專利名稱：還原劑容器的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在對(duì)排氣中氮氧化物(NOx)進(jìn)行還原凈化的排氣凈化裝置中使用的、用于儲(chǔ)存液體還原劑的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，特別涉及一種易于檢修濃度計(jì)和水位計(jì)的技術(shù)，該濃度計(jì)和水位計(jì)分別用于檢測(cè)液體還原劑的濃度和殘留量。
背景技術(shù)：
作為除去發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中所含有的氮氧化物(NOx)的催化劑凈化系統(tǒng)，提出有日本特開(kāi)2000-27627號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的排氣凈化裝置。這種排氣凈化裝置通過(guò)將相應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的必要量的液體還原劑噴射供給到還原催化劑的排氣上游，從而使排氣中的NOx與液體還原劑發(fā)生催化還原反應(yīng)，而將NOx凈化處理為無(wú)害成分，上述還原催化劑配設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上。在此，由于還原反應(yīng)使用與NOx反應(yīng)性良好的氨，因此將由排氣熱及排氣中的水蒸氣進(jìn)行水解而產(chǎn)生氨的尿素水溶液用作液體還原劑。

發(fā)明內(nèi)容
但是，儲(chǔ)存液體還原劑的還原劑容器為了能發(fā)揮作為排氣凈化裝置的功能，至少需要分別安裝濃度計(jì)、水位計(jì)及換熱器，并且需要分別形成液體還原劑的供給口和返回口。該濃度計(jì)和水位計(jì)分別用于檢測(cè)液體還原劑的濃度和殘留量，該換熱器用于使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水循環(huán)而防止液體還原劑的凍結(jié)。此時(shí)，由于需要定期對(duì)濃度計(jì)和水位計(jì)進(jìn)行檢修，就需要它們可相對(duì)于還原劑容器進(jìn)行裝卸。
但是，即使?jié)舛扔?jì)和水位計(jì)可相對(duì)于還原劑容器進(jìn)行裝卸，如果裝卸濃度計(jì)和水位計(jì)花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，則檢修的時(shí)間就長(zhǎng)，擔(dān)心用于維持排氣凈化裝置的功能的成本會(huì)上升。另外，為了避免檢修所需的成本上升，就可能會(huì)使檢修時(shí)間長(zhǎng)，在排氣凈化裝置的功能還不健全的狀態(tài)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作。
因此，本發(fā)明是根據(jù)上述以往的問(wèn)題點(diǎn)而提出的，其目的在于提供一種還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其通過(guò)使?jié)舛扔?jì)和水位計(jì)可容易地相對(duì)于還原劑容器裝卸，從而減輕檢修所需的勞力。
為此，在本發(fā)明的還原劑容器的結(jié)構(gòu)中，其特征在于，為了閉塞開(kāi)設(shè)于容器主體的上表面的開(kāi)口部，在以相對(duì)于容器主體可裝卸的方式緊固于該容器主體上的頂蓋上分別安裝有水位計(jì)的基部、濃度計(jì)的基部、以及換熱器；上述水位計(jì)用于檢測(cè)液體還原劑的殘留量；上述濃度計(jì)用于檢測(cè)液體還原劑的濃度；上述換熱器包圍從上述水位計(jì)和濃度計(jì)的基部垂下的檢測(cè)部并且使以發(fā)動(dòng)機(jī)為熱源的熱介質(zhì)循環(huán)，而該熱介質(zhì)與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換；在上述頂蓋上分別形成有液體還原劑的供給口和返回口；使水位計(jì)、濃度計(jì)、換熱器、以及液體還原劑的供給口、返回口相對(duì)于上述頂蓋一體化。
因此，如果由導(dǎo)熱性好的金屬板構(gòu)成頂蓋，則容易使熱量從熱介質(zhì)的入口傳遞到頂蓋，從而使頂蓋在短時(shí)間內(nèi)均勻地升溫，對(duì)液體還原劑的供給口和返回口的周?chē)訜?。因此，可以防止存在于液體還原劑的供給口和返回口周?chē)囊后w還原劑凍結(jié)。
