EP0478672A1 - Procedes pour generer un plasma et pour produire de l'ozone - Google Patents

Procedes pour generer un plasma et pour produire de l'ozone

Info

Publication number
EP0478672A1
EP0478672A1 EP90910128A EP90910128A EP0478672A1 EP 0478672 A1 EP0478672 A1 EP 0478672A1 EP 90910128 A EP90910128 A EP 90910128A EP 90910128 A EP90910128 A EP 90910128A EP 0478672 A1 EP0478672 A1 EP 0478672A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
coating
ceramic coating
electrically conductive
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90910128A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Franck Hiverlet
Jacques Pellerin
Yvon Sampeur
Hervé LE GUELLEC
Philippe Re
Robert Senninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0478672A1 publication Critical patent/EP0478672A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/38—Arrangements for igniting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
    • F02N11/06—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators and with ignition apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/52—Generating plasma using exploding wires or spark gaps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating a plasma.
  • the present invention also relates to a method for producing ozone.
  • the present invention also relates to an ignition method for internal combustion engines, as well as a depollution method for reducing the rate of unburnt in the exhaust gases of combustion appliances.
  • the present invention further relates to a device for implementing these methods.
  • the object of the invention is that the flow of current affects a significantly increased volume of the surrounding gas.
  • the inventive idea which is the basis of the invention consists in using for at least one of the electrodes a porous ceramic coating of which at least some of the pores contain an electrically conductive body.
  • spark is meant to denote the gaseous space concerned by the passage of the current, without this term by itself referring to a determined form of this space nor a determined duration of the passage of the contact
  • the spark is itself continuous. The effect obtained is visible to the naked eye, the spark taking a diameter of the order of 1 mm to a few mm in the vicinity of the active surface defined by the coating.
  • the method for generating a plas_ma_e__Lt_ characterized in that two electrodes are placed opposite one another, at least one of which has an active surface defined by a ceramic coating of which pores contain an electrically conductive body, and in that one establishes between these electrodes a potential difference capable of causing an electric current between them.
  • the method for producing ozone is characterized in that two electrodes, one of which is placed opposite one another, in a gas containing oxygen at least has an active surface defined by a ceramic coating, the pores of which contain an electrically conductive body, and in that there is established between these electrodes a potential difference capable of causing an electric current between them.
  • the ignition method for a combustion engine is characterized in that two electrodes are placed facing each other in a combustion chamber of the engine, at least one of which has an active surface defined by a ceramic coating of which pores contain an electrically conductive body, and in that one establishes between these electrodes a potential difference capable of causing an electric current between them.
  • the depollution method for reducing the rate of unburnt in the exhaust gases of combustion appliances, in particular in the exhaust gases produced by a heat engine is characterized in that 'two electrodes are placed opposite one another in an exhaust gas flow path, at least one of which has an active surface defined by a ceramic coating, the pores of which contain an electrically conductive body, and in that one establishes between these electrodes a potential difference capable of causing an electric current between them.
  • ozone thanks to residual free oxygen or, for example, by injecting air into the exhaust, results in post-combustion of the exhaust gases, thus reducing the unburnt rate, i.e. hydrocarbons and carbon monoxide in exhaust gases.
  • the device for implementing one of the above methods is characterized in that it comprises two electrodes, one of which at least has an active surface defined by a ceramic coating whose pores contain an electrically conductive body, and means for connecting these electrodes to the terminals of a voltage source producing a potential difference sufficient to cause an electric current therebetween.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an experiment in producing sparks against an insulating surface
  • FIG. 2 is a view similar to Figure 1 but relating to the production of a spark in the context of a method according to the invention
  • FIG. 3 is a view similar to Figure 2 but relating to another method of producing sparks in the context of a method according to the invention
  • - Figure 4 is a diagram of an ignition device for internal combustion engines
  • - Figure 5 is a graph showing the intensity of the spark current as a function of time in the context of a method according to the invention
  • FIG. 6a, 6b, and 6c show schematically three modes of producing sparks according to the invention
  • FIG. 7 and 8 are partial views of two embodiments of spark plugs implementing the ignition method according to the invention.
  • FIG. 9 is a schematic view of an internal combustion engine implementing the depollution method according to the invention.
  • the free end of a metal electrode 1 in the form of a rod is placed opposite a substantially flat surface of an electrically insulating coating 2 carried by a conductive support. 3.
  • a potential difference is established between the electrode 1 and the conductive support 3.
  • a filiform spark 4 is established between the electrode 1 and the surface of the insulating coating 2.
