DE102016001785B4 - Ammoniakerzeugungsvorrichtung und Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ammoniakerzeugungsvorrichtung (20), welche in einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine (510) angeordnet ist und in einer Stufe hinter einem Harnstofflösungszuführungssystem (18) anzuordnen ist, wobei die Ammoniakerzeugungsvorrichtung (20 umfasst:
einen Hauptkörper, welcher eine Einführungsöffnung (20a) zum Einführen von Abgas, eine Ausstoßöffnung (20b) zum Ausstoßen des Abgases und eine erste Flusspassage (21a) und eine zweite Flusspassage (22a) aufweist, welche mit der Einführungsöffnung (20a) und der Ausstoßöffnung (20b) in Verbindung stehen und welche voneinander separiert sind;
eine Heizeinheit (30), welche in der ersten Flusspassage (21a) angeordnet ist; und
einen ersten Umschaltabschnitt, welcher auf einer Seite des Hauptkörpers angeordnet ist, wo die Einführungsöffnung (20a) vorgesehen ist und welcher eine Flusspassage des Abgases zwischen der ersten Flusspassage (21a) und der zweiten Flusspassage (22a) schalten kann.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ammoniakerzeugungsvorrichtung und eine Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung.
  • Technischer Hintergrund
  • Um neueren Regulierungen für Komponenten von Emissionsgas (Abgas) einer Brennkraftmaschine gerecht zu werden, sind in dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verschiedene Arten von Abgasreinigungseinheiten angeordnet. Eine dieser Abgasreinigungseinheiten ist eine selektive katalytische Reduktionseinheit (SCR-Einheit, welche als eine Vorrichtung zum Reduzieren und Reinigen von NOx bekannt ist. Eine solche SCR-Einheit reduziert und reinigt NOx durch Verwendung eines NOx-reduzierenden Katalysators und Ammoniak, welches als ein Ergebnis einer Hydrolyse von Harnstofflösung erzeugt wird, welche als ein Reduktionsmittel dient. Eine Temperatur von etwa 200 °C wird für die Elektrolyse von Harnstofflösung benötigt, und, wenn Abgas als eine Wärmequelle verwendet wird oder wenn eine Wärmequelle zum Hydrolysieren von Harnstofflösung innerhalb einer Abgaspassage angeordnet ist, gibt es ein Problem dahingehend, dass, wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist, die Harnstofflösung nicht hydrolysiert werden kann. Eine Technik zum Lösen eines solchen Problems wurde bereits vorgeschlagen (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Gemäß der vorgeschlagenen Technik ist eine Wärmequelle außerhalb der Abgaspassage angeordnet, sodass selbst dann, wenn die Abgastemperatur niedrig ist, die Wärme zum Erwärmen des Reduktionsmittels nicht abgeführt wird. Ferner wurde eine Technik vorgeschlagen, einen Seitenstrom von Abgas bereitzustellen und Harnstofflösung dem Seitenstrom zuzuführen, sodass die Harnstofflösung durch Verwendung der Entropie des Gases hydrolysiert wird (Patentdokument 2).
  • Die Druckschrift US 2008/0120966 A1 offenbart eine Abgasleitung einer Verbrennungsmotors aus einem einzelnen Abgasrohr. Ein Teil der Leitung, durch die das Abgas tritt, und ein Teil mit einem Katalysator, in dem das Abgas durch ein reduzierendes Agens erwärmt wird, sind derart parallel angeordnet, dass sie einen Querschnittsabschnitt des einzelnen Abgasrohrs gemein haben, und zwar stromaufwärts einer Abgasreinigungsvorrichtung in dem Abgasrohr.
  • Die Druckschrift DE 10 2007 061 005 A1 offenbart ein Verfahren, das bei einem Abgasnachbehandlungssystem zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden zur Anwendung kommt, wobei stromauf zum SCR-Katalysator vom Abgasstrom ein gegenüber diesem kleinerer Abgasteilstrom abzweigt, in dem eine Dosiereinrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels und stromab dazu ein Hydrolysekatalysator angeordnet ist, und wobei der Abgasteilstrom stromab des Hydrolysekatalysators und stromauf zum SCR-Katalysator in den Abgasstrom zurückgeführt ist.
  • Patentdokumente:
    • Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) JP 2014 - 159 776 A
    • Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) JP 2004 - 514 828 A
  • Jede der herkömmlichen Techniken ist jedoch eine Technik, um einen Wärmeverlust zu kompensieren, welcher durch den Fluss von Abgas erzeugt wird, um dadurch eine Temperaturumgebung bereitzustellen, in welcher Harnstofflösung hydrolysiert werden kann, oder eine Technik, thermische Energie des Abgases effizient zu nutzen. Es ist jedoch eine Tatsache, dass neuere Brennkraftmaschinen hinsichtlich der Verbrennungseffizienz verbessert wurden und deshalb die Temperatur von Abgas eine Temperatur möglicherweise nicht übersteigt, bei der oder über der Harnstofflösung hydrolysiert werden kann.
  • Überblick über die Erfindung
  • Es gibt entsprechend einen Bedarf danach, dass eine selektive katalytische Reduktionseinheit ab einem niedrigeren Temperaturbereich funktioniert, unabhängig von der Temperatur des Abgases funktioniert und hierbei NOx sogar in einem Bereich bei niedriger Abgastemperatur zu reinigen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des oben beschriebenen Problems getätigt und kann über die nachfolgenden Ausführungsformen realisiert werden.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform ist eine Ammoniakerzeugungsvorrichtung bereitgestellt, welche in einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und in einer Stufe hinter einem Harnstofflösungszuführungsabschnitt anzuordnen ist. Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Hauptkörper, welcher eine Einführungsöffnung zum Einführen von Abgas, eine Ausstoßöffnung zum Ausstoßen des Abgases und eine erste Flusspassage und eine zweite Flusspassage aufweist, welche mit der Einführungsöffnung und der Ausstoßöffnung in Verbindung stehen und welche voneinander separiert sind; eine Heizeinheit, welches in der ersten Flusspassage angeordnet ist; und einen ersten Umschaltabschnitt, welcher auf einer Seite des Hauptkörpers, wo die Einführungsöffnung vorgesehen ist, angeordnet ist und welcher eine Flusspassage des Abgases zwischen der ersten Flusspassage und der zweiten Flusspassage schalten kann.
  • Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht es, dass die selektive katalytische Reduktionseinheit ab einem niedrigeren Temperaturbereich funktioniert, unabhängig von der Temperatur des Abgases, um hierdurch NOx selbst in einem Bereich niedriger Abgastemperatur zu reinigen.
  • Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform kann ferner einen zweiten Umschaltabschnitt umfassen, welcher an der anderen Seite des Hauptkörpers, wo die Ausstoßöffnung vorgesehen ist, angeordnet ist und welcher geschaltet werden kann, um die erste Flusspassage oder die zweite Flusspassage zu schließen. In diesem Fall können die erste Flusspassage und die zweite Flusspassage voneinander vollständig getrennt werden.
  • Bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, kann die Heizeinheit einen Halteabschnitt zum Halten von Harnstofflösung aufweisen, welches durch den Harnstoffzuführungsabschnitt zugeführt wird. Auf diese Weise kann Harnstofflösung in der Heizeinheit gehalten werden.
  • Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform kann ferner einen zweiten Harnstofflösungszuführungsabschnitt aufweisen, welcher an dem Hauptkörper so vorgesehen ist, dass er Harnstofflösung direkt zu der ersten Flusspassage zuführt. In diesem Fall kann Harnstofflösung der ersten Flusspassage direkt zugeführt werden.
  • Eine zweite Ausführungsform stellt eine Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung bereit. Die Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst einen Hauptkörper, welcher in einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und welcher eine erste Flusspassage und eine zweite Flusspassage aufweist, welche voneinander separiert sind; einen Harnstofflösungszuführungsabschnitt, welcher auf einer Abgaszuführungsseite des Hauptkörpers vorgesehen ist und Harnstofflösung zuführt; einen Umschaltabschnitt, welcher auf der Abgaszuführungsseite des Hauptkörpers angeordnet ist und welcher eine Flusspassage des Abgases zwischen der ersten Flusspassage und der zweiten Flusspassage schalten kann; und einen Steuerabschnitt, welcher den Umschaltabschnitt steuert, um die Flusspassage des Abgases zu der zweiten Flusspassage schaltet, wenn die Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand ist.
  • Die Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann die selektive katalytische Reduktionseinheit dazu veranlassen, dass sie ab einem niedrigeren Temperaturbereich funktioniert, und zwar unabhängig von der Temperatur des Abgases, um hierdurch NOx selbst in einem Bereich niedriger Abgastemperatur zu reinigen.
  • Bei der Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann der erste Betriebszustand ein Betriebszustand sein, in welchem die Heizeinheit betrieben wird, oder ein Betriebszustand, in welchem die Harnstofflösung hydrolysiert wird. In diesem Fall kann die Heizeinheit ohne Kontakt mit dem Fluss des Abgases betrieben werden, und die Harnstofflösung kann hydrolysiert werden.
  • Bei der Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann der erste Betriebszustand ein Betriebszustand sein, in welchem das Abgas eine Temperatur aufweist, welche größer ist als eine vorbestimmte Temperatur. In diesem Fall kann das Abgas fließen, ohne die Heizeinheit zu durchsetzen.
  • Die Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann der Steuerabschnitt derart konfiguriert sein, dass der Steuerabschnitt ferner die Zuführung von Harnstofflösung durch den Harnstofflösungszuführungsabschnitt und den Betrieb der Heizeinheit steuert; und wobei in dem ersten Betriebszustand, nach dem Umschalten der Flusspassage des Abgases zu der zweiten Flusspassage und dem Betreiben der Heizeinheit, der Steuerabschnitt die Flusspassage des Abgases zu der ersten Flusspassage schaltet und den Harnstofflösungszuführungsabschnitt veranlasst, der ersten Flusspassage Harnstofflösung zuzuführen. In diesem Fall ist es möglich, die Heizeinheit zu betreiben, ohne dass diese dem Abgas ausgesetzt ist, und die Harnstofflösung der arbeitenden Heizeinheit zuzuführen.
  • Die Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann derart ausgebildet sein, dass der Steuerabschnitt ferner die Zuführung von Harnstofflösung durch den Harnstofflösungszuführungsabschnitt und den Betrieb der Heizeinheit steuert und wobei der Steuerabschnitt in dem ersten Betriebszustand die Flusspassage des Abgases zu der ersten Flusspassage schaltet und den Harnstofflösungszuführungsabschnitt veranlasst, der ersten Flusspassage Harnstofflösung zuzuführen, und wobei der Steuerabschnitt nach Abschluss der Zuführung der Harnstofflösung zu der ersten Flusspassage die Flusspassage des Abgases zu der zweiten Flusspassage schaltet und die Heizeinheit betreibt. In diesem Fall ist es möglich, die zugeführte Harnstofflösung unter Verwendung der Heizungseinheit zu hydrolysieren, ohne diese dem Fluss des Abgases auszusetzen.
  • Die Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann als ein Verfahren zum Steuern der Ammoniakerzeugungsvorrichtung oder ein Programm zum Steuern der Ammoniakerzeugungsvorrichtung realisiert sein.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Fahrzeug zeigt, welches eine in einer ersten Ausführungsform verwendete Ammoniakerzeugungsvorrichtung aufweist.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht von außen, welche die Struktur der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3 ist eine schematische quergeschnittene Ansicht der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform entlang der in 2 gezeigten Linie 3-3.
    • 4 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit eines Kaltstarts zeigt.
    • 5 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt.
    • 6 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt.
    • 7 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt.
    • 8 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Normalbetriebs zeigt.
    • 9 ist ein Blockdiagramm, welches die elektrischen Verbindungen zwischen elektrischen Komponenten in dem Fahrzeug schematisch zeigt, welches die Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform aufweist.
    • 10 ist ein Flussdiagramm, welches eine Prozessierungsroutine zum Steuern des Betriebs der Ammoniakerzeugungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 11 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt.
