BR102018076477A2

BR102018076477A2 - Reator eletroquímico e motor de combustão interna fornecidos com reator eletroquímico

Info

Publication number: BR102018076477A2
Application number: BR102018076477-2A
Authority: BR
Inventors: Tetsuya Sakuma; Keishi Takada; Hiromasa Nishioka
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-08-20
Also published as: CN109958511A; CN109958511B; EP3505730B1; US10794250B2; JP2019116841A; EP3505730A1; US20190195105A1; KR20190078511A; JP6881279B2; RU2702070C1

Abstract

a presente invenção refere-se a um reator eletroquímico (70), que é fornecido com uma camada de eletrólito sólida condutora de próton (75); uma camada de anodo (76) disposta na superfície da camada de eletrólito sólida e capaz de reter moléculas de água; uma camada de catodo (77) disposta na superfície da camada de eletrólito sólida; e um dispositivo de controle da corrente (73) controlando uma corrente ¿uindo através da camada de anodo e da camada de catodo. o dispositivo de controle da corrente reduz a corrente ¿uindo através da camada de anodo e da camada de catodo, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo se tornam menores em quantidade.

Description

CAMPO [001] A presente invenção refere-se a um reator eletroquímico e um motor de combustão interna fornecidos com um reator eletroquímico.

ANTECEDENTES [002] Conhecido no passado tem sido um reator eletroquímico fornecido com uma camada de eletrólito sólido condutor de próton, uma camada de anodo disposta em uma superfície da camada de eletrólito sólida, e uma camada de catodo disposta em uma superfície da camada de eletrólito sólida (por exemplo, Publicação de Patente Não Examinada Japonesa No. 2006-346624). Em um tal reator eletroquímico, se a corrente elétrica flui através da camada de anodo e da camada de catodo, moléculas de água são decompostas sobre a camada de anodo, por meio da qual prótons e oxigênio são gerados, e o NOx reage com os prótons na camada de catodo, por meio da qual nitrogênio e moléculas de água são gerados. Como um resultado, o reator eletroquímico pode ser usado para remover NOx.

SUMÁRIO

PROBLEMA TÉCNICO [003] No reator eletroquímico mencionado acima, uma vez que as moléculas de água são necessárias para remover NOx, deve ser considerado para formar a camada de anodo, através de um material capaz de reter moléculas de água. Em um reator eletroquímico configurado como acima, as moléculas de água retidas na camada de anodo são decompostas para produzir prótons.

[004] A este respeito, se colocar um reator eletroquímico configurado como acima, por exemplo, em uma passagem de escape de um

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2/21 motor de combustão interna, a concentração de moléculas de água no gás de escape, fluindo ao redor do reator eletroquímico (concentração de água líquida e vapor) não será constante, mas mudará de acordo com o estado da operação do motor de combustão interna. Desta maneira, dependendo do estado operacional do motor de combustão interna, a concentração de moléculas de água no gás de escape se tornará menor e, consequentemente, as moléculas de água supridas para a camada de anodo vão diminuir. Se em tal estado a corrente elétrica flui, através da camada de anodo e da camada de catodo, para continuar a decompor as moléculas de água na camada de anodo, a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo vai diminuir.

[005] Por outro lado, se a corrente que flui através da camada de anodo e da camada de catodo é grande, uma grande quantidade de prótons se movimenta da camada de anodo para a camada de catodo. Como um resultado, parte dos prótons são liberados no gás de escape como moléculas de hidrogênio, sem contribuir para a remoção de NOx. Desta maneira, se aumentando a corrente independente da diminuição da quantidade de moléculas de água, retidas na camada de anodo, uma grande quantidade de prótons não contribuindo para a remoção de NOx é gerada, e uma diminuição na quantidade das moléculas de água retidas na camada de anodo é fomentada.

[006] Além disso, finalmente, a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo se torna pequena, e a quantidade de prótons se movendo da camada de anodo para a camada de catodo, diminui. Como um resultado, na camada de catodo, a quantidade de NOx reduzida e removida diminui. Desta maneira, o desempenho do reator eletroquímico na remoção de NOx diminui.

[007] A presente invenção foi feita em consideração ao problema técnico acima, e tem como seu objetivo causar uma diminuição nos

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3/21 prótons, que não contribuem para a remoção de NOx no reator eletroquímico para, dessa maneira, suprimir a diminuição no desempenho na remoção de NOx, junto com uma diminuição na quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA [008] A presente invenção foi feita de maneira a solucionar o problema acima, e tem como sua essência o seguinte.

