JP6658477B2 - 添加剤容器 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン排気浄化用の添加剤を貯留する添加剤容器に関する。
従来、排ガス成分を還元して浄化する排気浄化システムを備えた車両において、浄化対象物質に対する還元作用を持った添加剤のタンク(添加剤容器)を搭載したものが知られている。浄化対象物質が窒素酸化物(NOx)である場合、タンクの内部には尿素水溶液やアンモニア水溶液といった添加剤が貯留されている。また、タンクの配設位置は、例えば車両のフロア下に設定することが提案されている。このようなレイアウトにより、車室内のスペースが確保されるとともに、添加剤の漏洩による車室居住性の低下が防止される。
ところで、トラックやバスといったフレーム車両の多くは、車体の骨格部材であるラダーフレームに対してタンクが固定されるレイアウトを採用している。このようなタンクは、車両外部からのアクセスが比較的容易であることから、タンク自体に補給口が設けられる(特許文献1参照)。したがって、ユーザはタンクにどの程度の添加剤が貯留されているかを目視で確認しながら、添加剤の補給作業を行うことができる。
特開2010-156284号公報
一方、フレーム車両以外の車両(例えば、モノコック車両やセミモノコック車両など)においては、必ずしも車両外部からのアクセスが容易な位置にタンクを配置することができない。そこで、車両側面や車室内に補給口(インレット)を設け、補給口とタンクとを補給用筒管で連通接続する構造を採用することが考えられる。このとき、ユーザはタンク内の貯留量を目視で確認できないため、添加剤の上限液面を規定するレベリング管(レベリングパイプ)を取り付けることも考えられる。
レベリング管とは、添加剤の補充作業時におけるタンクの通気路をなす管材である。レベリング管の下端位置は、タンクの上面よりもやや下方に設定される。また、レベリング管の上端位置は、少なくとも補充作業時に大気開放される位置に接続され、例えば添加剤の補給口近傍に設定される。このような構造により、レベリング管の下端が液没するまで添加剤が補充されると、タンク内の空気の逃げ道が塞がれた状態となる。そのため、添加剤がさらに補充された場合には、タンク内の液面高さが保持されたまま、レベリング管内の水面と補給用筒管内の水面とが徐々に上昇する。これにより、タンク内にある程度の空間を保ちつつ、補給口の近傍まで液面を上昇させることができる。したがって、ユーザは添加剤の貯留量が上限に達したことを、補給用筒管の内部液面で目視確認することができる。
しかしながら、レベリングバルブをタンクの壁面に取り付けた場合、添加剤の補充時における車体傾斜によってはレベリングバルブが早期に液没し、添加剤の貯留量が不十分となる場合がある。また、タンクの壁面や上面からタンク中央部まで通気路を延ばし、その先端にレベリングバルブを取り付けた場合には、タンクの構造が複雑化するとともに、タンクの保護性が低下しうる。なお、通気路の強度,剛性を高めることは可能であるものの、タンクの製造コストが高騰する。
本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成で保護性の高い添加剤容器を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
(1)ここで開示する添加剤容器は、エンジンの排気を浄化する添加剤を貯留し、車両に搭載される添加剤容器である。この添加剤容器は、上面に凹設された第一凹部と、前記第一凹部の内側に取り付けられ、内部圧力を大気圧近傍に維持するベント弁とを備える。また、前記第一凹部よりも下方まで凹設され、前記第一凹部に隣接配置された第二凹部と、前記第二凹部の内側に接続され、前記添加剤を補充する際に大気開放されて上限液面を規定するレベリング管とを備える。
なお、前記添加剤容器の上部には、少なくとも上段,中段,下段を含む三段階以上の段差が存在することが好ましい。前記上段は前記第一凹部が凹設された前記上面に相当し、前記中段は前記第一凹部の底面であることが好ましい。また、前記下段は前記第二凹部の底面であることが好ましい。この場合、前記ベント弁は前記中段に取り付けられ、前記レベリング管は前記下段に接続されることが好ましい。