    • 12 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt.
    • 13 ist ein Flussdiagramm, welches eine Prozessierungsroutine zum Steuern des Betriebs der Ammoniakerzeugungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 14 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Abwandlung der Ammoniakerzeugungsvorrichtungen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 15 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Abwandlung der Ammoniakerzeugungsvorrichtungen zeigt.
  • Eine Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einem Abgasreinigungssystem, welches eine Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wird nun beschrieben, indem ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor (Brennkraftmaschine) als ein Beispiel genommen wird. 1 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Fahrzeug schematisch zeigt, das eine in einer ersten Ausführungsform verwendete Ammoniakerzeugungsvorrichtung aufweist.
  • Erste Ausführungsform:
  • Ein Fahrzeug 500 umfasst einen Dieselmotor, (nachfolgend als der „Motor“ bezeichnet) 510, vier Räder 520 und ein Abgasreinigungssystem 10. Eine Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Abgasreinigungssystem 10 vorgesehen. Der Motor 510 verwendet Leichtöl als Treibstoff und gibt eine Antriebskraft durch Explosionsverbrennung des Kraftstoffs aus. Als ein Ergebnis der Explosionsverbrennung stößt der Motor 510 auch Abgas, welches NOx (Stickoxide) und PM (Feinstaub, „particulate matter“) enthält, über das in dem Abgassystem des Fahrzeugs 500 vorgesehene Abgasreinigungssystem 10 an die Atmosphäre aus. Ein erster Temperatursensor 191 zum Erfassen der Temperatur eines Kühlmittels zum Kühlen des Motors 510 an dem Motor 510 vorgesehen. Hierbei kann die Konfiguration des in 1 gezeigten und in der ersten Ausführungsform verwendeten Fahrzeugs auf ähnliche Weise in anderen Ausführungsformen verwendet werden.
  • Das Abgasreinigungssystem 10 umfasst verschiedene Arten von Abgasreinigungseinheiten, welche an einem Abgasrohr 11 (Abgasstrang) vorgesehen sind. Das Abgasrohr 11 ist mit dem Motor 510 über einen Abgaskrümmer 11a auf Seiten des Motors 510 (unter Berücksichtigung der Flussrichtung des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite) verbunden, und weist ein Dämpferendrohr 11b an der entferntesten stromabwärtigen Seite unter Berücksichtigung der Flussrichtung des Abgases auf. Das Abgasreinigungssystem 10 umfasst einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 12, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 13, eine Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20, eine selektive katalytische Reduktionseinheit 14 (SCR-Einheit) und einen Ammoniak-Schlupf-Dieseloxidationskatalysator (NH3-DOC) 15 auf, welche an dem Abgasrohr 11 in dieser Reihenfolge ausgehend von der stromaufwärtigen Seite unter Berücksichtigung der Flussrichtung des Abgases vorgesehen sind. Eine Kraftstoffeinspritzeinheit 17 kann an dem Abgasrohr 11 angeordnet sein, um stromaufwärts des DOC 12 angeordnet zu sein. Eine Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 ist stromaufwärts der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 angeordnet. Ein Temperatursensor 192 ist an der Ausstoßseite des DPF 13 des Abgasreinigungssystems 10 angeordnet. Der Temperatursensor 192 kann an einem anderen Ort angeordnet sein, beispielsweise an der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 oder der SCR-Einheit 14. Insbesondere umfasst der Ausdruck „an dem Abgasrohr“ in der vorliegenden Ausführungsform sowohl den Fall, in dem eine relevante Einheit oder dergleichen innerhalb des Abgasrohres angeordnet ist, oder den Fall, in dem eine relevante Einheit oder dergleichen in dem Abgasrohr angeordnet ist (eine relevante Einheit oder dergleichen bildet einen Teil des Abgasrohrs).
  • Der Dieseloxidationskatalysator 12 trägt ein Edelmetall, wie etwa Platin (Pt), Palladium (Pd) oder dergleichen, als einen Katalysator. Der Dieseloxidationskatalysator 12 oxidiert Kohlenmonoxid (CO) zu und Kohlenwasserstoff (HC), welches unverbrannte Komponenten sind, die in dem Abgas enthalten sind, und wandelt sie in Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) um. Ferner oxidiert der Dieseloxidationskatalysator 12 Stickstoffmonoxid (NO), welches in dem Abgas enthalten ist, und wandelt es in Stickstoffdioxid (NO2) um.
  • Der Dieselpartikelfilter 13 ist ein Filter, welcher Partikel (PM), welche in dem Abgas enthalten sind, durch eine poröse Keramik oder einen metallischen Filter sammelt, welche kleine Poren oder Öffnungen aufweisen. Der Dieselpartikelfilter 13 ist, im weiteren Sinne, eine Form der Abgasreinigungseinheit. In der vorliegenden Beschreibung wird auf die PM-Sammelfunktion des Dieselpartikelfilters 13 Wert gelegt, und der Dieselpartikelfilter 13 wird als ein erster Partikelsammelfilter betrachtet. Ein metallischer Katalysator, wie etwa Platin oder dergleichen, ist an der Oberfläche des porösen Elements vorgesehen. Der Dieselpartikelfilter 13 wird, wie nachfolgend erläutert, natürlich regeneriert. In Gegenwart von NOx, welches durch den Dieseloxidationskatalysator 12 erzeugt wird, reagiert die Partikelmasse chemisch mit dem Katalysator und wird in einer Atmosphäre von 250 bis 300 °C in Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) umgewandelt, wodurch der Dieselpartikelfilter 13 regeneriert wird. Der Dieselpartikelfilter 13 kann auch durch eine erzwungene Regeneration regeneriert werden. Hierzu wird dem Dieseloxidationskatalysator 12 über die Treibstoffeinspritzeinheit 17 Treibstoff direkt zugeführt, oder Treibstoff wird indirekt von dem Motor 510 in dem Ausstoßhub zugeführt, und von dem Treibstoff stammender Kohlenwasserstoff wird katalytisch verbrannt, um die Temperatur des Abgases auf 450 °C oder höher anzuheben, wodurch die gesammelte Partikelmasse oxidiert wird. Auf diese Weise wird der Dieselpartikelfilter 13 regeneriert.
  • Ferner kann der DPF 13 ein DPF einer Bauart sein, welche die Partikelmasse physikalisch sammelt und die Partikelmasse durch katalytische Verbrennung von Kohlenwasserstoff verbrennt, oder ein Plasma-DPF, welcher eine Plasmaerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Niedertemperaturplasmas umfasst, um hierdurch aktive Spezien (hauptsächlich O3) zu erzeugen, und welcher die erzeugten aktiven Spezien dem DPF zuführt und die Komponenten der Partikelmasse umwandelt (oxidiert), wie beispielsweise HC und C in H2O und CO2. Da der Plasma-DPF die Partikelmasse ohne Verwendung von Treibstoff oxidieren kann und die Partikelmasse nicht physikalisch sammelt (durch eine physikalische Gestalt), wurde verlangt, die Plasmaerzeugungseinheit so auszulegen, dass sie aktive Spezien in einer Menge vorab erzeugen kann, welche der Partikelmasse entspricht.
  • Die selektive katalytische Reduktionseinheit 14 (SCR-Einheit) ist eine Vorrichtung, welche einen NOx-reduzierenden Katalysator umfasst, welcher einen Zeolith-basierten Katalysator oder einen Vanadium-basierten Katalysator trägt und NOx selektiv reduziert. Die SCR-Einheit wandelt die NOx-Komponente des Abgases im allgemeinen in Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) unter Verwendung des NOx-reduzierenden Katalysators und Ammoniak (NH3) um, welches als ein Ergebnis der thermischen Zersetzung und Hydrolysereaktion der Harnstofflösung erzeugt wird, welche in einer Stufe vor der SCR-Einheit zugeführt wird. Deshalb kann die SCR-Einheit, welche die Zuführung von Harnstofflösung erhält, die NOx-reduzierende Funktion nur aufweisen, wenn ihre Temperatur gleich oder größer einer geeigneten Temperatur (beispielsweise 200 °C) zum Erhalten von Ammoniak aus Harnstofflösung ist.
  • Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 ist in einer Stufe nach der Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 (an der stromabwärtigen Seite derselben unter Berücksichtigung der Flussrichtung des Abgases) vorgesehen und weist eine darin vorgesehene Heizeinheit 30 auf. Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 erhitzt die Harnstofflösung, welche von der Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 eingespritzt wird, unter Verwendung der Heizeinheit 30, um die Harnstofflösung zu hydrolysieren, um dadurch Ammoniak zu erzeugen (zu produzieren). Das produzierte Ammoniak wird der SCR-Einheit 14 zugeführt und als ein Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx verwendet.
  • Der Ammoniak-Schlumpf-Dieseloxidationskatalysator 15 zeigt den gleichen Katalysator wie der Dieseloxidationskatalysator 12. Der Ammoniak-Schlumpf-Dieseloxidationskatalysator 15 oxidiert und zersetzt Ammoniak, welches für die Reaktion bei der SCR-Einheit 14 nicht verwendet wird und erzeugt dabei Stickstoff oder NOx.
  • Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform, welche in dem Abgasreinigungssystem 10 verwendet wird, wird nachfolgend im Detail beschrieben. 2 ist eine perspektivische Außenansicht, welche die Struktur der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt. 3 ist eine schematische quergeschnittene Ansicht einer Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform entlang der in 2 gezeigten Linie 3-3.
  • Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 umfasst ein Gehäuse 201 (Hauptkörper), ein erstes Flusspassagenrohr 21, ein zweites Flusspassagenrohr 22, ein wärmeisolierendes Material 23, ein erstes Flusspassagenumschaltventil 25, ein zweites Flusspassagenumschaltventil 26 und eine Heizeinheit 30. Das Gehäuse 201 ist aus rostfreiem Stahl oder Stahlblech mit Oxidationsverhinderungsbehandlung gebildet. Das erste Flusspassagenrohr 21 begrenzt eine erste Flusspassage 21a durch welches das Abgas fließt, und das zweite Flusspassagenrohr 22 begrenzt eine zweite Flusspassage 22a durch welche das Abgas fließt. Das erste Flusspassagenrohr 21 und das zweite Flusspassagenrohr 22 sind parallel zueinander angeordnet. Das Gehäuse 201 weist eine Einführungsöffnung 20a zum Einführen des Abgases in das Innere des Gehäuses 201 und eine Ausstoßöffnung 20b zum Ausstoßen des Abgases nach außen auf. Die Einführungsöffnung 20a ist mit dem ersten Flusspassagenrohr 21 und dem zweiten Flusspassagenrohr 22 verbunden, und die Ausstoßöffnung 20b ist mit dem ersten Flusspassagenrohr 21 und dem zweiten Flusspassagenrohr 22 verbunden. Obwohl das erste Flusspassagenrohr 21 und das zweite Flusspassagenrohr 22 die Gestalt eines hohlen, rechteckigen Parallelepipeds aufweisen, können sie eine zylindrische Gestalt oder jegliche andere Gestalt aufweisen.
  • Die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18, welche eine Auflösung in das Innere der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 ein spritzt, ist stromaufwärts der Einführungsöffnung 22a angeordnet. Die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 ist eine Vorrichtung zum Zuführen von Harnstofflösung, welche in einem nicht dargestellten Harnstofflösungstank gespeichert ist, zu der Einführungsöffnung 20a (der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20). Im Hinblick auf die Umwandlung in Ammoniak ist es wünschenswert, dass die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 die Harnstofflösung in einem atomisierten Zustand zuführt. Die Harnstofflösungseinspritzeinheit spritzt die unter hohem Druck zugeführte Harnstofflösung ein und beendet das Einspritzen durch Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs unter Verwendung eines elektromagnetischen Aktuators oder eines Piezoaktuators. Die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 kann an einem beliebigen Ort angeordnet sein, von welchem sie die Harnstofflösung dem ersten Flusspassagenrohr 21 und dem zweiten Flusspassagenrohr zuführen kann, und insbesondere an der Einführungsöffnung 20a. In dem Beispiel der 1 ist die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 an einem Verbindungsabschnitt angeordnet, welcher die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 und den DPF 13 miteinander verbindet, wobei der Verbindungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite der Einführungsöffnung 20a angeordnet ist. Da die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform eine Vorrichtung ist, welche die Zuführung von Harnstofflösung empfängt und Ammoniak erzeugt, muss sie die Zuführung von Harnstofflösung erhalten; die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 muss jedoch eine Harnstofflösungseinspritzeinheit nicht unbedingt als Teil ihrer Struktur aufweisen und kann die Harnstofflösung, welche von einer separaten Harnstofflösungseinspritzeinheit zugeführt wird, in Ammoniak umwandeln.