[009] (1) Um reator eletroquímico compreendendo: uma camada de eletrólito sólida condutora de próton; uma camada de anodo disposta na superfície da camada de eletrólito sólida e capaz de reter moléculas de água; uma camada de catodo disposta na superfície da camada de eletrólito sólida; e um dispositivo de controle de corrente controlando uma corrente fluindo através da camada de anodo e da camada de catodo, [0010] em que o dispositivo de controle de corrente é configurado para reduzir o fluido corrente, através da camada de anodo e da camada de catodo, quando as moléculas de água, retidas na camada de anodo, se tornam menores em quantidade.

[0011] (2) Um motor de combustão interna em que o reator eletroquímico de acordo com acima (1) é fornecido em uma passagem de escape, em que [0012] o reator eletroquímico é disposto na passagem de escape, de maneira que ambas, a camada de anodo e a camada de catodo, são expostas ao gás de escape.

[0013] (3) O motor de combustão interna de acordo com acima (2), em que [0014] o motor de combustão interna é configurado para desempenhar o controle do corte de combustão, parando o suprimento de combustão para o motor de combustão interna, durante a operação do motor de combustão interna, e

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4/21 [0015] o dispositivo de controle de corrente é configurado para reduzir a corrente, considerando que as moléculas de água, retidas na camada de anodo, se tornam menores em quantidade, quando o combustível fora de controle é iniciado.

[0016] (4) O motor de combustão interna de acordo com (2) ou (3) acima, em que [0017] o motor de combustão interna é configurado para possibilitar a mudança na proporção de ar - combustível, da mistura de ar combustível, suprida para o motor de combustão interna, e [0018] o dispositivo de controle de corrente é configurado para reduzir a corrente, considerando que as moléculas de água retidas na camada de anodo se tornam menores em quantidade, quando a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível muda para um lado difícil (magro).

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO [0019] De acordo com a presente invenção, diminuindo os prótons que não estão contribuindo para a remoção de NOx no reator eletroquímico, é possível suprimir a diminuição no desempenho da remoção de NOx, junto com uma diminuição na quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0020] A FIG. 1 é uma vista esquemática da configuração de um motor de combustão interna.

[0021] A FIG 2 é uma vista lateral de corte transversal de um reator eletroquímico.

[0022] A FIG. 3 é uma vista de corte transversal ampliada, mostrando esquematicamente uma parede divisória do reator eletroquímico.

[0023] A FIG 4 é uma vista de corte transversal ampliada, mostrando esquematicamente uma parede divisória do reator eletroquímiPetição 870180165072, de 19/12/2018, pág. 36/84

5/21 co.

[0024] AS FIGS. 5A e 5B são vistas mostrando esquematicamente uma reação ocorrendo ao redor de uma parede divisória, quando a corrente flui a partir de um sistema de energia.

[0025] A FIG. 6 é uma vista mostrando uma relação entre uma proporção de ar - combustível, de uma mistura de ar - combustível, suprida nos cilindros, e uma corrente fluindo através de uma camada de anodo e uma camada de catodo.

[0026] A FIG. 7 é um fluxograma mostrando uma rotina de controle de corrente realizada por um sistema de energia.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE [0027] Abaixo, com referência aos desenhos, modalidades da presente invenção serão explicadas em detalhes. Observe que, na explicação a seguir, elementos componentes similares são designados pelos mesmos numerais de referência.

Explicação de Motor de Combustão Interna como um Todo [0028] Primeiro, com referência à FIG. 1, a configuração de um motor de combustão interna 1, de acordo com uma modalidade, será explicada. A FIG. 1 é uma vista esquemática da configuração do motor de combustão interna 1. Como mostrado na FIG. 1, o motor de combustão interna I é provido com um corpo do motor 10, sistema de alimentação de combustível 20, sistema de admissão 30, sistema de escape 40 e dispositivo de controle 50.

[0029] O corpo do motor 10 é provido com um bloco de cilindros em que uma pluralidade de cilindros 11 são formados, um cabeçote de cilindro e um cárter. Um pistão 14 é disposto em cada cilindro 11, e cada cilindro 11 é conectado aos orifícios de admissão e ao orifício de escape.

[0030] O sistema de alimentação de combustível 20 é fornecido com injetores de combustível 21, um tubo de distribuição 22, tubo de

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6/21 alimentar combustível 23, bomba de combustível 24, e tanque de combustível 25. Cada injetor de combustível 31 é disposto no cabeçote do cilindro de maneira a injetar diretamente combustível em cada cilindro 11.0 combustível bombeado para fora pela bomba de combustível 24 é suprido através do tubo de alimentação de combustível 23 para o tubo de distribuição 22, e depois é injetado a partir do injetor de combustível 21 no cilindro 11.

