专利名称：还原剂容器的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在对排气中氮氧化物(NOx)进行还原净化的排气净化装置中使用的、用于储存液体还原剂的还原剂容器的结构，特别涉及一种易于检修浓度计和水位计的技术，该浓度计和水位计分别用于检测液体还原剂的浓度和残留量。
背景技术：
作为除去发动机排气中所含有的氮氧化物(NOx)的催化剂净化系统，提出有日本特开2000-27627号公报中公开的排气净化装置。这种排气净化装置通过将相应于发动机运转状态的必要量的液体还原剂喷射供给到还原催化剂的排气上游，从而使排气中的NOx与液体还原剂发生催化还原反应，而将NOx净化处理为无害成分，上述还原催化剂配设在发动机排气管上。在此，由于还原反应使用与NOx反应性良好的氨，因此将由排气热及排气中的水蒸气进行水解而产生氨的尿素水溶液用作液体还原剂。
发明内容
但是，储存液体还原剂的还原剂容器为了能发挥作为排气净化装置的功能，至少需要分别安装浓度计、水位计及换热器，并且需要分别形成液体还原剂的供给口和返回口。该浓度计和水位计分别用于检测液体还原剂的浓度和残留量，该换热器用于使发动机冷却水循环而防止液体还原剂的冻结。此时，由于需要定期对浓度计和水位计进行检修，就需要它们可相对于还原剂容器进行装卸。
但是，即使浓度计和水位计可相对于还原剂容器进行装卸，如果装卸浓度计和水位计花费的时间长，则检修的时间就长，担心用于维持排气净化装置的功能的成本会上升。另外，为了避免检修所需的成本上升，就可能会使检修时间长，在排气净化装置的功能还不健全的状态使发动机工作。
因此，本发明是根据上述以往的问题点而提出的，其目的在于提供一种还原剂容器的结构，其通过使浓度计和水位计可容易地相对于还原剂容器装卸，从而减轻检修所需的劳力。
为此，在本发明的还原剂容器的结构中，其特征在于，为了闭塞开设于容器主体的上表面的开口部，在以相对于容器主体可装卸的方式紧固于该容器主体上的顶盖上分别安装有水位计的基部、浓度计的基部、以及换热器；上述水位计用于检测液体还原剂的残留量；上述浓度计用于检测液体还原剂的浓度；上述换热器包围从上述水位计和浓度计的基部垂下的检测部并且使以发动机为热源的热介质循环，而该热介质与液体还原剂之间进行热交换；在上述顶盖上分别形成有液体还原剂的供给口和返回口；使水位计、浓度计、换热器、以及液体还原剂的供给口、返回口相对于上述顶盖一体化。
因此，如果由导热性好的金属板构成顶盖，则容易使热量从热介质的入口传递到顶盖，从而使顶盖在短时间内均匀地升温，对液体还原剂的供给口和返回口的周围加热。因此，可以防止存在于液体还原剂的供给口和返回口周围的液体还原剂冻结。
采用本发明的还原剂容器的结构，在对安装在还原剂容器中的水位计和浓度计进行检修时，卸下闭塞开设在上述容器主体的上表面的开口部的顶盖，从而不与容器主体干涉地朝上方拔出换热器。此时，由于在顶盖上除换热器之外，还分别安装有水位计和浓度计的基部，因此可以将它们同时卸下。然后，如果水位计和浓度计的检修完毕，则将换热器从开设于容器主体的上表面的开口部插入，将顶盖紧固在容器主体的上表面。因而，由于相对于顶盖一体化的水位计、浓度计、换热器以及液体还原剂的供给口、返回口未被固定在容器主体的内壁上，因此在检修水位计和浓度计时，不必拆开还原剂容器，可以大幅减少检修工时。
图1是本发明的应用对象即排气净化装置的整体结构图。
图2是表示还原剂容器及其内部结构的立体图。
图3是表示通气软管的连接状态的俯视图。
图4是表示通气软管的连接状态的主视图。
图5是表示水位计的前端支承结构的立体图。
图6是表示水位计的前端支承结构的侧视图。
图7是表示水位计的前端支承结构的主视图。
附图标记的说明10发动机24还原剂容器24A容器主体34螺栓36顶盖36A发动机冷却水的入口36B发动机冷却水的出口36C尿素水溶液的供给口36D尿素水溶液的返回口38通气软管38A前端部38B基端部40水位计
40A基部40B检测部42浓度计42A基部42B检测部46换热器46A前端弯曲部48托架54托架54A插入孔56盖56A销具体实施方式