  • the spark 4 also forms filiform ramifications 5. This results in a certain increase in the volume concerned by the spark.
  • this process cannot be used industrially because after, for example, a hundred sparks thus produced, the insulator 2 ends up being pierced at the place where it receives the filiform spark 4, after which the ramifications 5 cease to form.
  • electrode 1 in the form of a rod whose free end 1a, defined by the metal of electrode 1, and which is of pointed shape in this example is directed perpendicularly to an electrode comprising an electrically conductive support 3 and a coating which defines the planar active surface of the electrode.
  • the coating designated by the reference 2 ', is a porous ceramic coating, the pores of which contain an electrically conductive body and an electrically insulating body.
  • the ceramic coating is preferably of the alumino-siliceous type whose exact composition, in particular the proportion of silica, the proportion of alumina and the proportion of any other components is defined in a known manner so that the coefficient of thermal expansion of the coating substantially corresponds to that of the metal support 3 of the electrode.
  • This coating can be applied in one or more layers on the support 3 in the form of slip, that is to say in the form of a diluted paste containing the mixture of components required.
  • the coating is baked.
  • the baked coating has pores and the abovementioned electrically conductive body is crystallized from these pores, for example a zinc oxide.
  • the zinc oxide it is dissolved, it is applied in the form of a solution and then the solvent is removed to allow the zinc oxide to crystallize in the pores.
  • an electrically insulating body that is to say a better insulator than the coating itself, is also included in the pores of the coating.
  • a chromium oxide for example obtained by decomposition of chromic acid. To apply this oxide, it is dissolved, it is applied to the coating in the form of a solution, and the solvent is removed to allow the chromium oxide to crystallize in the pores of the coating.
  • zinc oxide can be applied to a coating layer, chromium oxide to a next coating layer, etc.
  • a coating which is perfectly suitable for the implementation of the present invention is described in US-A-4 615 913.
  • the thickness of the coating is for example of the order of mm in the case of the method of laying the coating explained more high.
  • the latter takes substantially the shape shown in FIG. 2, and in particular comprises a threadlike region 7 leaving from the end perpendicularly towards the coating 2 ', then a volume region flaring in a corolla 8 towards the coating 2' and having the axis of symmetry substantially the axis of the region 7.
  • the region in corolla 8 has a height H and a diameter D which are both of the order of 2 to 8 mm when the applied potential difference is approximately 50 V.
  • the dimensions of the region 8 are substantially independent of the spacing L between l 'electrode 1 and coating 2'. If this spacing varies, it is the length of the region 7 which varies correspondingly.
  • Region 8 of the spark is formed by a plasma, and ozone is observed when the gas surrounding the electrodes contains free oxygen.
  • the electrode 1 is replaced by a metal plate 9 whose active face is planar and parallel to that defined by the coating 2 '.
  • a sufficient potential difference is applied between the metal plate 9 whose active face is flat and the support 3, a large number of sparks resembling those of FIG. 2 appear between the plate 9 and the coating 2 ′, that is to say having a filiform region 71, 74, 75 and a corolla region 81, 84, 85 in contact with the coating 2 '.
  • the filiform regions such as 71, 74, 75 extend from any points A1, A2, A3, A4, A5 .... An and the vertices of the corolla regions such as 81, 84, 85.
  • This process allows, like the previous one, to produce plasma in regions such as 81, 84, 85 and also to produce ozone if the surrounding gas contains free oxygen.
  • the spark current has the form very rapidly damped oscillation (more quickly damped than in conventional ignition devices).
  • the ignition circuit comprises, in series between the terminals of an accumulator battery 11, the primary 13a of an ignition “coil” 13 (we know that what 'it is agreed to call “ignition coil” is in fact a transformer with very high transformation ratio), the emitter-collector path of a transistor 15, and a breaking device 17.
  • the base of the transistor 15 is connected by a resistor 12 to the positive terminal of the battery 11, as well as the end of the primary 13a which is opposite to the transistor 15.
  • An energy absorption device 16 such as a silicon carbide (see FR -A-2 401 500 and FR-A-2 423 049), is mounted between the collector and the emitter of the transistor 15 to protect the latter during the opening of the breaking device 17.
  • the secondary 13b of the coil d ignition 13 has a terminal connected to the metal ground 14 of an internal combustion engine 18 and a terminal connected to the electrode c insulated inlet 1 of a spark plug 19 (FIG. 7) of which an electrically conductive base 19a is screwed into the metallic mass 14.
  • the electrode 1 is retained in a central position inside the base 19a by an insulating ring 19b.