  • Auf einer Seite des Gehäuses 201, auf welcher die Einführungsöffnung 20a vorgesehen ist, ist das erste Flusspassagenumschaltventil 25 vorgesehen, um das Flusspassagenrohr (die Flusspassage), durch welches das Abgas fließt, zwischen dem ersten Flusspassagenrohr 21 und dem zweiten Flusspassagenrohr 22 umzuschalten. Insbesondere schließt das erste Flusspassagenumschaltventil 25 das zweite Flusspassagenrohr 22 (die zweite Flusspassage 22a), wenn es das Fließen des Abgases zu dem ersten Flusspassagenrohr 21 (der ersten Flusspassage 21a) veranlasst (wenn es das erste Flusspassagenrohr 21 (die erste Flusspassage 21a) öffnet), und es schließt das erste Flusspassagenrohr 21 (die erste Flusspassage 21a), wenn es den Fluss des Abgases zu dem zweiten Flusspassagenrohr 22 (der zweiten Flusspassage 22a) veranlasst (wenn es das zweite Flusspassagenrohr 22 (die zweite Flusspassage 22a) öffnet).
  • Auf der anderen Seite des Gehäuses 201, wo die Ausstoßöffnung 20b vorgesehen ist, ist das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 vorgesehen, um das Flusspassagenrohr (Flusspassage), durch welches das Abgas nicht fließt, zu schließen, um hierdurch einen geschlossenen Raum 21b (siehe 4) innerhalb des Flusspassagenrohrs zu bilden. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann dieser geschlossene Raum als ein Raum zum zeitweisen Speichern des erzeugten Ammoniaks dienen. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 schließt das zweite Flusspassagenrohr 22 (die zweite Flusspassage 22a), wenn das Abgas in das erste Flusspassagenrohr 21 (die erste Flusspassage 21a) fließt, und es schließt das erste Flusspassagenrohr 21 (die erste Flusspassage 21a), wenn das Abgas in das zweite Flusspassagenrohr 22 (die zweite Flusspassage 22a) fließt.
  • Das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25 und 26 kann ein Umschaltventil sein, bei welchem das selektive Umschalten zwischen den Flusspassagen durch eine Schwingbewegung eines Ventilkörpers mit Plattengestalt um eine Achse erreicht wird, welche an einem Ende des Ventilkörpers vorgesehen ist, wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist, ein Umschaltventil, bei welchem das selektive Umschalten zwischen den Flusspassagen durch Drehung eines drehbaren Ventilkörpers um dessen Achse erreicht wird, wobei der drehende Ventilkörper darin ausgebildete Verbindungspassagen aufweist, oder ein Umschaltventil, in welchem das selektive Umschalten zwischen den Flusspassage durch eine geradlinige Bewegung eines Ventilkörpers mit Plattengestalt erreicht wird. Beispiele eines Aktuators zum Antreiben des Ventilkörpers umfassen einen Motor, wie etwa einen Schrittmotor, einen elektromagnetischen Aktuator und einen Aktuator, welcher einen Fluid, wie etwa Luft oder Öl, verwendet. Ferner gibt es, wie nachfolgend beschrieben, Fälle, in denen das Schalten zwischen den Flusspassagen nicht selektiv, das heißt exklusiv, sein muss. In einem solchen Fall muss das erste Flusspassagenumschaltventil 25 das Abgas von der Einführungsöffnung 20a sowohl dem ersten als auch dem zweiten Flusspassagenrohr 21 und 22 zuführen, und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 muss das Abgas von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Flusspassagenrohr 21 und 22 der Ausstoßöffnung 20b zuführen. Das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25 und 26 kann für jedes der Flusspassagenrohre 21 und 22 vorgesehen sein. In diesem Fall ist es möglich, ein Flusspassagenrohr zu schließen und die Flussrate des durch das andere Flusspassagenrohr fließenden Abgases einzustellen. Insbesondere können die durch die beiden Flusspassagenrohre fließenden Abgasflussraten unabhängig gesteuert werden.
  • Da in dem in den 2 und 3 gezeigten Beispiel das erste Flusspassagenrohr 21 eine Gestalt eines rechteckigen Parallelepipeds aufweist, weist auch die Heizeinheit 30 eine hierzu entsprechende Gestalt eines rechteckigen Parallelepipeds auf, und sie hat einen rechteckigen spiralförmigen Querschnitt. Die Heizeinheit 30 kann jedoch jegliche andere Querschnittsgestalten aufweisen, wie beispielsweise eine zirkular spiralförmige Querschnittsgestalt. Die Heizeinheit 30 kann eine Heizeinheit sein, welche innerhalb des ersten Flusspassagenrohrs 21 angeordnet ist, oder sie kann an der inneren Wandoberfläche des ersten Flusspassagenrohrs 21 integral ausgebildet sein. Die Heizeinheit 30 kann dadurch gebildet sein, dass eine Mehrzahl von flachen oder gewellten Metallplatten oder flache und gewellte Metallplatten auf eine solche Weise gestapelt werden, dass die Platten voneinander beabstandet sind und die Platten selbst Wärme erzeugen, wenn sie mit Energie versorgt werden. In diesem Fall ist es gewünscht, dass ein Prozess, wie etwa ein Perforationsprozess (ein lochbildender Prozess) oder ein Rauheit erzeugender Prozess (Unregelmäßigkeit bildender Prozess), an wenigstens einem Teil der Metallplatten durchgeführt wird, um deren Wärme erzeugende Oberflächenbereiche zu erhöhen oder um einen Harnstofflösungshalteabschnitt 30a zum Halten von Harnstofflösung zu realisieren, welche durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 zugeführt wird. In 3 ist zur Vereinfachung der Darstellung der Harnstofflösungshalteabschnitt 30a nur auf der Oberfläche eines Teils der Heizeinheit 30 dargestellt. Die Zwischenräume zwischen den dicht gestappelten plattenartigen Elementen wirken ebenfalls als ein Harnstofflösungshalteabschnitt zum Halten der Harnstofflösung, welche durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 geführt wird. Der Harnstofflösungshalteabschnitt 30a hält die Harnstofflösung mithilfe von Oberflächenspannung an den feinen Löchern oder den Oberflächenunregelmäßigkeiten.
  • Eine Mehrzahl von Heizeinheiten, von denen eine jede eine stabförmige Gestalt aufweist und die in dem ersten Flusspassagenrohr 21 so angeordnet sind, dass sie sich entlang der Flussrichtung des Abgases erstrecken, können als Heizeinheit 30 verwendet werden. In dem Fall, in dem die Heizeinheiten auch eine stabförmige Gestalt aufweisen, kann ein Harnstofflösungshalteabschnitt dadurch realisiert werden, dass Unregelmäßigkeiten an den Oberflächen (Außenoberflächen) der Heizeinheiten gebildet werden. Die Heizeinheit 30 der vorliegenden Ausführungsform kann insbesondere ein Widerstandsheizelement (wärmeerzeugendes Element) sein, dessen Rand nicht mit einem isolierenden Material bedeckt ist und welches selbst Wärme erzeugt, wenn ihm Elektrizität zugeführt wird. Die Heizeinheit 30 kann beispielsweise ein drahtförmiges Heizelement sein, wie etwa Nichrom-Draht, Kupfer-Draht oder Wolfram-Draht. Alternativ kann die Heizeinheit 30 ein plattenförmiges, rohes metallisches Element sein, welches beispielsweise aus rostfreiem Stahl, Kupfer oder Aluminium gebildet ist. Alternativ kann die Heizeinheit 30 eine Heizeinheit sein, welche ein Widerstandsheizelement umfasst, welches in einem Gehäuse angeordnet ist und mit einem Puder aus einem anorganischen isolierenden Material, wie etwa Magnesia, bedeckt ist; d. h., die Heizeinheit 30 kann eine Heizeinheit sein, welche im Allgemeinen als eine „Heizung“ bezeichnet wird. Je nach Anwendung kann ein nichtmetallisches Material (beispielsweise Siliziumcarbit, Kohlenstoff usw.), welches eine kleine Wärmekapazität aufweist, dazu verwendet werden, die Heizeinheit 30 zu bilden.
  • Die Heizeinheit 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als ein Wärmereservoir wirken. Beispielsweise in dem Fall, in dem die Heizeinheit 30 eine Gestalt mit einem spiralförmigen Querschnitt als ein Ergebnis des Stapelns der Platten oder eine rechteckige dreidimensionale Gestalt als ein Ergebnis des Stapelns von Platten aufweist, kann, da jede Metallplatte als ein kleines Wärmespeicherelement wirken kann, die Heizeinheit 30 als ein Wärmereservoir mit einer vorbestimmten Wärmekapazität wirken.
  • Ferner kann ein Wärmereservoir separat von der Heizeinheit 30 vorgesehen sein. In dem Fall, in dem das Wärmereservoir ein gekauftes Wärmereservoir ist, welches in dem ersten Flusspassagenrohr 21 auf eine solche Weise vorgesehen ist, dass sich das Wärmereservoir über den gesamten transversalen Querschnitt (Querschnitt orthogonal zu der Flussrichtung des Abgases) des ersten Flusspassagenrohrs 21 erstreckt, muss das Wärmereservoir eine innere Flusspassage aufweisen, welche es ermöglicht, dass das Abgas hindurch fließt. Die Wärmeeinheit 30 kann in dem Wärmereservoir eingebettet sein oder in Reihe oder parallel zu dem Wärmereservoir angeordnet sein. Das Wärmereservoir kann eine Gestalt aufweisen, die der Gestalt des ersten Flusspassagenrohrs 21 entspricht, oder jede andere Gestalt aufweisen. Das Wärmereservoir kann ein keramisches Element, ein gesinterter Körper eines Metallpulvers, eine Metall-Honigwabe, ein expandiertes Metall oder dergleichen sein, wobei jedes von diesen eine innere Fließpassage aufweist, durch welche das Abgas fließen kann. Insbesondere kann die innere Flusspassage absichtlich zu diesem Zweck ausgebildete Flusspassagen (beispielsweise geradlinige Flusspassagen) oder Flusspassagen (meanderförmige Flusspassagen) aufweisen, welche durch Öffnungen gebildet werden, welche aufgrund der Eigenschaft des Materials gebildet werden. Auch innere Flusspassagen können als ein Harnstofflösungshalteabschnitt wirken.
  • Das wärmeisolierende Material 23 ist in dem Raum zwischen dem Gehäuse 201 und dem ersten Flusspassagenrohr 21 und zweiten Flusspassagenrohr 22 angeordnet oder in dieses gefüllt. Beispielsweise wird ein aus Keramik gebildetes Plattenmaterial, ein zylindrisches Material aus harter Keramik oder eine schäumbares keramisches Material als das wärmeisolierende Material 23 verwendet. Aufgrund der Bereitstellung des wärmeisolierenden Materials 23 kann die Menge an Wärme verringert werden, welche zu dem metallischen Gehäuse 201 geleitet wird, und die Wirksamkeit der Wärmeisolierung der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 auf einem gewünschten Wert gehalten werden. Um die Wärmeisolationseigenschaft weiter zu verbessern, kann das Gehäuse 201 insbesondere eine doppelwandige Struktur aufweisen, bei welcher eine Luftschicht zwischen den zwei Wänden vorgesehen ist.