[0031] O sistema de admissão 30 é fornecido com uma tubulação de admissão 31, tubo de admissão 32, limpador do ar 33, compressor 34 de um turboalimentador 5, refrigerador intermediário 35, e válvula borboleta 36. O orifício de admissão de cada cilindro 11 é comunicado através da tubulação de admissão 31, e o tubo de admissão 32 com o limpador de ar 33. O tubo de admissão 43 é fornecido com o compressor 34 do turboalimentador de escape 5, para comprimir e descarregar o ar de admissão fluindo através do tubo de admissão 32, e o refrigerador intermediário 35 para refrigerar o ar comprimido pelo compressor 34. A válvula borboleta 36 é dirigida de maneira a ser aberta e fechada, por um atuador de acionar uma válvula borboleta 37.

[0032] O sistema de escape 40 é fornecido com uma tubulação de escape 41, tubo de escape 42, turbina 43 do turboalimentador de escape 5, e reator eletroquímico 70. O orifício de escape de cada cilindro 11 é comunicado através da tubulação de escape 51 e o tubo de escape 52, com o reator eletroquímico 70. No tubo de escape 42, a turbina 43 do turboalimentador de escape 5, que é acionada para girar pela energia do gás de escape, que é fornecido. Observe que o sistema de escape 40 pode ser fornecido com um catalisador, tal como um catalisador de três vezes ou catalisador de redução de armazenamento de NOx, lado a montante ou lado a jusante do reator eletroquímico 70, na direção de fluxo do gás de escape.

[0033] O dispositivo de controle 50 é fornecido com uma unidade

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7/21 de controle eletrônico (ECU) 51 e vários tipos de sensores. O ECU 51 consiste em um computador digital, e é fornecido com componentes conectados uns com os outros, através de um coletor bidirecional 52, tal como uma RAM (memória de acesso randômico) 53, ROM (memória só de leitura) 54, CPU (microprocessador) 55, orifício de entrada 56, e orifício de saída 57.

[0034] No tubo da admissão 32, um sensor de taxa de fluxo (metro de ar-fluxo) 61 é fornecido para detectar a taxa de fluxo do ar fluindo através do tubo de admissão 32. No tubo de escape 42 (ou na tubulação de escape 41), sensor da proporção de ar - combustível é fornecido para detectar a proporão de ar - combustível do gás de escape fluindo no reator eletroquímico 70. Além disso, o veículo incluindo o tubo de admissão 32, ou o motor de combustão interna 1, é fornecido com um sensor de umidade 63, para detectar a umidade do ar suprido para cada cilindro 11 (ou ar externo). As saídas desses sensores de taxa de escoamento 61, sensor de proporção de ar - combustível 62, e sensor de umidade 63 são conectadas através dos conversores 58 correspondentes de AD para o orifício de entrada 56.

[0035] Além disso, um sensor de carga 65 gerando uma voltagem de saída proporcional para a quantidade de depressão de um pedal de acelerador 64, é conectado ao pedal do acelerador 64. A voltagem de saída do sensor de carga 65 é inserida através de um conversor AD correspondente 58, para o orifício de entrada 56. Um sensor de ângulo de manivela 66 gera um pulso de saída toda vez que o eixo de manivela do corpo do motor 10 gira por, por exemplo, 10 graus. Este pulso de saída é inserido no orifício de entrada 56. Na CPU 55, a velocidade do motor é calculada a partir do pulso de saída.

[0036] Por outro lado, o orifício de saída 57 de ECU 51 é conectado através dos circuitos de acionador correspondentes 59, para os atuadores controlando a operação do motor de combustão interna 1.

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8/21

No exemplo mostrado na FIG. 1, o orifício de saída 57 é conectado aos injetores de combustível 21, à bomba de combustível 24 e ao atuador de acionamento da válvula borboleta 37. Os sinais de controle das saídas de ECU 51 controlando esses atuadores do orifício de saída 57 para controlar a operação do motor de combustão interna 1. Controle do Motor de Combustão Interna [0037] O dispositivo de controle 50 desempenha o controle de injeção, controlando a quantidade de combustível injetado a partir de cada injetor de combustível 21, com base na carga do motor e na velocidade do motor, etc., entrando na maneira acima. No controle da injeção, basicamente, quanto maior a carga do motor, mais quantidade de injeção é controlada, de maneira que a quantidade de combustível injetada a partir de cada injetor de combustível 21 se torna maior durante cada ciclo. Em oposição a isto, na presente modalidade, mesmo se a carga do motor muda, a quantidade de ar suprido para os cilindros 11 não mudará tanto assim. Como um resultado, quanto maior a carga do motor, maior a proporção de ar - combustível da mistura de ar -combustível suprida nos cilindros 11.

[0038] Além disso, o dispositivo de controle 50 da presente modalidade executa o combustível fora do controle interrompendo temporariamente a injeção de combustível de cada injetor de combustível 21, durante a operação do motor de combustão interna (isto é, durante a rotação do eixo de manivela do corpo do motor 10), por exemplo, quando o veículo, no qual o motor de combustão interna 1 é montado é desacelerado. Especificamente, o combustível fora do controle é realizado e a injeção de combustível, de cada injetor de combustível 21 é interrompida, por exemplo, quando a carga do motor, detectada pelo sensor de carga 65 é zero, ou menos do que ou igual a um valor limite superior predeterminado, e a velocidade rotativa do motor calculada com base na saída do sensor do ângulo de manivela 66, é igual a ou

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9/21 maior do que um valor limite inferior predeterminado (por exemplo, 2000 rpm).