  • the spark plug 19 Facing the central electrode 1, the spark plug 19 includes the coating 21 of the same kind as that described with reference to FIG. 2, deposited on a metal support 20 suspended from the base 19a by electrically conductive tabs 24a.
  • Support 20 has the form of a cup whose concavity is turned towards the electrode 1 and, similarly, the active surface of the coating 21 has a form of concave cup turned towards the free end of the electrode 1.
  • the active end of the electrode 1 and the active surface of the coating 21 are in the combustion chamber 26.
  • the end lb of the él_ec_t_rj-ie_ 1 opposite the combustion chamber 26 is used for connection to one of the terminals of the secondary 13b (if necessary by means of an ignition distributor) .
  • the thread 19e of the base 19a constitutes the means of connection of the electrode 20-21 with the other terminal of the winding 13b.
  • the breaking device 17 of FIG. 4 opens, the current through the primary 13a is suddenly interrupted. This interruption causes the transistor 15 to go even more suddenly from the saturated state to the blocked state.
  • the energy absorber 16 absorbs dangerous energy in the event that an excessive potential difference tends to be established between the emitter and the collector of the transistor 15 during the rupture.
  • this rupture causes a high induced voltage in the secondary 13b, of several tens of kilovolts, which causes, between the electrodes 1 and 20-21 of FIG. 7, a spark 22 similar to that shown in FIG. 2.
  • the circuit parameters are chosen so that the aforementioned induced voltage is as low as possible to produce the spark without producing nitrogen oxides.
  • 20-21 is constituted by the mixture of fuel and oxidizer which has been admitted into the combustion chamber 26 of the engine 18. In fact, this mixture has access to the electrodes by the openings 19d left free between the legs 24.
  • the invention causes the ignition of the fuel-oxidant mixture very efficiently and quickly thanks to the generation of plasma and the production of ozone.
  • the engine 18 is of the semi-diesel type which, in known manner, has the following operating characteristics: injection of a fuel such as diesel by means of an injector 23 during the time of admission under, one, .pressLon. of. around 30 to 40 bars (3 to 4 MPa) chosen to ensure
  • the coating 21 of the electrode 20 has an active surface in the form of a concave hemisphere, which promotes the corolla development of the spark 22.
  • the electrode 40 has a shape similar to the electrode 1, and is coaxial with the electrode 1.
  • the coating 41 is formed on the substantially conical end, directed towards the electrode 1, of the electrode 40. Between these two electrodes is formed, under an appropriate potential difference, a volume spark 42 which substantially covers the coating 41. If the two electrodes 1, 40 are separated from one another, the volume spark 42 is connected to the electrode 1 by a filiform spark such as 7 in FIG. 2.
  • the spark plug 30 has a base 31 screwed into the metallic mass 14 of an engine such as the engine 18 of FIG. 4, so as to be in electrical contact with said metallic mass.
  • the base 31 is crossed axially by a conductive pin 32, isolated from the base 31 by an insulating sheath 33.
  • the conductive pin 32 is connected to the center of an electrode 34 which bears on its annular surface facing towards the base 31 a coating 36 of the same kind as that described with reference to FIG. 2.
  • a similar coating 37 is carried by the face of the base 31 facing the electrode 34.
  • the coatings 36 and 37 are separated from one another. another of a distance, for example 1 mm, suitable for the formation of sparks when the secondary 13b establishes a potential difference between the base 31 and the electrode 34.
  • the outlet of the exhaust manifold 62 of this engine is connected to a chamber 63 into which opens as a whistle, at 64, an air inlet 66 subjected to a dynamic pressure sensed at the front of the vehicle.
  • a suitable soundproofing means can be pl_a_o dans- the air inlet 66. Thanks to the whistle entry, the air enters the chamber 63 despite the pressure that may prevail in it, at least periodically.
  • a candle 67 which can be of the type described with reference to FIG. 7 or of the type described with reference to FIG. 8. Suitably supplied with electricity, this candle produces sparks which produce at their turn of the plasma and, thanks to the oxygen arriving in 64, of the ozone.
  • the unburnt residues of combustion in the engine 61 are burned downstream of the spark plug 67, which reduces the rate of carbon monoxide and hydrocarbons in the exhaust gases emitted by the vehicle thus equipped. It is also possible to supply the candle with direct current, to produce a continuous spark.
