(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-26
(45)【発行日】2024-09-03
(54)【発明の名称】車両用タンク配設構造
(51)【国際特許分類】
F01N 3/08 20060101AFI20240827BHJP
B60K 13/04 20060101ALI20240827BHJP
【FI】
F01N3/08 B
B60K13/04 A
(21)【出願番号】P 2020191086
(22)【出願日】2020-11-17
【審査請求日】2023-09-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】堤 祐太
【審査官】鷲巣 直哉
(56)【参考文献】
【文献】特開2014-118857(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2006/0010858(US,A1)
【文献】特開2000-103358(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01N 3/08
B60K 13/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両用タンク配設構造において、
車両の下部に前後方向に延設された、内燃機関の排気を大気に排出するための排気管と、
前記車両の下部における車幅方向の中央で前後方向に延設された、後輪に駆動力を伝えるプロペラシャフトと、
平面視において、前記プロペラシャフトに対して前記排気管とは反対側において前記車両の下部に搭載された、前記車両の内燃機関の液体燃料を貯める燃料タンクと、
平面視において、前記排気管に対して前記プロペラシャフトとは反対側において前記車両の下部に搭載された、前記排気中の窒素酸化物の浄化に用いる還元液を貯める還元液タンクと、を備え
、
前記後輪がリーフスプリング式サスペンションションによって懸架されており、
前記リーフスプリング式サスペンションションが、前記前後方向に延設された一対のサイドメンバにそれぞれ取り付けられた一対のリーフスプリングを備えており、
前記リーフスプリングの前端が、ブラケットを介して前記サイドメンバの下面にそれぞれ取り付けられており、
前記排気管、前記プロペラシャフト、前記燃料タンク及び前記還元液タンクが、前記一対のサイドメンバの間に配設されており、
前記前後方向における前記ブラケットの位置において、前記排気管、前記プロペラシャフト、前記燃料タンク及び前記還元液タンクの全てが側面視において重複している、車両用タンク配設構造。
【請求項2】
請求項1に記載の車両用タンク配設構造であって、
側面視において、前記還元液タンクの下部と前記排気管の上部とが少なくとも重複している、車両用タンク配設構造。
【請求項3】
請求項
1又は2に記載の車両用タンク配設構造であって、
前記ブラケットの位置に、前記一対のサイドメンバを車幅方向につなぐクロスメンバが設けられている、車両用タンク配設構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に搭載されるタンクの配設構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1は、車両(ディーゼル車)に搭載される還元液(ディーゼル排気液:DEF/Diesel Exhaust Fluid)を貯める還元液タンクを開示している。DEFは、SCR(選択触媒還元:Selective Catalytic Reduction)システムによって、排気に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化するために用いられる。車両に用いられるDEFは、規格化されており、32.5%の尿素水である。DEFは排気管内に噴霧されてアンモニア(NH3)を生成し、NOxはSCR触媒によってNH3と反応して窒素(N2)と水蒸気(H2O)とに還元される。
【0003】