(2)前記第二凹部が、前記第一凹部と車幅方向に隣接して配置されることが好ましい。
(3)一端が前記ベント弁に接続され、他端が大気開放されるベント管と、前記上面に溝状に凹設されて前記ベント管を収納する第一収納部とを備えることが好ましい。
(4)前記上面に溝状に凹設されて前記レベリング管を収納する第二収納部を備えることが好ましい。
(5)前記第二収納部が、前記第一収納部と平行に配設されることが好ましい。
(6)前記第二凹部から外縁に向かって溝状に凹設された溝部を備えることが好ましい。
(7)前記溝部が、前記第二凹部から前記外縁に向かう下り勾配の底を有することが好ましい。
(8)前記溝部が、前記車両の前後方向に延設されることが好ましい。
(9)前記第二凹部と前記レベリング管との接続箇所に設けられ、補充された添加剤の液面上昇に伴い前記レベリング管を閉塞するレベリング弁を備えることが好ましい。
簡素な構成で、車体が傾斜した状態であってもベント弁が機能しうる上限液面をレベリング弁で設定することができ、補充される添加剤の容量を確保することができるとともに、添加剤容器の保護性を向上させることができる。
実施形態の添加剤容器(タンク)が適用された車両の下面図である。 添加剤容器の構造を模式的に示す図である。 添加剤容器の斜視図(見下ろし方向)である。 (A)〜(C)は添加剤容器の断面図、(D)は変形例としての添加剤容器の構造を模式的に示す図である。
図面を参照して、実施形態としての添加剤容器について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
[1.構成]
本実施形態の添加剤容器10(以下、単にタンク10と呼ぶ)は、排気浄化用の尿素SCRシステム(Urea Selective Catalytic Reduction System)で使用される液状の添加剤(例えば、尿素水溶液,アンモニア水溶液など)を貯留する樹脂製の容器であり、図1に示す車両20のフロア下に配置される。尿素SCRシステムとは、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化するための排気浄化システムの一種である。本実施形態の尿素SCRシステムでは、排気通路25上に介装されたNOx選択還元触媒の上流側で尿素水溶液が噴射され、尿素の加水分解によって生成されるアンモニアを還元剤として、NOxが触媒上で窒素に還元される。この種の尿素SCRシステムは、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンを搭載した自動車や作業機械,船舶,発電施設などにおいて、広く普及している。
図1に示すように、車両20のフロアパネル23の下面側には、フレーム部材として機能する中空筒状のサイドメンバ21とクロスメンバ22とが設けられる。サイドメンバ21は、車幅方向(左右方向)に間隔を空けて配置された一対の構造部材であり、車両20の車長方向(前後方向)に延設される。また、クロスメンバ22は、左右のサイドメンバ21に接続された中空筒状の構造部材であり、車両20の車幅方向に延設される。フロアパネル23はほぼ水平方向に展開される部材である。サイドメンバ21及びクロスメンバ22は、例えばハット型断面のレール部材をフロアパネル23の下面に溶接固定することで、フロアパネル23と一体に形成される。
タンク10は、左右のサイドメンバ21とフロアパネル23とに囲まれた空間に配置され、複数のブラケットを介して車体(サイドメンバ21,クロスメンバ22,フロアパネル23など)に取り付けられる。タンク10の全体形状は、図1に示すように、車幅方向の寸法が前後方向の寸法よりも大きな横長形状とされる。なお、路面からの跳ね石によるチッピング摩耗や泥水による汚損を防止すべく、タンク10の下方にカバー部材を配置してもよい。
図2は、タンク10の構造を模式的に示す図である。タンク10の側面には、添加剤を補充するための補給用筒管13が接続される。補給用筒管13は、車両20の補給口14とタンク10とを連通接続する管である。本実施形態の補給口14は、車両20の左側面に設けられる燃料の給油口に隣接して配置される。タンク10に貯留された添加剤は、車両20に搭載されるエンジンの作動状態に応じて、適宜のタイミングで尿素水ポンプ26によって吸い上げられ、尿素水配管27を通じて尿素水インジェクタ28へと供給される。尿素水インジェクタ28は、排気通路25上に介装されるNOx選択還元触媒の上流側に配置される。
