閉じ込めることによって吸込管の吸込口やセンサ（水位センサ、濃度センサ）の検知部付近の凍結した尿素水を速やかに解凍する技術が開発されている（特許文献１参照）。

特許第３６８７９１８号公報特開２００５−８３２２３号公報

しかしながら、上述の発明は吸込管の吸込口、水位センサの検知部及び濃度センサの検知部を取り囲むように箱型の隔壁を設けるものであり、これら三部品の熱容量分、解凍性能は低下する。また、本来ＳＣＲシステムを作動させるためには第一に吸込管周りの尿素水を解凍させるのが重要であり、上記三部品の解凍を同じレベルで考える上述の発明に対し優先度を考慮した方が解凍性能はより高められる。

また、上述の発明では尿素水が解凍されたかどうかの検知に関し示唆はないが、尿素水が解凍されたかどうかを検知してＳＣＲシステムを作動可能かどうか判断する必要がある。さらに箱型では側壁がある分コスト高になる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、還元剤タンク内の凍結した還元剤を高い性能で解凍でき、或いは還元剤の凍結を高い性能で防止でき、コストを低減できる還元剤タンクを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、液体還元剤を貯蔵するタンク本体に、タンク本体内から液体還元剤を取り出すための吸込管を設け、上記タンク本体に、熱交換用の媒体が循環する媒体パイプを一方方向に延びるように設けると共に該媒体パイプを上記吸込管の吸込口近傍で反転するように折り返して設け、凍結した還元剤を上記吸込口近傍で解凍するようにした還元剤タンクにおいて、上記媒体パイプの折り返し部より上流側から上記折り返し部より下流側に亘る媒体パイプに一対の隔壁板を対向して設けると共にこれら隔壁板間の媒体パイプを露出させ、上記一対の隔壁板と、上記折り返し部より上流側の媒体パイプと、上記折り返し部と、該折り返し部より下流側の媒体パイプとによって囲まれる空間内に上記吸込口を配置したものである。

上記空間内に温度センサの検知部を配置するとよい。

上記吸込口が上記折り返し部より上流側の媒体パイプに近接されるとよい。

また、液体還元剤を貯蔵するタンク本体に、タンク本体内から液体還元剤を取り出すための吸込管を設け、上記タンク本体に、熱交換用の媒体が循環する媒体パイプを一方方向に延びるように設けると共に該媒体パイプを上記吸込管の吸込口近傍で反転するように折り返して設け、還元剤を上記吸込口近傍で昇温するようにした還元剤タンクにおいて、上記媒体パイプの折り返し部より上流側から上記折り返し部より下流側に亘る媒体パイプに一対の隔壁板を対向して設け、これら一対の隔壁板間の空間内に上記吸込口を配置したものである。

本発明によれば、還元剤タンク内の凍結した還元剤を高い性能で解凍でき、或いは還元剤の凍結を高い性能で防止でき、コストを低減できる。

図１は還元剤タンクの斜視図である。図２は図１の要部側面図である。図３は図２の平面図である。図４は、ＳＣＲシステムの概略図である。図５は、他の実施の形態を示す還元剤タンクの要部側面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線矢視断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図４に本実施形態に係る還元剤タンク（尿素タンク）１０が用いられるＳＣＲシステム１を示す。このＳＣＲシステム１は、車両に搭載されるエンジン２に適用されるものである。

図４に示すように、エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）２に接続された排気管３には、排気上流側から順に、液体還元剤たる尿素水を排気管３内に噴射する尿素噴射ノズル４と、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（窒素酸化物）を還元浄化するＳＣＲ触媒（選択還元触媒）５とが配設される。尿素水は還元剤タンク１０に貯蔵される。還元剤タンク１０は、第１尿素供給配管６を介して尿素供給ポンプ７に接続され尿素供給ポンプ７は第２尿素供給配管９を介して尿素噴射ノズル４に接続される。尿素供給ポンプ７はＥＣＵ（エンジン制御ユニット乃至電子制御ユニット）８により制御される。ＥＣＵ８は、排気温度センサ（図示せず）で検知されるＳＣＲ触媒５の入口の排気温度がＳＣＲ触媒５の活性温度に達したとき、排気ガス中のＮＯｘの量に見合った量の尿素水を尿素噴射ノズル４に供給する。