特許文献1に開示された還元液タンク(DEFタンク)は、車両の後部トランクの下方(フロア下)に設けられており、その隣には排気管上に設けられた消音器が配置されている。また、特許文献1は、車両に搭載される燃料タンクも開示しており、燃料タンクは、排気管(消音器よりも上流部分)を跨ぐように車両の後部座席の下方(フロア下)に搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
DEFは、マイナス11度で凍結するため、寒冷地などでは冷間始動時には凍結状態である場合がある。従って、内燃機関(ディーゼルエンジン)の冷間始動後には凍結したDEFをより早期に溶かすことが求められる。一方で、内燃機関の液体燃料(ガソリンやディーゼル車に用いられる軽油など)は揮発性が高いので、高温となる排気管からはできるだけ遠ざけることが求められる。このように、各タンクの配置に対する要求をバランスよく解決することが望まれる。
【0006】
本発明の目的は、内燃機関の排熱を効果的に利用して還元液タンク内の還元液をより早期に溶かすことができ、かつ、上記排熱による燃料タンク内の燃料の揮発を効果的に抑止することのできる車両用タンク配設構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る車両用タンク配設構造は、内燃機関の排気を排出するための排気管と、後輪に駆動力を伝えるプロペラシャフトと、内燃機関の液体燃料を貯める燃料タンクと、排気中の窒素酸化物浄化のための還元液を貯める還元液タンクとを車両の下部に備えている。燃料タンクは、平面視において、プロペラシャフトに対して排気管とは反対側に配置され、還元液タンクは、排気管に対してプロペラシャフトとは反対側に配置される。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、内燃機関の排熱を効果的に利用して還元液タンク内の還元液をより早期に溶かすことができ、かつ、上記排熱による燃料タンク内の燃料の揮発を効果的に抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】
図1は、実施形態に係る車両用タンク配設構造を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施形態に係る車両用タンク配設構造を、
図1~
図3を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の車両に搭載された内燃機関はディーセルエンジンである(図示せず)。また、本実施形態の還元液は、上述したDEFであり、車両に搭載されたSCRシステムで利用される。DEFは、排気管1上に設けられたSCR触媒エレメント1bよりも上流で排気管1内に噴霧されてNH
3を生成し、このNH
3がSCR触媒によるNOxの還元に用いられる。また、本実施形態の車両は、車両内部の後部空間が荷室として広く利用できるようにされている。このため、荷室の床面はフラット化されていると共に、スペアタイヤ8も床下に取り付けられている。
【0011】
本実施形態のタンク配設構造は、内燃機関の排気を大気に放出する排気管1を備えている。なお、排気中の排出規制物質が規定値以下となるように、排気は排気管1を通る間に浄化され、その後に大気に排出される。排気管1とは、排気マニュフォールドから排気を大気に排出する末端までの部分を指す。排気管1の一部は、車両の下部(車室や荷室/荷台のフロア下)に延設される。また、タンク配設構造は、排気中のNOxの浄化に用いるDEF(還元液)を貯める樹脂製の還元液タンク2も備えている。還元液タンク2も、車両の下部(フロア下)に搭載されている。
【0012】
本実施形態の車両は、四輪駆動車であり、フロア下の車幅方向中央には後輪に駆動力を伝えるプロペラシャフト3が前後に延設されている。排気管1は、プロペラシャフト3の左側(
図1の底面図における上側)で前後に延設されている。ただし、
図1に示されるように、排気管1の前側部分は、プロペラシャフト3とトランスファー4との接続部近傍でプロペラシャフト3の前端の下をくぐって内燃機関へと延びている(この部分は
図2には示されていない)。なお、
図1及び
図2には、排気管1上に設けられた消音器1a(排気管1の一部)も示されている。
