JP5992053B2

JP5992053B2 - 尿素水タンク

Info

Publication number: JP5992053B2
Application number: JP2014543297A
Authority: JP
Inventors: 宏行東; 小林　敬弘; 敬弘小林
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: WO2014065260A1; JPWO2014065260A1

Description

本発明は、尿素ＳＣＲシステムが搭載された車両に設けられる尿素水タンクに関する。

従来より、ディーゼルエンジンが搭載された車両（作業機を含む）には、排気ガスを浄化するために、例えば尿素ＳＣＲシステムが搭載されている。

この尿素ＳＣＲシステムは、ＮＯｘ（窒素酸化物）の還元触媒を備えており、この還元触媒を利用して排気ガス中のＮＯｘと尿素水（還元剤）とを還元反応させてＮＯｘを無害化するものである。尿素ＳＣＲシステムを稼働するときには、尿素水を尿素ＳＣＲシステムへ供給するために尿素水タンクが使用されている。この尿素水タンクは車両に設けられ、尿素水を貯留するタンク本体を備えている。

しかし、尿素水タンクは、氷点下の環境下において車両の停止時間が長時間に及ぶと、尿素水タンク内に貯留している尿素水が凍結してしまう。そのため、エンジンを始動した際に、尿素ＳＣＲシステムへ尿素水を一時的に供給することができなくなる。

したがって、エンジン始動時から、凍結した尿素水が解凍されて尿素ＳＣＲシステムに供給されるまでの間は、排気ガス中のＮＯｘを還元することができず、有害なＮＯｘが排出されてしまう。そこで、凍結した尿素水をできるだけ早く解凍するために、例えば特許文献１や特許文献２のような尿素水タンクが提案されている。

特許文献１や特許文献２の尿素水タンクでは、凍結した尿素水をできるだけ早く解凍するためにエンジン冷却水管が使用されている。このエンジン冷却水管はタンク本体内に配置されており、その両側はタンク本体の上面を貫通して、エンジン冷却装置に接続している。

このように構成された尿素水タンクでは、尿素水が凍結した状態でエンジンを始動させると、エンジン冷却装置で使用されているエンジン冷却水がエンジン冷却水管を介してタンク本体内に供給される。このエンジン冷却水の温度は凍結した尿素水の温度よりも高いので、この温度差を利用して尿素水を解凍する。

特開２０１０−７１２６３号公報特開２０１１−７１２８号公報

上記の尿素水タンクは、エンジン冷却水により、凍結した尿素水の解凍を行っているときには、尿素水の消費量が解凍量よりも多い場合、尿素ＳＣＲシステムに尿素水を十分に供給できない状態になる。そこで、タンク本体内に尿素水を補給する必要が生じる。

しかし、上記の尿素水タンクでは、尿素水をタンク本体内に入れるための注水口が、タンク本体の上部の側面または角部に設けられている。そのため、尿素水が給水上限まで給水された状態で凍結した場合には凍結時の体積膨張で注水口が塞がってしまう場合がある。

このような場合には、タンク本体内に尿素水を入れることができない。その結果、尿素ＳＣＲシステムは尿素水が十分に供給されないので還元反応を十分に行うことができず、有害なＮＯｘが排出されてしまう。また、最終的には、エンジン出力制限がかかり運転できなくなるという問題も発生する。

本発明は以上の問題を鑑みて成されたものであり、タンク本体内に貯留している尿素水が凍結しても、タンク本体内に尿素水を入れることができる尿素水タンクを提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決するために以下のような尿素水タンクを採用した。

