[发明专利]电化学反应器和具备电化学反应器的内燃机

说明书

本发明能够抑制伴随着阳极层中的水分子保持量减少而导致的NOx净化性能的降低。一种电化学反应器(70)，具备质子传导性的固体电解质层(75)；阳极层(76)，其配置在固体电解质层(75)的表面上，并且能够保持水分子；阴极层(77)，其配置在固体电解质层(75)的表面上；以及电流控制装置(73)，其控制在阳极层(76)和阴极层(77)之间流通的电流。在阳极层(76)所保持的水分子变少时，电流控制装置(73)减小在阳极层(76)和阴极层(77)之间流通的电流。

技术领域

本发明涉及电化学反应器和具备电化学反应器的内燃机。

背景技术

以往，已知具备质子传导性的固体电解质层、配置在固体电解质层的表面上的阳极层、和配置在固体电解质层的表面上的阴极层的电化学反应器(例如，专利文献1)。在这样的电化学反应器中，当在阳极层和阴极层间流通电流时，水分子在阳极层上被分解而生成质子和氧，NOx在阴极层上与质子反应而生成氮和水分子。结果，能够通过电化学反应器来净化NOx。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2006－346624号公报

发明内容

在如上述那样的电化学反应器中，对于NOx的净化需要水分子，因此可以考虑使用能够保持水分子的材料来形成阳极层。在这样构成的电化学反应器中，阳极层所保持的水分子被分解而生成质子。

但是，在例如内燃机的排气通路内配置了这样构成的电化学反应器的情况下，在电化学反应器周围流动的排气中的水分子浓度(液体水和水蒸气的浓度)不是固定的，而是根据内燃机的运转状态而变化的。因此，根据内燃机的运转状态，排气中的水分子浓度变低，因而向阳极层供给的水分子减少。如果在这样的状态下在阳极层和阴极层间流通电流，持续进行在阳极层上的水分子分解，则在阳极层的水分子的保持量减少。

另一方面，如果在阳极层和阴极层间流通的电流大，则大量质子从阳极层向阴极层移动，结果质子的一部分无助于NOx的净化，而作为氢分子被释放到排气中。因此，如果阳极层所保持的水分子量正在减少但增大电流，则大量地生成无助于NOx净化的质子，同时促进了阳极层所保持的水分子量的减少。

并且，最终阳极层中的水分子的保持量变少，从阳极层向阴极层移动的质子量减少，结果在阴极层被还原、净化的NOx量减少。因此，导致电化学反应器的NOx净化性能降低。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，通过在电化学反应器中使无助于NOx净化的质子减少，抑制伴随着阳极层中的水分子的保持量减少而导致的NOx净化性能的降低。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其要点如下所述。

(1)一种电化学反应器，具备：质子传导性的固体电解质层；阳极层，其配置在该固体电解质层的表面上，并且能够保持水分子；阴极层，其配置在所述固体电解质层的表面上；以及电流控制装置，其控制在所述阳极层和所述阴极层之间流通的电流，在所述阳极层所保持的水分子变少时，所述电流控制装置减小在所述阳极层和所述阴极层之间流通的电流。

(2)一种内燃机，在排气通路内设置有前项(1)所述的电化学反应器，所述电化学反应器以所述阳极层和所述阴极层全都暴露在排气中的方式配置在排气通路内。

(3)根据前项(2)所述的内燃机，该内燃机能够进行燃料切断控制，从而在内燃机的工作期间停止向内燃机供给燃料，在开始所述燃料切断控制时，所述阳极层所保持的水分子变少，所述电流控制装置减小所述电流。

(4)根据前项(2)或(3)所述的内燃机，该内燃机能够使向内燃机供给的混合气的空燃比变化，在所述混合气的空燃比向稀侧变化时，所述阳极层所保持的水分子变少，所述电流控制装置减小所述电流。

根据本发明，通过在电化学反应器中，使无助于NOx净化的质子减少，能够抑制伴随着阳极层中的水分子的保持量减少而导致的NOx净化性能的降低。