JP6553405B2 - アンモニア発生制御装置 - Google Patents

Description

本発明はアンモニア発生装置およびアンモニア発生制御装置に関する。

近年における内燃機関の排出ガス（排気ガス）成分に関する規制に対応するために、内燃機関の排気管経路には種々の排気ガス浄化装置が配置されている。これら排気ガス浄化装置のうち、ＮＯｘを還元浄化させるための装置として、選択還元触媒（ＳＣＲ）装置が知られている。ＳＣＲ装置は、還元剤としての尿素水を加水分解することによって生成されたアンモニアとＮＯｘ還元触媒とによってＮＯｘを還元浄化する。尿素水を加水分解するためには２００度程度の温度が必要であり、熱源として排気ガスが用いられる場合や、尿素水を加水分解するための熱源が排気通路内に配置されている場合には、排気ガス温度が低いと尿素水を加水分解できない問題がある。そこで、熱源を排気通路の外部に配置することによって、排気ガス温度が低い場合であっても還元剤を加熱するための熱が奪われることのない技術が提案されている（たとえば、特許文献１）。また、排気ガスが流れる側流を備え、尿素水を側流に供給することによって、気体のエントロピーを利用して尿素水を加水分解する技術が提案されている（特許文献２）。

特開２０１４−１５９７７６号公報 特開２０１４−５１４８２８号公報

しかしながら、従来の技術は、排気ガスの流動による熱損失を補い尿素水を加水分解できる温度環境を提供するための技術、あるいは、排気ガスの熱エネルギーを有効に活用する技術である。これに対して、近年の内燃機関は燃焼効率の向上によって、排気ガス温度が尿素水を加水分解できる温度を上回り難いという事実がある。

したがって、排気ガス温度に依存することなく、選択還元触媒装置をより低温域から機能させ、低い排気ガス温度域においてもＮＯｘを浄化することが望まれている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。

第１の態様は、内燃機関の排気通路において、尿素水供給部の後段に配置されるアンモニア発生装置を提供する。第１の態様に係るアンモニア発生装置は、排気ガスを導入するための導入部と、前記排気ガスを排出するための排出部と、前記導入部および前記排出部と連通され、それぞれが分離している第１の流路部と第２の流路部とを有する本体と、前記第１の流路部に配置されている加熱器と、前記本体における前記導入部の側に配置され、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で切り替え可能な第１の切替部と、を備える。

第１の態様係るアンモニア発生装置によれば、排気ガス温度に依存することなく、選択還元触媒装置をより低温域から機能させ、低い排気ガス温度域においてもＮＯｘを浄化することができる。

第１の態様に係るアンモニア発生装置はさらに、前記本体における前記排出部の側に配置され、前記第１の流路部または前記第２の流路部を塞ぐように切り替え可能な第２の切替部を備えても良い。この場合には、第１の流路部または第２の流路部を互いに更に分離することができる。

第１の態様係るアンモニア発生装置において、前記加熱器は、前記尿素水供給部により供給された尿素水を保持可能な保持部を有しても良い。この場合には、加熱器に尿素水を保持させることができる。

第１の態様に係るアンモニア発生装置はさらに、前記第１の流路部に対して尿素水を直接供給可能な第２の尿素水供給部を前記本体に備えても良い。この場合には、第１の流路部に対して直接尿素水を供給することができる。

第２の態様はアンモニア発生制御装置を提供する。第２の態様に係るアンモニア発生制御装置は、内燃機関の排気通路に配置され、互いに分離している第１の流路部と第２の流路部とを有する本体と、前記本体における排気ガスの導入側に配置されている尿素水を供給する尿素水供給部と、前記第１の流路部に配置されている加熱器と、前記本体の前記導入側に配置され、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で切り替え可能な切替部と、前記内燃機関の運転状態が第１の運転状態の場合に、前記排気ガスの流動経路を前記第２の流路部に切り替えるように前記切替部を制御する制御部と、を備える。

第２の態様係るアンモニア発生制御装置によれば、排気ガス温度に依存することなく、選択還元触媒装置をより低温域から機能させ、低い排気ガス温度域においてもＮＯｘを浄化することができる。

第２の態様に係るアンモニア発生制御装置において、前記第１の運転状態は、前記加熱器を作動させる運転状態であっても良く、前記尿素水を加水分解する運転状態であっても良い。この場合には、排気ガスの流れと接することなく、加熱器を作動させることができ、尿素水を加水分解することができる。

第２の態様に係るアンモニア発生制御装置において、前記第１の運転状態は、前記排気ガスの温度が所定温度よりも高い運転状態であっても良い。この場合には、加熱器を介することなく排気ガスを流動させることができる。

第２の態様に係るアンモニア発生制御装置において、前記制御部はさらに、前記尿素水供給部による尿素水の供給および加熱器の作動を制御し、前記第１の運転状態において、前記制御部は、前記排気ガスの流動経路を前記第２の流路部に切り替え、前記加熱器を作動させた後、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部に切り替えて、前記尿素水供給部により前記第１の流路部に対して尿素水を供給させても良い。この場合には、排気ガスに曝されない状態で加熱器を作動させ、作動している加熱器に尿素水を供給することができる。

第２の態様に係るアンモニア発生制御装置において、前記制御部はさらに、前記尿素水供給部による尿素水の供給および加熱器の作動を制御し、前記第１の運転状態において、前記制御部は、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部に切り替えて、前記尿素水供給部により前記第１の流路部に対して尿素水を供給させ、前記第１の流路部に対する尿素水の供給が完了した後、前記排気ガスの流動経路を前記第２の流路部に切り替え、前記加熱器を作動させても良い。この場合には、供給された尿素水を、排気ガスの流れに曝されない状態にて加熱器により加水分解することができる。

第２の態様に係るアンモニア発生制御装置は、アンモニア発生装置の制御方法、アンモニア発生装置の制御プログラムとしても実現され得る。

第１の実施形態において用いられるアンモニア発生装置を備える車両を概略的に示す説明図である。 第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の概略構成を示す外観斜視図である。 図２に示す３−３線にて切断した、第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の模式的な横断面図である。 冷間始動時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。 暖機時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。 暖機時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。 暖機時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。 通常時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。 第１の実施形態に係るアンモニア発生装置を備える車両における電装部品間における電気的な接続を概略的に示すブロック図である。 第１の実施形態におけるアンモニア発生装置の動作を制御するための処理ルーチンを示すフローチャートである。 暖機時における第２の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。 暖機時における第２の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。 第２の実施形態におけるアンモニア発生装置の動作を制御するための処理ルーチンを示すフローチャートである。 第１および第２の実施形態に係るアンモニア発生装置の変形例を示す説明図である。 アンモニア発生装置の変形例を示す説明図である

本発明に係るアンモニア発生装置を含む排気ガス浄化システムを備える車両の一態様として、ディーゼルエンジン（内燃機関）を備える車両を例にとって以下説明する。図１は第１の実施形態において用いられるアンモニア発生装置を備える車両を概略的に示す説明図である。

第１の実施形態：
車両５００は、ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」と呼ぶ。）５１０、４つの車輪５２０および排気ガス浄化システム１０を備えている。本実施例に係るアンモニア発生装置２０は、排気ガス浄化システム１０に備えられている。エンジン５１０は、軽油を燃料とし、燃料の爆発燃焼によって駆動力を出力し、また、爆発燃焼に伴いＮＯｘ（窒素酸化物）およびＰＭ（粒子状物質）を含む排気ガスを排気系統に備えられた排気ガス浄化システム１０を介して大気に排出する。エンジン５１０には、エンジン５１０を冷却する冷却液の温度を検出する第１の温度センサ１９１が備えられている。なお、第１の実施形態において用いられる図１に示す車両構成は、他の実施形態においても同様に用いられ得る。

