(57)【要約】    【課題】  還元剤容器内の液体還元剤の残量を検出する水位計の検出精度を確保しつつその着脱を容易にする。    【解決手段】  還元剤容器２４の容器本体２４Ａに対して着脱可能に締結される天蓋３６に、水位計３８の基部３８Ａを着脱可能に締結すると共に、エンジン冷却水を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器４４を取り付ける一方、水位計３８の基部３８Ａから垂下される検出部３８Ｂの先端部に、その軸方向へと延びるピンを取り付け、ピンが着脱可能に挿入される挿入孔を有するブラケット５０を、熱交換器４４の容器本体２４Ａの底面に沿って所定間隔を隔てて平行に配置される部位に取り付ける。このようにすれば、水位計３８の先端部はブラケット５０により支持されるため、振動などにより容易に揺れ動くことがなく、検出精度を確保することができる。また、水位計３８は天蓋３６と共に、又は単独で着脱することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中の窒素酸化物を還元反応により浄化する排気浄化装置で使用される液体還元剤を貯蔵する還元剤容器に、液体還元剤の残量を検出する水位計を取り付ける水位計取付構造において、
前記還元剤容器に対して着脱可能に締結される天蓋に、前記水位計の基部を着脱可能に締結すると共に、エンジンを熱源とする熱媒体を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器を取り付ける一方、前記水位計の基部から垂下される検出部の先端部に、その軸方向へと延びるピンを取り付け、該ピンが着脱可能に挿入される挿入孔を有するブラケットを、前記熱交換器の還元剤容器の底面に沿って所定間隔を隔てて配置される部位に取り付けたことを特徴とする水位計取付構造。
【請求項２】
前記ピンは、その先端部に向かうにつれて縮径するテーパ形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の水位計取付構造。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記熱媒体の入口及び出口に夫々接続される略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水位計取付構造。
【請求項４】
前記管材の先端屈曲部は、前記天蓋に固定されたブラケットにより支持されたことを特徴とする請求項３記載の水位計取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置において、特に、液体還元剤を貯蔵する還元剤容器に水位計を取り付ける技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、エンジン排気系に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた必要量の液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと液体還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるもので、液体還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを発生する尿素水溶液が用いられる。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、液体還元剤を貯蔵する還元剤容器には、排気浄化装置としての機能を発揮可能とすべく、少なくとも、液体還元剤の濃度を検出する濃度計，エンジン冷却水を循環させて液体還元剤の凍結を防止する熱交換器，液体還元剤の残量を検出する水位計を取り付ける必要がある。濃度計及び水位計は、定期的な点検整備が必要なことから、還元剤容器に着脱可能に取り付けられた天蓋に対して、その基部が固定された片持状態で取り付けられる。また、水位計としては、横断面が円形をなす内側電極及び外側電極を同心に配設し、両電極間に介在する液体還元剤の水位変化に伴って変化する静電容量から、その水位を検出するものが用いられる。このとき、かかる水位計においては、内側電極と外側電極との間の微小間隔を略一定に保つ必要がある。
【０００４】
しかしながら、水位計を片持状態で固定すると、その先端部が振動などによって揺れ易く、内側電極と外側電極との微小間隔が不安定となり、液体還元剤の水位を正確に検出することができないおそれがあった。また、水位計の先端部を還元剤容器の底壁に固定すればこのような不具合は解消できるが、水位計のみならず濃度計及び熱交換器を着脱することができなくなり、到底採用し得る構成ではなかった。さらに、濃度計及び熱交換器とは別に、水位計のみを着脱可能とする要望もあり、この要望にも応える必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、水位計の基部を還元剤容器の天蓋に着脱可能に締結する一方、その先端部を熱交換器に固定したブラケットに着脱可能に挿入することで、水位計の検出精度を確保しつつ着脱を容易にした水位計取付構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、請求項１記載の発明では、排気中の窒素酸化物を還元反応により浄化する排気浄化装置で使用される液体還元剤を貯蔵する還元剤容器に、液体還元剤の残量を検出する水位計を取り付ける水位計取付構造において、前記還元剤容器に対して着脱可能に締結される天蓋に、前記水位計の基部を着脱可能に締結すると共に、エンジンを熱源とする熱媒体を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器を取り付ける一方、前記水位計の基部から垂下される検出部の先端部に、その