[0039] Observe que, na presente modalidade, o corpo do motor 10 não é provido com velas de ignição, e o motor de combustão interna 1 é um tipo de autoignição de compressão, do tipo motor de combustão interna. Entretanto, o motor de combustão interna 1 pode também ser um tipo motor de combustão interna de ignição por faísca, que inflama a mistura de ar - combustível através de uma ignição de uma vela de ignição. Neste caso, no controle de injeção, a quantidade de injeção é controlada de maneira que a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível, suprida para os cilindros 11 é a proporção alvo de ar -combustível. A proporção alvo de ar - combustível é, por exemplo, estabelecida de maneira a mudar perto da proporção de ar - combustível de ar estequiométrica, de acordo com o estado operacional do motor. Além disso, o combustível fora de controle é similarmente realizado em uma ignição de centelha tipo motor de combustão interna também.

Configuração de Reator Eletroquímico [0040] Em seguida, com referência às FIGS. 2 e 3, a configuração do reator eletroquímico 70, de acordo com a presente modalidade, será explicada. A FIG. 2 é uma vista lateral de corte transversal do reator eletroquímico 70. Como mostrado na FIG. 2, o reator eletroquímico 70 é fornecido com paredes divisórias 71 e passagens 72 definidas pelas paredes divisórias. As paredes divisórias 71 são compreendidas de uma pluralidade de primeiras paredes divisórias se estendendo em paralelo umas com as outras, e uma pluralidade de segundas paredes divisórias, se estendendo em paralelo umas com as outras e perpendiculares às primeiras paredes divisórias. As passagens 72 são definidas por essas primeiras paredes divisórias e segundas paredes divisórias, e se estendendo em paralelo umas com as outras. Desta manei

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10/21 ra, o reator eletroquímico 70, de acordo com a presente modalidade, tem uma estrutura alveolada. O gás de escape fluindo no reator eletroquímico 70 flui através da pluralidade de passagens 72.

[0041] A FIG. 3 é uma vista de corte transversal ampliada de uma parede divisória 71 do reator eletroquímico 70. Como mostrado na FIG. 3, uma parede divisória 71 do reator eletroquímico 70 é fornecida com uma camada de eletrólito sólida 75, uma camada de anodo 76 disposta sobre uma superfície da camada de eletrólito sólida 75, e uma camada de catodo 77 disposta sobre a superfície da camada de eletrólito sólida 75 no lado oposto à superfície em que a camada de anodo 76 é disposta.

[0042] A camada de eletrólito sólido 75 inclui um eletrólito sólido poroso, que tem condutividade de próton. Como o eletrólito sólido, por exemplo, um óxido de metal do tipo perovskita MM‘i-xRxO3-a (M=Ba, Sr, Ca, M'=Ce, Zr, R=Y, Yb, por exemplo, SrZr_xYbi-_xO3-a, SrCeO3, BaCeO3, CaZrO3, SrZrO3, etc.), um fosfato (por exemplo, SÍO2-P2O5baseado em vidro etc.), ou metal lubrificado Snxlni-_xP2O7 (por exemplo, SnP2O7, etc.) são usados.

[0043] A camada de anodo 76 e a camada de catodo 77, ambas, incluem Pt, Pd, Rh, ou outros metais preciosos. Ainda, a camada de anodo 76 inclui uma substância capaz de reter (isto é, capaz de adsorver e/ou absorver) moléculas de água. Especificamente, a substância capaz de reter moléculas de água inclui zeólito, gel de sílica, alumina ativada, etc. Por outro lado, a camada de catodo 77 inclui uma substância capaz de reter (isto é, capaz de adsorver e/ou absorver) NO_X. Especificamente, a substância capaz de reter NO_X inclui K, Na, ou outro metal alcalino, Ba ou outro metal alcalinoterroso, La ou outras terras raras, etc.

[0044] Ainda, o reator eletroquímico 70 é fornecido com um sistema de energia 73 e amperímetro 74. O eletrodo positivo do sistema de

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11/21 energia 73 é ligado à camada de anodo 76, enquanto o eletrodo negativo do sistema de energia 73 é conectado à camada de catodo 77. O sistema de energia 73 é configurado para ser capaz de mudar a corrente fluindo através da camada de catodo 77, a camada de eletrólito sólido 75, a camada de anodo 76. Adicionalmente, o sistema de energia 73 é configurado para ser capaz de mudar a voltagem aplicada ao longo da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77.