下面，参照附图详述本发明。
图1表示将尿素水溶液用作液体还原剂，由催化还原反应来净化发动机排气中所含的NOx的排气净化装置的整体结构图。
在与发动机10的排气岐管12连接的排气管14上沿排气流动方向分别配设有氧化催化剂16、喷嘴18、NOx还原催化剂20和氨氧化催化剂22。上述氧化催化剂16使一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)；上述喷嘴18喷射供给尿素水溶液；上述NOx还原催化剂20由将尿素水溶液水解而得的氨对NOx进行还原净化；上述氨氧化催化剂22使经过了NOx还原催化剂20的氨氧化。另外，储存在还原剂容器24中的尿素水溶液通过吸入口位于其底部的供给配管26被供给到还原剂供给装置28中；另一方面，在还原剂供给装置28中无助于喷射的剩余的尿素水溶液通过返回配管30返回到还原剂容器24的上部空间内。而且，还原剂供给装置28被内置有计算机的控制单元32控制，将对应于发动机运转状态的必要量的尿素水溶液与空气混合并供给到喷嘴18。
在这种排气净化装置中，从喷嘴18喷射供给来的尿素水溶液被排气热和排气中的水蒸气水解而产生氨。产生出的氨在NOx还原催化剂20中与排气中的NOx反应，被净化成水及无害气体，这是公知的。此时，为了提高由NOx还原催化剂20进行的NOx净化率，氧化催化剂16使NO氧化成NO2，排气中的NO和NO2的比例被改善为适于催化还原反应。另外，由于已经过了NOx还原剂20的氨被配设在排气下游的氨氧化催化剂22氧化，所以可防止发出异臭的氨被直接排放到大气中。
如图2所示，还原剂容器24在呈大致长方体状的容器主体24A的长度方向的相反侧面的上部分别形成有用于补充尿素水溶液的补充口24B和在搬运时把持的把手24C。另外，在容器主体24A的上表面开设有未图示的开口部，顶盖36借助多个作为紧固件的螺栓34被可装卸地紧固在容器主体24A的上表面以闭塞该开口部。在此，最好是顶盖36由导热性好的金属板构成。
在顶盖36的上表面从其长度方向的一端部到中央部分别形成有作为以发动机为热源的热介质的发动机冷却水的入口36A、出口36B，尿素水溶液的供给口36C、返回口36D，将内部的上部空间朝大气开放的开放口36E。在此，开放口36E具有朝上方延伸的部位且形成为管状，如图3及图4所示，在处于液面高度上限的液位近旁，在该开放口36E上连接通气软管38的基端部38B，该通气软管38的前端部38A以大致朝铅直下方的状态被配设。另外，在顶盖36上从其长度方向的中央部到另一端部由作为紧固构件的螺栓44可装卸地分别固定有用于检测尿素水溶液的残留量的水位计40的基部40A、和用于检测尿素水溶液的浓度的浓度计42的基部42A。水位计40将横截面呈圆形的内侧电极和外侧电极同心配置，根据两电极间的静电容量变化检测尿素水溶液的水位，因此由内侧电极和外侧电极构成的检测部40B从该水位计的基部40A朝容器主体24A的底部垂下。另一方面，由于浓度计42是根据相分离的两点间的温度传递特性检测尿素水溶液的浓度，因此检测部42B从该浓度计的基部42A垂下，使得检测部42B位于容器主体24A的底部。
发动机冷却水的入口36A和出口36B通过配设在容器主体24A内的换热器46相互连接。换热器46是在容器主体24A的底部使大致U字状的管材弯曲而形成的，该换热器46包围水位计40和浓度计42，使该换热器46的前端弯曲部46A由固定在顶盖36上的金属制的托架48支承。这样，如果弯曲形成大致U字状的管材而构成换热器46，则在还原剂容器内的换热器46的全长变长，可以在其与液体还原剂之间高效率地进行热交换。另外，在尿素水溶液的供给口36C上连接有从容器主体24A的底部吸入尿素水溶液的吸入管50。该吸入管50为了在其与换热器46之间进行热交换，而沿着与发动机冷却水的入口36A连接的管材地配置。