【0013】
消音器1aは、車両の前後方向に長い形状を有している。追って詳しく説明するが、排気管1は、排気の持つ熱を還元液タンク2内の(凍結した)DEFに供給するために還元液タンク2の近傍に配置されており、排気の持つ熱は消音器1aを介して還元液タンク2内のDEFに供給される。また、プロペラシャフト3を挟んで排気管1(消音器1a)とは反対側に、上述した還元液タンク2が配設されている。還元液タンク2も、車両の前後方向に長い形状を有しており、その長手方向が排気管1(消音器1a)とほぼ平行となるように配置されている。
【0014】
なお、上述したように、プロペラシャフト3の左側に排気管1及び還元液タンク2が搭載されているが、プロペラシャフト3の右側には内燃機関の液体燃料を貯める金属製の燃料タンク5が搭載されている。燃料タンク5は、その下部をほぼ覆うチッピング対策のためのロアカバー50を備えると共に、燃料タンク5及びロアカバー50の後部(リアサスペンション近傍)を保護するための保護カバー51を備えている。これらの還元液タンク2、排気管1、プロペラシャフト3及び燃料タンク5は、平面(底面)視において、一対のサイドメンバ7の間に搭載されている。
【0015】
上述したように、本実施形態の車両は内部後部空間が荷室として広く利用できるように荷室床面がフラット化されていると共に、スペアタイヤ8も床下に取り付けられている。このため、車両の後部のフロア下に体積の大きな還元液タンク2や燃料タンク5を配置することが難しい。また、車両の前部には内燃機関や上述したトランスファー4が配置される。このため、本実施形態では、還元液タンク2や燃料タンク5は、排気管1やプロペラシャフト3と並ぶように、車両中央部のフロア下に配置されている。
【0016】
上述したように、
図1に示される底面視において(平面視でも同様)、プロペラシャフト3に対して排気管1とは反対側に燃料タンク5が搭載され、かつ、排気管1に対してプロペラシャフト3とは反対側に還元液タンク2が搭載される。従って、
図2に示されるように、車幅方向の一側(本実施形態では車両の左側)から、還元液タンク2、排気管1、プロペラシャフト3及び燃料タンク5の順に配設される。
【0017】
また、本実施形態におけるリヤアクスルはリジットアクスルである。さらに、上述したように、本実施形態の車両は内部後部空間を荷室として広く利用するため、内部後部空間を広く確保できるリーフスプリング式サスペンションが採用されている。即ち、後輪はリーフスプリング式サスペンションションによって懸架され、リーフスプリング式サスペンションションは一対のリーフスプリング9を備えている。各リーフスプリング9は、前後方向に延設され、その前後端(スプリングアイ)がそれぞれサイドメンバ7の下面に取り付けられている。
【0018】
より詳しくは、リーフスプリング9の前端90は、
図3に示されるように、サイドメンバ7のブラケット70に取り付けられている。また、リーフスプリング9の後端は、シャックル92(
図1参照)を介してサイドメンバ7の下面に取り付けられている。リーフスプリング9の中央部にはロアブラケット91が配され、ロアブラケット91にリヤアクスルが取り付けられている。
【0019】
左側(
図1の上側)のロアブラケット91の前部とサイドメンバ7との間にショックアブソーバ(図示せず)が斜めに取り付けられている。同様に、右側(
図1の下側)のロアブラケット91の後部とサイドメンバ7との間にショックアブソーバ(図示せず)が斜めに取り付けられている。なお、
図3には、排気管1及びプロペラシャフト3は示されてない。
【0020】
リーフスプリング9の前端90が取り付けられるブラケット70は、サイドメンバ7の下面に固定されたブリッジ部材と、このブリッジ部材を両側から挟み込んでサイドメンバ7の側面にそれぞれ固定される一対のサイドプレートとで構成されている。本実施形態では、ブラケット70のブリッジ部材及びサイドプレート並びにサイドメンバ7は互いに溶接されている。一対のサイドメンバ7の間には、
図1に示されるように、車幅方向に延びる複数のクロスメンバが設けられている。ブラケット70のブリッジ部材の端部は、それぞれ、クロスメンバ10A及び10Bの位置に取り付けられている。