[0045] Ainda, o sistema de energia 73 é conectado ao amperímetro 74 em série. Além disso, o amperímetro 74 é conectado através de um conversor 58 AD correspondente para o orifício de entrada 56. O sistema de energia 73 é conectado através de um circuito de acionamento correspondente 59 ao orifício de saída 57 do ECU 51. O sistema de energia 73 é controlado por ECU 51. Desta maneira, o sistema de energia 73 e ECU 51 funcionam como um dispositivo de controle de corrente, para controlar a corrente que flui através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77. Em particular, na presente modalidade, o sistema de energia 73 é controlado de tal maneira que o valor da corrente detectado pelo amperímetro 74 se torna um valor alvo.

[0046] No reator eletroquímico 70 configurado como acima, se a corrente flui do sistema de energia 73 para a camada de anodo 76 e para a camada de catodo 77, reações tais como nas fórmulas a seguir, ocorrem na camada de anodo 76 e na camada de catodo 77:

Lado de Anodo: 2H2O—>4H⁺+O2+4e

Lado de Catodo: 2NO+4H⁺+4e—>N₂+2H₂O [0047] Isto é, na camada de anodo 76, as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 são eletrolisadas, por meio das quais oxigênio e prótons são gerados. O oxigênio gerado é liberado no gás de escape, enquanto os prótons gerados se movem da camada de anodo 76, através da camada de eletrólito sólida 75, para a camada de catodo 77. Na camada de catodo 77, o NO mantido na camada de catodo

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12/21 reage com os prótons e elétrons, por meio dos quais nitrogênio e moléculas de água são gerados.

[0048] Desta maneira, de acordo com a presente modalidade, por fazer a corrente fluir do sistema de energia 73 do reator eletroquímico 70 para a camada de anodo 76 e a camada de catodo 77, é possível, reduzir o NO, no gás de escape para N2, para removê-lo.

[0049] Observe que, nas modalidades acima, a camada de anodo 76 e a camada de catodo 77 são dispostas em duas superfícies nos lados opostos da camada de eletrólito sólida 75. Entretanto, a camada de anodo 76 e a camada de catodo 77 podem também ser dispostas nas mesmas superfícies da camada de eletrólito sólida 75. Neste caso, os prótons se movem através da vizinhança da superfície da camada de eletrólito sólida 75, na qual a camada de anodo 76 e a camada de catodo 77 são dispostas.

[0050] Ainda, como mostrado na FIG. 5, a camada de anodo 76 pode incluir duas camadas de uma camada condutora 76a, incluindo um metal precioso que tem condutividade elétrica, e camada retendo moléculas de água 76b, incluindo uma substância capaz de reter moléculas de água. Neste caso, a camada condutora 76a é disposta sobre a superfície da camada de eletrólito sólida 75, enquanto a camada retendo molécula de água 76b é disposta sobre a superfície da camada condutora 76a, no lado oposto do lado da camada de eletrólito sólida 75.

[0051] Similarmente, a camada de catodo 77 pode incluir duas camadas de uma camada condutora 77a, incluindo um metal precioso que tem condutividade elétrica, e um NOx retendo a camada 77b incluindo uma substância capaz de reter NOx. Neste caso, a camada condutora 77a é disposta na superfície da camada de eletrólito sólida 75, enquanto o NOx retendo a camada 77b é disposto sobre a superfície da camada condutora 77a, no lado oposto ao lado da camada de ele

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13/21 trólito sólida 75.

Propriedades de Reator Eletroquímico [0052] Em seguida, com referências às FIGS. 5A e 5B, as propriedades do reator eletroquímico 70, configuradas como explicado acima, serão simplesmente explicadas. A FIG. 5A é uma vista mostrando esquema-ticamente uma reação que ocorrer ao redor de uma parede divisória 71, quando a corrente fluindo do sistema de energia 73 é pequena A FIG. 5B é uma vista mostrando esquematicamente a reação que ocorrer ao redor da parede divisória 71, quando a corrente fluindo do sistema de energia 73 é grande.

[0053] Como mostrado na FIG. 5A, quando a corrente fluindo do sistema de energia 73 é pequena, uma quantidade pequena de prótons move através da camada de anodo 76, da camada de eletrólito sólida 75, para a camada de catodo 77. Desta maneira, quase todos os prótons movendo para a camada de catodo 77 reagem,com o NO retido na camada de catodo 77 por meio da qual N2 é formado.

[0054] Por outro lado, como mostrado na FIG. 5B, quando a corrente que flui do sistema de energia 73 é grande, uma grande quantidade de prótons se move da camada de anodo 76, através da camada de eletrólito sólida 75, para a camada de catodo 77. Desta maneira, uma taxa de remoção do NO na camada de catodo 77 é de alguma maneira mais elevada, em comparação com quando a corrente fluindo do sistema de energia 73 é pequena, mas parte dos prótons movendo para a camada de catodo 77 não reage com NO retida na camada de catodo 77, e é liberada dentro do gás de escape como moléculas de hidrogênio. Desta maneira, se a corrente que flui do sistema de energia 73 é grande, prótons mais do necessário são gerados a partir das moléculas de água retidas na camada de anodo 76.