  • Das Schalten des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 in Übereinstimmung mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine Hydrolyse von Harnstofflösung durch die Heizeinheit 30, d. h. der Betrieb der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 beschrieben. 4 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit eines Kaltstarts zeigt. 5 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt. 6 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt. 7 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt. 8 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Zeit des Normalbetriebs zeigt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden ein Zustand zur Zeit des Kaltstarts, ein Zustand zur Zeit des Aufwärmens und ein Zustand zur Zeit des normalen Betriebs (Normalbetriebszustand) als der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (des Motors) betrachtet. Der Zustand zur Zeit des Kaltstarts bedeutet einen Zustand zu der Zeit, wenn der Motor in einem Zustand gestartet wird, in welchem die Kühlmitteltemperatur und die Öltemperatur des Motors niedriger sind als entsprechende Temperaturen nach Vollenden des Aufwärmens. Der Zustand zur Zeit des Aufwärmens bedeutet einen Betriebszustand des Motors in einem Zeitraum zwischen dem Kaltstart und einem Zeitpunkt, zu welchem die Kühlmitteltemperatur und die Öltemperatur des Motors entsprechende Temperaturen nach Beendigung des Aufwärmens erreichen. Der Normalbetriebszustand ist der Betriebszustand des Motors, in dem die Kühlmitteltemperatur und die Öltemperatur des Motors die entsprechenden Temperaturen nach Beenden des Aufwärmens erreicht haben, in welchem die Abgastemperatur größer ist als zur Zeit des Kaltstarts und zur Zeit des Aufwärmens (größer als eine vorbestimmte Temperatur). Die Temperaturen nach Beenden des Aufwärmens, welche für die Kühlmitteltemperatur und die Öltemperatur des Motors gesetzt sind, können für jeden Motor geeignet bestimmt werden. Aus Sicht der vorliegenden Ausführungsform können die Kühlmitteltemperatur und die Öltemperatur des Motors, wenn dieser Abgas einer Temperatur ausstößt, bei welcher die Abgasreinigungseinheiten, einschließlich der SCR-Einheit 14, ihre Reinigungswirkungen entfalten, als die Temperaturen nach Beenden des Aufwärmens verwendet werden.
  • In dem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist, ist, wie in 4 gezeigt, das erste Flusspassagenumschaltventil 25 so geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt und das Abgas von dem Motor 510 zu dem zweiten Flusspassagenrohr 22, d. h. der zweiten Flusspassage 22a, leitet. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 ist so geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt, um hierdurch den geschlossenen Raum 21b innerhalb des ersten Flusspassagenrohrs 21 zu bilden. Da die Abgastemperatur zur Zeit des Kaltstarts niedrig ist, kann die Temperatur der Heizeinheit 30 abfallen, wenn das Abgas mit der Heizeinheit 30 in Kontakt kommt. Im Hinblick darauf wird zur Zeit des Kaltstarts das erste Flusspassagenrohr 21 (die erste Flusspassage 21a) geschlossen, um den geschlossenen Raum 21b zu bilden, wodurch verhindert wird, dass das Abgas in Kontakt mit der Heizeinheit 30 kommt.
  • In dem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens ist, ändern sich die Betriebszustände des ersten und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 25 und 26, der Betriebszustand der Heizeinheit 30 und der Betriebszustand der Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 so, wie in den 5 bis 7 gezeigt. Hierbei bedeutet der Ausdruck „der Betriebszustand des Motors ist der erste Betriebszustand“, dass der Motor in wenigstens einem Zustand ist, in welchem die Heizeinheit 30 betrieben wird (veranlasst wird, Wärme zu erzeugen), einem Zustand, in welchem die Harnstofflösung hydrolysiert wird (die Harnstofflösung wird in Ammoniak umgewandelt), und einem Zustand, in welchem die Abgastemperatur größer ist als eine vorbestimmte Temperatur. Der Zustand, in dem die Heizeinheit 30 betrieben wird, und der Zustand, in dem die Harnstofflösung hydrolysiert wird, treten auf, wenn der Motor aufgewärmt ist, und der Zustand, in dem die Abgastemperatur größer ist als die vorbestimmte Temperatur tritt zur Zeit des Normalbetriebs auf, nachdem der Motor aufgewärmt ist.
  • Nach dem Kaltstart wird der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens. Wenn der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens wird, wird zuerst, wie in 5 gezeigt, das erste Flusspassagenumschaltventil 25 so geschaltet, dass es das zweite Flusspassagenrohr 22 schließt und das Abgas, welches von dem Motor 510 durch die Einführungsöffnung 20a eingeführt wird, zu dem ersten Flusspassagenrohr 21, d. h. der ersten Flusspassage 21a, geleitet wird. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 wird so geschaltet, dass es das zweite Flusspassagenrohr 22 schließt und das Abgas, welches dem ersten Flusspassagenrohr 21, d. h. der ersten Flusspassage 21a, zugeführt wird, zu der Ausstoßöffnung 20b führt. In diesem Zustand spritzt die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 eine vorbestimmte Menge von Harnstofflösung ein. Die eingespritzte Harnstofflösung wird, zusammen mit dem Abgas, zu der Heizeinheit 30 geführt, und, wie durch ein Punktmuster angezeigt ist, haftet wenigstens ein Teil der eingespritzten Harnstofflösung an der Oberfläche der Heizeinheit 30 (wird in dem Harnstofflösungshalteabschnitt 30a der Heizeinheit 30 gehalten). Hierbei wird die Einspritzmenge der Harnstofflösung basierend auf beispielsweise der Abgastemperatur und der Motorlast auf solche Weise geeignet gewählt, dass die Einspritzmenge mit der Abgastemperatur und der Motorlast ansteigt.
  • Wenn die Zuführung von Harnstofflösung durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 abgeschlossen ist, wird, wie in 6 gezeigt, das erste Flusspassagenumschaltventil 25 so geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt und das Abgas von dem Motor 510 der zweiten Flusspassage 22a zuführt. Der Betriebszustand des in 6 gezeigten Motors ist der erste Zustand, d. h. insbesondere der Zustand, in welchem die Harnstofflösung hydrolysiert wird (die Harnstofflösung wird in Ammoniak umgewandelt). Hierbei kann, da die Heizeinheit 30 betrieben wird, angenommen werden, dass der Betriebszustand des Motors der Zustand ist, in welchem die Heizeinheit 30 betrieben wird (veranlasst wird, Wärme zu erzeugen). Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 wird so geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt, um hierdurch die Heizeinheit 30 innerhalb des geschlossenen Raums 21b einzuschließen. In diesem Zustand wird die Heizeinheit 30 angeschaltet und geht in einen Heizzustand über, wodurch die Harnstofflösung, welche an der Heizeinheit 30 haftet (durch diese gehalten wird), in Ammoniak umgewandelt wird, und Ammoniak wird produziert. Die durch die Heizeinheit 30 erreichte Temperatur ist gleich oder größer als eine Temperatur (z. B. 200 °C), welche für die Hydrolyse von Harnstofflösung nötig ist. Da die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 aufweist, welches das stromabwärtige Ende des ersten Flusspassagenrohrs 21 schließt, wird das produzierte Ammoniak in dem geschlossenen Raum 21b gehalten.
  • Wenn die Umwandlung der Harnstofflösung in Ammoniak durch die Heizeinheit 30 (die Produktion von Ammoniak) endet, wird, wie in 7 gezeigt, das erste Flusspassagenumschaltventil 25 so geschaltet, dass es das zweite Flusspassagenrohr 22 schließt und das Abgas, welches von dem Motor 510 durch die Einführungsöffnung 20a eingeführt wird, zu dem ersten Flusspassagenrohr 21 führt. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 wird so geschaltet, dass es das zweite Flusspassagenrohr 22 schließt und das, dem ersten Flusspassagenrohr 21 zugeführte Abgas zu der Ausstoßöffnung 20b führt. Als ein Ergebnis davon wird das Ammoniak, welches in dem geschlossenen Raum 21b, welcher innerhalb des ersten Flusspassagenrohrs 21 gebildet wird, gehalten wird, der SCR-Einheit 14 zusammen mit dem Abgas zugeführt. Da das der SCR-Einheit 14 zugeführte Abgas durch die Heizeinheit 30 geheizt wird, kann die NOx-reduzierende Reaktion bei der SCR-Einheit 14 beschleunigt werden. Hierbei kann die Bestimmung, ob die Umwandlung der Harnstofflösung in Ammoniak endet oder nicht, durchgeführt werden, indem bestimmt wird, ob eine vorbestimmte Zeitdauer, welche für die Umwandlung der zugeführten Harnstofflösung in Ammoniak nötig ist, verstrichen ist oder nicht. Diese benötigte Zeitdauer kann zu allen Zeiten konstant sein, oder sie kann in Übereinstimmung mit der Kühlmitteltemperatur, der Abgastemperatur, der Außenlufttemperatur usw. geändert werden. Im Allgemeinen kann die benötigte Zeitdauer verkürzt werden, wenn die Kühlmitteltemperatur, die Abgastemperatur, die Außenlufttemperatur usw. zunehmen. Hierbei wird in 7 der Heizeinheit 30 elektrische Energie zugeführt. Die Zuführung von elektrischer Energie zu der Heizeinheit 30 kann jedoch beendet werden, wenn bereits eine ausreichende Menge von Ammoniak zugeführt wurde.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 in einer Stufe vor der SCR-Einheit 14 vorgesehen, und das durch die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 produzierte Ammoniak wird der SCR-Einheit 14 zugeführt. Deshalb entfaltet die SCR-Einheit 14 ihre NOx-reduzierende Wirkung ab einem Temperaturbereich unterhalb 200 °C.
  • Wenn sich der Betriebszustand des Motors von dem Betriebszustand zur Zeit des Aufwärmens in den Normalbetriebszustand ändert, wird, wie in 8 gezeigt, das erste Flusspassagenumschaltventil 25 so geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt und das Abgas von dem Motor 510 zu der zweiten Flusspassage 22a leitet. Der in 8 gezeigte Betriebszustand des Motors ist der erste Zustand, d. h. der Zustand, in welchem die Abgastemperatur größer ist als die vorbestimmte Temperatur. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 wird so geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt. Die Zuführung von elektrischer Energie zu der Heizeinheit 30 wird beendet, wodurch das Heizen durch die Heizeinheit 30 endet. Die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 spritzt Harnstofflösung ein, wenn dies notwendig ist. Als ein Ergebnis wird die eingespritzte Harnstofflösung zusammen mit dem Abgas, dessen Temperatur größer ist als die nach dem Kaltstart und die zur Zeit des Aufwärmens, der SCR-Einheit 14 zugeführt, und sie wird als ein Ergebnis der Hydrolyse in Ammoniak umgewandelt.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, welches die elektrischen Verbindungen zwischen elektrischen Komponenten in dem Fahrzeug schematisch zeigt, welches die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist. Das Fahrzeug 500 umfasst eine Lichtmaschine (Generator) 40, welche durch die Antriebskraft des Motors 510 angetrieben wird. Der Motor 510 weist eine motorseitige Riemenscheibe 511 auf, um die von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) genommene Antriebskraft (Ausgabe) der Lichtmaschine 40 bereitzustellen. Die Lichtmaschine 40 weist eine lichtmaschinenseitige Riemenscheibe 401 auf, um die von dem Motor 510 bereitgestellte Antriebskraft zu empfangen. Die Motorseitige Riemenscheibe 511 und die lichtmaschinenseitige Riemenscheibe 401 sind durch einen Riemen 512 mechanisch miteinander verbunden, wodurch die Antriebskraft des Motors 510 über den Riemen 512 auf die Lichtmaschine 40 übertragen wird.
