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)明涉及用于儲(chǔ)存對(duì)排氣中的氮氧化物(NOX)進(jìn)行還原凈化的排氣凈化裝置中所使用的液體還原劑的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，尤其涉及發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后在短時(shí)間內(nèi)就可發(fā)揮排氣凈化功能的技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為除去發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中含有的NOX的催化凈化系統(tǒng)，日本特開2000-27627號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)揭示了一種排氣凈化裝置。
上述排氣凈化裝置通過在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上配設(shè)的還原催化劑的排氣上游噴射供給與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的液體還原劑，使排氣中的NOX與液體還原劑發(fā)生催化劑還原反應(yīng)，將NOX凈化處理為無(wú)害成分。在此，還原反應(yīng)使用與NOX反應(yīng)性良好的氨氣，作為液體還原劑使用通過排氣熱量及排氣中的水蒸氣而進(jìn)行加水分解產(chǎn)生氨氣的尿素水溶液。
專利文獻(xiàn)1日本特開2000-27627號(hào)公報(bào)但是，在北海道這樣的寒冷地區(qū)，冬季的外部氣溫變?yōu)橐后w還原劑的凝固點(diǎn)以下，有時(shí)存儲(chǔ)在還原劑容器內(nèi)的液體還原劑會(huì)凍結(jié)。液體還原劑從與外部空氣直接接觸的容器外周開始逐漸朝向容器中央部發(fā)生凍結(jié)。在還原劑容器的底部，因?yàn)樵O(shè)有分別檢測(cè)液體還原劑的剩余量及濃度的水位儀的檢測(cè)部及濃度計(jì)的檢測(cè)部、液體還原劑的吸入口等，因而只要液體還原劑稍有凍結(jié)就有可能造成不僅無(wú)法檢測(cè)液體還原劑的剩余量及濃度而且還無(wú)法向還原催化劑供給液體還原劑。為此，在還原劑容器上安裝有熱交換器，使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水循環(huán)，與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)后的冷卻水溫度較低，故凍結(jié)的液體還原劑的解凍需要一定的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種通過在液體還原劑的吸入口及水位儀和濃度計(jì)的各檢測(cè)部周圍封閉從熱交換器放出的熱量，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)就可發(fā)揮排氣凈化功能的還原劑容器的結(jié)構(gòu)。
為此，本發(fā)明的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，在容器本體的上側(cè)面至少分別安裝有檢測(cè)液體還原劑剩余量的水位儀的基部；檢測(cè)液體還原劑的濃度的濃度計(jì)的基部；熱交換器，其圍住從水位儀及濃度計(jì)的基部垂下的檢測(cè)部并使以發(fā)動(dòng)機(jī)為熱源的載熱體循環(huán)而與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換；以及吸入管，在其從水位儀和濃度計(jì)之間的容器本體底部吸入液體還原劑，同時(shí)還原劑容器配設(shè)有大致箱形狀的箱形構(gòu)件，用于圍住位于熱交換器下部的水位儀、濃度計(jì)及吸入管。
在此，若通過將相互連接載熱體進(jìn)口和出口的大致U字形的管材彎曲構(gòu)成熱交換器，則還原劑容器內(nèi)的熱交換器的全長(zhǎng)延長(zhǎng)，能高效地與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換。另外，若使形成在吸入管頂端部的吸入口延伸至與通過沿容器本體底面延伸的熱交換器的管材的軸心的水平面大致相同的面上，吸入口的外周固定在熱交換器的管材上，則來(lái)自熱交換器的熱量容易傳遞，能期待在短時(shí)間內(nèi)解凍，同時(shí)能使吸入口的開口附近不易凍結(jié)。此外，若將箱形構(gòu)件的內(nèi)底壁固定在熱交換器的管材上，則內(nèi)底壁的溫度因從熱交換器傳遞的熱量而上升，因而處于箱形構(gòu)件內(nèi)部的液體還原劑除了來(lái)自熱交換器的熱量以外，還因來(lái)自箱形構(gòu)件底壁的熱量而升溫，能在更短時(shí)間內(nèi)解凍。