本発明の尿素水タンクは、車両に設けられ、当該車両に搭載された尿素ＳＣＲシステムに尿素水を供給するために使用される尿素水タンクであって、タンク本体の上部の側面または角部には、通常時に前記尿素水を前記タンク本体内に入れるための通常用注水口が設けられるとともに、前記通常用注水口を塞ぐ栓部材が設けられ、前記タンク本体内には、前記タンク本体内にエンジン冷却水を供給するためのエンジン冷却水管が配置され、このエンジン冷却水管は、前記タンク本体の上面を貫通している一方、前記タンク本体の上面には、前記通常用注水口が前記タンク本体内で凍結した尿素水によって塞がれてしまう非常時に、前記尿素水を前記タンク本体内に入れるための非常用注水口が設けられるとともに、前記非常用注水口を閉塞する蓋体が設けられていることを特徴とする。

本発明の尿素水タンクでは、タンク本体の上面に尿素水の非常用注水口を設けた。これにより非常用注水口は、通常用注水口よりも高い位置、つまり給水上限位置よりも高い位置に位置するので、通常用注水口のように凍結膨張した尿素水で塞がれることはない。よって、本発明の尿素水タンクは、タンク本体内に貯留している尿素水が凍結してもタンク本体内に尿素水を入れることができる。

また、この結果、尿素水タンクは、尿素ＳＣＲシステムに尿素水を十分に供給することが可能となるので、尿素ＳＣＲシステムは十分に還元反応を行うことができ、有害なＮＯｘが排出されるのを防ぐことができる。また、エンジン出力制限がかかって運転できなくなるという問題も発生しない。

本発明の一実施の形態を示す油圧ショベルの右側面図である。同実施の形態の尿素水タンクの斜視図である。同実施の形態の尿素水タンクの断面図である。別の実施の形態の尿素水タンクの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図にしたがって説明する。

図１は、本発明の一実施の形態を示す油圧ショベル１の右側面図である。この油圧ショベル１は、走行体２と、走行体２上に旋回可能に設けられた旋回体３と、旋回体３の前側に設けられた掘削作業等を行う作業装置４とを備えている。

旋回体３上には、運転室５や機械室６が設けられている。機械室６には、図示しないがディーゼルエンジン、油圧ポンプ、作動油タンク、燃料タンク、旋回体３を駆動する旋回モータ、尿素ＳＣＲシステム、エンジン冷却装置等が格納されている。機械室６の後側にはカウンタウエイト７が設けられている。

旋回体３上において機械室６の前側には、本発明にかかる尿素水タンク８が設けられている。この尿素水タンク８はカバー９で覆われている。

図２は、尿素水タンク８の斜視図である。尿素水タンク８は、タンク本体８１を備えている。このタンク本体８１は箱形の中空状に形成されている。

タンク本体８１の上部の側面８１ａには、注水管８２が突出して形成されている。この注水管８２の上面には、通常用注水口８３が設けられている。この通常用注水口８３は、通常時にタンク本体８１内に尿素水を入れるときに使用されるものである。この通常用注水口８３には、通常用注水口８３を塞ぐキャップ８４やプラグ等の栓部材が着脱可能に装着されている。

タンク本体８１の上面８１ｂの中央部分には開口部８１ｃが設けられている。この開口部８１ｃには、尿素水の供給・解凍ユニット８５が閉塞して取り付けられている。この供給・解凍ユニット８５は、タンク本体８１内に貯留されている尿素水を尿素ＳＣＲシステムに供給したり、エンジン冷却装置からタンク本体８１内にエンジン冷却水を供給するために使用されるものである。

供給・解凍ユニット８５は、開口部８１ｃを閉塞する蓋体８５ａと、蓋体８５ａを貫通して設けられたセンサーユニット８５ｂ、尿素水供給管８５ｃ、尿素水戻し管８５ｄ、エンジン冷却水管８５ｅ、空気抜き管８５ｆを備えている。

センサーユニット８５ｂは、タンク本体８１内に貯留されている尿素水の状態を検出するものである。このセンサーユニット８５ｂは、濃度センサーや液面センサー（図示せず）を備えている。これらのセンサーは、蓋体８５ａを貫通してタンク本体８１内の底部付近まで延びて設けられている。なお、濃度センサーはタンク本体８１内の尿素水の濃度を検出するものであり、液面センサーは尿素水の液面の位置を検出するものである。