  • Das Fahrzeug 500 umfasst die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18, das erste Flusspassagenumschaltventil 25, das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, Fahrzeugzubehör 41, die Batterie 42, eine Steuereinheit 60, ein erstes Relais 61, ein zweites Relais 62, den ersten Temperatursensor 191 und den zweiten Temperatursensor 192. Das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25, 26, von denen ein jedes die vorangehend beschriebene Struktur aufweist, sind mit der Steuereinheit 60 über Steuersignalleitungen verbunden. Der Ventilkörper jedes Flusspassagenumschaltventils wird durch seinen Aktuator in Übereinstimmung mit dem Steuersignal von der Steuereinheit 60 betätigt, wodurch die Flusspassage des Abgases zu dem ersten Flusspassagenrohr 21, zu dem zweiten Flusspassagenrohr 22 oder zu dem ersten und dem zweiten Flusspassagenrohr 21, 22 geschaltet wird. Hierbei wird in der vorliegenden Ausführungsform die Konfiguration, welche die Steuereinheit 60, die verschiedenen Sensoren und die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 umfasst, als eine Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung 20a bezeichnet.
  • Die Steuereinheit 60 wirkt als ein Steuerabschnitt zum Erzeugen von Ammoniak bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20. Die Steuereinheit 60 steuert die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 durch Ausführen von nicht nur der Auf/Zu-Steuerung für das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25, 26 (Steuerung zum Öffnen und Schließen der Flusspassagenrohre) sondern auch der Steuerung zum Einspritzen von Harnstofflösung durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 (Steuerung zum Erlauben und Beenden des Einspritzens) und der Steuerung zur Versorgung der Heizeinheit 30 mit Energie (Steuerung zum Aktivieren und Deaktivieren der Heizeinheit 30).
  • Das Fahrzeugzubehör 41 ist ein Zubehör, welches verwendet wird, wenn das Fahrzeug fährt und welches durch die von der Lichtmaschine 40 ausgegebene elektrische Energie oder die in der Batterie 42 gespeicherte elektrische Energie betrieben wird (diese konsumiert). Beispiele des Fahrzeugzubehörs 41 umfassen einen Frontscheinwerfer, ein Audiosystem, ein Navigationssystem und eine elektrische Heizung.
  • Der Ausgangsanschluss der Lichtmaschine 40 ist mit der Heizeinheit 30 über das erste Relais 61 elektrisch verbunden. Ebenso ist der Ausgangsanschluss der Lichtmaschine 40 mit dem Fahrzeugzubehör 41 über das zweite Relais 62 elektrisch verbunden, und er ist mit dem positiven Anschluss (+) der Batterie 42 über einen Strommesser 64 elektrisch verbunden. Hierbei kann ein DC/DC-Wandler zum Hochspannen oder Herunterspannen in einem Verdrahtungsweg von der Lichtmaschine 40 zu dem Fahrzeugzubehör 41 und der Batterie 42 angeordnet sein. Die masseseitigen Anschlüsse der Lichtmaschine 40, des Fahrzeugzubehörs 41 und der Heizeinheit 30 sind mit dem Negativanschluss (-) der Batterie 42 über die Fahrzeugmasse elektrisch verbunden.
  • Das erste Relais 61 ist ein Schalter, welcher die Heizeinheit 30 an und ausschaltet, d. h. die Zuführung von elektrischer Leistung zu der Heizeinheit 30 ermöglicht und beendet. Das zweite Relais 62 ist ein Schalter, welcher die Zuführung von durch die Lichtmaschine 40 erzeugter elektrischer Energie zu dem Zubehör 41 und der Batterie ermöglicht und beendet. Das erste und das zweite Relais 61, 62 sind mit der Steuereinheit 60 über Steuersignalleitungen verbunden und werden durch die Steuersignale von der Steuereinheit 60 angeschaltet (geschlossen) und abgeschaltet (geöffnet). Der Strommesser 64 erfasst den Ausgangsstrom der Batterie 42 und stellt den erfassten Ausgangsstrom der Steuereinheit 60 über eine Signalleitung bereit. Der erste Temperatursensor 191, welcher dazu verwendet wird, die Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen des Motors 510 zu erfassen, und der zweite Temperatursensor 192, welcher dazu verwendet wird, die Temperatur des der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 zugeführten Abgases zu erfassen, sind beide über Signalleitungen mit der Steuereinheit 60 verbunden.
  • Die Betriebssteuerung für die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 in der ersten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein Flussdiagramm, welches eine Prozessierungsroutine zum Steuern des Betriebs der Ammoniakerzeugungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform zeigt. Die vorliegende Prozessierungsroutine wird durch die Steuereinheit 60 zu vorbestimmten Zeitpunkten und Zeitintervallen wiederholt ausgeführt. Hierbei umfasst die Steuereinheit 60 wenigstens eine zentrale Prozessierungseinheit (CPU), Speicher und eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle zum Austauschen von Steuersignalen und Erfassungssignalen mit externen Vorrichtungen. Die CPU, die Speicher und die Eingabe/Ausgabeschnittstelle sind in den Zeichnungen nicht gezeigt.
  • Die Steuereinheit 60 startet die vorliegende Prozessierungsroutine, wenn das Fahrzeug gestartet wird, und sie detektiert den Betriebszustand des Motors unter Verwendung verschiedener Sensoren, welche an dem Fahrzeug vorgesehen sind. Hierbei bedeutet der Start des Fahrzeugs, dass die Zündschlüsselposition in die AN-Position geschaltet wird, d. h. es bedeutet den Zustand, bevor die Zündschlüsselposition in die Startposition geschaltet wird, d. h. der Motor 510 gestartet wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit 60 den Betriebszustand des Motors (d. h. den Zustand zur Zeit des Kaltstarts, den Zustand zur Zeit des Aufwärmens oder den Normalbetriebszustand) auf der Grundlage von Eingangssignalen beurteilen, welche von dem ersten Temperatursensor 191 zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur, dem zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Abgastemperatur, einem Außenlufttemperatursensor und einem Öltemperatursensor eingegeben werden. Im Allgemeinen bedeutet der Zustand zur Zeit des Kaltstarts einen Zustand, in welchem die Temperatur des Motors 510 (die Kühlmitteltemperatur) gleich oder kleiner ist als die Außenlufttemperatur, und der Motor 510 geht üblicherweise in den Zustand zur Zeit des Kaltstarts über, wenn der Motor 510 an einem Tag das erste Mal gestartet wird. Der Zustand zur Zeit des Aufwärmens bedeutet einen Betriebszustand, bevor die Kühlmitteltemperatur und die Öltemperatur jeweilige vorbestimmte Temperaturen erreichen. Beispielsweise wird die Temperatur des Kühlmittels, bei welcher der Spalt zwischen jedem Kolben und dem dazugehörigen Zylinder eine erwartete Größe einnimmt, als die vorbestimmte Temperatur für das Kühlmittel verwendet, und die Temperatur des Öls, bei welcher das Öl eine erwartete Schmierleistung (Viskosität) entfaltet, wird als die vorbestimmte Temperatur für das Öl verwendet.
  • Die Steuereinheit 60 beurteilt, ob der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist oder nicht (Schritt S100). In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist (Schritt S100: Ja), schaltet die Steuereinheit 60 das erste Relais 61 ab (Schritt S 102). Hierbei wird die Heizeinheit 30 von der Lichtmaschine 40 und der Batterie 42 elektrisch getrennt und erzeugt keine Wärme (sie arbeitet nicht). Die Steuereinheit 60 schließt das erste Flusspassagenrohr 21 (die erste Flusspassage 21a) (Schritt S104) und kehrt zu der Detektion des Betriebszustands zurück. Wenn die Steuereinheit 60 das erste Flusspassagenrohr 21 schließt, sendet die Steuereinheit 60 Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um die Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventil 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass das erste Flusspassagenrohr 21 geschlossen ist, wie in 4 gezeigt. Als ein Ergebnis wird eine Verbindung zwischen der Einführungsöffnung 20a und dem zweiten Flusspassagenrohr 22 (der zweiten Flusspassage 22a) hergestellt, und das eingeführte Abgas fließt durch die zweite Flusspassage 22a und wird zu der Ausstoßöffnung 20b geführt. Hierbei wird verhindert, dass die Heizeinheit 30 dem Fluss des Abgases ausgesetzt wird, wodurch die Hydrolyse der Harnstofflösung durch die Heizeinheit 30, welche nachfolgend beschrieben wird, effizient ausgeführt werden kann. Hierbei kann die Beurteilung, ob der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist oder nicht durch die Steuereinheit 60 durchgeführt werden, bevor oder nachdem der Start des Motors durchgeführt wird, nachdem die Zündschlüsselposition in die AN-Position geschaltet wurde.
  • In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors nicht der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist (Schritt S100: Nein), beurteilt die Steuereinheit 60, ob der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens ist oder nicht (Schritt S106). In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens ist (Schritt S106: Ja), schaltet die Steuereinheit 60 das erste Relais 61 aus (Schritt S108), um die Heizeinheit 30 von der Lichtmaschine 40 und der Batterie 42 elektrisch zu trennen, um die Heizeinheit 30 hierdurch in den deaktivierten Zustand zu bringen. Die Steuereinheit 60 schließt die zweite Flusspassage 22a (Schritt S110) und veranlasst die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18, Harnstofflösung einzuspritzen (Schritt S112). Insbesondere sendet die Steuereinheit 60 Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um die Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass das zweite Flusspassagenrohr 22 (die zweite Flusspassage 22a) geschlossen ist, wie in 5 gezeigt. Als ein Ergebnis wird zwischen der Einführungsöffnung 20a und dem ersten Flusspassagenrohr 21 (der ersten Flusspassage 21a) eine Verbindung hergestellt, wodurch das eingeführte Abgas durch die erste Flusspassage 21a fließt und zu der Ausstoßöffnung 20b geführt wird. Die durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 der Einführungsöffnung 20a zugeführte Harnstofflösung wird durch das Abgas zu der ersten Flusspassage 21a geführt, wodurch wenigstens ein Teil der Harnstofflösung an der Heizeinheit 30 anhaftet und durch diese gehalten wird. Wie bereits beschrieben, ist es gewünscht, dass der Harnstofflösungshalteabschnitt 30a in der Heizeinheit 30 gebildet wird. In diesem Fall wird die in die Heizeinheit 30 eingeführte Harnstofflösung mithilfe von Oberflächenspannung an dem Harnstofflösungshalteabschnitt 30a gehalten.
  • Wenn das Einspritzen einer vorbestimmten Menge von Harnstofflösung beendet ist, schließt die Steuereinheit 60 die erste Flusspassage 21a (Schritt S114) und schaltet das erste Relais 61 an (Schritt S116). Die Steuereinheit 60 sendet Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass die erste Flusspassage 21a geschlossen ist, wie in 6 gezeigt. Als ein Ergebnis wird in dem ersten Flusspassagenrohr 21 (der ersten Flusspassage 21a) der geschlossene Raum 21b gebildet, welcher durch das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25, 26 geschlossen (definiert) ist. Als ein Ergebnis des Anschaltens des ersten Relais 61 in diesem Zustand wird die Lichtmaschine 40 mit der Heizeinheit 30 elektrisch verbunden, wodurch die durch die Lichtmaschine 40 erzeugte elektrische Energie der Heizeinheit 30 zugeführt wird. Die Heizeinheit 30, welche die Zuführung der elektrischen Energie erhält, erzeugt Wärme, um die Harnstofflösung zu erwärmen, um hierdurch Ammoniak durch Hydrolyse zu erzeugen. Da die Heizeinheit 30 in dem geschlossenen Raum 21 enthalten ist, welcher durch das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25, 26 definiert ist, wird das erzeugte (produzierte) Ammoniak in dem geschlossenen Raum 21b gehalten.