采用本發(fā)明的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，在對(duì)安裝在還原劑容器中的水位計(jì)和濃度計(jì)進(jìn)行檢修時(shí)，卸下閉塞開(kāi)設(shè)在上述容器主體的上表面的開(kāi)口部的頂蓋，從而不與容器主體干涉地朝上方拔出換熱器。此時(shí)，由于在頂蓋上除換熱器之外，還分別安裝有水位計(jì)和濃度計(jì)的基部，因此可以將它們同時(shí)卸下。然后，如果水位計(jì)和濃度計(jì)的檢修完畢，則將換熱器從開(kāi)設(shè)于容器主體的上表面的開(kāi)口部插入，將頂蓋緊固在容器主體的上表面。因而，由于相對(duì)于頂蓋一體化的水位計(jì)、濃度計(jì)、換熱器以及液體還原劑的供給口、返回口未被固定在容器主體的內(nèi)壁上，因此在檢修水位計(jì)和濃度計(jì)時(shí)，不必拆開(kāi)還原劑容器，可以大幅減少檢修工時(shí)。


圖1是本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象即排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示還原劑容器及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖3是表示通氣軟管的連接狀態(tài)的俯視圖。
圖4是表示通氣軟管的連接狀態(tài)的主視圖。
圖5是表示水位計(jì)的前端支承結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖6是表示水位計(jì)的前端支承結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖7是表示水位計(jì)的前端支承結(jié)構(gòu)的主視圖。
附圖標(biāo)記的說(shuō)明10發(fā)動(dòng)機(jī)24還原劑容器24A容器主體34螺栓36頂蓋36A發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的入口36B發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的出口36C尿素水溶液的供給口36D尿素水溶液的返回口38通氣軟管38A前端部38B基端部40水位計(jì)
40A基部40B檢測(cè)部42濃度計(jì)42A基部42B檢測(cè)部46換熱器46A前端彎曲部48托架54托架54A插入孔56蓋56A銷具體實(shí)施方式
下面，參照附圖詳述本發(fā)明。
圖1表示將尿素水溶液用作液體還原劑，由催化還原反應(yīng)來(lái)凈化發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中所含的NOx的排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
在與發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣岐管12連接的排氣管14上沿排氣流動(dòng)方向分別配設(shè)有氧化催化劑16、噴嘴18、NOx還原催化劑20和氨氧化催化劑22。上述氧化催化劑16使一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)；上述噴嘴18噴射供給尿素水溶液；上述NOx還原催化劑20由將尿素水溶液水解而得的氨對(duì)NOx進(jìn)行還原凈化；上述氨氧化催化劑22使經(jīng)過(guò)了NOx還原催化劑20的氨氧化。另外，儲(chǔ)存在還原劑容器24中的尿素水溶液通過(guò)吸入口位于其底部的供給配管26被供給到還原劑供給裝置28中；另一方面，在還原劑供給裝置28中無(wú)助于噴射的剩余的尿素水溶液通過(guò)返回配管30返回到還原劑容器24的上部空間內(nèi)。而且，還原劑供給裝置28被內(nèi)置有計(jì)算機(jī)的控制單元32控制，將對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的必要量的尿素水溶液與空氣混合并供給到噴嘴18。
在這種排氣凈化裝置中，從噴嘴18噴射供給來(lái)的尿素水溶液被排氣熱和排氣中的水蒸氣水解而產(chǎn)生氨。產(chǎn)生出的氨在NOx還原催化劑20中與排氣中的NOx反應(yīng)，被凈化成水及無(wú)害氣體，這是公知的。此時(shí)，為了提高由NOx還原催化劑20進(jìn)行的NOx凈化率，氧化催化劑16使NO氧化成NO2，排氣中的NO和NO2的比例被改善為適于催化還原反應(yīng)。另外，由于已經(jīng)過(guò)了NOx還原劑20的氨被配設(shè)在排氣下游的氨氧化催化劑22氧化，所以可防止發(fā)出異臭的氨被直接排放到大氣中。