此外，若使吸入管的一部分沿著與載熱體進(jìn)口連接的熱交換器的管材延伸并固定在該管材上，則吸入管內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)的液體還原劑在來(lái)自熱交換器的熱量的作用下能在極短時(shí)間內(nèi)解凍。另外，若將吸入管的一部分在箱形構(gòu)件內(nèi)部固定在箱形構(gòu)件的內(nèi)側(cè)壁上，則吸入管內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)的液體還原劑在來(lái)自熱交換器及箱形構(gòu)件的熱量的作用下能在極短時(shí)間內(nèi)解凍。
此外，若利用絕熱性優(yōu)良的構(gòu)件構(gòu)成箱形構(gòu)件的側(cè)壁及上壁，則可抑制箱形構(gòu)件內(nèi)的熱量通過側(cè)壁及上壁向外部放出，能高效地利用來(lái)自熱交換器的熱量，可縮短解凍時(shí)間。
采用本發(fā)明的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，從熱交換器下部放出的熱量被關(guān)閉在箱形構(gòu)件的內(nèi)部，在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生對(duì)流。因此，位于箱形構(gòu)件內(nèi)部的水位儀、濃度計(jì)及吸入管周圍的液體還原劑有效地得到解凍，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)就可發(fā)揮排氣凈化功能。另外，位于箱形構(gòu)件上部的液體還原劑在熱交換器的作用下短時(shí)間內(nèi)就能以管材為中心大致圓環(huán)狀地解凍，故箱形構(gòu)件內(nèi)部與還原劑容器的上部空間連通。因此，箱形構(gòu)件內(nèi)部不會(huì)因液體還原劑的抽吸而造成負(fù)壓，不會(huì)引起抽吸困難。


圖1是作為本發(fā)明適用對(duì)象的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是固定在熱交換器下部的護(hù)罩的主視圖。
圖4是固定在熱交換器下部的護(hù)罩的俯視圖。
圖5是形成在吸入管頂端的吸入口的固定結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示護(hù)罩的詳細(xì)構(gòu)成的立體圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明。
圖1表示將尿素水溶液用作液體還原劑，利用還原催化反應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中含有的NOx進(jìn)行凈化的排氣凈化裝置的整體構(gòu)成。
在與發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣歧管12連接的排氣管14上沿排氣流通方向分別設(shè)有將一氧化碳(NO)氧化成二氧化氮(NO2)的氧化催化劑16；噴射供給尿素水溶液的噴嘴18；利用將尿素水溶液加水分解所得到的氨氣使NOX還原凈化的NOX還原催化劑20；使通過NOX還原氧化劑20后的氨氣氧化的氨氣氧化催化劑22。另外，存儲(chǔ)在還原劑容器24內(nèi)的尿素水溶液通過吸入口位于還原劑容器24底部的供給配管26向還原劑供給裝置28供給，而在還原劑供給裝置28中沒有被噴射的剩余尿素水溶液通過返回配管30返回至還原劑容器24的上部空間內(nèi)。還原劑供給裝置28由內(nèi)置有計(jì)算機(jī)的控制器單元32控制，將對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的所需量的尿素水溶液在與空氣混合的同時(shí)向噴嘴18供給。
在上述排氣凈化裝置中，由噴嘴18噴射供給的尿素水溶液被排氣熱量及排氣中的水蒸氣加水分解而產(chǎn)生氨氣。產(chǎn)生的氨氣在NOX還原催化劑20中與排氣中的NOX發(fā)生反應(yīng)，凈化成水及無(wú)害的氣體，這是已知的技術(shù)。此時(shí)，為了提高NOX還原催化劑20的NOX凈化率，利用氧化催化劑16使NO氧化成NO2，將排氣中的NO和NO2的比例改善為適合于催化還原反應(yīng)的狀態(tài)。且通過NOX還原催化劑20后的氨氣被設(shè)置在其排氣下游的氨氣氧化催化劑22氧化，從而可防止散發(fā)臭味的氨氣直接向大氣中排放。
