L'invention a pour objet un équipement pour moteur à combustion interne avec générateur d'ozone pour réduire la teneur des produits polluants contenus dans les gaz d'échappement de moteur.
L'adjonction d'un agent oxydant, tel que de l'ozone ou de l'eau oxygénée a déjà été proposée (brevets français N" 1514773 et N" 2143997). Il est en effet connu que l'adjonction d'un agent oxydant au comburant permet d'obtenir une meilleure combustion et par conséquent de diminuer la teneur des produits toxiques (CO, HC et NOx) dans les gaz d'échappement. Il est cependant nécessaire d'ajouter dans le comburant une quantité appréciable d'agent oxydant pour diminuer de façon sensible la teneur de ces produits et dans le cas où l'on ajoute de l'ozone, il est nécessaire d'en ajouter au minimum 300 à 400 mg par m3 d'air et par minute pour obtenir des résultats susceptibles d'être mesurés.
Le but de la présente invention est de proposer un équipement avec générateur d'ozone et son alimentation électrique pour moteur à combustion interne permettant de réduire sensiblement la teneur des produits toxiques dans les gaz d'échappement.
L'équipement selon l'invention est caractérisé en ce que le générateur d'ozone comprend au moins une plaque formant une électrode de masse réalisée en matériau électriquement conducteur et disposée parallèlement et à distance d'une deuxième plaque formant une électrode de tension réalisée en un matériau diélectrique, les plaques étant placées dans le chemin de passage de l'air entrant dans le moteur et l'électrode de tension étant reliée à une alimentation électrique comprenant un transformateur de haute tension pulsée, le générateur formé des plaques et son alimentation électrique étant dimensionnés pour produire entre 0,5 et 2 g d'ozone par m3 d'air entrant dans le moteur et par minute.
Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, le générateur d'ozone est formé d'électrodes de masse et de tension et est placé dans le filtre à air du moteur, la première électrode adjacente au couvercle du filtre à air étant une plaque circulaire d'un diamètre plus petit que l'élément filtrant circulaire disposé dans le boîtier du filtre à air, les autres électrodes ayant le même diamètre que la première et étant percées d'un trou central dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'orifice de sortie du filtre à air.
Les électrodes de tension sont alimentées en impulsions électriques par un transformateur haute tension, lui-même commandé soit par un alternateur entraîné par le moteur, soit par un oscillateur.
Les électrodes de masse peuvent être réalisées en acier inox et les électrodes de tension en un diélectrique tel que de l'époxy ou un matériau à base de verre ou de caoutchouc avec une adjonction de silicone.
L'adjonction d'au moins 500 mg d'ozone par m3 et par minute permet le recyclage des gaz d'échappement. C'est pourquoi l'équipement comprend un pot d'échappement centrifuge permettant la récupération des poussières et le recyclage d'environ 20% des gaz d'échappement. Le pot d'échappement comprend en son milieu un cyclone mettant les gaz d'échappement en rotation autour de la tubulure de sortie du pot, qui pénètre dans le pot selon son grand axe, les poussières étant récupérées dans un boîtier placé à la périphérie du pot et les imbrûlés amenés dans le circuit d'entrée du moteur grâce à une tubulure additionnelle sortant également à la périphérie du pot après que les gaz aient été débarrassés des poussières. La majeure partie des imbrûlés est ainsi récupérée, d'où une sensible économie d'essence.
Le dessin représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution d'un équipement avec générateur d'ozone selon l'invention pour un moteur à combustion monté sur un véhicule automobile.
La fig. 1 est une vue schématique de dessus, capot ouvert, de la partie avant d'un véhicule automobile, dans laquelle est monté un moteur de 960 cc équipé d'un générateur d'ozone et d'un dispositif de recyclage des imbrûlés:
la fig. 2 est une vue de dessus du générateur d'ozone monté à l'intérieur du filtre à air du moteur;
la fig. 3 est une coupe selon la ligne III-III de la fig. 2, à travers le filtre à air et le générateur d'ozone;
la fig. 4 est une coupe à travers le pot d'échappement du moteur présentant un pot de récupération des poussières et une tubulure de recyclage des imbrûlés, et
la fig. 5 est une vue schématique de dessus de la partie avant, capot ouvert, d'un véhicule automobile entraîné par un moteur
Diesel équipé d'un générateur d'ozone.