如圖2所示，還原劑容器24在呈大致長(zhǎng)方體狀的容器主體24A的長(zhǎng)度方向的相反側(cè)面的上部分別形成有用于補(bǔ)充尿素水溶液的補(bǔ)充口24B和在搬運(yùn)時(shí)把持的把手24C。另外，在容器主體24A的上表面開(kāi)設(shè)有未圖示的開(kāi)口部，頂蓋36借助多個(gè)作為緊固件的螺栓34被可裝卸地緊固在容器主體24A的上表面以閉塞該開(kāi)口部。在此，最好是頂蓋36由導(dǎo)熱性好的金屬板構(gòu)成。
在頂蓋36的上表面從其長(zhǎng)度方向的一端部到中央部分別形成有作為以發(fā)動(dòng)機(jī)為熱源的熱介質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的入口36A、出口36B，尿素水溶液的供給口36C、返回口36D，將內(nèi)部的上部空間朝大氣開(kāi)放的開(kāi)放口36E。在此，開(kāi)放口36E具有朝上方延伸的部位且形成為管狀，如圖3及圖4所示，在處于液面高度上限的液位近旁，在該開(kāi)放口36E上連接通氣軟管38的基端部38B，該通氣軟管38的前端部38A以大致朝鉛直下方的狀態(tài)被配設(shè)。另外，在頂蓋36上從其長(zhǎng)度方向的中央部到另一端部由作為緊固構(gòu)件的螺栓44可裝卸地分別固定有用于檢測(cè)尿素水溶液的殘留量的水位計(jì)40的基部40A、和用于檢測(cè)尿素水溶液的濃度的濃度計(jì)42的基部42A。水位計(jì)40將橫截面呈圓形的內(nèi)側(cè)電極和外側(cè)電極同心配置，根據(jù)兩電極間的靜電容量變化檢測(cè)尿素水溶液的水位，因此由內(nèi)側(cè)電極和外側(cè)電極構(gòu)成的檢測(cè)部40B從該水位計(jì)的基部40A朝容器主體24A的底部垂下。另一方面，由于濃度計(jì)42是根據(jù)相分離的兩點(diǎn)間的溫度傳遞特性檢測(cè)尿素水溶液的濃度，因此檢測(cè)部42B從該濃度計(jì)的基部42A垂下，使得檢測(cè)部42B位于容器主體24A的底部。
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的入口36A和出口36B通過(guò)配設(shè)在容器主體24A內(nèi)的換熱器46相互連接。換熱器46是在容器主體24A的底部使大致U字狀的管材彎曲而形成的，該換熱器46包圍水位計(jì)40和濃度計(jì)42，使該換熱器46的前端彎曲部46A由固定在頂蓋36上的金屬制的托架48支承。這樣，如果彎曲形成大致U字狀的管材而構(gòu)成換熱器46，則在還原劑容器內(nèi)的換熱器46的全長(zhǎng)變長(zhǎng)，可以在其與液體還原劑之間高效率地進(jìn)行熱交換。另外，在尿素水溶液的供給口36C上連接有從容器主體24A的底部吸入尿素水溶液的吸入管50。該吸入管50為了在其與換熱器46之間進(jìn)行熱交換，而沿著與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的入口36A連接的管材地配置。
而且，在換熱器46的下部固定有僅上面開(kāi)口的大致箱形的保護(hù)裝置52，以保護(hù)水位計(jì)40和濃度計(jì)42免被在還原劑容器24內(nèi)凍結(jié)了的尿素水溶液的冰片損傷。這樣，即使尿素水溶液的冰片在還原劑容器24內(nèi)亂動(dòng)，仍可例如使該尿素水溶液的冰片不會(huì)激烈撞擊濃度計(jì)42的檢測(cè)部42B，防止產(chǎn)生由破損引起的故障等于未然。
然后，在對(duì)安裝在還原劑容器24內(nèi)的水位計(jì)40和濃度計(jì)42進(jìn)行檢修時(shí)，卸下將頂蓋36固定在容器主體24A上的螺栓34，使換熱器46不與容器主體24A干涉地朝上方將其拔出。此時(shí)，由于換熱器46、水位計(jì)40、濃度計(jì)42等與頂蓋36是一體，因此可以同時(shí)卸下它們。然后，如果對(duì)水位計(jì)40和濃度計(jì)42的檢修完畢，則從開(kāi)設(shè)在容器主體24A的上表面的開(kāi)口部插入換熱器46，再用螺栓34將頂蓋36緊固在該容器主體24A的上表面。在進(jìn)行這樣的檢修時(shí)，由于頂蓋36及與其一體的水位計(jì)40和濃度計(jì)42等未被固定在容器主體24A的內(nèi)壁上，因此不必分解還原劑容器24，從而可以大幅地減少檢修工時(shí)。