還原劑容器24如圖2所示，在呈大致長(zhǎng)方體形狀的容器本體24A的長(zhǎng)度方向的兩個(gè)端面的側(cè)面上部分別形成有用于補(bǔ)充尿素水溶液的加液口24B及搬運(yùn)時(shí)用于手提的把手24C。另外，在容器本體24A的上側(cè)面開設(shè)有未圖示的開口部，并利用作為緊固構(gòu)件的多個(gè)螺栓34可拆裝地固定頂蓋36以將開口部關(guān)閉。
在頂蓋36的上表面從其長(zhǎng)度方向的一端部至中央部分別形成有以發(fā)動(dòng)機(jī)為熱源的作為載熱體的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的進(jìn)口36A及出口36B；尿素水溶液的供給口36C及返回口36D；為了不使容器內(nèi)部的上部空間成為負(fù)壓而向大氣開放的開放口36E。在頂蓋36上從其長(zhǎng)度方向的中央部至另一端部利用作為緊固構(gòu)件的螺栓42分別可拆裝地緊固有檢測(cè)尿素水溶液剩余量的水位儀38的基部38A、檢測(cè)尿素水溶液的濃度的濃度計(jì)40的基部40A。水位儀38將橫截面為圓形的內(nèi)側(cè)電極及外側(cè)電極同心配置，利用兩個(gè)電極間的靜電容量變化來(lái)檢測(cè)尿素水溶液的水位，由內(nèi)側(cè)電極及外側(cè)電極構(gòu)成的檢測(cè)部38B從其基部38A朝容器本體24A的底部垂下。另一方面，濃度計(jì)40利用分開的2點(diǎn)之間的溫度傳遞特性來(lái)檢測(cè)尿素水溶液的濃度，檢測(cè)部40B從其基部40A垂下以使檢測(cè)部40B位于容器本體24A的底部。
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的進(jìn)口36A與出口36B通過配設(shè)在容器本體24A內(nèi)的熱交換器44相互連接。如圖3及圖4所示，熱交換器44將大致U字形的管材在容器本體24A的底部彎曲成圍住水位儀38及濃度計(jì)40的狀態(tài)，其頂端彎曲部44A由固定在頂蓋36上的支架46支撐。若這樣通過將大致U字形的管材彎曲形成熱交換器44，還原劑容器內(nèi)的熱交換器44的全長(zhǎng)延長(zhǎng)，能高效地與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換。另一方面，熱交換器44的頂端彎曲部44A由固定在頂蓋36上的支架46支撐，故熱交換器44相對(duì)于頂蓋36在3點(diǎn)被支撐固定，可提高其安裝剛性。
尿素水溶液的供給口36C與吸入管48連接，該吸入管48從水位儀38與濃度計(jì)40之間的容器本體24A底部吸入尿素水溶液。吸入管48如下構(gòu)成使吸入管48的一部分沿著從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的進(jìn)口36A向容器本體24A底部延伸的熱交換器44的管材延伸并焊接或釬焊在熱交換器44的管材上，從吸入管48中間部起的前方管子形成彎曲，以使形成在前端部上的吸入口48A在水位儀38與濃度計(jì)40之間朝下方開口。如圖5所示，吸入口48A延伸至與通過沿容器本體24A的底面延伸的熱交換器44的管材的軸心的水平面大致相同的面上，吸入口48A的外周焊接或釬焊在熱交換器44的管材上。
此外，在熱交換器44的下部固定有作為大致箱形狀的箱形構(gòu)件的護(hù)罩50，用于保護(hù)水位儀38及濃度計(jì)40免遭還原劑容器24內(nèi)凍結(jié)的尿素水溶液的冰塊的損傷，并且護(hù)罩50圍住位于熱交換器44下部的水位儀38、濃度計(jì)40及吸入管48，將從熱交換器44放出的熱量封閉在其內(nèi)。如圖6所示，護(hù)罩50包括底板構(gòu)件50A、側(cè)板構(gòu)件50B、頂板構(gòu)件50C。底板構(gòu)件50A形成護(hù)罩50的底面及1個(gè)側(cè)面，由形成為大致L字形截面的薄板金屬構(gòu)件構(gòu)成。側(cè)板構(gòu)件50B形成護(hù)罩50的3個(gè)側(cè)面，由形成為大致コ字形截面的薄板金屬構(gòu)件構(gòu)成。頂板構(gòu)件50C構(gòu)成護(hù)罩50的上表面，是呈大致矩形的薄板金屬構(gòu)件，在其4個(gè)角落形成用于使熱交換器44及吸入管48穿過的缺口。利用焊接或釬焊分別將底板構(gòu)件50A固定在熱交換器44的管材上，將側(cè)板構(gòu)件50B固定在底板構(gòu)件50A上，將頂板構(gòu)件50C固定在底板構(gòu)件50A及側(cè)板構(gòu)件50B上。不過，護(hù)罩50并不局限于圖6所示的構(gòu)成，只要是可圍住位于熱交換器44下部的水位儀38、濃度計(jì)40及吸入管48的大致箱形狀，可由任意的構(gòu)成形成。