[0055] A esse respeito, a concentração das moléculas de água incluídas no gás de escape muda de acordo com o estado operacional

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14/21 do motor. Isto é, se a mistura de ar - combustível queima nos cilindros 11 do corpo do motor 10, moléculas de água são geradas junto com a combustão. Desta maneira, se o estado operacional do motor muda, e a quantidade de combustível suprida dos injetores de combustível 21 muda, a concentração das moléculas de água incluídas no gás de escape muda. Desta maneira, por exemplo, quando o controle de corte do combustível acima mencionado está sendo realizado, o gás de escape quase não inclui moléculas de água.

[0056] Ainda, quando a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível suprida nos cilindros 11 é alta (lado difícil), comparado a quando é baixa (lado bom), a proporção do ar para o combustível suprido é maior. Desta maneira, nesta ocasião, depois da mistura de ar-combustível ser queimada nos cilindros 11, a proporção do ar para as moléculas de água, no gás de escape é alta, e desta maneira a concentração de moléculas de água no gás de escape é baixa. Desta maneira, a concentração de moléculas de água no gás de escape muda de acordo com a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível suprida nos cilindros 11.

[0057] Se a concentração de moléculas de água no gás de escape é baixa, a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo 76 no estado de equilíbrio é pequena. Desta maneira, se a concentração de moléculas de água no gás de escape diminui, a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo 76 diminui.

[0058] Quando a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo 76 no estado de equilíbrio é reduzida dessa maneira, se uma grande corrente flui do sistema de energia 73, a quantidade das moléculas de água retidas na camada de anodo 76 rapidamente diminui. Como um resultado, se a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo 76 se torna menor, geração suficiente de prótons não mais se torna possível e o desempenho na remoção de

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NOx diminui.

[0059] Em particular, como explicado com referência à FIG. 5B, quando o valor da corrente fluindo do sistema de energia 73 é grande, parte dos prótons não contribui para a remoção de NO_X. Desta maneira, se tornando maior o valor da corrente fluindo do sistema de energia 73, a despeito da quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo 76 diminuir, uma grande quantidade de prótons não contribuindo para a remoção de NO_X é produzida, enquanto uma diminuição na quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo é promovida. Desta maneira, se a concentração de moléculas de água no gás de escape é baixa, é necessário, para reduzir o valor da corrente fluindo do sistema de energia 73, reter prótons excessivos de serem gerados.

Controle de Reator Eletroquímico [0060] Desta maneira, na presente modalidade, o sistema de energia 73 torna a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 menor, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 são relativamente pequenas em número, comparadas a quando elas são relativamente grandes em número. Em particular, na presente modalidade, o sistema de energia 73 reduz a corrente que flui através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 se tornam menores em quantidade.

[0061] A FIG. 6 é uma vista mostrando a relação da proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível suprida nos cilindros 11, e a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77.

[0062] A este respeito, como explicado acima, se a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível suprida nos cilindros 11 se tornar maior (se tornar o lado difícil), a concentração de molécuPetição 870180165072, de 19/12/2018, pág. 47/84

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Ias de água no gás de escape diminui, e como um resultado as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 tendem a diminuir. Desta maneira, no exemplo mostrado na FIG. 6, quando a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível suprida nos cilindros 11 se torna maior, isto é, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 se tornam menos, a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 se torna menor. Observe que, no exemplo mostrado na FIG. 6, a corrente se torna menor na proporção em que a relação ar - combustível da mistura de ar combustível se torna maior, mas não é necessariamente requerido mudar a corrente proporcionalmente à relação de ar - combustível da mistura de ar - combustível.

[0063] Em adição, na presente modalidade, o sistema de energia 73 torna a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 extremamente pequena, quando o ar é suprido sem combustível sendo suprido nos cilindros 11, devido ao combustível fora de controle. Alternativamente, o sistema de energia 73 torna a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 desta vez substancialmente zero.

[0064] Desta maneira, se mudar o ponto de vista, o sistema de energia 73 pode ser dito mudar a corrente que flui através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 para se tornar menor, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 mudam para se tornar menor em quantidade.

[0065] O tempo quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 se tornam menores em quantidade, significa o tempo quando a concentração de moléculas de água no gás de escape diminuiu. Ainda, o tempo quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 se tornam menores em quantidade, inclui não só o tempo quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 na rea

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17/21 lidade mudando para se tornar menor em quantidade, mas também o tempo, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 são esperadas para se tornarem menores em quantidade, devido a vários acionadores (injetores de combustível 21, válvula borboleta 36, etc.) do motor de combustão interna 1 sendo operado. Desta maneira, o tempo quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 se tornam menores em quantidade inclui, por exemplo, o tempo quando a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível suprida para os cilindros 11 muda (para o lado difícil) para se tornar maior, ou o tempo quando o controle de corte de combustível é iniciado.