  • a spark plug constituting a device according to the invention could comprise a central electrode in the form of a rod presenting the coating, and a tubular electrode.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

L'une des électrodes (1) a la forme d'une tige terminée en cône. L'autre électrode comprend un support métallique (3) sur lequel est formé un revêtement en céramique (2') poreux, dont les pores contiennent un oxyde plus conducteur que le revêtement, tel que l'oxyde de zinc et un oxyde moins conducteur que le revêtement, tel que l'oxyde de chrome. L'étincelle comprend une région filiforme (7) adjacente à l'électrode en forme de tige (1) à surface active métallique et une région en corolle (8) occupée par un plasma et produisant de l'ozone. Utilisation pour améliorer la combustion dans les moteurs thermiques, réaliser une post-combustion éliminant les imbrûlés dans l'échappement des appareils à combustion.

Description

"Procédés pour générer un plasma et pour produire de l'ozone,
La présente invention concerne un procédé pour générer un plasma.
La présente invention concerne également un procédé pour produire de l'ozone. La présente invention concerne encore un procédé d'allumage pour moteurs à combustion interne, ainsi qu'un procédé de dépollution pour réduire le taux d'imbrûlés dans des gaz d'échappement d'appareils à combustion. La présente invention concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre de ces procédés.
On sait produire une étincelle entre deux électrodes métalliques à travers un gaz constitué par exemple d'un mélange de combustible et de comburant. L'étincelle ainsi produite est filiforme et elle n'affecte donc qu'un volume très réduit du gaz. Son efficacité, par exemple pour enflammer un mélange de combustible et de comburant, est donc réduite.
Le but de l'invention est que le passage du courant affecte un volume nettement accru du gaz environnant.
L'idée inventive qui est à la base de l'invention consiste à utiliser pour l'une au moins des électrodes un revêtement céramique poreux dont certains au moins des pores renferment un corps électriquement conducteur.
Il s'est avéré qu'ainsi l'étincelle s'élargit au voisinage du revêtement, en générant un plasma et en produisant, si le gaz environnant contient de l'oxygène, 0 de l'ozone.
Par le terme "étincelle" on entend désigner l'espace gazeux concerné par le passage du courant, sans que ce terme vise par lui-même une forme déterminée de cet espace ni une durée déterminée du passage du contact En particulier, si la tension appliquée aux électrodes est continue, l'étincelle est elle-même continue. L'effet obtenu est visible à l'oeil nu, l'étincelle prenant un diamètre de l'ordre de 1 mm à quelques mm au voisinage de la surface active définie par le revêtement.
Ainsi, selon un premier aspect, le procédé pour générer un plas_ma_e__Lt_ caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre deux électrodes dont l'une au moins a une surface active définie par un revêtement céramique dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique entre elles. Selon un second aspect de l'invention, le procédé pour produire de l'ozone est caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre, dans un gaz contenant de l'oxygène, deux électrodes dont l'une au moins a une surface active définie par un revêtement céramique dont les pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique entre elles.
Suivant un troisième aspect de l'invention, le procédé d'allumage pour moteur à combustion est caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre dans une chambre de combustion du moteur deux électrodes dont l'une au moins a une surface active définie par un revêtement céramique dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique entre elles.
Grâce au volume de l'étincelle ainsi formée, au plasma produit, et à l'ozone qui est également produit , l'invention permet une amélioration substantielle de la rapidité et de l'efficacité de l'inflammation du mélange. En effet, l'ozone est un excellent comburant. Selon un quatrième aspect de l'invention, le procédé de dépollution pour réduire le taux d'imbrûlés dans les gaz d'échappement d'appareils à combustion, notamment dans les gaz d'échappement produits par un moteur thermique, est caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre dans un trajet d'écoulement des gaz d'échappement deux électrodes dont l'une au moins a une surface active définie par un revêtement céramique dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique entre elles.
La production d'ozone, grâce à l'oxygène libre résiduel ou grâce par exemple à une injection d'air dans l'échappement a pour conséquence une post-combustion des gaz d'échappement, réduisant ainsi le taux d'imbrûlés, à savoir hydrocarbures et monoxyde de carbone dans les gaz d'échappement.