在此，從吸入管48中間部起的前方管子最好利用焊接或釬焊固定在側(cè)板構(gòu)件50B上。另外，在頂板構(gòu)件50C上裝有由橡膠等彈性構(gòu)件構(gòu)成的墊圈52以可拆裝地嵌合支撐水位儀38及濃度計(jì)40。
下面說(shuō)明具有上述構(gòu)成的還原劑容器24的作用。
在外部氣溫為尿素水溶液的凝固點(diǎn)以下的情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10長(zhǎng)時(shí)間停止時(shí)，外部空氣從還原劑容器24的外周奪走熱量，則尿素水溶液從還原劑容器24的外周逐漸向中央部?jī)鼋Y(jié)。在該狀態(tài)下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10，隨著時(shí)間的推移，溫度上升的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水開始在熱交換器44內(nèi)循環(huán)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度高于尿素水溶液的凝固點(diǎn)后，在還原劑容器24內(nèi)凍結(jié)的尿素水溶液逐漸開始解凍。
此時(shí)，從熱交換器44下部放出的熱量被關(guān)閉在護(hù)罩50的內(nèi)部，在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生對(duì)流。因此，位于護(hù)罩50內(nèi)部的水位儀38、濃度計(jì)40及吸入管48周圍的尿素水溶液有效地得到解凍，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)就可發(fā)揮排氣凈化功能。位于護(hù)罩50上部的尿素水溶液在熱交換器44的作用下短時(shí)間內(nèi)就能以管材為中心大致圓環(huán)狀地解凍，故護(hù)罩50內(nèi)部與還原劑容器24的上部空間連通。因此，護(hù)罩50內(nèi)部不會(huì)因尿素水溶液的抽吸而造成負(fù)壓，不會(huì)引起抽吸困難。
另外，因?yàn)樾纬稍谖牍?8的頂端部的吸入口48A延伸至與通過沿容器本體24A的底面延伸的熱交換器44的管材的軸心的水平面大致相同的面上，吸入口48A的外周固定在熱交換器44的管材上，因而來(lái)自熱交換器44的熱量容易傳遞，能期待在短時(shí)間內(nèi)解凍，同時(shí)能使吸入口48A的開口附近不易凍結(jié)。此外，護(hù)罩50通過底板構(gòu)件50A固定在熱交換器44上，因而通過從熱交換器44傳遞的熱量而溫度上升。因而處于護(hù)罩50內(nèi)部的尿素水溶液除了來(lái)自熱交換器44的熱量以外，還因來(lái)自護(hù)罩50的周壁的熱量而升溫，能在更短時(shí)間內(nèi)解凍。此外，因?yàn)槲牍?8的一部分沿著與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的進(jìn)口36A連接的熱交換器44的管材延伸并固定在熱交換器44的管材上，同時(shí)另一部分在護(hù)罩50的內(nèi)部固定在側(cè)板構(gòu)件50B上，因而吸入管48內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)的尿素水溶液在來(lái)自熱交換器44及護(hù)罩50的熱量的作用下能在極短時(shí)間內(nèi)解凍。
另一方面，水位儀38及濃度計(jì)40的頂端部由安裝在護(hù)罩50的頂板構(gòu)件50C上的墊圈52彈性支撐，因而在檢查維修時(shí)可拆卸，同時(shí)即使在行駛中受到振動(dòng)和冰塊的沖擊也可吸收其沖擊力，能長(zhǎng)期維持其功能。
為了使熱交換器44與尿素水溶液之間更高效地進(jìn)行熱交換，也可在熱交換器44的管材周圍列設(shè)翅片。另外，也可利用絕熱性優(yōu)良的構(gòu)件(樹脂或橡膠等)構(gòu)成護(hù)罩50的側(cè)板構(gòu)件50B及頂板構(gòu)件50C。這樣，可抑制護(hù)罩50內(nèi)的熱量通過其側(cè)壁及上壁向外部放出，能高效地利用來(lái)自熱交換器44的熱量，可縮短解凍時(shí)間。