[0066] A FIG. 7 é um fluxograma mostrando uma rotina de controle do controle da corrente realizado pelo sistema de energia 73. A rotina de controle ilustrada é realizada a cada intervalo de tempo certo.

[0067] Como mostrado na FIG. 7, primeiro, na etapa S11, a quantidade de injeção de combustível Q de cada injetor de combustível 21 para um cilindro 11 em cada ciclo é adquirida. A quantidade de injeção de combustível Q é, por exemplo, calculada com base na quantidade alvo de injeção de combustível de cada injetor de combustível 21 calculada na ECU 51. Cada injetor de combustível 21 é controlado de maneira que a quantidade de injeção de combustível do injetor de combustível 21, em cada ciclo se torna a quantidade alvo de injeção de combustível.

[0068] Em seguida, na etapa S12, é avaliado se a quantidade da injeção de combustível Q para cada cilindro 11 adquirido na etapa S11 é maior do que 0. Se, na etapa S12, é julgado que a quantidade de injeção de combustível Q, para cada cilindro 11 é maior do que 0, isto é, se é julgado que o controle de corte de combustível não está em andamento, a rotina prossegue para a etapa S13.

[0069] Na etapa S13, usando o sensor da proporção de ar - combustível 62, a proporção de ar - combustível do gás de escape fluindo

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18/21 no reator eletroquímico 70 é adquirida. Em seguida, na etapa S14, o valor alvo corrente I é calculado usando um mapa tal como mostrado na FIG. 6, com base na proporção de ar - combustível do gás de escape adquirido na etapa S13. O sistema de energia 73 é controlado de maneira que a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 se torna o valor de corrente alvo I, depois a rotina de controle é encerrada.

[0070] Por outro lado, se na etapa S12 é considerado que a quantidade de injeção de combustível Q para cada cilindro 11 é 0, isto é, se for considerado que um corte de combustível está em andamento, a rotina prossegue para a etapa S15. Na etapa S15, o valor de corrente alvo I é estabelecido para zero. Desta maneira, o sistema de energia 73 é controlado de maneira a não fazer a corrente elétrica fluir através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77, então a rotina de controle é encerrada.

Ação e Efeitos [0071] No motor de combustão interna 1, de acordo com a presente modalidade, quando a concentração de moléculas de água no gás de escape é baixa, isto é, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo 76 são relativamente pequenas em número, a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 se torna menor. Devido a isto, é suprimido gerar prótons excessivos, que pode ser suprimido para diminuir a quantidade das moléculas de água retidas na camada de anodo 76, e diminuir no desempenho de remoção de NOx acompanhando uma diminuição na quantidade das moléculas de água retidas na camada de anodo 76, pode ser suprimida.

[0072] Por outro lado, na presente modalidade, quando a mistura de ar - combustível é queimada nos cilindros 11, e as moléculas de água são contidas no gás de escape, a corrente flui através da cama

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19/21 da de anodo 76 e da camada de catodo 77, então a corrente é um tanto pequena. Desta maneira, nesta ocasião, prótons são gerados na camada de anodo 76, e desta maneira é possível reter a remoção de NOx na camada de catodo 77.

[0073] A este respeito, a velocidade da reação v na reação de NOx e dos prótons mantidos na camada de catodo 77, é expressa pela fórmula a seguir (1):

( λγΊ v=Aexp--[NCtvfTH^-/ ...(1) k ΛΤ.) [0074] Na fórmula (1), A, a, e β são constantes, ΔΕ indica a energia de ativação, R indica a constante de gás, e T indica a temperatura. Ainda, [NO_X] indica a concentração de NO_X, enquanto [H⁺] indica a concentração de prótons. Com será entendido através da fórmula (1), a velocidade de reação v na reação entre NOx e os prótons, se torna mais rápida quando a concentração [NOx] de NOx se torna maior e quando a concentração [H⁺] de prótons se torna maior.

[0075] A este respeito, se a proporção de ar - combustível do gás de escape é a proporção de ar - combustível boa, o NOx no gás de escape reage com HC, CO, etc. não queimados no gás de escape, e desta maneira a concentração do NOx no gás de escape é baixa. Desta maneira, neste caso, a quantidade de NO_X retida na camada de catodo 77 tende a diminuir. Se a quantidade de NO_X retida na camada de catodo 77 diminui desta maneira, a concentração [NO_X] de NO_X na fórmula (1) diminui, e desta maneira a velocidade da reação, na reação de NOx e prótons, se torna mais lenta.