軸方向へと延びるピンを取り付け、該ピンが着脱可能に挿入される挿入孔を有するブラケットを、前記熱交換器の還元剤容器の底面に沿って所定間隔を隔てて配置される部位に取り付けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記ピンは、その先端部に向かうにつれて縮径するテーパ形状に形成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記熱交換器は、前記熱媒体の入口及び出口に夫々接続される略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して構成されたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記管材の先端屈曲部は、前記天蓋に固定されたブラケットにより支持されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、還元剤容器に取り付けられた水位計を点検整備するときには、次のような２つの手順により、還元剤容器から水位計を取り外す。第１の手順としては、還元剤容器から天蓋を取り外し、熱交換器が還元剤容器に干渉しないように上方に向けて引き抜く。このとき、天蓋には、熱交換器に加えて水位計の基部が締結されているため、水位計も同時に取り外すことができる。また、第２の手順としては、天蓋から水位計を取り外し、その検出部が還元剤容器に干渉しないように上方に向けて引く抜く。このとき、水位計の先端部のピンは、水位計の上方への引き抜きに伴って、ブラケットの挿入孔から抜け出る。このため、還元剤容器から水位計のみを取り外すことができる。なお、水位計の点検整備が完了したときには、このような手順を逆に順次実行し、水位計を還元剤容器に取り付ければよい。
【０００９】
従って、水位計の点検整備を行うときに、還元剤容器を一々分解する必要がなく、その工数を大幅に低減することができる。また、水位計の先端部は、熱交換器に取り付けられたブラケットにより支持されるため、振動などによって容易に揺れ動くことがなく、液体還元剤の水位を正確に検出することができる。
請求項２記載の発明によれば、ピンは先端部に向かうにつれて縮径するテーパ形状に形成されているため、ブラケットの挿入孔に挿入することが容易であると共に、挿入孔とピンとの隙間が小さくなってがたつきを防止することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、熱交換器は熱媒体の入口及び出口に夫々接続される略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して構成されるので、還元剤容器内での全長が長くなり、液体還元剤との間で効率的に熱交換を行うことができる。
請求項４記載の発明によれば、熱交換器は、熱媒体の入口及び出口に接続されることに加え、これを構成する管材の先端屈曲部が天蓋に固定されたブラケットにより支持される。このため、熱交換器は天蓋に対して３点で支持固定されることとなり、その取付剛性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、尿素水溶液を液体還元剤として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを還元触媒反応により浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。また、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、その底部に吸込口が位置する供給配管２６を介して還元剤供給装置２８に供給される一方、還元剤供給装置２８で噴射に寄与しない余剰の尿素水溶液は、戻り配管３０を介して還元剤容器２４の上部空間内へと戻される。そして、還元剤供給装置２８は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３２により制御され、エンジン運転状態に応じた必要量の尿素水溶液を、空気と混合しつつ噴射ノズル１８に供給する。
【００１２】
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアを発生する。発生したアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、異臭を放つアンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
【００１３】
還元剤容器２４は、図２に示すように、略直方体形状をなす容器本体２４Ａの長手方向の２面幅を形成する側面上部に、尿素水溶液を補充するための補充口２４Ｂ及び搬送時に把持する取手２４Ｃが夫々形成されたものである。また、容器本体２４Ａの上面には、図示しない開口部が形成され、これを閉塞するように、締結部材としての複数のボルト３４により天蓋３６が着脱可能に締結される。
【００１４】
天蓋３６の上面には、その一端部から中央部にかけて、エンジンを熱源とする熱媒体としてのエンジン冷却水の入口３６Ａ及び出口３６Ｂと、尿素水溶液の供給口３６Ｃ及び戻り口３６Ｄと、内部の上部空間が負圧とならないように大気開放する開放口３６Ｅと、が夫々形成される。また、天蓋３６には、その中央部から他端部にかけて、尿素水溶液の残量を検出する水位計３８の基部３８Ａと、尿素水溶液の濃度を検出する濃度計４０の基部４０Ａと、が締結部材としてのボルト４２により夫々着脱可能に締結される。水位計３８は、横断面が円形をなす内側電極及び外側電極を同心に配置し、両電極間の静電容量変化から尿素水溶液の水位を検出するもので、その基部３８Ａから容器本体２４Ａの底部に向かって、内側電極及び外側電極からなる検出部３８Ｂが垂下される。一方、濃度計４０は、離間した２点間の温度伝達特性から尿素水溶液の濃度を検出するもので、容器本体２４Ａの底部に検出部４０Ｂが位置するように、その基部４０Ａから検出部４０Ｂが垂下される。