  • Nach Ablauf einer Zeit, innerhalb der das gesamte oder wenigstens eine vorbestimmten Menge der in der Heizeinheit 30 gehaltenen Harnstofflösung in Ammoniak umgewandelt ist, schließt die Steuereinheit 60 die zweite Flusspassage 22a (Schritt S118) und kehrt zu der Detektion des Betriebszustands zurück. Die Steuereinheit 60 sendet Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um die Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass die zweite Flusspassage 22a geschlossen ist, wie in 7 gezeigt. Als ein Ergebnis wird zwischen der Einführungsöffnung 20a und der ersten Flusspassage 21a eine Verbindung hergestellt, wodurch das eingeführte Abgas durch die erste Flusspassage 21a fließt und zu der Ausstoßöffnung 20b geführt wird. Das durch die erste Flusspassage 21a fließende Abgas drängt das in der ersten Flusspassage 21a (dem geschlossenen Raum 21b) gehaltene Ammoniak, sodass es fließt, wodurch das gehaltene Ammoniak über die Ausstoßöffnung 20b der SCR-Einheit 14 zugeführt wird. Da Ammoniak (nicht die Harnstofflösung) der SCR-Einheit 14 zugeführt wird, kann die SCR-Einheit 14 NOx-Reduktion bei einem niedrigeren Abgastemperaturbereich erzielen. Hierbei kann die Zeit, innerhalb welcher die gesamte oder wenigstens eine vorbestimmten Menge der in der Heizeinheit 30 gehaltenen Harnstofflösung in Ammoniak umgewandelt wird, experimentell auf der Grundlage des Volumens des geschlossenen Raums 21b, der Wärmeerzeugungsleistung der Heizeinheit 30, der Menge an Harnstofflösung, welche in der Heizeinheit 30 gehalten werden kann, usw. bestimmt werden.
  • In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors nicht der Zustand zur Zeit des Aufwärmens ist (Schritt S106: Nein), beurteilt sie, dass der Betriebszustand des Motors der Normalbetriebszustand ist, und sie schaltet das erste Relais 61 aus (Schritt S120). Als ein Ergebnis des Ausschaltens des ersten Relais 61 wird die Heizeinheit 30 von der Lichtmaschine 40 und der Batterie 42 elektrisch getrennt, wodurch die Heizeinheit 30 in den deaktivierten Zustand gebracht wird. Die Steuereinheit 60 schließt die erste Flusspassage 21a (Schritt S122) veranlasst, dass die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 Harnstofflösung einspritzt (Schritt S124), und kehrt zu der Detektion des Betriebszustands zurück. Die Steuereinheit 60 sendet Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass die erste Flusspassage 21a geschlossen ist, wie in 8 gezeigt. Als ein Ergebnis wird zwischen der Einführungsöffnung 20a und dem zweiten Flusspassagenrohr 22 (der zweiten Flusspassage 22a) eine Verbindung hergestellt, wodurch das eingeführte Abgas durch die zweite Flusspassage 22a fließt und der Ausstoßöffnung 20b zugeführt wird. Die durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 der Einführungsöffnung 20a zugeführte Harnstofflösung wird durch das Abgas der zweiten Flusspassage 22a zugeführt und zusammen mit dem Abgas über die Ausstoßöffnung 20b der SCR-Einheit 14 zugeführt. Da die Temperatur des Abgases in dem Normalbetriebszustand gleich oder größer ist als die vorbestimmte Temperatur, kann die Harnstofflösung durch die Wärme des Abgases in Ammoniak umgewandelt werden.
  • Bei der vorangehend beschriebenen Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform wird Harnstofflösung durch die Heizeinheit 30 gehalten, der geschlossene Raum 21b, welcher die Heizeinheit 30 enthält, wird als ein Ergebnis des Schließens der ersten Flusspassage 21a durch das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 gebildet, und die Heizeinheit 30 wird veranlasst, Wärme zu erzeugen. Entsprechend kann Ammoniak aus der Harnstofflösung effizient erzeugt werden, ohne dabei durch die Temperatur und den Fluss des Abgases beeinträchtigt zu werden. Hierbei wird es möglich, dass die gesamte Harnstofflösung in Ammoniak umgewandelt wird, wobei die Menge an elektrischer Energie, welche zur Erzeugung von Wärme durch die Heizeinheit 30 benötigt wird, vermindert wird, wodurch die Menge an der SCR-Einheit 14 zugeführtem Ammoniak stabilisiert wird. Da Ammoniak in dem geschlossenen Raum 21b gehalten werden kann, kann ebenfalls eine unnötige Leckage von Ammoniak verhindert oder zurückgehalten werden, und die Menge an der SCR-Einheit 14 zugeführtem Ammoniak kann eingestellt werden. Da der Ammoniak-Schlupf-Dieseloxidationskatalysator 15 in der Stufe nach der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 vorgesehen ist, wird, selbst wenn Ammoniak aus dem geschlossenen Raum 21b ausläuft, das ausgelaufene Ammoniak nicht nach außerhalb des Fahrzeugs freigegeben.
  • Bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform wird der SCR-Einheit 14 nicht Harnstofflösung sondern Ammoniak zugeführt. Deshalb kann die NOx-Reduzierung in einem Temperaturbereich erreicht werden, der niedriger ist als die Betriebstemperatur, welche herkömmlicherweise für den Betrieb der SCR-Einheit 14 benötigt wird. In dem Fall eines herkömmlichen Verfahrens, bei welchem der SCR-Einheit Harnstofflösung zugeführt wird, müssen nämlich die Temperatur der SCR-Einheit selbst und die Temperatur des der SCR-Einheit zugeführten Abgases gleich oder größer sein als eine Temperatur (beispielsweise 200°C), bei welcher Ammoniak durch Hydrolysieren der Harnstofflösung erzeugt werden kann. Der NOx-reduzierende Katalysator, welcher in der SCR-Einheit vorgesehen ist, entfaltet eine NOx-reduzierende Wirkung ab einer niedrigeren Temperatur (beispielsweise etwa 120°C), obwohl die zur Reduktion benötigte Menge an Ammoniak zunimmt und sich die NOx-Reduktionsrate (Reduktionsrate, d. h. Abnahmerate) erniedrigt. Wenn anstatt Harnstofflösung Ammoniak durch Verwendung der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform der SCR-Einheit 14 direkt zugeführt wird, wird es somit möglich, eine Menge von Ammoniak zuzuführen, welche für Niedertemperaturreduktion notwendig ist, um NOx-Reduzierung in einem niedrigeren Betriebstemperaturbereich zu realisieren.
  • Es ist bekannt, dass als ein Ergebnis verbesserter Verbrennungseffizienz und reduzierten Kraftstoffverbrauchs die Temperatur des von dem Motor 510 ausgestoßenen Abgases geringer werden kann als 200 °C, wenn das Fahrzeug durch eine Stadt fährt, d. h. in einem Betriebsbereich, in dem die Last des Motors in einem niedrigen bis mittleren Bereich ist (nachfolgend der „niedrige bis mittlere Lastbetriebsbereich“). Wenn die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, wird NOx-Reduzierung sogar in dem niedrigen bis mittleren Lastbetriebsbereich möglich, und Abgasreinigung kann, im Vergleich zu dem Fall, in dem eine herkömmliche Vorrichtung verwendet wird, in einem breiteren Betriebsbereich erreicht werden.
  • Im Allgemeinen nimmt die Menge an Ammoniak, welches die SCR-Einheit (der NOx-reduzierende Katalysator) aufnehmen kann, zu, wenn die Temperatur der SCR-Einheit abnimmt. Wenn der SCR-Einheit 14 mit niedriger Temperatur Ammoniak zugeführt wird, wird das zugeführte Ammoniak durch die SCR-Einheit 14 aufgenommen. Selbst wenn die Abgastemperatur niedrig ist, kann deshalb die zur NOx-Reduzierung notwendige Menge an Ammoniak zugeführt werden.
  • Wenn bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform der SCR-Einheit 14 Ammoniak zugeführt wird, wird das durch das erste Flusspassagenrohr 21 fließende und durch die Heizeinheit 30 erwärmte Abgas der SCR-Einheit 14 zugeführt. Selbst in dem niedrigen bis mittleren Lastbetriebsbereich kann deshalb der SCR-Einheit 14 Abgas höherer Temperatur zugeführt werden, ohne durch das Abgas niedriger Temperatur beeinträchtigt zu werden, welches nicht durch die Heizeinheit 30 fließt, wodurch die Effizienz der NOx-Reduzierung an der SCR-Einheit 14 verbessert werden kann.
  • Zweite Ausführungsform:
  • Eine Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 beschrieben. 11 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt. 12 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Betriebszustand der Ammoniakerzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zur Zeit des Aufwärmens zeigt. 13 ist ein Flussdiagramm, welches eine Prozessierungsroutine zum Steuern des Betriebs der Ammoniakerzeugungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform zeigt. Die vorliegende Prozessierungsroutine wird durch die Steuereinheit 60 zu vorbestimmten Zeitpunkten und Zeitintervallen wiederholt ausgeführt. Obwohl die Prozedur zum Erzeugen von Ammoniak in der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform sich von der in der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform unterscheidet, sind insbesondere die Komponenten der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform gleich denen der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform. Deshalb werden die Komponenten der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie jene, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden, und deren Beschreibung wird weggelassen.
  • Da ein Teil des Betriebszustands der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform gleich dem der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform ist, wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen. In dem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors in dem Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist, wie dies in 4 gezeigt ist, wird das erste Flusspassagenumschaltventil 25 derart geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt und das Abgas von dem Motor 510 zu dem zweiten Flusspassagenrohr 22 führt. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 wird derart geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt, um hierdurch den geschlossenen Raum 21b innerhalb des ersten Flusspassagenrohrs 21 zu bilden.
  • In dem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors in dem Zustand zu der Zeit des Aufwärmens ist, ändern sich die Betriebszustände des ersten und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 25, 26, der Betriebszustand der Heizeinheit 30 und der Betriebszustand der Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 wie dies in den 11 und 12 gezeigt ist. Hierbei unterscheidet sich die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform von der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Zeitpunkte, zu denen die Heizeinheit 30 veranlasst wird, Wärme zu erzeugen. Insbesondere wird bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform die Heizeinheit 30 dazu veranlasst, Wärme zu erzeugen, nachdem Harnstofflösung zugeführt wird. Bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform wird hingegen Harnstofflösung zugeführt, nachdem die Heizeinheit 30 veranlasst wird, Wärme zu erzeugen. Hierbei kann, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die Heizeinheit 30 den Harnstofflösungshalteabschnitt 30a aufweisen.
  • Auch bei der zweiten Ausführungsform bedeutet der Ausdruck „der Betriebszustand des Motors ist in dem ersten Betriebszustand“, dass der Motor wenigstens in dem Zustand, in welchem die Heizeinheit 30 betrieben wird (veranlasst wird, Wärme zu erzeugen), dem Zustand, in welchem Harnstofflösung hydrolysiert wird (die Harnstofflösung wird in Ammoniak umgewandelt), und in dem Zustand, in welchem die Abgastemperatur größer ist als die vorbestimmte Temperatur, ist. Der Zustand, in welchem die Heizeinheit 30 betrieben wird, und der Zustand, in welchem Harnstofflösung hydrolysiert wird, treten auf, wenn der Motor erwärmt ist, und der Zustand, in welchem die Abgastemperatur größer ist als die vorbestimmte Temperatur, tritt zu der Zeit des Normalbetriebs nach dem Aufwärmen des Motors auf.
  • Nachdem der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens wurde, gehen das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25, 26, die Heizeinheit 30 und die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform in die in 11 gezeigten Betriebszustände über. Hierbei wird das erste Flusspassagenumschaltventil 25 derart geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt und das Abgas von dem Motor 510 zu dem zweiten Flusspassagenrohr 22 leitet. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 wird derart geschaltet, dass es das erste Flusspassagenrohr 21 schließt, um hierdurch die Heizeinheit 30 innerhalb des geschlossenen Raumes 21b einzuschließen. In diesem Zustand wird die Heizeinheit 30 angeschaltet und geht in den Heizzustand über. Der Betriebszustand des in 11 gezeigte Motors ist der erste Betriebszustand, d. h. der Zustand, in welchem die Heizeinheit 30 betrieben wird (veranlasst wird, Wärme zu erzeugen). In der zweiten Ausführungsform wird durch die Heizeinheit 30 insbesondere Harnstofflösung nicht gehalten (ein Punktmuster ist nicht dargestellt), und die Zuführung von elektrischer Leistung zu der Heizeinheit 30 ist die Zuführung von elektrischer Leistung zum Vorheizen. Das Vorheizen wird während einer vorbestimmten Zeit ausgeführt, bis die Temperatur der Heizeinheit 30 oder die Temperatur innerhalb des geschlossenen Raumes 21b gleich oder größer wird als die Temperatur (beispielsweise 200 °C), welche für die Hydrolyse der Harnstofflösung nötig ist. Diese vorbestimmte Zeit kann insbesondere basierend auf der Leistung der Heizeinheit 30, dem Volumen des geschlossenen Raumes 21b usw. vorab bestimmt sein und kann unter Berücksichtigung der Außenlufttemperatur oder dergleichen korrigiert werden.