Comme représenté schématiquement dans la fig. 1, l'emplacement avant 1 du véhicule comprend un moteur à explosion 2 avec son ventilateur 3 et ses tubulures d'admission 4 et d'échappement 5 reliées respectivement à un filtre à air 6 par l'intermédiaire d'un carburateur non représenté et à un pot d'échappement 7. Le pot d'échappement 7 qui sera décrit plus en détail en regard des fig. 4 et 5 comprend un tube de sortie des gaz 7a et un pot additionnel de récupération des poussières 8, duquel sort une tubulure de recyclage des imbrûlés 9 débouchant au bas du filtre à air audessus du carburateur non représenté dans la fig. 1. Il va de soi que le moteur 2 peut être alimenté en essence par une pompe à injection remplaçant le carburateur habituellement placé sous le filtre à air.
Dans ce cas, la tubulure de recyclage des imbrûlés pourra déboucher dans le filtre à air 6 ou dans la tubulure d'admission 4.
Le filtre à air comprend un élément filtrant annulaire 10 et un générateur d'ozone 11 placé dans et au milieu de l'élément filtrant 10 dans le chemin de passage de l'air après que celui-ci a traversé l'élément filtrant 10 pour entrer dans le carburateur non représenté.
Le générateur d'ozone est alimenté par un transformateur haute tension 12 présentant deux enroulements 13 et 14, l'enroule- ment 14 étant d'une part mis à la masse en 15 et d'autre part relié au générateur d'ozone 11 par une conduite haute tension 16.
L'enroulement 13 est alimenté par une des phases de l'alternateur 17 du véhicule automobile. Cette phase devra cependant être susceptible de livrer plus de courant que les deux phases restantes pour ne pas déséquilibrer l'alternateur qui doit remplir sa fonction normale de charge de la batterie du véhicule. La phase reliée au transformateur haute tension 12 devra donc être renforcée. Il est évidemment possible d'utiliser les trois phases de l'alternateur 17 pour alimenter un transformateur haute tension 12 conçu pour livrer une sortie à une phase. De tels transformateurs haute tension existent dans le commerce et pourront être utilisés.
Dans ce cas, l'alternateur 17 devra être d'un modèle plus puissant que celui normalement utilisé pour le moteur, car il aura, en plus de sa fonction de charge de la batterie et d'alimentation de tous les accessoires de la voiture, la fonction d'alimentation du générateur d'ozone.
Il est finalement évident que l'alimentation du transformateur haute tension 12 peut être réalisée par exemple à l'aide d'un oscillateur adéquat. Les tensions de fréquence utilisées pour alimenter le générateur d'ozone 11 seront indiquées plus loin.
Les fig. 2 et 3 représentent respectivement une vue de dessus du générateur d'ozone 11 et une coupe à travers le filtre à air 6 contenant le générateur 11. On remarque dans la fig. 3 le filtre à air 6 avec son boîtier inférieur 18 présentant en son milieu un orifice de sortie d'air 19 avec un joint 20 et un orifice latéral d'entrée d'air 21. Le boîtier 18 comprend un élément filtrant 22 et est fermé par un couvercle 23, un joint d'étanchéité 24 étant disposé entre le haut du boîtier 18 et le couvercle 23.
Le générateur d'ozone 11 placé dans le boîtier 18 et entouré par l'élément filtrant 22 est constitué de deux électrodes de masse 25 et 26 et d'une électrode haute tension 27. L'électrode 25 se présente sous forme d'une plaque circulaire en acier inoxydable d'un diamètre légèrement inférieur à celui de l'élément filtrant 22 contenu dans le boîtier 18 du filtre. L'électrode 26 est une plaque de forme annulaire également en acier inoxydable, de même diamètre que la plaque circulaire 25, le trou central de l'électrode 26 ayant sensiblement la même dimension que l'orifice de sortie 19 du boîtier 18.
L'électrode haute tension 27 est constituée d'une plaque annulaire 28 en acier inoxydable, recouverte sur tous ses côtés d'un coude de matériau diélectrique 29, tel que de l'époxy. La plaque 27 recouverte de sa couche d'époxy présente sensiblement les mêmes dimensions que la plaque 26.
Il est évident que l'acier inoxydable constituant les plaques 25 à 27 peut être remplacé par tout matériau électriquement conducteur et non oxydable et que l'époxy constituant la plaque 27 peut être remplacé par tout diélectrique adéquat. D'autre part, la plaque 27 peut être une simple plaque annulaire en matériau diélectrique sans le noyau conducteur 28.