排気ガス浄化システム１０は、排気管１１（排気管路）上に種々の排気ガス浄化装置を備えている。排気管１１は、エンジン５１０側（排気ガス流れの上流側）においてマニフォールド１１ａを介してエンジン５１０と接続され、排気ガス流れの最下流側にはマフラエンドパイプ１１ｂを備えている。浄化システムは、排気ガス流れの上流側から、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１２、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）１３、アンモニア発生装置２０、選択還元触媒（ＳＣＲ）装置１４およびアンモニアスリップ・ディーゼル酸化触媒（ＮＨ_３ＤＯＣ）１５を排気管１１上に備えている。排気管１１上におけるＤＯＣ１２の前段には燃料噴射装置１７が配置されても良い。アンモニア発生装置２０の前段には尿素水噴射装置１８が配置されている。排気ガス浄化システム１０のＤＰＦ１３の排出側には、温度センサ１９２が配置されている。温度センサ１９２は、この他にも、たとえば、アンモニア発生装置２０、ＳＣＲ装置１４に配置されていても良い。なお、本実施例における排気管上という用語は、排気管の内側、および排気管の途中（排気管の一部を構成）のいずれをも意味する。

ディーゼル酸化触媒１２は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を触媒として担持し、排気ガス中に含まれる未燃焼ガス成分である一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を酸化して、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）へと変換すると共に、排気ガス中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して、二酸化窒素（ＮＯ_２）に変換する。

ディーゼル微粒子フィルタ１３は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を多孔質セラミックスまたは金属の微細な間隙で捕集するフィルタであり、広義には排気ガス浄化装置の一態様ではあるが、本明細書においては、ＰＭの捕集に注目し、第１の微粒子捕集フィルタとして扱う。多孔質の表面には白金等の金属触媒が塗布されており、ディーゼル微粒子フィルタ１３は、ディーゼル酸化触媒１２により生成されるＮＯｘの存在下において、粒子状物質が、２５０〜３００℃の雰囲気中で触媒と化学反応を起こし、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）に変換されることによって自然再生される。ディーゼル微粒子フィルタ１３は、ディーゼル酸化触媒１２に対して燃料噴射装置１７を介して直接または排気行程を経てエンジン５１０から間接的に燃料を供給し、燃料由来の炭化水素を触媒燃焼させて排気温度を４５０℃以上として捕集された粒子状物質を酸化させる強制再生によっても再生され得る。

なお、ＤＰＦ１３としては、粒子状物質を物理的に捕集して炭化水素の触媒燃焼により粒子状物質を酸化させるタイプの他、プラズマ生成装置において低温プラズマを発生させてＯ_３を中心とする活性種を生成し、生成された活性種をＤＰＦに供給し、ＨＣ、Ｃといった粒子状物質成分を、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２に変換（酸化）するプラズマＤＰＦが用いられても良い。プラズマＤＰＦにおいては、燃料を用いることなく粒子状物質を酸化することができる一方で、物理的形状にて粒子状物質を捕集しないため、予め処理すべき粒子状物質量に応じた活性種量を生成できるようプラズマ生成装置を設計することが求められている。

選択還元触媒（ＳＣＲ）装置１４は、ゼオライト系触媒またはバナジウム系触媒を担持し、ＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ還元触媒を備える装置である。ＳＣＲ装置は、一般的に、ＳＣＲ装置の前段において供給される尿素水の熱分解、加水分解反応を経て生成されたアンモニア（ＮＨ_３）と、ＮＯｘ還元触媒とによって、排気ガス中のＮＯｘ成分を窒素（Ｎ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）に変換する。したがって、尿素水の供給を受けるＳＣＲ装置は、尿素水からアンモニアを得るために、適切な温度、たとえば、２００℃以上の温度でなければ所望のＮＯｘ還元機能を得ることができない。

アンモニア発生装置２０は、尿素水噴射装置１８の後段（排気ガスの流れの下流側）に配置され、加熱器３０を内部に備えている。アンモニア発生装置２０は、加熱器３０によって尿素水噴射装置１８から噴射された尿素水を加熱し、加水分解することによってアンモニアを発生させる（アンモニアを生成する）。生成されたアンモニアは、ＳＣＲ装置１４に供給され、ＮＯｘを還元するための還元剤として用いられる。

アンモニアスリップ・ディーゼル酸化触媒１５は、ディーゼル酸化触媒１２と同様の触媒を担持し、ＳＣＲ装置１４において反応に供しなかったアンモニアを酸化分解して、窒素またはＮＯｘを生成する。

排気ガス浄化システム１０に用いられる第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０について以下に詳述する。図２は第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の概略構成を示す外観斜視図である。図３は図２に示す３−３線にて切断した、第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の模式的な横断面図である。

アンモニア発生装置２０は、ケース２０１（本体）、第１の流路管２１、第２の流路管２２、断熱材２３、第１の流路切替弁２５、第２の流路切替弁２６および加熱器３０を備えている。ケース２０１は、ステンレス鋼、酸化防止処理が施された鋼板から形成されている。第１の流路管２１は排気ガスが流れる第１の流路部２１ａを規定し、第２の流路管２２は排気ガスが流れる第２の流路部２２ａを規定し、第１の流路管２１と第２の流路管２２とは平行に配置されている。ケース２０１は、排気ガスを内部に導入するための導入部２０ａと排気ガスを外部に排出するための排出部２０ｂとを備えている。導入部２０ａと第１の流路管２１および第２の流路管２２、排出部２０ｂと第１の流路管２１および第２の流路管２２とは連通されている。なお、第１の流路管２１および第２の流路管２２は、中空矩形形状を有しているが、円筒形状並びに他の形状を有していても良い。

導入部２０ａの前段には、アンモニア発生装置２０の内部に尿素水を噴射する尿素水噴射装置１８が配置されている。尿素水噴射装置１８は、図示しない尿素水タンクに貯留されている尿素水を導入部２０ａ（アンモニア発生装置２０）に対して供給するための装置である。尿素水噴射装置１８は、アンモニアへの変換を考慮すると尿素水を霧化状態にて供給することが望ましく、電磁式またはピエゾ式のアクチュエータによって、噴射孔を開閉することによって、高圧で供給された尿素水の噴射または噴射停止を実現する。なお、尿素水噴射装置１８は、第１の流路管２１および第２の流路管に対して尿素水を供給可能な位置に配置されていれば良く、たとえば、導入部２０ａに配置されていても良い。図１の例では、導入部２０ａよりも上流側である、アンモニア発生装置２０とＤＰＦ１３とを連結する連結部に配置されている。第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０は、尿素水の供給を受けてアンモニアを発生させる装置であるから、尿素水の供給を受けなければならないものの、尿素水噴射装置を構成として備えることなく、別体の尿素水噴射装置から供給された尿素水をアンモニアに変換しても良い。

第１の流路切替弁２５は、ケース２０１の導入部２０ａ側に、排気ガスが流れる流路管（流動経路）を第１の流路管２１と第２の流路管２２との間で切り替えるために備えられている。すなわち、第１の流路切替弁２５は、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）に排気ガスを流す場合（第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を開く場合）には、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）を塞ぎ、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）に排気ガスを流す場合（第２の流路管２２（第１の流路部２２ａ）を開く場合）には、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を塞ぐ。