図3に示すように、タンク10の上面3には、第一凹部1,第二凹部2が凹設される。第一凹部1は、上面視でタンク10のほぼ中央部に形成される。また、第二凹部2は、第一凹部1の車幅方向左側に隣接して配置される。以下、タンク10の上面3のうち最上面をなす部位を上段31と呼ぶ。また、第一凹部1の底面を中段32と呼び、第二凹部2の底面を下段33と呼ぶ。タンク10の上面3は、少なくとも上段31,中段32,下段33を含む三段階以上の段丘状に形成される。各段31〜33の高さの順序は、高い方から順に、上段31,中段32,下段33である。本実施形態における各段31〜33の形状は、タンク10が車両20に取り付けられた状態でほぼ水平となる平面状とされる。なお、各段31〜33を曲面状に形成してもよいし、やや勾配をつけた傾斜面として形成してもよい。
第一凹部1の内側には、図4(A)に示すように、ベント弁4が取り付けられる。ベント弁4は、タンク10の内部圧力を大気圧近傍に維持するための大気開放弁(ベンチレーション用バルブ)である。ベント弁4は、タンク10の内部に貯留される添加剤や外部の水分に対する液密性を保ちつつ、タンク10の内圧と外気圧とを均衡させるように機能する。また、ベント弁4にはベント管5が接続され、その先端側はフィルタ15を介して大気開放される。タンク10に対するベント弁4の取付位置は、少なくとも第一凹部1の内側であって、上段31よりも低い位置に設定される。本実施形態のベント弁4は、第一凹部1の底面をなす中段32に取り付けられる。ベント管5の延設方向は、ベント弁4から見て補給口14が配置される方向(車両20の左方向)とされる。
第二凹部2の内側には、レベリング管7が接続される。レベリング管7は、添加剤の補充作業の際に大気開放されて、タンク10の上限液面を規定する管である。タンク10に対するレベリング管7の接続位置は、少なくとも第二凹部2の内側であって、ベント弁4よりも低い位置に設定される。本実施形態のレベリング管7は、第二凹部2の底面をなす下段33に接続される。また、レベリング管7と下段33との接続箇所において、レベリング管7は下段33の表面に対して直交する姿勢で固定される。
図4(A)に示すように、レベリング管7の下端部8は、下段33から下方に向かって延出され、ベント弁4よりも下方に位置するように設けられる。また、レベリング管7の下端部8の位置は、タンク10の内部における補給用筒管13の出口よりも高い位置に設定される。また図3に示すように、レベリング管7の上端部16は、補給用筒管13と補給口14との接続箇所の近傍に接続される。レベリング管7の延設方向は、ベント管5と同様に、レベリング管7と下段33との接続箇所から見て左方向とされる。また、図3に示すように、レベリング管7はベント管5に対してほぼ平行に配索される。
なお、添加剤が補給用筒管13からタンク10に補充されているとき、その液面がレベリング管7の下端部8に達するまでの間は、レベリング管7が通気路として機能する。一方、液面が下端部8に達すると、タンク10内の圧力の逃げ道が塞がれた状態となる。したがって、添加剤がさらに注入されたとしても、タンク10内の液面高さは保持される。このとき、レベリング管7内の水面と補給用筒管13内の水面とがともに上昇することから、ユーザは添加剤の貯留量が上限に達したことを補給用筒管13の内部液面で目視確認することができる。
図4(A)に示すように、タンク10の上段31は、第一凹部1,第二凹部2よりも高い部位となる。これにより、第一凹部1,第二凹部2の周囲においてタンク10の内部空間が拡張される。また、上面視での上段31の全体形状は、図3に示すように、タンク10の外縁に沿って第一凹部1,第二凹部2を囲繞する環形状とされる。つまり、ベント弁4を中心として、あらゆる方向(前後方向,左右方向)にタンク10の内部空間が拡張されることとなり、車体の傾斜方向にかかわらず、その車体傾斜によるベント弁4の液没が抑制される。