Les plaques 25 à 27 sont maintenues ensemble et parallèles entre elles par des entretoises 30, 31 et 32 (voir également fig. 2) en matériau isolant. De plus, les plaques 25 et 26 sont reliées entre elles par un fil de liaison de masse 33 et la plaque 27 est reliée au fil à haute tension 16 (fig. 1) connecté à l'enroulement 14 du transformateur 12, le fil 16 étant en contact avec la plaque en acier inoxydable 28 entourée par le diélectrique 29. Le générateur d'ozone formé des trois plaques 25 à 27 maintenues ensemble par les entretoises 30, 31 et 32 est fixé sur le fond du boîtier 18 à l'aide de pattes de fixation 34 (fig. 3) électriquement conductrices.
Le boîtier 18 présente finalement une tresse de masse 35 permettant de mettre à la masse le boîtier ainsi que les électrodes de masse 25 et 26, la liaison électrique entre le boîtier et les électrodes de masse étant établie par les pattes de fixation 34 et le fil de liaison de masse 33.
Le générateur qui vient d'être décrit est formé de trois plaques et présente par conséquent deux zones d'effluvage, c'est-à-dire la zone située entre les plaques 25 et 27 (fig. 3) et la zone située entre les plaques 27 et 26. L'air aspiré dans le filtre à air 6 pénètre dans ledit filtre par l'orifice d'entrée 21 comme représenté par les flèches 36, traverse l'élément filtrant 22, passe dans les deux zones d'effluvage formées par les plaques 25, 27, respectivement 27, 26 où il est enrichi en ozone pour ressortir en 37 par l'orifice de sortie 19. Il est évident que l'on peut prévoir un générateur avec un plus grand nombre de zones d'effluvage.
Il suffit pour cela d'ajouter des plaques annulaires supplémentaires sous la plaque 26 en prévoyant alternativement une plaque d'électrode haute tension recouverte d'un diélectrique suivie d'une autre plaque annulaire d'électrode de masse en acier inoxydable, etc.
Toutes les plaques d'électrode de masse seront reliées ensemble par des fils de liaison de masse et toutes les plaques d'électrode haute tension seront reliées en parallèle avec la transformation haute tension.
Comme mentionné plus haut, les plaques d'électrode de masse seront réalisées en un matériau conducteur non oxydable, tel que de l'acier inox et les plaques d'électrode haute tension en un diélectrique tel que de l'époxy ou un diélectrique à base de verre ou de caoutchouc avec du silicone. La plaque de l'électrode de haute tension en matériau diélectrique peut ou non contenir un noyau de matériau conducteur, tel que de l'acier inox.
Comme représenté dans la fig. 3 du dessin, les bords des plaques seront de préférence arrondis et ne présenteront pas d'arête vive de manière à éviter l'amorçage d'arcs électriques. Les surfaces de l'électrode de haute tension seront de préférence recouvertes d'une mince pellicule de matériau hydrophobe, par exemple du silicone, de manière à éviter la formation de gouttelettes d'eau et par conséquent l'amorçage qui détériorerait la surface du diélectrique.
L'espace entre les plaques des électrodes est variable évidemment en fonction de la tension appliquée. A titre d'exemple, de très bons résultats d'effluvage ont été obtenus avec une tension de 10 000 V et un écart de 3,5 mm.
Grâce aux essais effectués jusqu'à ce jour, tous les paramètres permettant d'obtenir une production optimum d'ozone avec le générateur décrit plus haut sont parfaitement connus. Ces paramètres sont:
1) la tension entre les plaques; 2) I'écartement des plaques;
3) la surface des plaques; 4) la fréquence de la tension appliquée; 5) la vitesse de passage de l'air entre les plaques (ou quantité
d'air à ioniser).
La quantité d'ozone produit se calcule en g par mn et par m3 d'air.
La tension électrique est déterminée par des impératifs extérieurs.
L'écartement des plaques est déterminé par la tension.
La surface des plaques est calculée en fonction de la vitesse de passage de l'air dans les zones d'effluvage, car la transformation en ozone de l'oxygène ambiant ne se fait correctement qu'à des vitesses maximales de l'ordre de 5 m/s.
Le rapport vitesse de l'air/surface a donc une grosse importance dans ce type de générateur.
Enfin, la fréquence a un rôle déterminant:
Si à une fréquence f= 50 périodes/s nous avons 100 mg d'ozone, I'expérience nous a prouvé que pour f= 500 périodes/s nous aurons 1000 mg d'ozone, c'est-à-dire 10 fois plus.