而且，在换热器46的下部固定有仅上面开口的大致箱形的保护装置52，以保护水位计40和浓度计42免被在还原剂容器24内冻结了的尿素水溶液的冰片损伤。这样，即使尿素水溶液的冰片在还原剂容器24内乱动，仍可例如使该尿素水溶液的冰片不会激烈撞击浓度计42的检测部42B，防止产生由破损引起的故障等于未然。
然后，在对安装在还原剂容器24内的水位计40和浓度计42进行检修时，卸下将顶盖36固定在容器主体24A上的螺栓34，使换热器46不与容器主体24A干涉地朝上方将其拔出。此时，由于换热器46、水位计40、浓度计42等与顶盖36是一体，因此可以同时卸下它们。然后，如果对水位计40和浓度计42的检修完毕，则从开设在容器主体24A的上表面的开口部插入换热器46，再用螺栓34将顶盖36紧固在该容器主体24A的上表面。在进行这样的检修时，由于顶盖36及与其一体的水位计40和浓度计42等未被固定在容器主体24A的内壁上，因此不必分解还原剂容器24，从而可以大幅地减少检修工时。
另一方面，由于构成换热器46的管材的前端弯曲部46A被固定于顶盖36上的托架48支承，因此换热器46在3个点被支承固定在顶盖36上。从而可以提高其安装刚性。另外，换热器46的热量通过金属制的托架48从其前端弯曲部46A传递到顶盖36上。因此，顶盖36除了由于来自发动机冷却水的入口36A的热量而升温外，还由于通过托架48传递来的热量而升温，从而对尿素水溶液的供给口36C、返回口36D的周围进行加热。因而，即使与它们连接的配管被暴露在外部的空气中，仍可高效率地防止其内部的尿素水溶液冻结。
另外，通气软管38的基端部38B与形成于顶盖36的开放口36E连接，该通气软管38的前端部38A被配设成朝向大致铅直下方的状态，因此还原剂容器24内部的上部空间通过开放口36E和通气软管38向大气开放。因此，通过环境温度的上升等，还原剂容器24的上部空间的气体膨胀而排到大气中，因此可以抑制容器内的压力的上升。在此，上部空间的气体包括因尿素水溶液温度的上升而产生出的微量的氨。但是，由于开放口36E具有朝上方延伸的部位，并且通气软管38的前端部38A朝向大致铅直的下方，因此比重小于空气比重的氨积存在通气软管38的铅直上部内，从而抑制向大气中排放氨。而且，由于开放口36E与顶盖36一体形成，因此即使尿素被析出到其开口，仍可在检修水位计40和浓度计42时容易地除去该尿素。
在将还原剂容器24搭载在移动车辆上时，最好是将开放口36E形成在对应于容器主体24A的横截面的大致中央的位置。即，在移动车辆行使时，由于沿多个方向对还原剂容器24作用加速度，尿素水溶液以容器主体24A的大致中央为中心地摇动。如果将开放口36E形成在与容器主体24A的横截面的大致中央相对应的位置，则即使尿素水溶液摇动，该尿素水溶液仍难以到达开放口36E的开口，可以防止尿素水溶液通过软管38被直接排出。
但是，在水位计40中，根据其检测原理，有必要将内侧电极与外侧电极之间的微小间隔保持为大致恒定。但是，由于水位计40以悬臂状态固定在顶盖36上，因此水位计40的前端部因振动等而容易摇晃，内侧电极与外侧电极之间的微小间隔变得不稳定，有时不能准确地检测尿素水溶液的水位。
因此，可以采用如下的水位计40的前端支撑结构。即，如图5～图7所详示，横截面形状与有缘帽子沿中心轴线的截面大致相同形状的托架54被固定在对应于水位计40的检测部40B的部位，该部位是换热器46的沿着容器主体24A的底面并隔开规定间隔平行地延伸的部位。另一方面，在水位计40的检测部40B的前端部压入固定有盖56，该盖56形成有朝前端部逐渐缩径的圆锥状的销56A。而且，通过将盖56的销56A插入到开设于托架54的上表面的插入孔54A内，从而支承水位计40的前端部。
这样，水位计40的前端部被固定在换热器46上的托架54支承，因此不会因振动等而容易产生摇动，可以将内侧电极与外侧电极之间的微小间隔保持为大致恒定。因此，可以准确地检测尿素水溶液的水位。另外，由于支承水位计40的前端部的托架54被安装在换热器46的沿容器主体24A的底面隔开规定间隔平行地延伸的部位，因此构成换热器46的管材的中间部借助水位计40由顶盖36支承，从而可以进一步提高该换热器46的安装刚性。而且，通过与由托架48产生的提高安装刚性的作用相加的效果，可以进一步提高换热器46、水位计40及浓度计42相对于顶盖36的安装刚性，例如可以大幅提高抗振动性能。