第二凹部2よりも後方の外縁にかけての部位には、路面から跳ね上げられた雨水や泥水が第二凹部2の内側に残留しないように、溝状に凹設された溝部9が形成される。本実施形態では、溝部9の底が少なくとも第二凹部2の底面(下段33)と同じ高さになるように、あるいは図4(B)に示すように、タンク10の外縁に向かって下り勾配となるように形成される。ただし、雨水や泥水の進入量はわずかであると考えられることから、想定される進入量に応じて勾配や溝部9の溝幅,溝深さを設定すればよい。溝部9を設けることで、第二凹部2からの排水が促進され、レベリング管7の汚損や腐食,第二凹部2の貫通箇所からの浸水などが防止される。
溝部9の延設方向は、車両20の前後方向に設定される。これにより、車両20の加減速に伴う慣性力よって、第二凹部2内の雨水や泥水が溝部9に沿って排出されやすくなる。なお、溝部9の形状は、凹設形状の代わりにトンネル形状としてもよい。また、溝部9だけでなく第二凹部2の底面(下段33)にも勾配をつけることで、排水性をさらに向上させてもよい。この場合、下段33の勾配は、溝部9に向かう下り勾配にすることが好ましい。つまり、下段33のうち、最も低い位置から溝部9を延設することが好ましい。また、第一凹部1の底面(中段32)に勾配をつけることで、排水性を向上させてもよい。この場合、中段32の勾配は、第二凹部2に向かう傾斜勾配とすることが好ましい。つまり、中段32のうち、最も低い位置に第二凹部2を凹設することが好ましい。
上段31のうちベント弁4の左側(第二凹部2よりも左側)には、ベント管5の周面を取り囲むように溝状に凹設された第一収納部11が設けられる。第一収納部11の内側の形状は、図4(C)に示すように、ベント管5の周面をなす円筒面のうち下半分の半筒面に対して面接触する形状に形成される。また、第一収納部11は、ベント管5の延在方向(前後方向)に沿って延設され、ベント管5をその長手方向に沿って収納,支持するように機能する。これにより、ベント管5の取り付け状態が安定化するほか、車体振動による繰り返し荷重がベント弁4とベント管5との接続箇所に作用しにくくなり、ベント弁4及びベント管5の部品保護性が向上する。
同様に、第二凹部2の左側には、レベリング管7の周面を取り囲むように溝状に凹設された第二収納部12が設けられる。第二収納部12の内側の形状は、図4(C)に示すように、レベリング管7の周面をなす円筒面のうち下半分の半筒面に対して面接触する形状に形成される。また、第二収納部12は、レベリング管7の延在方向に沿って延設され、レベリング管7をその長手方向に沿って収納,支持するように機能する。これにより、レベリング管7の取り付け状態が安定化するほか、車体振動による繰り返し荷重がレベリング管7に作用しにくくなり、レベリング管7の部品保護性が向上する。なお、上記の溝部9と同様に、第二凹部2からの排水機能を第二収納部12に負担させてもよい。この場合、第二収納部12の底を下段33と同じ高さとし、あるいは下段33から外縁に向かう下り勾配とすればよい。
レベリング管7及び補給用筒管13の配索位置は、車両20のサイドメンバ21の下端よりも下方に設定される。また、これらのレベリング管7,補給用筒管13の配索形状は、レベリング管7と第二凹部2との接続箇所から上端部16に向かって水平又は上昇する勾配とされる。本実施形態では、レベリング管7が左側に向かってほぼ水平に延設され、サイドメンバ21の下をくぐった後に上方に向かって延設される。つまり、レベリング管7は、上端部16からタンク10に至るすべての経路で、上り勾配にならない配索形状とされる。補給用筒管13についても同様であり、補給口14からタンク10に至るすべての経路で、上り勾配にならない配索形状とされる。これにより、例えば残留添加剤によるレベリング管7及び補給用筒管13の劣化が防止される。
上記の構造から、レベリング管7及び補給用筒管13の内部における添加剤の残留(液だまり)が確実に防止される。また、サイドメンバ21を避けるために、これらのレベリング管7,補給用筒管13を上下方向に移動させる必要がなく、レイアウトの自由度が向上する。さらに、上下方向についてのレベリング管7,補給用筒管13の屈曲部分が減少することから、レベリング管7,補給用筒管13の管壁における応力分布が過度に集中するような箇所が減少し、レベリング管7,補給用筒管13の保護性が向上する。
[2.作用,効果]