Par contre, ceci n'est plus vrai au-delà de 7 à 800 périodes/s et l'explication donnée est la suivante: lorsque la fréquence dépasse 800 périodes/s, le temps d'étincelage est trop court pour que la transformation d'O2 en Os se fasse correctement. La fréquence appliquée au générateur ne doit donc pas dépasser 800 périodes/s.
Une Renault R5 avec un moteur de 960 cc a été équipée avec un générateur semblable à celui décrit en regard des fig. 2 et 3 mais avec six zones d'effluvage, c'est-à-dire avec quatre plaques d'électrode de masse entre lesquelles étaient disposées trois plaques d'électrode haute tension, le tout étant monté dans le filtre à air du véhicule. Ces plaques avaient un diamètre total de
17 cm et un trou central d'un diamètre de 7 cm. Elles étaient
séparées par un écartement de 3,5 mm et alimentées avec un
alternateur de manière à produire une tension d'environ 10000 V, de manière à produire environ 1,0 g d'ozone par mn et par m3 d'air entrant dans le moteur.
Le moteur tournant à 2000 t/mn, on a mesuré dans les gaz d'échappement les quantités suivantes de gaz toxiques:
CO = 460 ppm
CO2 = 160000 ppm
NOx = 65 ppm
HC = 85 ppm
On remarque immédiatement que les quantités données cidessus sont nettement en dessous des normes les plus sévères permises par la loi américaine.
Il doit cependant être mentionné que ces résultats ont été obtenus avec le moteur représenté dans la fig. 1, moteur qui était muni d'un recyclage des imbrûlés. En effet, la production d'ozone permet une meilleure combustion et par conséquent un recyclage des gaz d'échappement allant jusqu'à 25%. La voiture représentée dans la fig. 1 présente donc un pot d'échappement permettant le recyclage et représenté en détail dans la fig. 4. Le pot de la fig. 4 se présente sous la forme d'une pièce circulaire allongée fermée 38, dans laquelle pénètre jusqu'en son milieu une tubulure de sortie 39. Adjacente à l'extrémité de la tubulure de sortie 39 est placée une paroi circulaire de séparation 40 munie d'ouvertures radiales formées en repliant des ailettes 41 selon un sens de rotation sur la paroi circulaire 40, de manière à mettre en rotation l'air traversant le cyclone formé des ailettes 41.
La partie avant du pot de la fig. 5 comprend encore une paroi de séparation 42 percée de trous 43 et formant dans la partie avant une chambre de résonance 44 et une chambre d'entrée des gaz d'échappement 45 dans laquelle débouche une tubulure d'entrée 46. A l'arrière du pot au dessous de la tubulure de sortie 39 se trouve une tubulure de sortie additionnelle 47 débouchant dans un pot de récupération des poussières 48. Le pot 48 est constitué d'un couvercle 49 soudé sur la tubulure additionnelle 47 et recevant un boîtier inférieur 50 destiné à recueillir les poussières. Le haut du boîtier 50 est encore muni d'une couronne de déflexion 51 présentant un orifice central 52 situé légèrement au-dessous de la tubulure additionnelle 47. Au-dessus de la couronne de déflexion 51 est fixée une tubulure de recyclage des imbrûlés 53 allant vers l'entrée du carburateur sous le filtre à air.
Le pot d'échappement qui vient d'être décrit fonctionne comme suit:
Les gaz d'échappement entrent par l'orifice 46 dans la chambre 45 communiquant avec la chambre de résonance 44, de sorte qu'un écoulement sensiblement continu des gaz vers l'arrière du pot puisse être obtenu. En quittant la chambre 45 pour passer de l'autre côté de la paroi 40, les gaz sont mis en rotation selon un mouvement circulaire par les ailettes 41 et les poussières et particules en suspension, dont les imbrûlés, dirigées vers rarrière du pot pour descendre dans la tubulure additionnelle 47. Les poussières tomberont dans le boîtier 50 du pot 48 et les imbrûlés avec environ 15 à 20% des gaz d'échappement seront recyclés dans la tubulure d'admission par l'intermédiaire de la tubulure de recyclage 53.
La tubulure de sortie principale 39 étant située sur le grand axe du pot 39, seulement des gaz d'échappement relativement propres seront libérés dans l'atmosphère puisque toutes les particules en suspension seront dirigées contre les parois du pot grâce à la force centrifuge créée par le mouvement circulaire des gaz.