[0076] Em oposição a isto, no motor de combustão interna 1, de acordo com a presente modalidade, quanto maior a proporção de ar combustível da mistura de ar - combustível suprida para cada cilindro 11, menor a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77. Falando inversamente, no motor de combustão

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20/21 interna 1, de acordo com a presente modalidade, quanto mais baixa a proporção de ar - combustível do gás de escape (o lado mais rico da proporção de ar - combustível), mais a quantidade de prótons supridos para a camada de catodo 77 por unidade, o tempo aumenta. Como um resultado, na camada de catodo 77, a concentração [H⁺] de prótons na fórmula (1) aumenta. Desta maneira, de acordo com a presente modalidade, mesmo quando a proporção de ar - combustível do gás de escape é a proporção de ar - combustível rica, a velocidade da reação, na reação entre NOx e os prótons, pode ser mantida alta. Modificações [0077] Em seguida, uma modificação da modalidade acima será explicada. Nas modalidades acima, a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77, foi controlada de acordo com a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível fornecida para os cilindros 11 e se ou não o controle fora do combustível é realizado. Entretanto, a quantidade das moléculas de água retidas na camada de anodo 76 também muda de acordo com outros fatores.

[0078] Por exemplo, se a temperatura do gás de escape sobe e dessa maneira a temperatura do reator eletroquímico 70, em particular a temperatura das paredes divisórias 71 sobe, as moléculas de água se tornam mais duras para ser retidas na camada de anodo 76. Desta maneira, quando a temperatura do reator eletroquímico 70 se torna mais elevada, a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo 76 é diminuída. Desta maneira, o sistema de energia 73 pode ser controlado de maneira que, quando a temperatura do reator eletroquímico 70 se torna mais elevada, a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 se torna menor.

[0079] Ainda, quando a umidade do ar suprido para os cilindros 11 (isto é, a umidade da atmosfera ao redor do veículo montando o motor

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21/21 de combustão interna 1) é baixa, a umidade do gás de escape descarregada dos cilindros 11 é também baixa. Como um resultado, quando a umidade do ar suprido para os cilindros 11 é baixa, a quantidade de moléculas de água retidas na camada de anodo 76 diminui. Desta maneira, o sistema de energia 73 pode ser controlado de maneira a fazer a corrente fluir através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 menor, quando a umidade, detectada pelo sensor de umidade 63, se torna mais baixa.

[0080] Em adição, nas modalidades acima, o sistema de energia 73 é controlado de maneira que a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 é zero, durante a execução de combustível fora de controle. Entretanto, o sistema de energia 73 pode também ser controlado de maneira que corrente ligeiramente flui através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77, mesmo durante a execução de combustível fora de controle. Durante o combustível fora de controle, a concentração de moléculas de água no gás fluindo no reator eletroquímico 70 muda de acordo com a umidade do ar suprido para os cilindros 11, e desta maneira preferivelmente a corrente fluindo através da camada de anodo 76 e da camada de catodo 77 se torna menor, quando a umidade detectada pelo sensor de umidade 63 se torna mais baixa.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Reator eletroquímico caracterizado pelo fato de compreender: uma camada de eletrólito sólida condutora de próton; uma camada de anodo disposta na superfície da camada de eletrólito sólido e capaz de reter moléculas de água; uma camada de catodo disposta na superfície da camada de eletrólito sólida; e um dispositivo de controle de corrente controlando uma corrente que flui através da camada de anodo e da camada de catodo, em que o dispositivo de controle de corrente é configurado para reduzir a corrente fluindo através da camada de anodo e da camada de catodo, quando as moléculas de água retidas na camada de anodo se tornam menores em quantidade.
2. Motor de combustão interna em que o reator eletroquímico, como definido na reivindicação 1, é fornecido em uma passagem de escape, caracterizado pelo fato de que o reator eletroquímico é disposto na passagem de escape de maneira que ambas, a camada de anodo e a camada de catodo são expostas ao gás de escape.
3. Motor de combustão interna de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interna é configurado para realizar o controle do corte de combustível, interrompendo o suprimento de combustível para o motor de combustão interna durante a operação do motor de combustão interna, e o dispositivo de controle da corrente é configurado para reduzir a corrente, considerando que as moléculas de água retidas na camada de anodo se tornam menores em quantidade, quando o controle do corte de combustível é iniciado.
4. Motor de combustão interna de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interna é configurado para possibiliPetição 870180165072, de 19/12/2018, pág. 54/84

2/2 tar a mudança da proporção de ar - combustível da mistura de ar combustível suprida para o motor de combustão interna, e o dispositivo de controle da corrente é configurado para reduzir a corrente, considerando que as moléculas de água retidas na camada de anodo se tornam menores em quantidade, quando a proporção de ar - combustível da mistura de ar - combustível muda para um lado difícil.