[1]第一凹部1の内側にベント弁4を取り付けることで、車体傾斜の大小に関わらず、ベント弁4を添加剤に液没しにくくすることができる。また、第一凹部1よりも下方まで凹設された第二凹部2の内側にレベリング管7を接続することで、車体傾斜の大小に関わらず、ベント弁4が機能しうる上限液面を設定することができ、添加剤の容量を確保することができる。加えて、タンク10の上面3が第一凹部1の周囲で隆起した形状となることから、タンク10の内部容量を増大させることができ、車体傾斜によるベント弁4の液没を抑制することができる。さらに、第二凹部2のへこみの深さを大きくすれば、タンク10の内部におけるレベリング管7の管長を短くすることができる。したがって、レベリング管7の振動や破損を防止することができ、タンク10の保護性を向上させることができる。
[2]第一凹部1と第二凹部2とを車幅方向に隣接させることで、横長形状のタンク10の上面3に無理なく第一凹部1,第二凹部2をレイアウトすることができ、設計自由度を高めることができる。また、第一凹部1と第二凹部2とを車幅方向に隣接配置することで、これらを前後方向に隣接配置した場合と比較して、上面視における第一凹部1,第二凹部2の外縁からタンク10の外縁までの距離を大きくすることができる。このことから、タンク10の剛性を確保しやすくすることができ、タンク10の保護性を向上させることができる。
[3]図4(C)に示すように、ベント管5を第一収納部11で支持する構造を採用することで、ベント管5の取り付け状態を安定させることができ、ベント管5の保護性を向上させることができる。また、ベント弁4,ベント管5のそれぞれがタンク10に対して固定,支持されるため、ベント弁4とベント管5との接続箇所に作用しうる負荷を軽減することができる。したがって、ベント弁4及びベント管5の部品保護性を向上させることができる。
[4]図4(C)に示すように、レベリング管7を第二収納部12で支持する構造を採用することで、レベリング管7の取り付け状態を安定させることができ、レベリング管7の保護性を向上させることができる。また、レベリング管7が第二凹部2との接続箇所だけでなく、第二収納部12でも固定,支持されることになる(少なくとも二箇所で固定,支持される)ため、レベリング管7をしっかりと固定することができ、レベリング管7の部品保護性を向上させることができる。
[5]第一収納部11,第二収納部12を平行に配設することで、ベント管5,レベリング管7の配管スペースを一箇所にまとめることができ、スペース効率(車両20のフロア下の空間利用効率)を高めることができる。また、ベント管5,レベリング管7がコンパクトなスペースに配索されることから、被覆面積の小さなカバー部材でベント管5,レベリング管7の保護性を高めることができる。
[6]第二凹部2からタンク10の外縁に向かう溝部9を設けることで、泥はね水を第二凹部2の内部にたまりにくくすることができる。これにより、泥はね水によるレベリング管7の汚損や腐食を防止することができ、レベリング管7の保護性を高めることができる。
[7]また、溝部9の底を第二凹部2の底と同じ高さになるように形成し、あるいは、第二凹部2から外縁に向かう下り勾配に形成すれば、第二凹部2からの排水性を向上させることができ、レベリング管7の保護性を向上させることができる。
[8]さらに、溝部9の延在方向を車両20の前後方向にすることで、車両20の加減速によって生じる慣性力を利用して、第二凹部2からの排水性をさらに向上させることができ、レベリング管7の保護性をさらに向上させることができる。
[3.変形例]
上述の実施形態では、タンク10の第二凹部2にレベリング管7を直接的に接続した構造を例示したが、レベリング弁6を介してレベリング管7を接続してもよい。つまり、図4(D)に示すように、第二凹部2にレベリング弁6を取り付けるとともに、レベリング弁6に対してレベリング管7を接続した構造とすることも考えられる。この場合においても、少なくとも上述の実施形態と同様の作用,効果を奏するものとなる。また、添加剤の補充時に、レベリング管7の内部に添加剤が進入することを防止できることから、残留添加剤によるレベリング管7の変形や腐食を防止することができる。したがって、レベリング管7の保護性を向上させることができる。