Il est à préciser ici qu'un recyclage de l'ordre de 20% des gaz d'échappement serait impossible sans l'adjonction d'ozone. Des essais ont montré que le moteur s'arrête si l'alimentation du générateur d'ozone est coupée. Le recyclage est cependant très intéressant, car il permet une réduction sensible de la consommation d'essence.
Dans la fig. 5, le moteur 55 est un moteur Diesel, dont la tubulure d'admission 56 est reliée à un filtre à air 57 comprenant un élément filtrant 58 et un générateur d'ozone 59 semblable à celui décrit dans le mode d'exécution des fig. 1 à 4. Une tubulure d'échappement 60 est reliée à un pot 61 présentant une tubulure de sortie 62. Une pompe à injection 63 alimente en fuel les cylindres du moteur à l'aide de conduite 64. Le générateur d'ozone 59 est comme dans le mode d'exécution des fig. 1 à 4 alimenté en impulsion haute tension par un transformateur haute tension 65 commandé par un oscillateur 66, livrant des impulsions carrées d'une fréquence de 500 périodes/s.
Les critères de production d'ozone sont pour le mode d'exécution de la fig. 5 exactement les mêmes que ceux décrits en regard du mode d'exécution des fig. 1 à 4. On a constaté avec une alimentation en ozone de 1,5 g/m3 et par mn, une diminution importante des fumées contenues dans les gaz d'échappement.
Dans l'exemple concret d'un équipement de Renault 5 décrit plus haut, le générateur et son alimentation électrique étaient dimensionnés pour obtenir une quantité d'ozone de 1 g par m3 et par mn d'air entrant dans le moteur. Il est évident que plus on produit d'ozone, meilleure est la combustion, ceci étant valable jusqu'à une limite maximum. Il a été trouvé que l'on pouvait produire jusqu'à 2 g d'ozone par m3 et par minute sans craindre des détériorations du moteur. Il est cependant évident que plus on veut produire d'ozone, plus l'alimentation électrique du générateur est importante et plus le prix de revient de l'équipement est élevé. Avec une production de 0,5 g d'ozone par m3 et par mn, les constituants toxiques des gaz d'échappement d'un moteur de
Renault 5 sont déjà en dessous des normes définies par la loi américaine (test CVS).
La quantité d'ozone qui devra être produite sera donc définie en fonction du véhicule à équiper et le générateur et son alimentation électrique seront dimensionnés pour produire entre 0,5 et 2 g d'ozone par m3 et par mn, de manière à rester en dessous des normes permises par les lois des pays où le véhicule sera livré.
The subject of the invention is equipment for an internal combustion engine with an ozone generator for reducing the content of pollutants contained in engine exhaust gases.
The addition of an oxidizing agent, such as ozone or hydrogen peroxide has already been proposed (French patents N "1514773 and N" 2143997). It is in fact known that the addition of an oxidizing agent to the oxidizer makes it possible to obtain better combustion and consequently to reduce the content of toxic products (CO, HC and NOx) in the exhaust gases. It is, however, necessary to add an appreciable quantity of oxidizing agent to the oxidizer in order to significantly reduce the content of these products and in the case where ozone is added, it is necessary to add at least some. 300 to 400 mg per m3 of air per minute to obtain measurable results.
The aim of the present invention is to provide equipment with an ozone generator and its electrical supply for an internal combustion engine making it possible to significantly reduce the content of toxic products in the exhaust gases.
The equipment according to the invention is characterized in that the ozone generator comprises at least one plate forming a ground electrode made of electrically conductive material and arranged parallel and at a distance from a second plate forming a voltage electrode made of a dielectric material, the plates being placed in the path of passage of the air entering the motor and the voltage electrode being connected to an electrical supply comprising a pulsed high voltage transformer, the generator formed from the plates and its electrical supply being sized to produce between 0.5 and 2 g of ozone per m3 of air entering the engine and per minute.
According to a preferred embodiment of the invention, the ozone generator is formed of ground and voltage electrodes and is placed in the air filter of the engine, the first electrode adjacent to the cover of the air filter being a circular plate with a diameter smaller than the circular filter element arranged in the air filter housing, the other electrodes having the same diameter as the first and being pierced with a central hole the diameter of which is substantially equal to that of the air filter outlet.
The voltage electrodes are supplied with electrical pulses by a high voltage transformer, itself controlled either by an alternator driven by the motor, or by an oscillator.
The ground electrodes can be made of stainless steel and the voltage electrodes of a dielectric such as epoxy or a material based on glass or rubber with the addition of silicone.