【００１５】
エンジン冷却水の入口３６Ａ及び出口３６Ｂは、容器本体２４Ａ内に配設される熱交換器４４により夫々接続される。熱交換器４４は、略Ｕ字形状の管材を、容器本体２４Ａの底部において水位計３８及び濃度計４０を取り囲むように屈曲形成させると共に、その先端屈曲部４４Ａを、天蓋３８に固定されたブラケット４６により支持させるものである。尿素水溶液の供給口３６Ｃには、容器本体２４Ａの底部から尿素水溶液を吸い込む吸込管４８が接続される。吸込管４８は、熱交換器４４と熱交換すべく、エンジン冷却水の入口３６Ａに接続される管材に沿わせるように配置される。
【００１６】
また、熱交換器４４の容器本体２４Ａの底面に沿って所定間隔を隔てつつ平行に延びる部位であって、水位計３８の検出部３８Ａに対応した部位には、図３〜図５で詳細に示すように、横断面が略ハット形状のブラケット５０が固定される。一方、水位計３８の検出部３８Ｂ先端部には、先端部に向かうにつれて縮径するテーパ形状のピン５２Ａが形成されたキャップ５２が圧入固定される。そして、ブラケット５０の上面に開設された挿入孔５０Ａに、キャップ５２のピン５２Ａが挿入することで、水位計３８の先端部が支持される。
【００１７】
さらに、熱交換器４４の下部には、還元剤容器２４内で凍結した尿素水溶液の氷片から水位計３８及び濃度計４０を保護するように、上面のみが開口する略箱型形状のプロテクタ５４が固定される。このようにすれば、尿素水溶液の氷片が還元剤容器２４内で暴れても、例えば、これが濃度計４０の検出部４０Ｂに激突することがなく、破損による故障発生などを未然に防止することができる。
【００１８】
そして、還元剤容器２４に取り付けられた水位計３８及び濃度計４０を点検整備するときには、天蓋３６を容器本体２４Ａに締結しているボルト３４を取り外し、熱交換器４４が容器本体２４Ａと干渉しないように上方に向けて引く抜く。このとき、天蓋３６には、熱交換器４４に加え、水位計３８及び濃度計４０が締結されているので、これらも同時に取り外すことができる。そして、水位計３８及び濃度計４０の点検整備が完了したならば、容器本体２４の上面に開設された開口部から熱交換器４４を挿入し、その上面に天蓋３６をボルト３４により締結する。
【００１９】
一方、還元剤容器２４に取り付けられた水位計３８のみを点検整備するときには、その基部３８Ａを天蓋３６に締結しているボルト４２を取り外し、検出部３８Ｂが容器本体２４Ａと干渉しないように上方に向けて引く抜く。このとき、検出部３８Ｂの先端部に圧入固定されているキャップ５２のピン５２Ａは、水位計３８の上方への引き抜きに伴って、ブラケット５０の挿入孔５０Ａから抜け出す。そして、水位計３８の点検整備が完了したならば、キャップ５２のピン５２Ａをブラケット５０の挿入孔５０Ａに挿入しつつ、天蓋３８に水位計３８の基部３８Ａをボルト４２により締結する。このとき、ピン５２Ａは、その先端部に向かうにつれて縮径するテーパ形状に形成されているので、挿入孔５０Ａへの挿入が容易であると共に、挿入孔５０Ａとの間の隙間が小さくなってがたつきを防止することができる。
【００２０】
このような点検整備を行うとき、天蓋３６及びこれと一体化されている水位計３８などは、容器本体２４Ａの内壁に固定されていないため、還元剤容器２４を分解する必要がなく、その工数を大幅に削減することができる。また、水位計３８の検出部３８Ａ先端部は、熱交換器４４に固定されたブラケット５０により支持されるため、振動などにより容易に揺れ動くことがなく、内側電極と外側電極との間の微小間隔を略一定に保てることから、尿素水溶液の水位を正確に検出することができる。
【００２１】
また、熱交換器４４を構成する管材の先端屈曲部４４Ａは、天蓋３６に固定されたブラケット４６により支持されるため、天蓋３６に対して熱交換器４４は３点で支持固定されることとなり、その取付剛性を高めることができる。さらに、水位計３８の先端部を支持するブラケット５０は、熱交換器４４の容器本体２４Ａの底面に沿って所定間隔を隔てつつ平行に延びる部位に取り付けられるため、熱交換器４４を構成する管材の中間部が天蓋３６により支持されることとなり、その剛性を一層高めることができる。そして、このような作用の相乗効果により、天蓋３６に対する熱交換器４４，水位計３８及び濃度計４０の取付剛性がさらに高まり、例えば、耐振動性を大幅に向上させることができる。
【００２２】
なお、本発明は、尿素水溶液を液体還元剤として使用する排気浄化装置に限らず、炭化水素を主成分とするガソリン，軽油，アルコールなどを液体還元剤として使用するものにも適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の適用対象である排気浄化装置の全体構成図
【図２】還元剤容器及びその内部配置を示す斜視図
【図３】水位計の先端支持構造を示す斜視図
【図４】水位計の先端支持構造を示す側面図
【図５】水位計の先端支持構造を示す正面図
【符号の説明】
【００２４】
１８    噴射ノズル
２０    ＮＯｘ還元触媒
２４    還元剤容器
２４Ａ  容器本体
２６    供給配管
２８    還元剤供給装置
３０    戻り配管
３２    コントロールユニット
３４    ボルト
３６    天蓋
３６Ａ  入口
３６Ｂ  出口
３８    水位計
３８Ａ  基部
３８Ｂ  検出部
４２    ボルト
４４    熱交換器
４４Ａ  先端屈曲部
４６    ブラケット
５０    ブラケット
５０Ａ  挿入孔
５２    キャップ
５２Ａ  ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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