另外，在仅检修安装于还原剂容器24的水位计40时，卸下将水位计40的基部40A紧固在顶盖36上的螺栓44，使检测部40B不与容器主体24A干涉地朝上方拔出水位计40。此时，被压入固定在检测部40B的前端部盖56的销56A随着向上方拔出水位计40，而从托架54的插入孔54A中拔出。然后，如果对水位计40的检修完毕，则一边将盖56的销56A插入到托架54的插入孔54A中，一边由螺栓44将水位计40的基部40A紧固在顶盖36上。此时，由于销56形成为朝其前端部逐渐缩径的圆锥状，因此容易向插入孔54A插入，并且因其与插入孔54A间的间隙减小而可以防止晃动。
另外，本发明不限于将尿素水溶液用作液体还原剂的排气净化装置，当然也适用于将以碳化氢为主要成分的汽油、轻油、乙醇等用作液体还原剂的排气净化装置。
权利要求
1.一种还原剂容器的结构，该还原剂容器的结构在对排气中的氮氧化物进行还原净化的排气净化装置中使用，并用于储存液体还原剂，其特征在于，为了闭塞开设于容器主体的上表面的开口部而在可装卸地紧固于该容器主体的顶盖上分别安装有水位计的基部、浓度计的基部、以及换热器；上述水位计用于检测液体还原剂的残留量；上述浓度计用于检测液体还原剂的浓度；上述换热器包围从上述水位计和浓度计的基部垂下的检测部并且使以发动机为热源的热介质循环，而在该热介质与液体还原剂之间进行热交换；在上述顶盖上分别形成有液体还原剂的供给口和返回口；使水位计、浓度计、换热器、以及液体还原剂的供给口、返回口相对于上述顶盖一体化。
2.根据权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，上述顶盖由导热性好的金属板构成。
3.根据权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，上述换热器是弯曲形成大致U字形的管材而构成的，该管材将上述热介质的入口和出口相互连接。
4.根据权利要求3所述的还原剂容器的结构，其特征在于，上述管材的前端弯曲部由固定于上述顶盖的金属制的托架支承。
5.根据权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，在上述顶盖上形成有管状的开放口，该管状的开放口具有向上方延伸的部位；在该开放口连接以前端部朝大致铅直下方的状态配设的通气软管的基端部。
6.根据权利要求5所述的还原剂容器的结构，其特征在于，上述开放口形成在与上述容器主体的横截面的大致中央相对应的位置。
7.根据权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，将上述水位计的基部可装卸地紧固在上述顶盖上，在上述水位计的前端部安装有沿该水位计的轴线方向延伸的销；在上述换热器的沿容器主体的底面延伸的部位安装有托架，该托架具有供上述销可装卸地插入的插入孔。
8.根据权利要求7所述的还原剂容器的结构，其特征在于，上述销形成为朝其前端部逐渐缩径的圆锥状。
全文摘要
为了闭塞开设于容器主体的上表面的开口部，在可装卸地紧固于该容器主体的顶盖上分别安装有水位计的基部、浓度计的基部、以及换热器；上述水位计用于检测液体还原剂的残留量；上述浓度计用于检测液体还原剂的浓度；上述换热器包围从上述水位计和浓度计的基部垂下的检测部并且使发动机冷却水循环而使该冷却水与液体还原剂之间进行热交换。在该顶盖上分别形成有液体还原剂的供给口和返回口。而且，使水位计、浓度计、换热器、以及液体还原剂的供给口、返回口相对于上述顶盖一体化，从而与顶盖一起同时卸下水位计和浓度计。
文档编号F01N3/24GK1938569SQ200580010499
公开日2007年3月28日 申请日期2005年3月8日 优先权日2004年3月29日
发明者尾作靖司, 近藤俊男, 福田喜代史 申请人:日产柴油机车工业株式会社