The addition of at least 500 mg of ozone per m3 and per minute allows the recycling of the exhaust gases. This is why the equipment includes a centrifugal muffler allowing the recovery of dust and the recycling of approximately 20% of the exhaust gases. The muffler comprises in its middle a cyclone rotating the exhaust gases around the outlet pipe of the muffler, which enters the muffler along its long axis, the dust being collected in a box placed at the periphery of the pot and unburnt materials brought into the engine inlet circuit by means of an additional pipe also exiting at the periphery of the pot after the gases have been freed of dust. Most of the unburnt material is thus recovered, resulting in significant fuel savings.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of equipment with an ozone generator according to the invention for a combustion engine mounted on a motor vehicle.
Fig. 1 is a schematic top view, hood open, of the front part of a motor vehicle, in which is mounted a 960 cc engine equipped with an ozone generator and an unburnt recycling device:
fig. 2 is a top view of the ozone generator mounted inside the engine air filter;
fig. 3 is a section along the line III-III of FIG. 2, through the air filter and the ozone generator;
fig. 4 is a section through the engine muffler having a dust collection pot and an unburnt recycling tubing, and
fig. 5 is a schematic top view of the front part, hood open, of a motor vehicle driven by an engine
Diesel equipped with an ozone generator.
As shown schematically in fig. 1, the front location 1 of the vehicle comprises an internal combustion engine 2 with its fan 3 and its intake 4 and exhaust manifolds 5 respectively connected to an air filter 6 via a carburetor, not shown, and to a muffler 7. The muffler 7 which will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5 comprises a gas outlet tube 7a and an additional dust collection pot 8, from which a pipe for recycling unburnt particles 9 opens out at the bottom of the air filter above the carburetor, not shown in FIG. 1. It goes without saying that the engine 2 can be supplied with gasoline by an injection pump replacing the carburetor usually placed under the air filter.
In this case, the unburnt recycling pipe may open into the air filter 6 or into the intake pipe 4.
The air filter comprises an annular filter element 10 and an ozone generator 11 placed in and in the middle of the filter element 10 in the passage of the air after the latter has passed through the filter element 10 to enter the carburetor, not shown.
The ozone generator is supplied by a high voltage transformer 12 having two windings 13 and 14, the winding 14 being on the one hand grounded at 15 and on the other hand connected to the ozone generator 11 by a high voltage line 16.
The winding 13 is supplied by one of the phases of the alternator 17 of the motor vehicle. This phase must however be capable of delivering more current than the two remaining phases so as not to unbalance the alternator which must perform its normal function of charging the vehicle battery. The phase connected to the high voltage transformer 12 will therefore have to be reinforced. It is obviously possible to use the three phases of the alternator 17 to supply a high voltage transformer 12 designed to deliver a single phase output. Such high voltage transformers are commercially available and could be used.
In this case, the alternator 17 must be of a more powerful model than that normally used for the engine, since it will have, in addition to its function of charging the battery and supplying all the accessories of the car, the power supply function of the ozone generator.
It is finally obvious that the supply of the high voltage transformer 12 can be achieved for example using a suitable oscillator. The frequency voltages used to power the ozone generator 11 will be indicated below.
Figs. 2 and 3 respectively show a top view of the ozone generator 11 and a section through the air filter 6 containing the generator 11. Note in FIG. 3 the air filter 6 with its lower housing 18 having in its middle an air outlet orifice 19 with a seal 20 and a side air inlet 21. The housing 18 comprises a filter element 22 and is closed by a cover 23, a seal 24 being disposed between the top of the housing 18 and the cover 23.
The ozone generator 11 placed in the housing 18 and surrounded by the filtering element 22 consists of two ground electrodes 25 and 26 and a high voltage electrode 27. The electrode 25 is in the form of a plate. circular stainless steel with a diameter slightly smaller than that of the filter element 22 contained in the housing 18 of the filter. The electrode 26 is a ring-shaped plate also made of stainless steel, of the same diameter as the circular plate 25, the central hole of the electrode 26 having substantially the same dimension as the outlet orifice 19 of the housing 18.
The high voltage electrode 27 consists of an annular plate 28 made of stainless steel, covered on all its sides with an elbow of dielectric material 29, such as epoxy. The plate 27 covered with its epoxy layer has substantially the same dimensions as the plate 26.