第２の流路切替弁２６は、ケース２０１の排出部２０ｂ側に、排気ガスが流れない流路管（流動経路）を塞ぎ、流路管に閉鎖空間２１ｂ（図４参照）を形成するために備えられている。この閉鎖空間は、後述するように、生成されたアンモニアを一時的に貯めておく空間として機能し得る。第２の流路切替弁２６は、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）に排気ガスを流れる場合には、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）を塞ぎ、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）に排気ガスが流れる場合には、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を塞ぐ。

第１および第２の流路切替弁２５、２６としては、図示するように一端に備えられている軸を中心にして板状の弁体が揺動することによって流路を選択的に切り替える切替弁、内部に連通路を有する回転弁体が１軸を中心に回動することによって流路を選択的に切り替える切替弁、板状の弁体が直線移動することによって流路を選択的に切り替える切替弁等を用いることができる。弁体を駆動するアクチュエータとしては、ステッピングモータ等のモータ、電磁式のアクチュエータ、空気、オイルといった流体式のアクチュエータが用いられ得る。なお、後述するように、流路は、選択的、すなわち、排他的に切り替えられなくても良い場合があり、第１の流路切替弁２５としては、第１および第２の流路管２１、２２の双方に対して導入部２０ａから導入された排気ガスを導くことが、第２の流路切替弁２６としては、第１および第２の流路管２１、２２の双方に対して排出部２０ｂへ排気ガスを導くことが求められる。第１および第２の流路切替弁２５、２６は、各流路管２１、２２に対してそれぞれ備えられていても良い。この場合には、一方の流路管を塞いだ上で、他の流路管に流れる排気ガス流量を調整することができる。すなわち、各流路管における外気ガス流量をそれぞれ独立して制御することができる。

加熱器３０は、図２および図３の例では、第１の流路管２１が矩形形状を有しており、これに合わせて、矩形渦巻き形状の断面を有する形状を備えているが、他の断面形状、たとえば、円形渦巻き形状の断面を有する形状を備えていても良い。加熱器３０は、第１の流路管２１内に配置されている加熱器であっても良く、あるいは、第１の流路管２１の内壁面に一体に形成されていても良い。加熱器３０は、複数の金属製の平板または波板、あるいは金属製の平板および波板が離間して積層されることにより形成され、板材自身が通電により発熱しても良い。この場合、金属製の板材の少なくとも一部には、発熱表面積を増大させるために、また、尿素水噴射装置１８によって供給された尿素水を保持する尿素水保持部３０ａを実現するために穿孔処理あるいは凹凸処理といった処理が施されていることが望ましい。なお、図３では図示を簡略化するために、加熱器３０の一部の表面にのみ尿素水保持部３０ａを図示している。近接して積層された板状部材の間の離間空間もまた、尿素水噴射装置１８によって供給された尿素水を保持する尿素水保持部として機能することができる。尿素水保持部３０ａは、微細な穿孔、表面凹凸部における表面張力により尿素水を保持する。

加熱器３０としては、棒状形状を有し排気ガスの流動方向に沿って第１の流路管２１内に配置されている複数の加熱器が用いられても良い。棒状形状を有する場合にも、加熱器の表面（外表面）に凹凸加工が施されていることにより、尿素水保持部を実現することができる。なお、本実施形態における、加熱器３０は、周囲を絶縁材で覆われておらず、部材通電により部材自身が発熱する抵抗発熱体（発熱部材）であって、ニクロム線、銅線、タングステン線といった線状の、またはステンレス材、銅材、アルミニウム材といった板状の裸の金属材であっても良く、ケース内においてマグネシア等の粉末無機絶縁物に覆われて配置されている抵抗発熱体を備える加熱器、すなわち、一般的にヒーターと呼ばれる態様の加熱器であっても良い。用途に応じて、熱容量の小さい炭化ケイ素、カーボン等の非金属材が加熱器３０として用いられても良い。

本実施形態に係る加熱器３０は、蓄熱体としても機能し得る。たとえば、加熱器３０が、板材が積層されることによって渦巻き形状の断面を有する態様を備える場合、板材が積層されることによって矩形の立体形状を有する場合には、各金属製の板材は顕熱蓄熱部材として機能し得るため、所定の熱容量を有する蓄熱体として機能する。

さらに、加熱器３０とは別に、蓄熱体が備えられていても良い。蓄熱体が第１の流路管２１の横断面（排気ガスの流動方向と直交する断面）にわたって配置される一体形状の蓄熱体である婆には、内部に排気ガスの流動を許容する内部流路を備えていることが求められる。加熱器３０は、蓄熱体に内包されていても良く、あるいは、蓄熱体に対して直列または並列に配置されていても良い。蓄熱体は、第１の流路管２１の形状に合わせた形状を有していても良く、あるいは、他の形状を有していても良い。蓄熱体には、内部流路を備えるセラミック材、金属粉末の焼結体、メタルハニカム、エキスパンドメタル等を用いることができる。なお、内部流路は、意図的に形成された流路、たとえば直線流路であっても良く、材料の性質上形成される空隙により形成される流路、たとえば惰行流路であっても良い。また、内部流路は、尿素水保持部としても機能し得る。

第１の流路管２１および第２の流路管２２と、ケース２０１との間には断熱材２３が配置または充填されている。断熱材２３としては、たとえば、セラミック製のシート材、円筒状の硬質セラミック材、発泡性のセラミック材等が用いられる。断熱材２３を備えることによって、金属製のケース２０１への熱伝導量を抑制し、微粒子捕集装置２０の保温効率が所望のレベルに維持され得る。なお、ケース２０１は更なる断熱性向上のために、空気層を挟む２重壁構造を備えていても良い。

内燃機関の運転状態に応じた第１および第２の流路切替弁２５、２６の切り替えの態様および加熱器３０による尿素水の加水分解の態様、すなわち、第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０の動作態様について図４〜図８を参照して説明する。図４は冷間始動時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。図５は暖機時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。図６は暖機時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。図７は暖機時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。図８は通常時における第１の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。

本実施形態においては、内燃機関（エンジン）の運転状態として、冷間始動時状態、暖機時状態、および通常時状態が考慮される。冷間始動時状態とは、エンジンの冷却液温度およびオイル温度が暖機完了温度よりも低い状態でのエンジンの始動開始時の状態を意味する。暖機時状態とは、冷間始動後、エンジンの冷却液温度およびオイル温度が暖機完了温度に到達するまでのエンジンの運転状態を意味する。通常時状態とは、エンジンの冷却液温度およびオイル温度が暖機完了温度に到達した後のエンジンの運転状態であり、排気ガス温度が冷間始動時および暖機時における温度よりも高い（所定温度よりも高い）運転状態を意味する。なお、エンジンの冷却液温度およびオイル温度の暖機完了温度は、エンジンごとに適宜決定されれば良く、本実施形態の観点からは、ＳＣＲ装置１４を始めとするとする、排気ガス浄化装置が浄化作用を示し得る温度の排気ガスが排出される際のエンジンの冷却液温度およびオイル温度を暖機完了温度としても良い。

エンジンの運転状態が冷間始動時状態にある場合には、図４に示すように、第１の流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路管２２、すなわち、第２の流路部２２ａへと導くように切り替えられる。第２の流路切替弁２６は、第１の流路管２１を塞ぎ、第１の流路管２１を閉鎖空間２１ｂとするように切り替えられる。冷間始動時における排気ガス温度は低く、排気ガスが加熱器３０と接することによって、加熱器３０の温度が低下するおそれがある。そこで、冷間始動時には、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を閉鎖空間２１ｂとし、加熱器３０と排気ガスとを接触させない。