図１に示すように、還元剤タンク１０は、尿素水を貯蔵するタンク本体１１と、タンク本体１１に上方から貫通して設けられタンク本体１１内から尿素水を取り出すための吸込管１２と、タンク本体１１内の凍結した尿素水を解凍するための熱交換用の媒体（本実施形態では、エンジン冷却水）が循環する媒体パイプ１４と、タンク本体１１に設けられタンク本体１１内の尿素水の温度を検知する温度センサ１３と、タンク本体１１に設けられタンク本体１１内の尿素水の水位を検知する水位センサ（図示せず）と、タンク本体１１に設けられタンク本体１１内の尿素水の濃度を検知する濃度センサ（図示せず）とを備える。

タンク本体１１は、略直方体状に形成されており、上部に着脱可能な天蓋１６を有する。

媒体パイプ１４は、伝熱性と耐食性に優れた金属管からなり、天蓋１６に上方からタンク本体１１内に貫通して設けられると共にタンク本体１１の底部で反転するように折り返されて天蓋１６に上方に貫通して設けられている。また、媒体パイプ１４の下端部に位置する折り返し部３１より上流側の媒体パイプ１４と折り返し部３０より下流側の媒体パイプ１４とは、折り返し部３１側が水平になるように折り曲げられている。図２及び図３に示すように、折り返し部３１は、水平面上で媒体パイプ１４が屈曲するように媒体パイプ１４を湾曲させて形成されている。折り返し部３１の上流側の媒体パイプ１４には水平方向に直線状に延びる上流側直線部３２が形成されており、折り返し部３１の下流側の媒体パイプ１４には上流側直線部３２と平行に延びる下流側直線部３３が形成されており、折り返し部３１と上流側直線部３２と下流側直線部３３とでＵ字状を呈している。

上流側直線部３２から下流側直線部３３に亘る媒体パイプ１４の上下には耐食性に優れたステンレス板からなる隔壁板３４、３５が対向して設けられると共にこれら隔壁板３４、３５間の媒体パイプ１４が露出されており、隔壁板３４、３５間に媒体からの熱を閉じ込めるようになっている。具体的には、上側の第１隔壁板３４は、外縁が折り返し部３１の外周に沿う円弧状に形成された半円部分と外縁が上流側直線部３２及び下流側直線部３３に沿う直線状に形成された長方形部分とを直線状の辺同士で連結した形状に形成されている。第１隔壁板３４は、折り返し部３１と上流側直線部３２と下流側直線部３３とに囲まれる空間３６の上側を塞ぐように折り返し部３１の上面と上流側直線部３２の上面と下流側直線部３３の上面とに溶接されている。第１隔壁板３４には、媒体パイプ１４が上下に貫通されている。また、下側の第２隔壁板３５は、直線部３２、３３の延長方向に延びる長方形部分の長さを第１隔壁板３４より短く形成されており、コストを削減するようになっている。第２隔壁板３５は空間３６の下側を塞ぐように折り返し部３１の下面と上流側直線部３２の下面と下流側直線部３３の下面とに溶接されている。

吸込管１２は、天蓋１６に上下に貫通して設けられている。また、吸込管１２は、第１隔壁板３４を下方に貫通しており、下端に形成される吸込口３７を隔壁板３４、３５間の空間３６に位置させている。また特に、吸込口３７は熱交換後の媒体が流れる下流側直線部３３よりも高温の上流側直線部３２に近接して配置されており、効率よく尿素水を取水できるようになっている。