It is obvious that the stainless steel constituting the plates 25 to 27 can be replaced by any electrically conductive and non-oxidizable material and that the epoxy constituting the plate 27 can be replaced by any suitable dielectric. On the other hand, the plate 27 can be a simple annular plate of dielectric material without the conductive core 28.
The plates 25 to 27 are held together and parallel to each other by spacers 30, 31 and 32 (see also fig. 2) made of insulating material. In addition, the plates 25 and 26 are connected to each other by a ground connection wire 33 and the plate 27 is connected to the high voltage wire 16 (fig. 1) connected to the winding 14 of the transformer 12, the wire 16 being in contact with the stainless steel plate 28 surrounded by the dielectric 29. The ozone generator formed of the three plates 25 to 27 held together by the spacers 30, 31 and 32 is fixed on the bottom of the housing 18 using electrically conductive brackets 34 (fig. 3).
The housing 18 finally has an earth braid 35 allowing the housing as well as the earth electrodes 25 and 26 to be grounded, the electrical connection between the housing and the earth electrodes being established by the fixing lugs 34 and the wire. ground link 33.
The generator which has just been described is formed of three plates and consequently has two effluvée zones, that is to say the zone situated between the plates 25 and 27 (fig. 3) and the zone situated between the plates. plates 27 and 26. The air drawn into the air filter 6 enters said filter through the inlet port 21 as shown by the arrows 36, passes through the filter element 22, passes into the two exhaust zones formed. by the plates 25, 27, respectively 27, 26 where it is enriched in ozone to exit at 37 through the outlet port 19. It is obvious that one can provide a generator with a greater number of effluvage zones .
It suffices for this to add additional annular plates under the plate 26 by alternately providing a high voltage electrode plate covered with a dielectric followed by another annular plate of stainless steel ground electrode, etc.
All the ground electrode plates will be connected together by ground bond wires and all the high voltage electrode plates will be connected in parallel with the high voltage transform.
As mentioned above, the ground electrode plates will be made of a non-oxidizable conductive material, such as stainless steel, and the high voltage electrode plates of a dielectric such as epoxy or a dielectric based. glass or rubber with silicone. The plate of the high voltage electrode made of dielectric material may or may not contain a core of conductive material, such as stainless steel.
As shown in fig. 3 of the drawing, the edges of the plates will preferably be rounded and will not present a sharp edge so as to avoid the initiation of electric arcs. The surfaces of the high voltage electrode will preferably be covered with a thin film of hydrophobic material, for example silicone, so as to avoid the formation of water droplets and consequently the initiation which would deteriorate the surface of the dielectric. .
The space between the plates of the electrodes is obviously variable depending on the applied voltage. By way of example, very good effluvage results have been obtained with a voltage of 10,000 V and a deviation of 3.5 mm.
Thanks to the tests carried out to date, all the parameters making it possible to obtain an optimum production of ozone with the generator described above are perfectly known. These parameters are:
1) the tension between the plates; 2) the spacing of the plates;
3) the surface of the plates; 4) the frequency of the applied voltage; 5) the speed of passage of air between the plates (or quantity
air to ionize).
The quantity of ozone produced is calculated in g per min and per m3 of air.
The electrical voltage is determined by external requirements.
The distance between the plates is determined by the tension.
The surface of the plates is calculated according to the speed of passage of the air in the exhaust zones, because the transformation into ozone of the ambient oxygen only takes place correctly at maximum speeds of the order of 5 m / s.
The air speed / surface ratio is therefore of great importance in this type of generator.
Finally, frequency has a determining role:
If at a frequency f = 50 periods / s we have 100 mg of ozone, experience has shown us that for f = 500 periods / s we will have 1000 mg of ozone, that is to say 10 times more .
On the other hand, this is no longer true beyond 7 to 800 periods / s and the explanation given is as follows: when the frequency exceeds 800 periods / s, the spark time is too short for the transformation d 'O2 in Bone is done correctly. The frequency applied to the generator must therefore not exceed 800 periods / s.
A Renault R5 with a 960 cc engine was fitted with a generator similar to that described with regard to Figs. 2 and 3 but with six exhaust zones, that is to say with four earth electrode plates between which were arranged three high voltage electrode plates, the whole being mounted in the vehicle air filter. These plates had a total diameter of
17 cm and a central hole with a diameter of 7 cm. They were
separated by a gap of 3.5 mm and fed with a
alternator so as to produce a voltage of about 10,000 V, so as to produce about 1.0 g of ozone per minute and per m3 of air entering the engine.