尿素水供給管８５ｃは、タンク本体８１内に貯留されている尿素水を尿素ＳＣＲシステムへ供給するために使用されるものである。尿素水供給管８５ｃの一端側は、蓋体８５ａを貫通してタンク本体８１内の底部付近まで延びて配置されている。尿素水供給管８５ｃの他端側は、供給ポンプ（図示せず）を介して尿素ＳＣＲシステムに接続されている。尿素水供給管８５ｃは、この供給ポンプの駆動により、タンク本体８１内に貯留されている尿素水を尿素ＳＣＲシステムへ供給している。

尿素水戻し管８５ｄは、尿素ＳＣＲで使用されなかった（還元反応に使用されなかった）尿素水をタンク本体８１内に戻すために使用されるものである。尿素水戻し管８５ｄの一端側は、蓋体８５ａを貫通してタンク本体８１内の底部付近まで延びて配置されている。尿素水戻し管８５ｄの他端側は、戻しポンプ（図示せず）を介して尿素ＳＣＲシステムに接続されている。尿素水戻し管８５ｄは、この戻しポンプの駆動により、尿素ＳＣＲシステムからタンク本体８１内に尿素水を戻している。

エンジン冷却水管８５ｅは、タンク本体８１内にエンジン冷却水を供給して、タンク本体８１内に貯留されている尿素水を保温したり、凍結した尿素水を解凍するために使用されるものである。このエンジン冷却水管８５ｅは、タンク本体８１内で例えばＵ字状に折り返されて配置されている。エンジン冷却水管８５ｅの流入側となる一端側と、排出側となる他端側はそれぞれ蓋体８５ａを貫通して、エンジン冷却装置においてエンジン冷却水の循環配管に接続している。

空気抜き管８５ｆは、タンク本体８１内の空気を逃がすために使用されるものである。この空気抜き管８５ｆの一端側は、蓋体８５ａを貫通してタンク本体８１内に配置されている。

さらに、タンク本体８１の上面８１ｂには、供給・解凍ユニット８５の近傍（エンジン冷却水管８５ｅの近傍）に非常用注水口８６が設けられている。この非常用注水口８６は、非常時にタンク本体８１内に尿素水を入れるために使用されるものである。この非常用注水口８６には、非常用注水口８６を塞ぐキャップ８７やプラグ等の栓部材が着脱可能に装着されている。

以上のように構成されている尿素水タンク８は、エンジン作動時に、タンク本体８１内に貯留している尿素水を尿素水供給管８５ｃを介して尿素ＳＣＲシステムに供給する。

尿素ＳＣＲシステムは、還元触媒を使用して排気ガス中のＮＯｘと、尿素水タンク８から供給された尿素水とを還元反応させてＮＯｘを無害化する。還元反応に使用されなかった尿素水は尿素水戻し管８５ｆを介してタンク本体８１内に戻される。

また、尿素ＳＣＲシステムを稼働する（還元反応を行う）ことにより、タンク本体８１内の尿素水が少なくなった場合には、通常用注水口８３に装着されているキャップ８４を外して、通常用注水口８３から尿素水をタンク本体８１内に入れる。

なお、尿素水が給水上限まで給水されたときには、図３に示すようにタンク本体８１内の上部に空間Ｓが形成される。この空間Ｓは、尿素水Ａが凍結膨張したときにタンク本体８１の上部が破損するのを防止するためである。

また、タンク本体８１内に貯留されている尿素水が凍結しているときには、エンジンを始動させると、エンジン冷却装置で使用されているエンジン冷却水がエンジン冷却水管８５ｅを介してタンク本体８１内に供給される。このエンジン冷却水により、凍結した尿素水の解凍が行われる。