図１及び図２に示すように、温度センサ１３は、天蓋１６上に取り付けられた基部２０と、基部２０から天蓋１６を貫通してタンク本体１１内に垂下すると共に第１隔壁板３４を貫通して隔壁板３４、３５間の空間３６に下端部を位置させる延出部２１と、延出部２１の下端部に形成され温度を検知する検知部２２とから構成されている。検知部２２は、吸込口３７に近接されると共に吸込口３７よりも折り返し部３１側の上流側直線部３２に近接されており、吸込口３７近傍の温度を正確に計測するようになっている。

図示しない水位センサの検知部及び濃度センサの検知部は、隔壁板３４、３５間の空間３６の外側の適宜箇所に各々配置されている。

次に本実施の形態の作用を述べる。

図４及び図２に示すように、ＥＣＵ８は、温度センサ１３で検知されるタンク本体１１内の尿素水の温度が所定値より低くなったとき、吸込管１２の吸込口３７近傍の尿素水が凍結したものと診断し、媒体パイプ１４に熱交換用の媒体たるエンジン冷却水を供給する。媒体パイプ１４内に流れた媒体はタンク本体１１内の尿素水と熱交換しながら流れる。特に折り返し部３１においては上下が隔壁板３４、３５によって塞がれているため、隔壁板３４、３５が囲いの役割を果たし媒体パイプ１４の熱が放散するのを防ぐ。また、水位センサの検知部及び濃度センサの検知部は、隔壁板３４、３５間の外側に配置されるため、吸込口３７近傍の尿素水が水位センサの検知部及び濃度センサの検知部の熱容量の影響を受けることはなく、吸込口３７近傍の尿素水が優先的に解凍される。このため、隔壁板３４、３５間の凍結した尿素水における解凍性能が向上し、尿素水が効率よく解凍される。

温度センサ１３で検知されるタンク本体１１内の尿素水の温度が上記所定値以上になったら、ＥＣＵ８は吸込管１２の吸込口３７近傍の尿素水が解凍されたものと診断し、媒体パイプ１４へのエンジン冷却水の供給を停止すると共に尿素供給ポンプ７を作動させてＳＣＲシステム１を作動させる。隔壁板３４、３５間の空間３６内の尿素水は十分解凍されているため吸込管１２から容易に吸い上げられ、第１尿素供給配管６、尿素供給ポンプ７及び第２尿素供給配管９を介して尿素噴射ノズル４に到達し、尿素噴射ノズル４から排気管３内に噴射される。

このように、媒体パイプ１４の折り返し部３１より上流側の上流側直線部３２から折り返し部３１より下流側の下流側直線部３３に亘る媒体パイプ１４に一対の隔壁板３４、３５を対向して設けると共にこれら隔壁板３４、３５間の媒体パイプ１４を露出させ、一対の隔壁板３４、３５と、折り返し部３１より上流側の媒体パイプ１４と、折り返し部３１と、折り返し部３１より下流側の媒体パイプ１４とによって囲まれる空間３６内に吸込口３７を配置したため、箱型の隔壁を有する従来の還元剤タンクとほぼ同等の高い解凍性能で隔壁板３４、３５間の凍結した尿素水を解凍でき、ＳＣＲシステム１が作動できるまでの待ち時間を短縮できる。そして、従来の箱型の隔壁と比較して側壁がない分コストを削減できる。

隔壁板３４、３５間の空間３６内に温度センサ１３の検知部２２を配置したため、吸込口３７近傍の尿素水の温度を正確に検知できる。

吸込口３７を折り返し部３１より上流側の上流側直線部３２に近接して配置したため、吸込口３７近傍の尿素水の解凍が速く、解凍した尿素水を効率よく吸い込むことができる。

なお、還元剤タンク１０に貯蔵される液体還元剤は尿素水からなるものとしたがこれに限るものではない。寒冷地で凍結する他の液体還元剤であっても良い。

また、第１隔壁板３４は折り返し部３１に溶接されるものとしたが、単に折り返し部３１上に載置されるものとしてもよい。第１隔壁板３４には媒体パイプ１４が上下に貫通されているため、第１隔壁板３４が媒体パイプ１４から脱落することはない。