【0021】
言い換えれば、ブラケット70の位置には、一対のサイドメンバ7を車幅方向につなぐクロスメンバ10A及び10Bが設けられている。一方のクロスメンバ10Aの両方の端部10Aeは、
図2に示されるように、サイドメンバ7の側面に溶接されると共に、エクステンション部材によってサイドメンバ7の下面に潜り込むように延長されている。ブラケット70のブリッジ部材の端部の一方は端部10Aeを介してサイドメンバ7に固定されており、他方は同様に形成されたクロスメンバ10Bの端部10Beを介してサイドメンバ7に固定されている。
【0022】
本実施形態のタンク配設構造では、上述したように還元液タンク2、排気管1、プロペラシャフト3及び燃料タンク5が配置される。燃料タンク5内の液体燃料には熱を与えたくないので、本実施形態では、燃料タンク5は、プロペラシャフト3を介在させて、できるだけ排気管1から離れるように配置されている。このように燃料タンク5を配置することで、燃料タンク5内の燃料の揮発を防止することができる。
【0023】
その一方で、還元液タンク2内のDEFは、凍結していれば早期に溶かしたいし、凍結していなければその凍結を抑制したい。本実施形態では、還元液タンク2内のDEFは、近傍に配置された排気管1を流れる排気の熱で温められる。なお、還元液タンク2とは、DEFを貯める容器部分を指す。還元液タンク2には、DEFを排気管1の内部に噴射するためにDEFを送出するポンプ20が統合されている。ポンプ20の上部は還元液タンク2の内部に位置しているが、その下部は還元液タンク2から下方に突出されている。ポンプ20の還元液タンク2から下方に突出している部分は還元液タンク2ではない。さらに、ポンプ20及び還元液タンク2の前部を保護するための保護カバー21が、ポンプ20及び還元液タンク2の前部の下面を覆うように還元液タンク2に取り付けられている。保護カバー21も、還元液タンク2ではない。
【0024】
排気管1の一部である消音器1aは、還元液タンク2の近傍で還元液タンク2の長手方向に延設されている。このため、内燃機関の排気が持つ熱は、消音器1aの表面から放射され、還元液タンク2内部の凍結したDEFを温めて溶かす。消音器1aは、その前後の排気管1の内径よりもその内径及び外形が拡径されている。このため、消音器1aは、容積的に多くの排気を蓄え、かつ、その表面積も広いので、効果的に排気の熱を還元液タンク2内のDEFに供給することができる。
【0025】
なお、本実施形態では、ポンプ20に電気ヒータも統合されており、電気エネルギーによって凍結したDEFを溶かすこともできる。冷間始動直後の排気がまだ温まらない状態では、電気ヒータを用いて凍結したDEFを溶かすことができる。電気ヒータによる電力消費は燃費の悪化をもたらすため、本実施形態のように排気の熱を利用して凍結したDEFを溶かすことができれば、電力消費を抑制して燃費の悪化を低減できる。
【0026】
また、本実施形態では、還元液タンク2と排気管1(消音器1a)との間に、熱を拡散する金属製(アルミ製)の熱拡散板6が設けられている。熱拡散板6は、還元液タンク2の長手方向の長さにほぼ等しい長さを有している。このため、消音器1aから放射された熱は、熱拡散板6によって拡散されて、効率よく還元液タンク2内のDEFを温める。本実施形態では、熱拡散板6は還元液タンク2に固定されている。また、還元液タンク2は樹脂製であるため、温度が高すぎると溶けてしまうので、局所的に加熱されないように熱拡散板6が熱を拡散する。また、還元液タンク2の過熱防止のために、熱拡散板6の還元液タンク2側の表面には、耐熱性繊維部材等によって形成されたヒートインシュレータ60が貼り付けられている。
【0027】
ヒートインシュレータ60は、熱拡散板6の還元液タンク2側の表面の全てに設けられているのではなく、特に消音器1aとの距離が近い部分のみに貼り付けられている。具体的には、熱拡散板6の還元液タンク2側の表面の上部にはヒートインシュレータ60は貼られていない。なお、このヒートインシュレータ60は、上述した熱拡散にも寄与しており、熱拡散板6の温度を均一化するようにも作用する。
