尿素タンク
尿素タンクは、ディーゼル車のSCR（Selective Catalytic Reduction）システムにおいて、NOx低減に用いる尿素水（AUS 32、商品名AdBlue/DEF）を貯蔵し、適切な温度・濃度・清浄度で供給するための貯蔵・調整モジュールである。車両の運用条件（温度、振動、姿勢変化）下で安定した供給を実現し、ISO 22241に適合した品質維持、凍結対策、センサー計測、ベント制御、サービス性を包含する設計が求められる。
機能と役割
尿素タンクの主機能は、尿素水の貯蔵、吸上げ、送液系への供給、蒸気・圧力の管理、異物・結晶の捕捉、温度・レベル・品質の監視である。これらを統合してSCR触媒へ適量を噴射させ、NOxを選択還元し排出ガス基準（Euro 6、ポスト新長期等）に適合させる。
構造と主要部品
尿素タンクは一般にHDPE製成形タンク本体、吸上げモジュール（ポンプ、ストレーナ）、レベルセンサー、温度センサー、品質（濃度）センサー、ヒーター、リターン配管継手、フィラーネック、キャップ、ベント（ブリーザー）、配線コネクタからなる。吸上げ口近傍にはスロッシング対応のバッフルを設け、傾斜や加減速時でも吸入不良を抑える。
尿素水の性状と設計上の注意
AUS 32は水溶液であり腐食性・析出性を持つため、金属材の選定や電食対策が重要である。配管・継手・シール材にはPTFE、FKM等の適合材を採る。水分蒸発や汚染は結晶析出を招きやすく、密閉性とフィルタリングを重視する。
材料と製造
尿素タンク本体はHDPEブロー成形が主流である。HDPEは耐薬品性に優れ、軽量で成形自由度が高い。内層にバリア材（EVOH等）を積層してアンモニア臭気の透過抑制を図る場合がある。取付ブラケットや補強部には防食処理を施し、締結にはボルトと防緩手段（ばね座金、ねじロック剤）を併用する。
規格と品質管理
ISO 22241はAUS 32の化学特性・純度・取り扱いを規定する。尿素タンクはこの規格に適合する清浄度維持設計（清浄製造、異物混入防止、適正材料）を前提とし、組立後にはリーク、耐圧、寸法、センサー較正、ヒーター作動、ポンプ吐出量などの受入検査を実施する。
凍結対策と加熱
尿素水は約-11℃で凍結する。よって尿素タンクにはPTCヒーターやクーラント併用ヒーターを内蔵し、ECUによる温度制御で解氷時間を短縮する。吸上げ経路やノズルの凍結融解サイクルを考慮し、配管勾配や保温、デッドボリューム最小化を図る。
センサーと制御
尿素タンクのレベルセンサーはフロート式や超音波式が用いられる。温度センサーは凍結判断とヒーター制御に、品質センサーは濃度逸脱や水混入検知に利用する。これら信号はCAN経由でエンジンECU/AFS-ECUへ送られ、NOxセンサーのフィードバックと統合して噴射量を最適化する。
ベント・圧力管理
タンク内圧は温度変化や送液で変動する。尿素タンクは逆止弁付きベントや活性炭素材不使用の専用ブリーザーで大気連通し、液飛散や吸湿を抑える。フィラーネックには誤給液防止形状やスプラッシュ抑制形状を持たせる。
レイアウトと車両統合
尿素タンクは床下後方やフレーム内側など、衝突安全と配管短縮、サービス性、防錆を両立する位置に配置する。飛び石・熱源・排気配管からの影響を回避し、遮熱板やアンダーカバーで保護する。
メンテナンスと不具合モード
- 尿素タンク内結晶：濃縮や汚染が原因。定期的な補給とキャップ密閉で予防。
- 吸上げ不良：ストレーナ詰まりや配管エア噛み。清浄供給と適正配管で対策。
- センサー異常：配線腐食、結晶付着。防滴設計と自己診断（OBD）で検知。
- 凍結遅延：ヒーター不良や断熱不足。PTC容量と熱経路見直しで改善。
開発・評価の要点
車両実使用を想定した環境試験（低温始動、耐久振動、耐圧、急加速・急減速、横傾斜）、媒体適合（材料浸漬）、結晶再溶解性、ヒーター解氷時間、ポンプ吐出特性、レベル検知精度を網羅する。量産段階では工程内清浄度とトレーサビリティを担保し、フィールドでの補給性と誤給対策のヒューマンファクター評価を行う。
関連システムとのインターフェース
尿素タンクはポンプユニット、インジェクター、DOF制御、NOxセンサー、SCR触媒、ECUと機能的に結合する。補給口は市販ディスペンサー規格に適合させ、キャニスタ型の蒸発ガス処理とは分離された系統として扱う。
設計最適化の方向性
軽量化と耐久の両立、凍結解氷の高速化、結晶抑制の流路設計、センサー一体化モジュール化、バリア層最適化による臭気低減が近年の焦点である。これらを通じて尿素タンクは信頼性と保守性を高め、排出ガス低減を長期にわたり支える。