另一方面，由于構(gòu)成換熱器46的管材的前端彎曲部46A被固定于頂蓋36上的托架48支承，因此換熱器46在3個(gè)點(diǎn)被支承固定在頂蓋36上。從而可以提高其安裝剛性。另外，換熱器46的熱量通過(guò)金屬制的托架48從其前端彎曲部46A傳遞到頂蓋36上。因此，頂蓋36除了由于來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的入口36A的熱量而升溫外，還由于通過(guò)托架48傳遞來(lái)的熱量而升溫，從而對(duì)尿素水溶液的供給口36C、返回口36D的周?chē)M(jìn)行加熱。因而，即使與它們連接的配管被暴露在外部的空氣中，仍可高效率地防止其內(nèi)部的尿素水溶液凍結(jié)。
另外，通氣軟管38的基端部38B與形成于頂蓋36的開(kāi)放口36E連接，該通氣軟管38的前端部38A被配設(shè)成朝向大致鉛直下方的狀態(tài)，因此還原劑容器24內(nèi)部的上部空間通過(guò)開(kāi)放口36E和通氣軟管38向大氣開(kāi)放。因此，通過(guò)環(huán)境溫度的上升等，還原劑容器24的上部空間的氣體膨脹而排到大氣中，因此可以抑制容器內(nèi)的壓力的上升。在此，上部空間的氣體包括因尿素水溶液溫度的上升而產(chǎn)生出的微量的氨。但是，由于開(kāi)放口36E具有朝上方延伸的部位，并且通氣軟管38的前端部38A朝向大致鉛直的下方，因此比重小于空氣比重的氨積存在通氣軟管38的鉛直上部?jī)?nèi)，從而抑制向大氣中排放氨。而且，由于開(kāi)放口36E與頂蓋36一體形成，因此即使尿素被析出到其開(kāi)口，仍可在檢修水位計(jì)40和濃度計(jì)42時(shí)容易地除去該尿素。
在將還原劑容器24搭載在移動(dòng)車(chē)輛上時(shí)，最好是將開(kāi)放口36E形成在對(duì)應(yīng)于容器主體24A的橫截面的大致中央的位置。即，在移動(dòng)車(chē)輛行使時(shí)，由于沿多個(gè)方向?qū)€原劑容器24作用加速度，尿素水溶液以容器主體24A的大致中央為中心地?fù)u動(dòng)。如果將開(kāi)放口36E形成在與容器主體24A的橫截面的大致中央相對(duì)應(yīng)的位置，則即使尿素水溶液搖動(dòng)，該尿素水溶液仍難以到達(dá)開(kāi)放口36E的開(kāi)口，可以防止尿素水溶液通過(guò)軟管38被直接排出。
但是，在水位計(jì)40中，根據(jù)其檢測(cè)原理，有必要將內(nèi)側(cè)電極與外側(cè)電極之間的微小間隔保持為大致恒定。但是，由于水位計(jì)40以懸臂狀態(tài)固定在頂蓋36上，因此水位計(jì)40的前端部因振動(dòng)等而容易搖晃，內(nèi)側(cè)電極與外側(cè)電極之間的微小間隔變得不穩(wěn)定，有時(shí)不能準(zhǔn)確地檢測(cè)尿素水溶液的水位。
因此，可以采用如下的水位計(jì)40的前端支撐結(jié)構(gòu)。即，如圖5～圖7所詳示，橫截面形狀與有緣帽子沿中心軸線的截面大致相同形狀的托架54被固定在對(duì)應(yīng)于水位計(jì)40的檢測(cè)部40B的部位，該部位是換熱器46的沿著容器主體24A的底面并隔開(kāi)規(guī)定間隔平行地延伸的部位。另一方面，在水位計(jì)40的檢測(cè)部40B的前端部壓入固定有蓋56，該蓋56形成有朝前端部逐漸縮徑的圓錐狀的銷56A。而且，通過(guò)將蓋56的銷56A插入到開(kāi)設(shè)于托架54的上表面的插入孔54A內(nèi)，從而支承水位計(jì)40的前端部。
這樣，水位計(jì)40的前端部被固定在換熱器46上的托架54支承，因此不會(huì)因振動(dòng)等而容易產(chǎn)生搖動(dòng)，可以將內(nèi)側(cè)電極與外側(cè)電極之間的微小間隔保持為大致恒定。因此，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)尿素水溶液的水位。另外，由于支承水位計(jì)40的前端部的托架54被安裝在換熱器46的沿容器主體24A的底面隔開(kāi)規(guī)定間隔平行地延伸的部位，因此構(gòu)成換熱器46的管材的中間部借助水位計(jì)40由頂蓋36支承，從而可以進(jìn)一步提高該換熱器46的安裝剛性。而且，通過(guò)與由托架48產(chǎn)生的提高安裝剛性的作用相加的效果，可以進(jìn)一步提高換熱器46、水位計(jì)40及濃度計(jì)42相對(duì)于頂蓋36的安裝剛性，例如可以大幅提高抗振動(dòng)性能。