エンジンの運転状態が暖機時状態にある場合には、図５〜図７に示すように、第１および第２の流路切替弁２５、２６の作動状態、加熱器３０の作動状態、および尿素水噴射装置１８の作動状態が変移する。なお、エンジンの運転状態が第１の運転状態にあるとは、加熱器３０を作動（発熱）させる状態、尿素水を加水分解（尿素水をアンモニアに変換）する状態、排気ガス温度が所定温度よりも高い状態、の少なくともいずれか一つの状態にある場合を意味する。加熱器３０を作動させる状態および尿素水を加水分解する状態は、エンジンの暖機時に出現し、排気ガス温度が所定温度よりも高い状態は、エンジン暖機後の通常運転時に出現する。

冷間始動後、エンジンの運転状態は暖機時状態となる。エンジンの運転状態が暖機時状態になると、先ず、図５に示すように、第１の流路切替弁２５は、第２の流路管２２を塞ぎ、エンジン５１０から導入部２０ａを経て導入された排気ガスを第１の流路管２１、すなわち、第１の流路部２１ａへと導くように切り替えられる。第２の流路切替弁２６は、第２の流路管２２を塞ぎ、第１の流路管２１、すなわち、第１の流路部２１ａへと導かれる排気ガスを排出部２０ｂに導くように切り替えられる。この状態において、尿素水噴射装置１８は、予め定められた量の尿素水を噴射する。この結果、噴射された尿素水は、排気ガスと共に加熱器３０に導かれ、ドットパターンで示すように、少なくともその一部が加熱器３０の表面に付着する（加熱器３０が備える尿素水保持部３０ａに保持される）。なお、尿素水の噴射量は、たとえば、排気ガス温度、エンジン負荷によって適宜決定されれば良く、排気ガス温度が高くなるにつれて、エンジン負荷が高くなるにつれて、噴射量が増大される。

尿素水噴射装置１８による尿素水の供給が完了すると、図６に示すように、第１の流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路管２２へと導くように切り替えられる。図６に示すエンジンの運転状態は、第１の運転状態、尿素水を加水分解（尿素水をアンモニアに変換）する状態にある。なお、加熱器３０を作動させているので、加熱器３０を作動（発熱）させる状態にあると言っても良い。第２の流路切替弁２６は、第１の流路管２１を塞ぎ、加熱器３０を閉鎖空間２１ｂ内に閉じ込めるように切り替えられる。この状態において、加熱器３０はオンされ、加熱状態となり、加熱器３０に付着（保持）された尿素水はアンモニアへと変換され、アンモニアが生成される。加熱器３０により実現される温度は、尿素水を加水分解するための求められる温度、たとえば、２００度以上である。本実施形態におけるアンモニア発生装置２０は、第１の流路管２１の下流側を塞ぐ第２の流路切替弁２６を備えているので、生成されたアンモニアは閉鎖空間２１ｂ内に保持される。

加熱器３０による尿素水からアンモニアへの変換（アンモニアの生成）が終了すると、図７に示すように、第１の流路切替弁２５は、第２の流路管２２を塞ぎ、エンジン５１０から導入部２０ａを経て導入された排気ガスを第１の流路管２１へと導くように切り替えられる。第２の流路切替弁２６は、第２の流路管２２を塞ぎ、第１の流路管２１へと導かれる排気ガスを排出部２０ｂに導くように切り替えられる。この結果、第１の流路管２１に形成された閉鎖空間２１ｂ内に保持されていたアンモニアが、排気ガスと共にＳＣＲ装置１４に供給される。ＳＣＲ装置１４に供給される排気ガスは、加熱器３０によって加熱されるため、ＳＣＲ装置１４におけるＮＯｘ還元反応を促進させることができる。なお、尿素水からアンモニアへの変換の終了は、たとえば、予め定められた、供給された尿素水をアンモニアに変換するために必要な期間が経過したが否かによって判断され得る。この必要な期間は、常に一定であっても良く、あるいは、冷却液温度、排気ガス温度、外気温等によって変更される期間であっても良い。一般的に、冷却液温度、排気ガス温度、外気温等が高くなるにつれて、必要な期間を短くすることができる。なお、図７では加熱器３０に対して通電しているが、十分な量のアンモニアを供給できていれば加熱器３０に対する通電を停止しても良い。

本実施形態においては、ＳＣＲ装置１４の前段にアンモニア発生装置２０が備えられており、アンモニア発生装置２０によって生成されたアンモニアがＳＣＲ装置１４に供給されるので、ＳＣＲ装置１４には２００℃よりも低い温度域からＮＯｘ還元機能を発揮することができる。

エンジンの運転状態が暖機時運転状態を経て通常時状態になると、図８に示すように、第１の流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路管２２へと導くように切り替えられる。図８に示すエンジンの運転状態は、第１の運転状態、すなわち、排気ガス温度が所定温度よりも高い状態にある。第２の流路切替弁２６は、第１の流路管２１を塞ぐように切り替えられる。加熱器３０に対する通電は停止され、加熱器３０による加熱は終了する。尿素水噴射装置１８は、必要に応じて尿素水を噴射する。この結果、噴射された尿素水は、冷間始動後および暖機時よりも温度の高い排気ガスと共にＳＣＲ装置１４に導かれ、また、加水分解によってアンモニアへと変換される。

図９は第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０を備える車両における電装部品間における電気的な接続を概略的に示すブロック図である。車両５００は、エンジン５１０の駆動力によって駆動されるオルタネータ（発電機）４０を備えている。エンジン５１０は、クランクシャフト（図示しない）から取り出される駆動力（出力）をオルタネータ４０に提供するためのエンジン側プーリー５１１を備えている。オルタネータ４０は、エンジン５１０から提供される駆動力が入力されるオルタネータ側プーリー４０１を備えている。エンジン側プーリー５１１とオルタネータ側プーリー４０１とは、ベルト５１２によって機械的に接続されており、ベルト５１２を介して、エンジン５１０の駆動力がオルタネータ４０に伝達される。

車両５００は、尿素水噴射装置１８、第１の流路切替弁２５、第２の流路切替弁２６、車両補機４１、バッテリ４２、制御ユニット６０、第１のリレー６１、第２のリレー６２、第１の温度センサ１９１および第２の温度センサ１９２を備えている。第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６は、上述の構成を備えており、制御ユニット６０とは制御信号線によって接続され、制御ユニット６０からの制御信号によって、アクチュエータが弁体を駆動することによって、排気ガスの流路を第１の流路管２１、第２の流路管２２、または第１および第２の流路管２１、２２に切り替える。なお、本明細書においては、制御ユニット６０および各種センサ、並びにアンモニア発生装置２０を包含する構成をアンモニア発生制御装置２０ａと呼ぶ。

制御ユニット６０は、アンモニア発生装置２０においてアンモニアを発生させるための制御部として機能する。制御ユニット６０は、第１および第２の流路切替弁２５、２６の開閉制御（流路管の解放・閉塞制御）のみならず、尿素水噴射装置１８による尿素水の噴射制御（噴射オン・オフ制御）、並びに加熱器３０に対する通電制御（加熱器３０の作動・非作動制御）を実行することによって、アンモニア発生装置２０を制御する。

車両補機４１は、オルタネータ４０により出力される電力またはバッテリ４２に蓄電されている電力によって、駆動される（電力を消費する）車両走行と共に用いられる補機であり、たとえば、ヘッドライト、オーディオ、ナビゲーションシステム、電気式ヒーターが該当する。