此外，本發(fā)明并不局限于將尿素水溶液用作液體還原劑的排氣凈化裝置，當(dāng)然也可適用于將碳化氫作為主要成分的汽油、輕油、乙醇等用作液體還原劑的裝置。
(符號(hào)說(shuō)明)10 發(fā)動(dòng)機(jī)24 還原劑容器24A 容器本體36 頂蓋36A 進(jìn)口36B 出口38 水位儀38A 基部38B 檢測(cè)部40 濃度計(jì)40A 基部40B 檢測(cè)部44 熱交換器48 吸入管48A 吸入口50 護(hù)罩50A 底板構(gòu)件50B 側(cè)板構(gòu)件50C 頂板構(gòu)件
權(quán)利要求
1.一種用于儲(chǔ)存對(duì)排氣中的氮氧化物進(jìn)行還原凈化的排氣凈化裝置中所使用的液體還原劑的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在容器本體的上側(cè)面至少分別安裝有檢測(cè)液體還原劑剩余量的水位儀的基部；檢測(cè)液體還原劑的濃度的濃度計(jì)的基部；熱交換器，其圍住從所述水位儀及濃度計(jì)的基部垂下的檢測(cè)部并使以發(fā)動(dòng)機(jī)為熱源的載熱體循環(huán)而與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換；以及吸入管，其從所述水位儀和濃度計(jì)之間的所述容器本體底部吸入液體還原劑，同時(shí)還原劑容器配設(shè)有大致箱形狀的箱形構(gòu)件，用來(lái)圍住位于所述熱交換器下部的水位儀、濃度計(jì)及吸入管。
2.如權(quán)利要求1所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱交換器由相互連接所述載熱體進(jìn)口和出口的大致U字形的管材彎曲構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，形成在所述吸入管頂端部的吸入口延伸至與通過沿所述容器本體的底面延伸的熱交換器的管材的軸心的水平面大致相同的面上，吸入口的外周固定在該熱交換器的管材上。
4.如權(quán)利要求2所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述箱形構(gòu)件的內(nèi)底壁固定在所述熱交換器的管材上。
5.如權(quán)利要求2所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述吸入管的一部分沿著與所述載熱體的進(jìn)口連接的管材延伸并固定在該管材上。
6.如權(quán)利要求1所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述吸入管的一部分在所述箱形構(gòu)件的內(nèi)部固定在該箱形構(gòu)件的內(nèi)側(cè)壁上。
7.如權(quán)利要求1所述的還原劑容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述箱形構(gòu)件的側(cè)壁及上壁由絕熱性構(gòu)件構(gòu)成。
全文摘要
一種還原劑容器的結(jié)構(gòu)，在容器本體的上側(cè)面至少分別安裝有檢測(cè)液體還原劑剩余量的水位儀的基部；檢測(cè)液體還原劑的濃度的濃度計(jì)的基部；熱交換器，其圍住水位儀及濃度計(jì)的各檢測(cè)部并使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水循環(huán)而與液體還原劑之間進(jìn)行熱交換；以及吸入管，在其從水位儀和濃度計(jì)之間的容器本體底部吸入液體還原劑，同時(shí)還原劑容器配設(shè)有大致箱形狀的護(hù)罩，用來(lái)圍住位于熱交換器下部的水位儀、濃度計(jì)及吸入管。從熱交換器下部放出的熱量被關(guān)閉在護(hù)罩內(nèi)部，通過在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生對(duì)流，從而能高效地解凍在水位儀、濃度計(jì)及吸入管周圍凍結(jié)的液體還原劑。
文檔編號(hào)F01N3/08GK1954135SQ20058001511
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者佐藤博一, 栗田弘之, 松永英樹, 尾作靖司, 近藤俊男, 福田喜代史 申請(qǐng)人:日產(chǎn)柴油機(jī)車工業(yè)株式會(huì)社