また、折り返し部３１と上流側直線部３２と下流側直線部３３とでＵ字状を呈するものとしたが、これに限るものではない。折り返し部３１が直線状に形成されてコ字状を呈するものであってもよく、上流側直線部３２と下流側直線部３３が屈曲されて略Ｏ字状を呈するものであってもよい。

また、媒体パイプ１４は折り返し部３１と上流側直線部３２と下流側直線部３３とが水平になるように折り曲げられるものとしたが、折り曲げられないものとし、上流側直線部３２と下流側直線部３３とが上下に延びるものとしてもよい。

また、ＥＣＵ８は、温度センサ１３で検知されるタンク本体１１内の尿素水の温度が吸込管１２の吸込口３７近傍の尿素水が凍結したものと考えられる温度より低くなったとき、媒体パイプ１４にエンジン冷却水を供給するものとしたが、これに限るものではない。ＥＣＵ８は、温度センサ１３で検知されるタンク本体１１内の尿素水の温度が吸込管１２の吸込口３７近傍の尿素水が凍結する温度より若干高い所定温度となったなったとき、媒体パイプ１４にエンジン冷却水を供給して還元剤を吸込口３７近傍で昇温するものとしてもよい。還元剤の凍結を防止することができる。

また、図５及び図６に示すように、隔壁板３４、３５の外縁部４０、４１を媒体パイプ１４に沿って屈曲させ、隔壁板３４、３５間の媒体パイプ１４の側面を覆うものとしてもよい。この場合、図示するように隔壁板３４、３５間の媒体パイプ１４の一部を露出するものとしてもよく、隔壁板３４、３５間の媒体パイプ１４の全てを覆うものとしてもよい。またさらに、吸込管１２の下端部を折り返し部３１側に屈曲させ、折り返し部３１に近接させるものとしてもよい。より温度の高い位置で尿素水を取り込むことができる。吸込管１２の吸込口３７にフィルタ４２を設けてもよい。図中４３は水位センサである。

１０還元剤タンク
１１タンク本体
１２吸込管
１３温度センサ
１４媒体パイプ
２２検知部
３１折り返し部
３４第１隔壁板（隔壁板）
３５第２隔壁板（隔壁板）
３６空間
３７吸込口

Claims

液体還元剤を貯蔵するタンク本体に、タンク本体内から液体還元剤を取り出すための吸込管を設け、前記タンク本体に、熱交換用の媒体が循環する上流側と下流側の媒体パイプを、タンク底部に延びるように設け、その上流側と下流側の媒体パイプを、前記吸込管の吸込口近傍で、かつ、その吸込口を包囲するように水平に折り曲げると共に折り返し部で一体とし、前記折り返し部の上面を含む前記水平に折り曲げられた媒体パイプの上面に溶接して第１隔壁板を設けると共に、前記第１隔壁板に前記吸込管と媒体パイプを貫通させ、前記折り返し部の下面を含む前記水平に折り曲げられた媒体パイプの下面に溶接して第２隔壁板を設け、前記第１隔壁板と第２隔壁板との間に形成される空間に前記吸込口を位置させたことを特徴とする還元剤タンクであって、前記第２隔壁板の前記折り返し部との接触部分から前記第２隔壁板の前記空間方向の端部までの前記水平方向の長さが前記第１隔壁板の前記折り返し部との接触部分から前記第１隔壁板の前記空間方向の端部までの前記水平方向の長さより短いことを特徴とする還元剤タンク。
前記空間内に温度センサの検知部を配置した請求項１記載の還元剤タンク。
前記吸込口が前記折り返し部より上流側の媒体パイプに近接された請求項１又は２記載の還元剤タンク。