  • Wenn die vorangehend erwähnte vorbestimmte Zeit nach dem Beginn der Zuführung von elektrischer Leistung zu der Heizeinheit 30 verstrichen ist, wird, wie in 12 gezeigt, das erste Flusspassagenumschaltventil 25 derart geschaltet, dass es das zweite Flusspassagenrohr 22 schließt und das von dem Motor 510 über die Einführungsöffnung 20a eingeführte Abgas zu dem ersten Flusspassagenrohr 21, d. h. der ersten Flusspassage 21a, leitet. Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 wird derart geschaltet, dass es das zweite Flusspassagenrohr 22 schließt und das dem ersten Flusspassagenrohr 21 zugeleitete Abgas zu der Ausstoßöffnung 20b leitet. In diesem Zustand spritzt die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 eine vorbestimmte Menge an Harnstofflösung ein. Als ein Ergebnis wird die eingespritzte Harnstofflösung zusammen mit dem Abgas zu der Heizeinheit 30 geleitet, und wenigstens ein Teil der Harnstofflösung wird durch die Heizeinheit 30 erwärmt und, als ein Ergebnis von Hydrolyse, in Ammoniak umgewandelt. Das erzeugte oder aus der Harnstofflösung umgewandelte Ammoniak wird der SCR-Einheit 14 zusammen mit dem Abgas zugeleitet. Da das der SCR-Einheit 14 zugeführte Abgas durch die Heizeinheit 30 erhitzt wird, kann die NOx-reduzierende Reaktion der SCR-Einheit 14 beschleunigt werden. Insbesondere kann die Einspritzmenge der Harnstofflösung basierend auf der Abgastemperatur und der Motorlast geeignet bestimmt werden, sodass die Einspritzmenge mit der Abgastemperatur und der Motorlast zunimmt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 in einer Stufe vor der SCR-Einheit 14 vorgesehen, und das durch die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 erzeugte Ammoniak wird der SCR-Einheit 14 zugeführt. Deshalb kann die SCR-Einheit 14 ihre NOx-reduzierende Funktion ab einem Temperaturbereich unterhalb von 200 °C entwickelt.
  • Wenn der Betriebszustand des Motors von dem Betriebszustand zur Zeit des Aufwärmens in den Normalbetriebszustand übergegangen ist, gehen das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25, 26, die Heizeinheit 30 und die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform in die in der 8 gezeigten Betriebszustände über. Der Betriebszustand des in 8 gezeigten Motors ist der erste Betriebszustand, d. h. der Zustand, in welchem die Abgastemperatur größer ist als die vorbestimmte Temperatur.
  • Die Betriebssteuerung für die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 in der zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. Die vorliegende Prozessierungsroutine wird durch die Steuereinheit 60 zu vorbestimmten Zeitpunkten und Zeitintervallen wiederholt durchgeführt.
  • Die Steuereinheit 60 beginnt die vorliegende Prozessierungsroutine, wenn das Fahrzeug gestartet wird, und detektiert den Betriebszustand des Motors unter Verwendung verschiedener Sensoren, welche an dem Fahrzeug vorgesehen sind. Die Erfassung des Betriebszustands des Motors wurde bereits in der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Die Steuereinheit 60 beurteilt, ob der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist oder nicht (Schritt S200). In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist (Schritt S200: Ja), schaltet die Steuereinheit 60 das erste Relais 61 ab (Schritt S202). Hierbei wird die Heizeinheit 30 von der Lichtmaschine 40 und der Batterie 42 elektrisch getrennt und erzeugt keine Wärme (arbeitet nicht). Die Steuereinheit 60 schließt die erste Flusspassage 21a (Schritt S204) und kehrt zu der Erfassung des Betriebszustands zurück. Wenn die Steuereinheit 60 die erste Flusspassage 21a schließt, sendet die Steuereinheit 60 Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um die Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass das erste Flusspassagenrohr 21 geschlossen ist, wie in 4 gezeigt. Als ein Ergebnis wird zwischen der Einführungsöffnung 20a und dem zweiten Flusspassagenrohr 22 (der zweiten Flusspassage 22a) eine Verbindung hergestellt, und das eingeführte Abgas fließt durch die zweite Flusspassage 22a und wird zu der Ausstoßöffnung 20b geleitet.
  • In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors nicht der Zustand zur Zeit des Kaltstarts ist (Schritt S200: Nein), beurteilt die Steuereinheit 60, ob der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens ist oder nicht (Schritt S206). In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors der Zustand zur Zeit des Aufwärmens ist (Schritt S206: Ja), schließt die Steuereinheit 60 die erste Flusspassage 21a (Schritt S208) und schaltet das erste Relais 61 an (Schritt S210). Insbesondere sendet die Steuereinheit 60 Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um die Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass die erste Flusspassage 21a geschlossen ist, wie in 6 gezeigt. Als ein Ergebnis wird der durch das erste und das zweite Flusspassagenumschaltventil 25, 26 geschlossene (definierte) Raum 21 in der ersten Flusspassage 21a gebildet. Als ein Ergebnis davon, dass das erste Relais 61 in diesem Zustand eingeschaltet wird, wird die Lichtmaschine 40 mit der Heizeinheit 30 elektrisch verbunden, wodurch die durch die Lichtmaschine 40 erzeugte elektrische Leistung der Heizeinheit 30 zugeführt wird. Die Heizeinheit 30, welche die Zuführung der elektrischen Leistung erhält, erzeugt Wärme, wodurch Vorheizen durchgeführt wird.
  • Wenn die Zeit, während der der Heizeinheit 30 elektrische Leistung zugeführt wird, eine vorbestimmte Zeit überschreitet, schließt die Steuereinheit 60 die zweite Flusspassage 22a (Schritt S212). Die Steuereinheit 60 veranlasst die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 Harnstofflösung einzuspritzen (Schritt S214) und kehrt zu der Erfassung des Betriebszustands zurück. Hierbei sendet die Steuereinheit 60 Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25, das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 und die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18, um die Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass die zweite Flusspassage 22a geschlossen ist und die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 zu veranlassen, eine Harnstofflösung einzuspritzen, wie dies in 12 gezeigt ist. Als ein Ergebnis wird zwischen der Einführungsöffnung 20a und der ersten Flusspassage 21a eine Verbindung hergestellt, wodurch das eingeführte Abgas durch die erste Flusspassage 21a fließt und zu der Ausstoßöffnung 20b geleitet wird. Die der Einführungsöffnung 20a durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 zugeführte Harnstofflösung wird durch das Abgas zu der ersten Flusspassage 21a geleitet, wodurch wenigstens einen Teil der Harnstofflösung durch die Heizeinheit 30, welche Wärme erzeugt, als ein Ergebnis des Vorheizens hydrolysiert wird, wodurch Ammoniak erzeugt wird. Das erzeugte Ammoniak wird durch das Abgas zu der Ausstoßöffnung 20b geleitet und der SCR-Einheit 14 zugeführt. Auch in der vorliegenden Ausführungsform wird Ammoniak (nicht die Harnstofflösung) der SCR-Einheit 14 zugeführt. Deshalb kann die SCR-Einheit 14 die NOx-Reduzierung bei einem niedrigeren Abgastemperaturbereich durchführen.
  • In dem Fall, in dem die Steuereinheit 60 beurteilt, dass der Betriebszustand des Motors nicht der Zustand zur Zeit des Aufwärmens ist (Schritt S206: Nein), beurteilt sie, dass der Betriebszustand des Motors der Normalbetriebszustand ist und schaltet das erste Relais 61 ab (Schritt S216). Als ein Ergebnis davon, dass das erste Relais 61 abgeschaltet wird, wird die Heizeinheit 30 von der Lichtmaschine 40 und der Batterie 42 elektrisch getrennt, wodurch die Heizeinheit 30 in den deaktivierten Zustand gebracht wird. Die Steuereinheit 60 schließt die erste Flusspassage 21a (Schritt S218), veranlasst die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18, Harnstofflösung einzuspritzen, (Schritt S220) und kehrt zu der Erfassung des Betriebszustands zurück. Die Steuereinheit 60 sendet Steuersignale an das erste Flusspassagenumschaltventil 25 und das zweite Flusspassagenumschaltventil 26, um die Ventilpositionen des ersten Flusspassagenumschaltventils 25 und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 26 so zu schalten, dass die erste Flusspassage 21a geschlossen wird, wie in 8 gezeigt. Als ein Ergebnis wird zwischen der Einführungsöffnung 20a und der zweiten Flusspassage 22a eine Verbindung hergestellt, wodurch das eingeführte Abgas durch die zweite Flusspassage 22a fließt und zu der Ausstoßöffnung 20b geführt wird. Die durch die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 der Einführungsöffnung 20a zugeführte Harnstofflösung wird durch das zugeführte Abgas zusammen mit dem Abgas zu der zweiten Flusspassage 22a geleitet und durch die Ausstoßöffnung 20b der SCR-Einheit 14 zugeführt. Die Temperatur des Abgases in dem Normalbetriebszustand ist gleich oder größer als die vorbestimmte Temperatur, und die Harnstofflösung kann durch die Wärme des Abgases in Ammoniak umgewandelt werden.
  • Die vorangehend beschriebene Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform kann bei der SCR-Einheit 14 NOx-Reduzierung ebenso wie in dem Fall, in dem die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, in einem Temperaturbereich erreichen, welcher niedriger ist als der herkömmliche Temperaturbereich.
  • Da bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Schritt zum Zuführen von Harnstofflösung zu der Heizeinheit 30 nicht notwendig ist, kann die Anzahl der Umschaltungen des ersten und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 25, 26 reduziert werden.
  • Da bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Vorheizen der Heizeinheit 30 innerhalb des geschlossenen Raumes 21b durchgeführt wird, kann die Heizeinheit 30 Wärme effizient erzeugen, ohne durch die Abgastemperatur und den Abgasfluss beeinträchtigt zu werden. Auch wenn der SCR-Einheit 14 Ammoniak zugeführt wird, wird das durch das erste Flusspassagenrohr 21 fließende Abgas der SCR-Einheit 14 zugeführt. Deshalb wird es möglich, der SCR-Einheit 14 Abgas höherer Temperatur zuzuführen, ohne durch das Abgas niedrigerer Temperatur beeinträchtigt zu werden, welches nicht durch die Heizeinheit 30 fließt, wodurch die Effizienz der NOx-Reduzierung an der SCR-Einheit 14 verbessert wird.
  • Da bei der Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform die Umwandlung der Harnstofflösung in Ammoniak zu der Zeit durchgeführt wird, zu der Ammoniak der SCR-Einheit 14 zugeführt wird, kann die Menge des für die NOx-Reduzierung notwendigen Ammoniaks in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors 510 dynamisch zugeführt werden.