オルタネータ４０の出力端子は、第１のリレー６１を介して加熱器３０に電気的に接続されていると共に、第２のリレー６２を介して、車両補機４１に電気的に接続され、さらに電流計６４を介してバッテリ４２のプラス端子（＋）に電気的に接続されている。なお、オルタネータ４０から車両補機４１およびバッテリ４２に至る配線経路には電圧を昇圧または降圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータが配置されていても良い。オルタネータ４０、車両補機４１、加熱器３０の接地側端子は、ボディーアースを介してバッテリ４２のマイナス端子（−）と電気的に接続されている。

第１のリレー６１は、加熱器３０をオンまたはオフ、すなわち、加熱器３０に対する電力の供給または遮断の切り替えを行うスイッチである。第２のリレー６２は、両補機４１およびバッテリ４２に対するオルタネータ４０により発電された電力の供給または遮断の切り替えを行うスイッチである。第１および第２のリレー６１、６２は、制御ユニット６０と制御信号線を介して接続されており、制御ユニット６０からの制御信号によってオン（閉）またはオフ（開）される。電流計６４は、信号線を介して制御ユニット６０に対して、検出されたバッテリ４２の出力電流を提供する。第１の温度センサ１９１はエンジン５１０を冷却する冷却液温度の温度を検出するために用いられ、第２の温度センサ１９２は排気ガス浄化装置１０に導入される排気ガスの温度を検出するために用いられ、共に、制御ユニット６０に対して信号線で接続されている。

第１の実施形態における、アンモニア発生装置２０の作動制御について図１０を参照して説明する。図１０は第１の実施形態におけるアンモニア発生装置の動作を制御するための処理ルーチンを示すフローチャートである。本処理ルーチンは、所定のタイミング、時間間隔で繰り返して制御ユニット６０によって実行される。なお、制御ユニット６０には、少なくとも、図示しない、中央演算装置（ＣＰＵ）、メモリおよび外部機器と制御信号、検出信号のやりとりを行うために入出力インタフェースが備えられている。

制御ユニット６０は、車両の始動と共に本処理ルーチンを開始し、車両に備えられている種々のセンサによってエンジンの運転状態を検知する。なお、車両の始動とは、イグニションキーポジションがオン位置に切り替えられることを意味し、イグニションキーポジションがスタート位置に切り替えられる、すなわち、エンジン５１０が始動される前の状態を意味する。たとえば、制御ユニット６０は、冷却液温度を検出する第１の温度センサ１９１、排気ガス温度を検出する第２の温度センサ、外気温センサ、オイル温度センサから入力される入力信号に基づいて車両の運転状態が冷間始動時状態、暖機時状態、通常時状態にあるか否かを判断することができる。冷間始動時状態とは、一般的に、エンジン５１０の温度（冷却液温度）が外気温以下の状態を意味し、通常は、一日における最初のエンジン始動時に冷間始動時状態となる。暖機時状態とは、冷却液温度およびオイル温度が、所定の温度に達するまでの運転状態を意味し、たとえば、ピストンとシリンダとのクリアランスが所期の寸法となる温度、オイルが所期の潤滑性能（粘度）を発揮する温度が所定の温度として用いられる。

制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が冷間始動時状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１００）。制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が冷間始動時状態にあると判定した場合には（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、第１のリレー６１をオフする（ステップＳ１０２）。すなわち、加熱器３０は、オルタネータ４０およびバッテリ４２から電気的に切り離され、発熱（作動）しない。制御ユニット６０は、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）を閉鎖して（ステップＳ１０４）、運転状態の検知へリターンする。第１の流路管２１の閉鎖に際して、制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図４に示すように、第１の流路管２１を塞ぐように、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、導入部２０ａと第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）とが連通され、導入された排気ガスは第２の流路部２２ａを流れて排出部２０ｂに導かれる。すなわち、排気ガスの流れに加熱器３０が曝されないようにして、以下に示す加熱器３０による尿素水の加水分解を効率的な実行を可能にする。なお、制御ユニット６０による、エンジンの運転状態が冷間始動時状態にあるか否かを判定は、イグニションキーポジションがオン位置に切り替えられた後の、エンジン始動前後のいずれのタイミングで実行されても良い。

制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が冷間始動時状態にないと判定した場合には（ステップＳ１００：Ｎｏ）、エンジンの運転状態が暖機時状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が暖機時状態にあると判定した場合には（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、第１のリレー６１をオフし（ステップＳ１０８）、加熱器３０と、オルタネータ４０およびバッテリ４２との電気的な接続を遮断し、加熱器３０を非作動状態にする。制御ユニット６０は、第２の流路部２２ａを閉鎖して（ステップＳ１１０）、尿素水噴射装置１８によって尿素水を噴射させる（ステップＳ１１２）。具体的には、制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図５に示すように、第２の流路管２２（第２の流路部２２ａ）を塞ぐように第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、導入部２０ａと第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）とが連通され、導入された排気ガスは第１の流路部２１ａを流れて排出部２０ｂに導かれる。尿素水噴射装置１８によって導入部２０ａに供給された尿素水は、排気ガスによって第１の流路部２１ａに導かれ、少なくとも一部が加熱器３０に付着し、保持される。既述のように、加熱器３０には尿素水保持部３０ａが形成されていることが望ましく、加熱器３０に導かれた尿素水は、表面張力によって尿素水保持部３０ａに保持される。

制御ユニット６０は、所定量の尿素水の噴射が完了すると、第１の流路部２１ａを閉鎖して（ステップＳ１１４）、第１のリレー６１をオンする（ステップＳ１１６）。制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図６に示すように、第１の流路部２１ａを塞ぐように第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）には、第１および第２の流路切替弁２５、２６によって塞がれた（規定される）閉鎖空間２１ｂが形成される。この状態にて第１のリレー６１がオンされることによって、オルタネータ４０と加熱器３０とが電気的に接続され、オルタネータ４０により発電された電力は加熱器３０に供給される。電力の供給を受けた加熱器３０は発熱し、保持している尿素水を加熱して、加水分解によってアンモニアを発生させる。加熱器３０は、第１および第２の流路切替弁２５、２６によって規定される閉鎖空間２１ｂ内に存在するので、発生した（生成された）アンモニアは閉鎖空間２１ｂ内に保持される。

制御ユニット６０は、加熱器３０に保持された尿素水の全量または所定量以上がアンモニアに変換される時間が経過した後、第２の流路部２２ａを閉鎖して（ステップＳ１１８）、運転状態の検知へリターンする。制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図７に示すように、第２の流路部２２ａを塞ぐように第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、導入部２０ａと第１の流路部２１ａとが連通され、導入された排気ガスは第１の流路部２１ａを流れて排出部２０ｂに導かれる。第１の流路部２１ａを流れる排気ガスは、第１の流路部２１ａ（閉鎖空間２１ｂ）に保持されていたアンモニアの流動を促し、保持されていたアンモニアは排出部２０ｂを介して、ＳＣＲ装置１４に供給される。ＳＣＲ装置１４に対しては、尿素水ではなく、アンモニアが供給されるので、ＳＣＲ装置１４は、より低い排気ガス温度域にてＮＯｘ還元を実現することができる。なお、加熱器３０に保持された尿素水の全量または所定量以上がアンモニアに変換される時間は、閉鎖空間２１ｂの容積、加熱器３０の発熱性能、加熱器３０が保持可能な尿素水の量等によって実験的に定められれば良い。