しかし、解凍時には尿素水の消費量が解凍量よりも多い場合、尿素ＳＣＲシステムに尿素水が十分供給できない状態となるので、タンク本体８１内に尿素水を補給する必要が生じる。このときに、凍結した尿素水によって通常用注水口８３が塞がれていない場合には、通常用注水口８３から尿素水をタンク本体８１内に入れる。

一方、尿素水が給水上限まで給水された状態（図３の状態）で凍結した場合には、凍結した尿素水によって通常用注水口８３が塞がれてしまうことがある。この場合には、非常用注水口８６に装着されているキャップ８７を外して、非常用注水口８６から尿素水をタンク本体８１内に入れる。

本実施の形態の尿素水タンク８では、タンク本体８１の上面８１ｂに非常用注水口８６を設けたことにより、非常用注水口８６は通常用注水口８３よりも高い位置、つまり給水上限位置よりも高い位置になる。したがって、非常用注水口８６は、通常用注水口８３のように凍結した尿素水で塞がれることはない。よって、本実施の形態の尿素水タンク８は、タンク本体８１内に貯留している尿素水が凍結しても、非常用注水口８６を使用することでタンク本体８１内に尿素水を入れることができる。

また、この結果、尿素水タンク８は、尿素ＳＣＲシステムに尿素水を十分に供給することが可能となるので、尿素ＳＣＲシステムは十分に還元反応を行うことができ、有害なＮＯｘが排出されるのを防ぐことができる。また、エンジン出力制限がかかって運転できなくなるという問題も発生しない。

なお、凍結した尿素水で通常用注水口８３が塞がれていない場合は、通常用注水口８３と非常用注水口８６を併用して尿素水をタンク本体８１内に入れても良い。

また、本実施の形態の尿素水タンク８では、非常用注水口８６の設置位置を、タンク本体８１の上面８１ｂでエンジン冷却水管８５ｅの近傍に設定した。したがって、非常用注水口８６の周辺にある凍結した尿素水はエンジン冷却水により解凍されているので、非常用注水口８６から尿素水をタンク本体内に容易に入れることが可能になる。よって、本実施の形態の尿素水タンク８は、尿素水凍結時における尿素水の補給作業の作業効率を上げることができる。

以上、本発明にかかる実施の形態を例示したが、上記の実施の形態は本発明の内容を限定するものではない。また、本発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。

例えば、本実施の形態では、非常用注水口８６を塞ぐためにキャップ８７を使用したが、図４に示す尿素水タンク１０８のようにプレート１８７を使用しても良い。この尿素水タンク１０８では、非常用注水口８６の周りにパッキン（図示せず）が設けられている。非常用注水口８６にはプレート１８７が被せられている。このプレート１８７は、ボルト１９０でタンク本体８１の上面８１ｂに固定されている。

また、本実施の形態では、本発明の尿素水タンクを油圧ショベルに適用した場合について説明したが、適用対象となる車両は油圧ショベルに限定しなくても良く、尿素ＳＣＲシステムが搭載された車両（作業車を含む）であれば良い。

Claims

車両に設けられ、当該車両に搭載された尿素ＳＣＲシステムに尿素水を供給するために使用される尿素水タンクであって、
タンク本体の上部の側面または角部には、通常時に前記尿素水を前記タンク本体内に入れるための通常用注水口が設けられるとともに、前記通常用注水口を塞ぐ栓部材が設けられ、前記タンク本体内には、前記タンク本体内にエンジン冷却水を供給するためのエンジン冷却水管が配置され、このエンジン冷却水管は、前記タンク本体の上面を貫通している一方、前記タンク本体の上面には、前記通常用注水口が前記タンク本体内で凍結した尿素水によって塞がれてしまう非常時に、前記尿素水を前記タンク本体内に入れるための非常用注水口が設けられるとともに、前記非常用注水口を閉塞する蓋体が設けられていることを特徴とする尿素水タンク。