另外，在僅檢修安裝于還原劑容器24的水位計(jì)40時(shí)，卸下將水位計(jì)40的基部40A緊固在頂蓋36上的螺栓44，使檢測(cè)部40B不與容器主體24A干涉地朝上方拔出水位計(jì)40。此時(shí)，被壓入固定在檢測(cè)部40B的前端部蓋56的銷56A隨著向上方拔出水位計(jì)40，而從托架54的插入孔54A中拔出。然后，如果對(duì)水位計(jì)40的檢修完畢，則一邊將蓋56的銷56A插入到托架54的插入孔54A中，一邊由螺栓44將水位計(jì)40的基部40A緊固在頂蓋36上。此時(shí)，由于銷56形成為朝其前端部逐漸縮徑的圓錐狀，因此容易向插入孔54A插入，并且因其與插入孔54A間的間隙減小而可以防止晃動(dòng)。
另外，本發(fā)明不限于將尿素水溶液用作液體還原劑的排氣凈化裝置，當(dāng)然也適用于將以碳化氫為主要成分的汽油、輕油、乙醇等用作液體還原劑的排氣凈化裝置。
權(quán)利要求
1.一種還原劑容器的結(jié)構(gòu)，該還原劑容器的結(jié)構(gòu)在對(duì)排氣中的氮氧化物進(jìn)行還原凈化的排氣凈化裝置中使用，并用于儲(chǔ)存液體還原劑，其特征在于，為了閉塞開(kāi)設(shè)于容器主體的上表面的開(kāi)口部而在可裝卸地緊固于該容器主體的頂蓋上分別安裝有水位計(jì)的基部、濃度計(jì)的基部、以及換熱器；上述水位計(jì)用于檢測(cè)液體還原劑的殘留量；上述濃度計(jì)用于檢測(cè)液體還原劑的濃度；上述換熱器包圍從上述水位計(jì)和濃度計(jì)的基部垂下的檢測(cè)部并且使以發(fā)動(dòng)機(jī)為熱源的熱介質(zhì)循環(huán)，而在該熱介質(zhì)與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換；在上述頂蓋上分別形成有液體還原劑的供給口和返回口；使水位計(jì)、濃度計(jì)、換熱器、以及液體還原劑的供給口、返回口相對(duì)于上述頂蓋一體化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述頂蓋由導(dǎo)熱性好的金屬板構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述換熱器是彎曲形成大致U字形的管材而構(gòu)成的，該管材將上述熱介質(zhì)的入口和出口相互連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述管材的前端彎曲部由固定于上述頂蓋的金屬制的托架支承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在上述頂蓋上形成有管狀的開(kāi)放口，該管狀的開(kāi)放口具有向上方延伸的部位；在該開(kāi)放口連接以前端部朝大致鉛直下方的狀態(tài)配設(shè)的通氣軟管的基端部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述開(kāi)放口形成在與上述容器主體的橫截面的大致中央相對(duì)應(yīng)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，將上述水位計(jì)的基部可裝卸地緊固在上述頂蓋上，在上述水位計(jì)的前端部安裝有沿該水位計(jì)的軸線方向延伸的銷；在上述換熱器的沿容器主體的底面延伸的部位安裝有托架，該托架具有供上述銷可裝卸地插入的插入孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述銷形成為朝其前端部逐漸縮徑的圓錐狀。
全文摘要
為了閉塞開(kāi)設(shè)于容器主體的上表面的開(kāi)口部，在可裝卸地緊固于該容器主體的頂蓋上分別安裝有水位計(jì)的基部、濃度計(jì)的基部、以及換熱器；上述水位計(jì)用于檢測(cè)液體還原劑的殘留量；上述濃度計(jì)用于檢測(cè)液體還原劑的濃度；上述換熱器包圍從上述水位計(jì)和濃度計(jì)的基部垂下的檢測(cè)部并且使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水循環(huán)而使該冷卻水與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換。在該頂蓋上分別形成有液體還原劑的供給口和返回口。而且，使水位計(jì)、濃度計(jì)、換熱器、以及液體還原劑的供給口、返回口相對(duì)于上述頂蓋一體化，從而與頂蓋一起同時(shí)卸下水位計(jì)和濃度計(jì)。
文檔編號(hào)F01N3/24GK1938569SQ200580010499
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者尾作靖司, 近藤俊男, 福田喜代史 申請(qǐng)人:日產(chǎn)柴油機(jī)車(chē)工業(yè)株式會(huì)社