  • Abwandlungen:
    • (1) Obwohl die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 der ersten und der zweiten Ausführungsform, welche in den 2 und 3 gezeigt sind, das erste Flusspassagenrohr 21 und das zweite Flusspassagenrohr 22 aufweisen, welche in der Horizontalrichtung parallel zueinander angeordnet sind, kann die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 ein erstes Flusspassagenrohr 21 und ein zweites Flusspassagenrohr 22 aufweisen, welche in der Vertikalrichtung parallel zueinander angeordnet sind, wie dies in 14 gezeigt ist. 14 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Abwandlung der Ammoniakerzeugungsvorrichtung der ersten und der zweiten Ausführungsform zeigt. In dem Fall, in dem beispielsweise ein sich in der Horizontalrichtung erstreckender Montageraum nicht existiert und ein sich in der Vertikalrichtung erstreckender Montageraum gefunden werden kann, kann die Ammoniakerzeugungsvorrichtung der ersten oder zweiten Ausführungsform an dem Fahrzeug (in dem sich in Vertikalrichtung erstreckenden Montageraum) montiert werden. 14 zeigt ferner eine Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20, welche das bereits beschriebene Wärmereservoir 31 umfasst, welches zusätzlich zu der Heizeinheit 30 vorgesehen sein kann.
    • (2) In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen kann die durch die Lichtmaschine 40 erzeugte elektrische Leistung der Heizeinheit 30 ohne Spannungserniedrigung durch Anordnen eines DC/DC-Wandlers zwischen dem ersten Relais 61 und dem zweiten Relais 62 zugeführt werden. Als ein Ergebnis kann die Heizleistung der Heizeinheit 30 erhöht werden, und die benötigte Menge an Wärme kann innerhalb einer kürzeren Zeitdauer bereitgestellt werden.
    • (3) Das zweite Flusspassagenumschaltventil 26 kann in den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen weggelassen werden. Da der Kontakt zwischen dem Abgasfluss und der Heizeinheit 30 durch das erste Flusspassagenumschaltventil 25 verhindert werden kann, kann das Problem von Wärmeverlust vermieden werden, welches ansonsten auftritt, wenn die Heizeinheit 30 mit dem Abgas in Kontakt kommt.
    • (4) Zusätzlich zu der Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 kann in den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen eine zweite Harnstofflösungseinspritzeinheit 18a vorgesehen sein, welche Harnstofflösung direkt in den geschlossenen Raum 21b einspritzt, wie dies in 15 gezeigt ist. 15 ist eine erläuternde Ansicht, welche eine Abwandlung der Ammoniakerzeugungsvorrichtungen zeigt. In diesem Fall wird es bei der ersten Ausführungsform möglich, von dem in 4 gezeigten Zustand zur Zeit des Kaltstarts direkt in den in 6 gezeigten Zustand überzugehen, indem der in 5 gezeigte Schritt, in welchem Harnstofflösung der Heizeinheit 30 zugeführt wird, übergangen wird, um hierdurch die Anzahl der Betätigungen des ersten und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 25, 26 zu reduzieren. Auch kann in der ersten und der zweiten Ausführungsform die Menge von Harnstofflösung, welche an dem ersten Flusspassagenrohr 21 haftet, reduziert werden, und ein Temperaturabfall der Harnstofflösung, welcher durch Abgas niedriger Temperatur erzeugt wird, kann verhindert oder verringert werden. Ferner kann Harnstofflösung der ersten Flusspassage 21 unabhängig von dem Betriebszuständen des ersten und des zweiten Flusspassagenumschaltventils 25, 26 zugeführt werden. Hierbei zeigt 15 die bereits beschriebene Form, in welcher die Harnstofflösungseinspritzeinheit 18 in der Einführungsöffnung 20a angeordnet ist.
    • (5) In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen hat die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 die Gestalt eines rechteckigen Kastens. Die Partikelsammelvorrichtung 20 kann jedoch eine redundante Gestalt aufweisen, welche zwischen der Einführungsöffnung 20a und der Ausstoßöffnung 20b eine Mehrzahl von Faltungen aufweist, oder sie kann eine zylindrische Gestalt aufweisen. In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 geradlinig. Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 kann jedoch bei einem Reinigungssystem angewendet werden, bei welchem ein Teil der Struktur oder des Rohrs so ausgelegt ist, dass es sich in eine Richtung erstreckt, welche den verbleibenden Teil der Struktur oder des Rohrs schneidet und welches als eine gefaltete Gestalt ausgebildet ist. Die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 kann beispielsweise bei einem Reinigungssystem angewendet werden, welches eine gefaltete Gestalt aufweist und welches einen parallelen Bereich aufweist, der zu der Grundfläche parallel ist, wenn das System an einem Fahrzeug angebracht ist, und einen schneidenden Bereich umfasst, welcher den parallelen Bereich schneidet, wodurch die Länge in der Flussrichtung des Abgases verkürzt wird. Hierbei kann das Reinigungssystem ein Reinigungssystem sein, bei welchem der schneidende Bereich ein vertikaler Bereich ist, der senkrecht zu der Grundfläche orientiert ist und der in der Vertikalrichtung eine größere Größe aufweist. In diesem Fall kann die Ammoniakerzeugungsvorrichtung 20 in dem parallelen Bereich oder dem schneidenden Bereich angeordnet sein.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung auf der Grundlage von Ausführungsformen und deren Abwandlungen beschrieben wurde, sind die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung angegeben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern und nicht um die vorliegende Erfindung zu beschränken. Die vorliegende Erfindung kann abgewandelt oder verbessert werden, ohne von dem Gedanken der Erfindung und dem Schutzbereichen der Ansprüche abzuweichen, und die vorliegende Erfindung umfasst Äquivalente derselben. Um beispielsweise das vorangehend beschriebenen Problem teilweise oder ganz zu lösen oder die vorangehend beschriebenen Wirkungen teilweise oder ganz zu erreichen, können technische Merkmale der Ausführungsformen und Abwandlungen, welche technischen Merkmalen der in dem Abschnitt „Überblick der Erfindung“ beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, auf geeignete Weise ersetzt oder kombiniert werden. Ebenso können die technischen Merkmale auf geeignete Weise weggelassen werden, wenn die vorliegende Beschreibung nicht erwähnt, dass diese technischen Merkmale essenziell sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Abgasreinigungssystem
    11
    Abgasrohr
    11a
    Krümmer
    11b
    Dämpferendrohr
    12
    Dieseloxidationskatalysator
    13
    Dieselpartikelfilter
    14
    selektive katalytische Reduktionseinheit (SCR)
    15
    Dieseloxidationskatalysator
    17
    Kraftstoffeinspritzeinheit
    18
    Harnstofflösungseinspritzeinheit
    18a
    zweite Harnstofflösungseinspritzeinheit
    191
    erster Temperatursensor
    192
    zweiter Temperatursensor
    20
    Ammoniakerzeugungsvorrichtung
    20a
    Einführungsöffnung
    20b
    Ausstoßöffnung
    201
    Gehäuse
    21
    erstes Flusspassagenrohr
    21a
    erste Flusspassage
    21b
    geschlossener Raum
    22
    zweites Flusspassagenrohr
    22a
    zweite Flusspassage
    23
    wärmeisolierendes Material
    25
    erstes Flusspassagenumschaltventil
    26
    zweites Flusspassagenumschaltventil
    30
    Heizeinheit
    30a
    Harnstofflösungshalteabschnitt
    31
    Wärmereservoir
    40
    Lichtmaschine
    401
    lichtmaschinenseitige Riemenscheibe
    41
    Zubehör
    42
    Batterie
    500
    Fahrzeug
    510
    Dieselmotor
    511
    motorseitige Riemenscheibe
    512
    Riemen
    520
    Rad
    60
    Steuereinheit
    61
    erstes Relais
    62
    zweites Relais
    64
    Strommesser

Claims (10)

  1. Ammoniakerzeugungsvorrichtung (20), welche in einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine (510) angeordnet ist und in einer Stufe hinter einem Harnstofflösungszuführungssystem (18) anzuordnen ist, wobei die Ammoniakerzeugungsvorrichtung (20 umfasst: einen Hauptkörper, welcher eine Einführungsöffnung (20a) zum Einführen von Abgas, eine Ausstoßöffnung (20b) zum Ausstoßen des Abgases und eine erste Flusspassage (21a) und eine zweite Flusspassage (22a) aufweist, welche mit der Einführungsöffnung (20a) und der Ausstoßöffnung (20b) in Verbindung stehen und welche voneinander separiert sind; eine Heizeinheit (30), welche in der ersten Flusspassage (21a) angeordnet ist; und einen ersten Umschaltabschnitt, welcher auf einer Seite des Hauptkörpers angeordnet ist, wo die Einführungsöffnung (20a) vorgesehen ist und welcher eine Flusspassage des Abgases zwischen der ersten Flusspassage (21a) und der zweiten Flusspassage (22a) schalten kann.
  2. Ammoniakerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Umschaltabschnitt, welcher an der anderen Seite des Hauptkörpers angeordnet ist, wo die Ausstoßöffnung (20b) vorgesehen ist, und welcher geschaltet werden kann, um die erste Flusspassage (21a) oder die zweite Flusspassage (22a) zu schließen.
  3. Ammoniakerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heizeinheit (30) einen Halteabschnitt zum Halten von Harnstofflösung aufweist, welche durch den Harnstoffzuführungsabschnitt (18) zugeführt wird.
  4. Ammoniakerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen zweiten Harnstofflösungszuführungsabschnitt (18a), welcher an dem Hauptkörper so vorgesehen ist, dass er Harnstofflösung direkt zu der ersten Flusspassage (21a) zuführt.
  5. Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung, umfassend: einen Hauptkörper, welcher in einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine (510) angeordnet ist und welcher eine erste Flusspassage (21a) und eine zweite Flusspassage (22a) aufweist, welche voneinander separiert sind; einen Harnstofflösungszuführungsabschnitt (18), welcher auf einer Abgaszuführungsseite des Hauptkörpers vorgesehen ist und Harnstofflösung zuführt; eine in der ersten Flusspassage (21a) angeordnete Heizeinheit (30); einen Umschaltabschnitt, welcher auf der Abgaszuführungsseite des Hauptkörpers angeordnet ist und welcher eine Flusspassage des Abgases zwischen der ersten Flusspassage (21a) und der zweiten Flusspassage (22a) schalten kann; und einen Steuerabschnitt (60), welcher den Umschaltabschnitt steuert, um die Flusspassage des Abgases zu der zweiten Flusspassage (22a) zu schalten, wenn die Brennkraftmaschine (510) in einem ersten Betriebszustand ist.
  6. Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Betriebszustand ein Betriebszustand ist, in welchem die Heizeinheit (30) betrieben wird.
  7. Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Betriebszustand ein Betriebszustand ist, in welchem die Harnstofflösung hydrolysiert wird.
  8. Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Betriebszustand ein Betriebszustand ist, in welchem das Abgas eine Temperatur aufweist, die größer ist als eine vorbestimmte Temperatur.
  9. Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Steuerabschnitt (60) ferner die Zuführung von Harnstofflösung durch den Harnstofflösungszuführungsabschnitt (18) und den Betrieb der Heizeinheit (30) steuert; und wobei in dem ersten Betriebszustand, nach dem Umschalten der Flusspassage des Abgases zu der zweiten Flusspassage (22a) und dem Betreiben der Heizeinheit (30), der Steuerabschnitt (60) die Flusspassage des Abgases zu der ersten Flusspassage (21a) schaltet und den Harnstofflösungszuführungsabschnitt (18) veranlasst, der ersten Flusspassage (21a) Harnstofflösung zuzuführen.
  10. Ammoniakerzeugungssteuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Steuerabschnitt (60) ferner die Zuführung von Harnstofflösung durch den Harnstofflösungszuführungsabschnitt (18) und den Betrieb der Heizeinheit (30) steuert und wobei der Steuerabschnitt (60) in dem ersten Betriebszustand die Flusspassage des Abgases zu der ersten Flusspassage (21 a) schaltet und den Harnstofflösungszuführungsabschnitt (18) veranlasst, der ersten Flusspassage (21a) Harnstofflösung zuzuführen, und wobei der Steuerabschnitt (60) nach Abschluss der Zuführung der Harnstofflösung zu der ersten Flusspassage (21a) die Flusspassage des Abgases zu der zweiten Flusspassage (22a) schaltet und die Heizeinheit (30) betreibt.
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