制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が暖機時状態にないと判定した場合には（ステップＳ１０６：Ｎｏ）エンジンの運転状態は通常時状態にあると判定し、第１のリレー６１をオフする（ステップＳ１２０）。第１のリレー６１がオフされることにより、加熱器３０と、オルタネータ４０およびバッテリ４２との電気的な接続が遮断され、加熱器３０は非作動状態とされる。制御ユニット６０は、第１の流路部２１ａを閉鎖して（ステップＳ１２２）、尿素水噴射装置１８によって尿素水を噴射させて（ステップＳ１２４）、運転状態の検知へリターンする。制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図８に示すように、第１の流路部２１ａを塞ぐように第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、導入部２０ａと第１の流路管２１（第１の流路部２１ａ）とが連通され、導入された排気ガスは第１の流路部２１ａを流れて排出部２０ｂに導かれる。尿素水噴射装置１８によって導入部２０ａに供給された尿素水は、排気ガスによって第２の流路部２２ａに導かれ、排出部２０ｂを介して排気ガスと共にＳＣＲ装置１４に供給される。通常時状態における排気ガスの温度は、所定温度以上であり、排気ガスの熱量によって尿素水はアンモニアに変換され得る。

以上説明した第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０によれば、加熱器３０に尿素水が保持され、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６によって第１の流路部２１ａが閉鎖されることにより、加熱器３０を内包する閉鎖空間２１ｂが形成され、加熱器３０が発熱される。したがって、排気ガスの温度、および流動の影響を受けることなく、効率良く、尿素水からアンモニアを発生させることができる。すなわち、加熱器３０の発熱に要する電力量を低減しつつ、尿素水の全量をアンモニアに変換させることが可能となり、ＳＣＲ装置１４に対するアンモニア供給量を安定させることができる。また、アンモニアを閉鎖空間２１ｂ内に保持することができるので、要しないアンモニアの漏れ出しを防止または抑制することができると共に、ＳＣＲ装置１４に供給するアンモニア量を調整することができる。さらに、アンモニア発生装置２０の後段には、アンモニアスリップ・ディーゼル酸化触媒１５が備えられているので、閉鎖空間２１ｂからアンモニアが漏れ出したとしても、車外に放出されることはない。

第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０によれば、尿素水に代えてアンモニアをＳＣＲ装置１４に供給するので、従来、ＳＣＲ装置１４の作動に要するとされてきた作動温度よりも低い温度域で、ＮＯｘ還元を実現することができる。すなわち、尿素水をＳＣＲ装置に供給する従来の手法においては、ＳＣＲ装置自体の温度、ＳＣＲ装置に供給される排気ガス温度が尿素水を加水分解してアンモニアを生成させる温度、たとえば、２００度、であることが要求されていた。一方、ＳＣＲ装置が備えるＮＯｘ還元触媒は、還元に要するアンモニア量は多くなり、また、ＮＯｘ還元率（削減率）は低下するものの、より低い温度、たとえば、１２０度程度からＮＯｘを還元する性能を有している。したがって、第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０を用いて、尿素水に代えて、アンモニアを直接ＳＣＲ装置１４に供給することによって、低温還元に必要なアンモニア量を供給することが可能となり、より低い作動温度域にてＮＯｘ還元を実現することができる。

燃焼効率の向上および省燃費化に伴い、エンジン５１０から排出される排気ガスの温度は、市街地走行時、すなわち、低中負荷運転領域においては、２００度よりも低い傾向にあることが知られている。第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０を用いれば、低中負荷運転領域においても、ＮＯｘ還元が可能となり、従来と比較してより広い運転領域において、排気ガス浄化を実現することができる。

一般的に、ＳＣＲ装置（ＮＯｘ還元触媒）が吸着できるアンモニア量は、ＳＣＲ装置温度が低いほど多くなる傾向にあり、低温のＳＣＲ装置１４に対してアンモニアを供給した場合、供給されたアンモニアはＳＣＲ装置１４によって吸着される。したがって、排気ガス温度が低い場合であっても、ＮＯｘ還元に要するアンモニア量を提供することができる。

第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０によれば、ＳＣＲ装置１４に対してアンモニアが供給される際には、第１の流路管２１を介した加熱器３０によって加熱された排気ガスがＳＣＲ装置１４に対して供給される。したがって、低中負荷運転領域においても、加熱器３０を経由しない低温排気ガスの影響を受けることなく、より高い温度の排気ガスをＳＣＲ装置１４に供給することが可能となり、ＳＣＲ装置１４におけるＮＯｘ還元効率を向上させることができる。

第２の実施形態：
図１１〜図１３を参照して、第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０について説明する。図１１は暖機時における第２の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。図１２は暖機時における第２の実施形態に係るアンモニア発生装置の動作状態を示す説明図である。図１３は第２の実施形態におけるアンモニア発生装置の動作を制御するための処理ルーチンを示すフローチャートである。本処理ルーチンは、所定のタイミング、時間間隔で繰り返して制御ユニット６０によって実行される。なお、第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０は、アンモニアを発生させる手順が第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０における手順と異なるものの、各構成要素については、第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０と同様であるから同一の符号を付して、各構成要素の説明は省略する。

第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０の動作状態のうち、一部は第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０の動作状態と同様であるから、詳細な説明は省略する。エンジンの運転状態が冷間始動時状態にある場合には、図４に示すように、第１の流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路管２２へと導くように切り替えられる。第２の流路切替弁２６は、第１の流路管２１を塞ぎ、第１の流路管２１を閉鎖空間２１ｂとするように切り替えられる。

エンジンの運転状態が暖機時状態にある場合には、図１１および図１２に示すように、第１および第２の流路切替弁２５、２６の作動状態、加熱器３０の作動状態、および尿素水噴射装置１８の作動状態が変移する。なお、第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０においては、加熱器３０を発熱させた後、尿素水が供給される点において、尿素水が供給された後、加熱器３０を発熱させる第１のアンモニア発生装置２０とは異なる。なお、第１の実施形態と同様にして、加熱器３０には尿素水保持部３０ａが備えられていても良い。

第２の実施形態においても、エンジンの運転状態が第１の運転状態にあるとは、加熱器３０を作動（発熱）させる状態、尿素水を加水分解（尿素水をアンモニアに変換）する状態、排気ガス温度が所定温度よりも高い状態、の少なくともいずれか一つの状態にある場合を意味する。加熱器３０を作動させる状態および尿素水を加水分解する状態は、エンジンの暖機時に出現し、排気ガス温度が所定温度よりも高い状態は、エンジン暖機後の通常運転時に出現する。

エンジンの運転状態が暖機時状態になった後、第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０の第１および第２の流路切替弁２５、２６、加熱器３０、および尿素水噴射装置１８は、図１１に示す作動状態を採る。すなわち、第１の流路切替弁２５は、第１の流路管２１を塞ぎ、エンジン５１０からの排気ガスを第２の流路管２２へと導くように切り替えられる。第２の流路切替弁２６は、第１の流路管２１を塞ぎ、加熱器３０を閉鎖空間２１ｂ内に閉じ込めるように切り替えられる。この状態において、加熱器３０はオンされ、加熱状態となる。図１１に示すエンジンの運転状態は、第１の運転状態、すなわち、加熱器３０を作動（発熱）させる状態にある。なお、第２の実施形態においては、加熱器３０には尿素水は保持されておらず（ドットパターンは付されていない）、加熱器３０への通電は予備加熱のための通電である。予備加熱は、加熱器３０の温度、あるいは、閉鎖空間２１ｂ内の温度が、尿素水を加水分解するための求められる温度、たとえば、２００度以上になるまで所定時間実行される。なお、この所定時間は、加熱器３０の性能、閉鎖空間２１ｂの容積等に基づいて予め定められても良く、外気温等を考慮して補正されても良い。