【0028】
本実施形態では、
図2に示されるように、還元液タンク2に対して、排気管1(消音器1a)は、ほんの僅か下方に位置している。なお、排気管1(消音器1a)は、還元液タンク2の近傍で縦長形状の還元液タンク2の長手方向に延設されるので、その内部の排気の熱を還元液タンク2の内部のDEFに効率よく供給できる。即ち、排気管1から還元液タンク2内のDEFへと熱供給を行う長さ(距離)を長く確保でき、より広範囲で熱供給を行える。
【0029】
上述したように、還元液タンク2及び排気管1は、双方とも車両の下部(フロア下)に搭載される。従って、還元液タンク2及び排気管1(消音器1a)を上下に配置するのは難しく、還元液タンク2及び排気管1は横に並べて配置される。この際、本実施形態のように、側方から見て、還元液タンク2と(消音器1a)とが高さ方向で少なくとも一部が互いに重複することが好ましい。このような配置とすれば、還元液タンク2及び排気管1(消音器1a)の設置高さを抑えつつ、効率よく排気の熱を還元液タンク2内のDEFに供給することができる。
【0030】
なお、(車両が走行していない状態では)排気管1(消音器1a)の熱によって温められた周囲の空気は上方に流れるため、排気管1(消音器1a)に対して還元液タンク2が上方に位置する方が、熱を還元液タンク2内のDEFに供給する上では好ましい。即ち、側方から見て、少なくとも、還元液タンク2の下部と排気管1(消音器1a)の上部とが重複するのが好ましい。ただし、還元液タンク2の高さの範囲内に排気管1(消音器1a)が収まるようであってもよい。
【0031】
また、排気管1(消音器1a)や熱拡散板6は、車両の内燃機関が停止された後もしばらくは熱を蓄えるので、還元液タンク2内のDEFを保温して凍結しにくくする。この結果、本実施形態のタンク配設構造によれば、冷間始動時により早期に凍結したDEFを溶かすことができることに加えて、内燃機関停止後にDEFを凍結しにくくすることもできる。
【0032】
さらに、本実施形態では、消音器1aの内部に、SCR触媒エレメント1b及びASC(Ammonia Slip Catalyst)触媒エレメント(図示せず)が収納されている。SCR触媒エレメント1bは、セラミックなどで形成されたハニカム基材にSCR触媒を担持させたものである。ASC触媒エレメントは、セラミックなどで形成されたハニカム基材に酸化触媒を担持させたものであり、SCR触媒エレメント1bを通過(スリップ)した余剰のNH3を酸化してN2とH2Oとに分解する。SCR触媒エレメント1b及びASC触媒エレメントは排気浄化触媒が担持されたエレメントである。即ち、本実施形態では、消音器1aは排気浄化触媒コンバータとしても機能する。消音器1aの内部での上述した排気浄化反応によって反応熱が生成されるため、この反応熱もDEFへの熱の供給に寄与する。また、これらのエレメントも熱を蓄えることができるため、内燃機関停止後にDEFを凍結しにくくすることにも寄与する。
【0033】
また、本実施形態のタンク配設構造では、上述したように、還元液タンク2、排気管1、プロペラシャフト3及び燃料タンク5が一対のサイドメンバ7の間に配設されている。ここで、リーフスプリング9の前端90が取り付けられるブラケット70の位置において、排気管1、プロペラシャフト3、燃料タンク5及び還元液タンク2の全てが側面視において重複している。このため、排気管1、プロペラシャフト3、燃料タンク5及び還元液タンク2を縦方向に重ねることなく、設置高さを抑えて車両の下部(フロア下)に配置することができる。ここで、燃料タンク5及び還元液タンク2の外側の側方にはブラケット70が配置される。従って、車両への側面衝突時に燃料タンク5及び還元液タンク2がブラケット70とこのブラケット70が取り付けられているサイドメンバ7によって保護される。この結果、燃料タンク5及び還元液タンク2に貯められた液体の漏出が防止される。
【0034】
特に、本実施形態では、一対のブラケット70の位置に、一対のサイドメンバ7を車幅方向につなぐクロスメンバ10A及び10Bが設けられている。このため、側突荷重はクロスメンバ10A及び10Bによっても受け止められ、燃料タンク5及び還元液タンク2がより強固に保護される。