With the engine running at 2000 rpm, the following quantities of toxic gases were measured in the exhaust gases:
CO = 460 ppm
CO2 = 160,000 ppm
NOx = 65 ppm
HC = 85 ppm
We immediately notice that the quantities given above are clearly below the most severe standards permitted by American law.
It should however be mentioned that these results were obtained with the engine shown in fig. 1, engine which was fitted with recycling unburnt materials. Indeed, the production of ozone allows better combustion and consequently a recycling of exhaust gases of up to 25%. The car shown in fig. 1 therefore presents an exhaust allowing recycling and shown in detail in FIG. 4. The pot of fig. 4 is in the form of a closed elongated circular part 38, into which penetrates up to its middle an outlet pipe 39. Adjacent to the end of the outlet pipe 39 is placed a circular partition wall 40 provided with radial openings formed by folding fins 41 in a direction of rotation on the circular wall 40, so as to rotate the air passing through the cyclone formed by the fins 41.
The front part of the pot in fig. 5 further comprises a partition wall 42 pierced with holes 43 and forming in the front part a resonance chamber 44 and an exhaust gas inlet chamber 45 into which an inlet pipe 46 opens. pot below the outlet pipe 39 is an additional outlet pipe 47 opening into a dust collection pot 48. The pot 48 consists of a cover 49 welded to the additional pipe 47 and receiving a lower housing 50 intended to collect dust. The top of the case 50 is also provided with a deflection ring 51 having a central orifice 52 located slightly below the additional tubing 47. Above the deflection ring 51 is fixed a tubing for recycling unburnt particles 53 going towards the carburetor inlet under the air filter.
The exhaust which has just been described works as follows:
The exhaust gases enter through the orifice 46 into the chamber 45 communicating with the resonance chamber 44, so that a substantially continuous flow of the gases towards the rear of the pot can be obtained. On leaving the chamber 45 to pass to the other side of the wall 40, the gases are rotated in a circular motion by the fins 41 and the dust and particles in suspension, including the unburned, directed towards the rear of the pot to descend in the additional pipe 47. The dust will fall into the box 50 of the pot 48 and the unburnt material with approximately 15 to 20% of the exhaust gases will be recycled in the intake manifold via the recycling pipe 53.
The main outlet pipe 39 being located on the long axis of the pot 39, only relatively clean exhaust gases will be released into the atmosphere since all the particles in suspension will be directed against the walls of the pot thanks to the centrifugal force created by the circular movement of gases.
It should be noted here that recycling of the order of 20% of the exhaust gases would be impossible without the addition of ozone. Tests have shown that the engine stops if the power to the ozone generator is cut off. Recycling is however very interesting, because it allows a significant reduction in gasoline consumption.
In fig. 5, the engine 55 is a Diesel engine, the intake manifold 56 of which is connected to an air filter 57 comprising a filter element 58 and an ozone generator 59 similar to that described in the embodiment of FIGS. 1 to 4. An exhaust pipe 60 is connected to a pot 61 having an outlet pipe 62. An injection pump 63 supplies fuel to the cylinders of the engine by means of pipe 64. The ozone generator 59 is as in the embodiment of FIGS. 1 to 4 supplied with a high voltage pulse by a high voltage transformer 65 controlled by an oscillator 66, delivering square pulses with a frequency of 500 periods / s.
The ozone production criteria are for the embodiment of fig. 5 exactly the same as those described with regard to the embodiment of FIGS. 1 to 4. With an ozone supply of 1.5 g / m 3 and per minute, a significant reduction in the fumes contained in the exhaust gases has been observed.
In the concrete example of Renault 5 equipment described above, the generator and its electrical supply were sized to obtain a quantity of ozone of 1 g per m 3 and per minute of air entering the engine. It is obvious that the more ozone is produced, the better the combustion, this being valid up to a maximum limit. It has been found that up to 2 g of ozone per m3 per minute can be produced without fear of engine damage. However, it is obvious that the more ozone we want to produce, the greater the power supply to the generator and the higher the cost of the equipment. With a production of 0.5 g of ozone per m3 and per min, the toxic constituents of the exhaust gases of a
Renault 5 are already below the standards defined by American law (CVS test).
The quantity of ozone that will have to be produced will therefore be defined according to the vehicle to be fitted and the generator and its electrical supply will be sized to produce between 0.5 and 2 g of ozone per m3 and per min, so as to remain in operation. below the standards permitted by the laws of the countries where the vehicle will be delivered.