加熱器３０に通電開始後、上記の所定時間が経過すると、図１２に示すように、第１の流路切替弁２５は、第２の流路管２２を塞ぎ、エンジン５１０から導入部２０ａを経て導入された排気ガスを第１の流路管２１、すなわち、第１の流路部２１ａへと導くように切り替えられる。第２の流路切替弁２６は、第２の流路管２２を塞ぎ、第１の流路管２１、すなわち、第１の流路部２１ａへと導かれる排気ガスを排出部２０ｂに導くように切り替えられる。この状態において、尿素水噴射装置１８は、予め定められた量の尿素水を噴射する。この結果、噴射された尿素水は、排気ガスと共に加熱器３０に導かれ、少なくともその一部が加熱器３０によって加熱され、加水分解によってアンモニアに変換される。尿素水からの変換により発生したアンモニアは排気ガスと共にＳＣＲ装置１４に供給される。ＳＣＲ装置１４に供給される排気ガスは、加熱器３０によって加熱されるため、ＳＣＲ装置１４におけるＮＯｘ還元反応を促進させることができる。なお、尿素水の噴射量は、たとえば、排気ガス温度、エンジン負荷によって適宜決定されれば良く、排気ガス温度が高くなるにつれて、エンジン負荷が高くなるにつれて、噴射量が増大される。

本実施形態においては、ＳＣＲ装置１４の前段にアンモニア発生装置２０が備えられており、アンモニア発生装置２０によって生成されたアンモニアがＳＣＲ装置１４に供給されるので、ＳＣＲ装置１４には２００℃よりも低い温度域からＮＯｘ還元機能を発揮することができる。

エンジンの運転状態が暖機時運転状態を経て通常時状態になると、第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０の第１および第２の流路切替弁２５、２６、加熱器３０、および尿素水噴射装置１８は、図８に示す作動状態を採る。図８に示すエンジンの運転状態は、第１の運転状態、すなわち、排気ガス温度が所定温度よりも高い状態にある。

第２の実施形態における、アンモニア発生装置２０の動作制御について図１３を参照して説明する。本処理ルーチンは、所定のタイミング、時間間隔で繰り返して制御ユニット６０によって実行される。

制御ユニット６０は、車両の始動と共に本処理ルーチンを開始し、車両に備えられている種々のセンサによってエンジンの運転状態を検知する。エンジンの運転状態の検知は第１の実施形態において説明済みである。

制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が冷間始動時状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２００）。制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が冷間始動時状態にあると判定した場合には（ステップＳ２００：Ｙｅｓ）、第１のリレー６１をオフする（ステップＳ２０２）。すなわち、加熱器３０は、オルタネータ４０およびバッテリ４２から電気的に切り離され、発熱（作動）しない。制御ユニット６０は、第１の流路部２１ａを閉鎖して（ステップＳ２０４）、運転状態の検知へリターンする。第１の流路部２１ａの閉鎖に際して、制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図４に示すように、第１の流路管２１を塞ぐように、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、導入部２０ａと第２の流路部２２ａとが連通され、導入された排気ガスは第２の流路部２２ａを流れて排出部２０ｂに導かれる。

制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が冷間始動時状態にないと判定した場合には（ステップＳ２００：Ｎｏ）、エンジンの運転状態が暖機時状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が暖機時状態にあると判定した場合には（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、第１の流路部２１ａを閉鎖して（ステップＳ２０８）、第１のリレー６１をオンする（ステップＳ２１０）。具体的には、制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図６に示すように、第１の流路部２１ａを塞ぐように第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、第１の流路部２１ａには、第１および第２の流路切替弁２５、２６によって塞がれた（規定される）閉鎖空間２１ｂが形成される。この状態にて第１のリレー６１がオンされることによって、オルタネータ４０と加熱器３０とが電気的に接続され、オルタネータ４０により発電された電力は加熱器３０に供給される。電力の供給を受けた加熱器３０は発熱し、予備加熱が実行される。

加熱器３０に対する通電時間が所定時間経過すると、制御ユニット６０は、第２の流路部２２ａを閉鎖する（ステップＳ２１２）。制御ユニット６０は、尿素水噴射装置１８によって尿素水を噴射させ（ステップＳ２１４）、運転状態の検知へリターンする。具体的には、制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６、並びに尿素水噴射装置１８に制御信号を送信し、また、図１０に示すように、第２の流路部２２ａを塞ぐように第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替え、尿素水噴射装置１８から尿素水を噴射させる。この結果、導入部２０ａと第１の流路部２１ａとが連通され、導入された排気ガスは第１の流路部２１ａを流れて排出部２０ｂに導かれる。尿素水噴射装置１８によって導入部２０ａに供給された尿素水は、排気ガスによって第１の流路部２１ａに導かれ、少なくとも一部が予備加熱によって発熱している加熱器３０によって加水分解され、アンモニアが発生する。発生したアンモニアは、排気ガスによって排出部２０ｂに導かれ、ＳＣＲ装置１４に供給される。本実施形態においても、ＳＣＲ装置１４に対しては、尿素水ではなく、アンモニアが供給されるので、ＳＣＲ装置１４は、より低い排気ガス温度域にてＮＯｘ還元を実現することができる。

制御ユニット６０は、エンジンの運転状態が暖機時状態にないと判定した場合には（ステップＳ２０６：Ｎｏ）エンジンの運転状態は通常時状態にあると判定し、第１のリレー６１をオフする（ステップＳ２１６）。第１のリレー６１がオフされることにより、加熱器３０と、オルタネータ４０およびバッテリ４２との電気的な接続が遮断され、加熱器３０は非作動状態とされる。制御ユニット６０は、第１の流路部２１ａを閉鎖して（ステップＳ２１８）、尿素水噴射装置１８によって尿素水を噴射させて（ステップＳ２２０）、運転状態の検知へリターンする。制御ユニット６０は、第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６に制御信号を送信して、図８に示すように、第１の流路部２１ａを塞ぐように第１の流路切替弁２５および第２の流路切替弁２６の弁位置を切り替える。この結果、導入部２０ａと第１の流路部２１ａとが連通され、導入された排気ガスは第１の流路部２１ａを流れて排出部２０ｂに導かれる。尿素水噴射装置１８によって導入部２０ａに供給された尿素水は、排気ガスによって第２の流路部２２ａに導かれ、排出部２０ｂを介して排気ガスと共にＳＣＲ装置１４に供給される。通常時状態における排気ガスの温度は、所定温度以上であり、排気ガスの熱量によって尿素水はアンモニアに変換され得る。

以上説明した第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０によれば、第１の実施形態に係るアンモニア発生装置２０を用いた場合と同様にして、従来よりも低い温度域にて、ＳＣＲ装置１４におけるＮＯｘ還元を実現することができる。

第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０では、加熱器３０に対する尿素水の供給工程を要しないので、第１および第２の流路切替弁２５、２６の切り替え回数を低減することができる。