【0035】
本実施形態係るタンク配設構造では、燃料タンク5は、平面視(底面視)において、プロペラシャフト3に対して排気管1とは反対側の車両の下部に搭載されている。また、還元液タンク2は、平面視(底面視)において、排気管1に対してプロペラシャフト3とは反対側の車両の下部に搭載されている。還元液タンク2は排気管1に隣接して配置されるので、還元液(DEF)は、排気管1を介して排気の熱によって、凍結した状態であればより早期に溶かされ、凍結していなくても排気管1に蓄えられた熱によって凍結が防止される。
【0036】
その一方で、燃料タンク5は、プロペラシャフト3を介在させて、できるだけ排気管1から離れるように配置されている。このように燃料タンク5を配置することで、燃料タンク5内の燃料の揮発を防止することができる。また、液体を貯める還元液タンク2や燃料タンク5は満タンであれば重量が大きくなる。このようなタンクを車両の下部における左右にバランスよく配置することで、車両重心位置が下げられ、かつ、車両重量配分が最適化される。この結果、車両運動性能が向上する。
【0037】
また、本実施形態に係るタンク配設構造では、還元液タンク2の下部と排気管1の上部とが少なくとも重複している。このような配置とすれば、還元液タンク2及び排気管1(消音器1a)の設置高さを抑えつつ、効率よく排気の熱を還元液タンク2内の還元液に供給することができる。この結果、効率よく排気の熱を還元液タンク2内の還元液に供給することができる。
【0038】
また、本実施形態に係るタンク配設構造では、後輪サスペンションのリーフスプリング9の前端90がブラケット70を介してサイドメンバ7の下面に取り付けられている。そして、前後方向におけるブラケット70の位置において、排気管1、プロペラシャフト3、燃料タンク5及び還元液タンク2の全てが側面視において重複している。このため、排気管1、プロペラシャフト3、燃料タンク5及び還元液タンク2を、設置高さを抑えて車両の下部(フロア下)に配置することができる。さらに、車両への側面衝突時には、燃料タンク5及び還元液タンク2がブラケット70とブラケット70が取り付けられているサイドメンバ7とによって保護され、燃料タンク5及び還元液タンク2に貯められた液体の漏出が防止される。
【0039】
ここで、本実施形態に係るタンク配設構造では、ブラケット70の位置に、一対のサイドメンバ7を車幅方向につなぐクロスメンバ10A(10B)が設けられている。このため、側突荷重はクロスメンバ10A(10B)によっても受け止められ、燃料タンク5及び還元液タンク2はより強固に保護される。
【0040】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、平面視(底面視)において、車両の左側から、還元液タンク2、排気管1、プロペラシャフト3及び燃料タンクの順に配設された。しかし、車両の右側から、還元液タンク、排気管、プロペラシャフト及び燃料タンクの順に配設されてもよい。また、上記実施形態では、ブラケット70の位置に、二つのクロスメンバ10A及び10Bが配置されたが、一つのクロスメンバのみが配置されてもよい。
【0041】
また、上記実施形態の車両は四輪駆動車であり、プロペラシャフト3はトランスファーからリヤアクスルまで延設されている。しかし、プロペラシャフトは、内燃機関及びトランスミッションを車両前方に搭載した後輪駆動車のプロペラシャフトでもよい。また、内燃機関を車両前方に搭載すると共にトランスミッション(トランスアクスル)を車両後方に搭載する車両において内燃機関とトランスミッションとをつなぐプロペラシャフトでもよい。また、上記実施形態の車両の車体はモノコックボディ構造であり、そのサイドメンバはモノコックボディの一部であるが、トラックなどに用いられるフレーム構造のサイドメンバでもよい。
【符号の説明】
【0042】
1 排気管
2 還元液タンク
3 プロペラシャフト
5 燃料タンク
7 サイドメンバ
70 (サイドメンバ7の)ブラケット
9 リーフスプリング
90 (リーフスプリング9の)前端
10A,10B クロスメンバ