なお、レベリング弁6とは、添加剤の補充作業中に液面が所定の高さに達した場合に、タンク10のレベリング管7(通気路)を閉塞する弁体であり、補充される添加剤の上限液面を規定する機能を持つ。レベリング弁6の内部には、例えば添加剤の液面に浮上しうる比重の小さいフロート部材が内蔵され、液面が上昇したときにレベリング管7を閉塞するように封入される。添加剤の補充中にレベリング弁6が液没するまでタンク10の内部液面が上昇すると、レベリング管7が閉塞され、タンク10内にそれ以上の添加剤が流入しなくなる。これにより、添加剤がさらに補充された場合には、補給口14の近傍まで液面を上昇させることができ、ユーザは添加剤の貯留量が上限に達したことを補給用筒管13の内部液面で目視確認することができる。
また、上述の実施形態では、尿素SCRシステムのタンク10について詳述したが、タンク10に貯留される添加剤の種類は尿素水に限定されない。NOx選択還元触媒を利用した排気浄化システムにおいては、尿素の代わりにアンモニアを使用することがある。したがって、アンモニア水溶液を貯留する添加剤容器として、上記のタンク10を用いることができる。また、DPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルター)を利用した排気浄化システムにおいては、PM(パティキュレート・マター)の燃焼を促進するために、排気管内に炭化水素(HC,未燃燃料)を噴射することがある。この場合、燃料を貯留する添加剤容器として、上記のタンク10を用いることもできる。
1 第一凹部
2 第二凹部
3 上面
4 ベント弁
5 ベント管
6 レベリング弁
7 レベリング管
8 下端部
9 溝部
10 タンク(添加剤容器)
11 第一収納部
12 第二収納部
13 補給用筒管
14 補給口
15 フィルタ
16 上端部
20 車両
21 サイドメンバ
22 クロスメンバ
23 フロアパネル
25 排気通路
26 尿素水ポンプ
27 尿素水配管
28 尿素水インジェクタ
31 上段
32 中段
33 下段

Claims (9)

  1. エンジンの排気を浄化する添加剤を貯留し、車両に搭載される添加剤容器において、
    上面に凹設された第一凹部と、
    前記第一凹部の内側に取り付けられ、内部圧力を大気圧近傍に維持するベント弁と、
    前記第一凹部よりも下方まで凹設され、前記第一凹部に隣接配置された第二凹部と、
    前記第二凹部の内側に接続され、前記添加剤を補充する際に大気開放されて上限液面を規定するレベリング管と
    を備えることを特徴とする、添加剤容器。
  2. 前記第二凹部が、前記第一凹部と車幅方向に隣接して配置される
    ことを特徴とする、請求項1記載の添加剤容器。
  3. 一端が前記ベント弁に接続され、他端が大気開放されるベント管と、
    前記上面に溝状に凹設されて前記ベント管を収納する第一収納部とを備える
    ことを特徴とする、請求項1又は2記載の添加剤容器。
  4. 前記上面に溝状に凹設されて前記レベリング管を収納する第二収納部を備える
    ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の添加剤容器。
  5. 前記第二収納部が、前記第一収納部と平行に配設される
    ことを特徴とする、請求項3に従属する請求項4に記載の添加剤容器。
  6. 前記第二凹部から外縁に向かって溝状に凹設された溝部を備える
    ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の添加剤容器。
  7. 前記溝部が、前記第二凹部から前記外縁に向かう下り勾配の底を有する
    ことを特徴とする、請求項6記載の添加剤容器。
  8. 前記溝部が、前記車両の前後方向に延設される
    ことを特徴とする、請求項6又は7記載の添加剤容器。
  9. 前記第二凹部と前記レベリング管との接続箇所に設けられ、補充された添加剤の液面上昇に伴い前記レベリング管を閉塞するレベリング弁を備える
    ことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の添加剤容器。
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