第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０によれば、閉鎖空間２１ｂ内において加熱器３０の予備加熱が実行されるので、排気ガス温度および排気ガス流の影響を受けることなく、効率良く、加熱器３０を発熱させることができる。また、ＳＣＲ装置１４に対してアンモニアが供給される際には、第１の流路管２１を経由した排気ガスがＳＣＲ装置１４に供給されるので、加熱器３０を経由しない低温排気ガスの影響を受けることなく、より高い温度の排気ガスをＳＣＲ装置１４に供給することが可能となり、ＳＣＲ装置１４におけるＮＯｘ還元効率を向上させることができる。

第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０によれば、ＳＣＲ装置１４に対してアンモニアを供給するタイミングにおいて、尿素水からアンモニアへの変換を実行するので、エンジン５１０の運転状態に応じて、ＮＯｘ還元に要するアンモニア量を動的に提供することができる。

変形例：
（１）図２および図３に示す第１および第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０は、水平方向に平行に並ぶ第１の流路管２１および第２の流路管２２を備えているが、図１４に示すように、鉛直方向に並ぶ第１の流路管２１および第２の流路管２２を備えていても良い。図１４は第１および第２の実施形態に係るアンモニア発生装置の変形例を示す説明図である。たとえば、水平方向に搭載スペースがない場合には、鉛直（垂直）方向に搭載スペースを見出すことによって、第１および第２の実施形態に係るアンモニア発生装置２０を車両に搭載することができる。また、図１４には、加熱器３０に加えて、備えられ得る既述の蓄熱体３１を備えるアンモニア発生装置２０が示されている。

（２）上記各実施形態において、第１のリレー６１と第２のリレー６２との間にＤＣ／ＤＣコンバータを配置することによって、オルタネータ４０により発電された電力を降圧させることなく加熱器３０に供給することができる。この結果、加熱器３０の加熱性能を向上させること、より短時間に必要な熱量を提供させること、ができる。

（３）上記各実施形態において、第２の流路切替弁２６は備えられなくても良い。すなわち、第１の流路切替弁２５によって排気ガス流と加熱器３０との接触は阻止されるので、加熱器３０が排気ガスと接触することに伴う熱損失の問題は回避することができる。

（４）上記各実施形態において、尿素水噴射装置１８に加えて、図１５に示すように、閉鎖空間２１ｂ内に尿素水を直接噴射する第２の尿素水噴射装置１８ａが備えられても良い。図１５はアンモニア発生装置の変形例を示す説明図である。この場合、第１の実施形態においては、図５に示す尿素水を加熱器３０に供給するための工程を省略して、図４に示す冷間始動時状態から図６に示す状態に直接移行することが可能となり、第１および第２の流路切替弁２５、２６の作動回数を低減させることができる。また、第１および第２の実施形態において、第１の流路管２１に付着する尿素水量を低減することが可能になると共に、温度の低い排気ガスによる尿素水の温度低下を防止または抑制することができる。さらに、第１および第２の流路切替弁２５、２６の作動状態とは独立して第１の流路管２１に尿素水を供給することができる。なお、図１５には、既に言及した、尿素水噴射装置１８が導入部２０ａに配置されている態様が図示されている。

（５）上記各実施形態においては、アンモニア発生装置２０は矩形箱型形状を有しているが、導入部２０ａから排出部２０ｂに至るまで複数回折り返された冗長な形状を備えていても良く、円筒形状を有していても良い。また、上記各実施形態においては、直線状に延びるアンモニア発生装置２０を例にとって説明しているが、アンモニア発生装置２０は、一部の構成または配管が他の構成または配管と交差する方向に配置され、折り返し状に形成された浄化システムに適用されても良い。たとえば、車載時に地面に対して平行に配置される平行部と、平行部と交差する交差部とを有する折り返し形状を備え、排気ガスの流動方向への長さを短くした浄化システムに適用されても良い。なお、交差部は、地面に対して垂直な垂直部であり、垂直方向に嵩を有する浄化システムであっても良い。この場合、アンモニア発生装置２０は平行部または交差部のいずれに配置されても良い。

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。たとえば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…排気ガス浄化システム
１１…排気管
１１ａ…マニフォールド
１１ｂ…マフラエンドパイプ
１２…ディーゼル酸化触媒
１３…ディーゼル微粒子フィルタ
１４…選択還元触媒（ＳＣＲ）装置
１５…ディーゼル酸化触媒
１７…燃料噴射装置
１８…尿素水噴射装置
１８ａ…第２の尿素水噴射装置
１９１…第１の温度センサ
１９２…第２の温度センサ
２０…アンモニア発生装置
２０ａ…導入部
２０ｂ…排出部
２０１…ケース
２１…第１の流路管
２１ａ…第１の流路部
２１ｂ…閉鎖空間
２２…第２の流路管
２２ａ…第２の流路部
２３…断熱材
２５…第１の流路切替弁
２６…第２の流路切替弁
３０…加熱器
３０ａ…尿素水保持部
３１…蓄熱体
４０…オルタネータ
４０１…オルタネータ側プーリー
４１…補機
４２…バッテリ
５００…車両
５１０…ディーゼルエンジン
５１１…エンジン側プーリー
５１２…ベルト
５２０…車輪
６０…制御ユニット
６１…第１のリレー
６２…第２のリレー
６４…電流計

Claims (5)

1. アンモニア発生制御装置であって、
   内燃機関の排気通路に配置され、互いに分離している第１の流路部と第２の流路部とを有する本体と、
   前記本体における排気ガスの導入側に配置されている尿素水を供給する尿素水供給部と、
   前記第１の流路部に配置されている加熱器と、
   前記本体の前記導入側に配置され、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で切り替え可能な切替部と、
   前記内燃機関の運転状態が前記尿素水を加水分解する第１の運転状態である場合に、前記排気ガスの流動経路を前記第２の流路部に切り替えるように前記切替部を制御する制御部と、
   を備えるアンモニア発生制御装置。
2. 請求項１に記載のアンモニア発生制御装置において、
   前記第１の運転状態は、さらに、前記加熱器を作動させる運転状態を含む、アンモニア発生制御装置。
3. アンモニア発生制御装置であって、
   内燃機関の排気通路に配置され、互いに分離している第１の流路部と第２の流路部とを有する本体と、
   前記本体における排気ガスの導入側に配置されている尿素水を供給する尿素水供給部と、
   前記第１の流路部に配置されている加熱器と、
   前記本体の前記導入側に配置され、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部と前記第２の流路部との間で切り替え可能な切替部と、
   前記内燃機関の運転状態が前記排気ガスの温度が所定温度よりも高い第１の運転状態である場合に、前記排気ガスの流動経路を前記第２の流路部に切り替えるように前記切替部を制御する制御部と、
   を備えるアンモニア発生制御装置。
4. 請求項１に記載のアンモニア発生制御装置において、
   前記制御部はさらに、前記尿素水供給部による尿素水の供給および前記加熱器の作動を制御し、
   前記第１の運転状態において、前記制御部は、前記排気ガスの流動経路を前記第２の流路部に切り替え、前記加熱器を作動させた後、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部に切り替えて、前記尿素水供給部により前記第１の流路部に対して尿素水を供給させる、アンモニア発生制御装置。
5. 請求項１に記載のアンモニア発生制御装置において、
   前記制御部はさらに、前記尿素水供給部による尿素水の供給および前記加熱器の作動を制御し、
   前記第１の運転状態において、前記制御部は、前記排気ガスの流動経路を前記第１の流路部に切り替えて、前記尿素水供給部により前記第１の流路部に対して尿素水を供給させ、前記第１の流路部に対する尿素水の供給が完了した後、前記排気ガスの流動経路を前記第２の流路部に切り替え、前記加熱器を作動させる、アンモニア発生制御装置。

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