Selon un cinquième aspect de l'invention, le dispositif pour la mise en oeuvre de l'un des procédés ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comprend deux électrodes dont l'une au moins a une surface active définie par un revêtement céramique dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et des moyens pour raccorder ces électrodes aux bornes d'une source de tension produisant une différence de potentiel suffisante pour provoquer un courant électrique entre elles.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci- après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs:
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une expérience de production d'étincelles contre une surface isolante;
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 mais concernant la production d'une étincelle dans le cadre d'un procédé selon l'invention;
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 mais concernant un autre mode de production d'étincelles dans le cadre d'un procédé selon l'invention;
- la figure 4 est le schéma d'un dispositif d'allumage pour moteurs à combustion interne; - la figure 5 est un graphique visualisant l'intensité du courant d'étincelle en fonction du temps dans le cadre d'un procédé selon l'invention;
- les figures 6a, 6b, et 6c schématisent trois modes de production d'étincelles selon l'invention; - les figures 7 et 8 sont des vues partielles de deux modes de réalisation de bougies d'allumage mettant en oeuvre le procédé d'allumage selon l'invention; et
- la figure 9 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne mettant en oeuvre le procédé de dépollution selon l'invention.
Dans le mode de production d'étincelles schématisé à la figure 1, l'extrémité libre d'une électrode métallique 1 en forme de tige est placée en regard d'une surface sensiblement plane d'un revêtement électriquement isolant 2 porté par un support conducteur 3. Une différence de potentiel est établie entre l'électrode 1 et le support conducteur 3. Une étincelle filiforme 4 s'établit entre l'électrode 1 et la surface du revêtement isolant 2. Sur la surface de l'isolant. l'étincelle 4 forme des ramifications également filiformes 5. On aboutit ainsi à une certaine augmentation du volume concerné par l'étincelle. Toutefois, ce procédé n'est pas exploitable industriellement car après par exemple cent étincelles ainsi produites, l'isolant 2 finit par être percé à l'endroit où il reçoit l'étincelle filiforme 4, à la suite de quoi les ramifications 5 cessent de se former. Dans le procédé schématisé à la figure 2, qui correspond à l'invention, on retrouve l'électrode 1 en forme de tige dont l'extrémité libre la, définie par le métal de l'électrode 1, et qui est de forme pointue dans cet exemple, est dirigée perpendiculairement vers une électrode comprenant un support 3 électriquement conducteur et un revêtement qui définit la surface active plane de l'électrode.
Toutefois, dans ce mode de réalisation, le revêtement, désigné par la référence 2', est un revêtement céramique poreux dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur et un corps électriquement isolant.
Le revêtement céramique est de préférence du type alumino-siliceux dont la composition exacte, en particulier la proportion de silice, la proportion d'alumine et la proportion d'éventuels autres composants est définie de manière connue pour que le coefficient de dilatation thermique du revêtement corresponde sensiblement à celui du support métallique 3 de l'élect_ode. Ce revêtement peut être appliqué en une ou plusieurs couches sur le support 3 sous forme de barbotine, c'est-à-dire sous la forme d'une pâte délayée contenant le mélange de composants requis.
Après chaque couche, on fait cuire le revêtement. Le revêtement cuit comporte des pores et on fait cristalliser dans ces pores le corps électriquement conducteur précité, par exemple un oxyde de zinc.
Pour appliquer l'oxyde de zinc, on le met en solution,on l'applique sous forme de solution puis on élimine le solvant pour laisser l'oxyde de zinc cristalliser dans les pores.
De préférence, on inclut également dans les pores du revêtement un corps électriquement isolant, c'est-à-dire meilleur isolant que le revêtement lui-même.
Comme corps électriquement isolant, on peut utiliser un oxyde de chrome, par exemple obtenu par décomposition de l'acide chromique. Pour appliquer cet oxyde, on le met en solution, on l'applique sur le revêtement sous forme de solution, et on élimine le solvant pour laisser l'oxyde de chrome cristalliser dans les pores du revêtement.
Pour rationaliser l'application des deux oxydes, on peut appliquer l'oxyde de zinc sur une couche de revêtement, l'oxyde de chrome sur une couche suivante de revêtement, etc...
Un revêtement convenant parfaitement pour la mise en oeuvre de la présente invention est décrit dans le US-A-4 615 913. L'épaisseur du revêtement est par exemple de l'ordre du mm dans le cas du procédé de pose du revêtement expliqué plus haut.
Lorsqu'on applique entre l'électrode 1 et le support 3 de l'autre électrode une différence de potentiel suffisante pour produire une étincelle, celle- ci prend sensiblement la forme représentée à la figure 2, et comporte en particulier une région filiforme 7 partant de l'extrémité la perpendiculairement vers le revêtement 2', puis une région volumique s'évasant en corolle 8 vers le revêtement 2' et ayant pour axe de symétrie sensiblement l'axe de la région 7. La région en corolle 8 a une hauteur H et un diamètre D qui sont tous deux de l'ordre de 2 à 8 mm lorsque la différence de potentiel appliquée est d'environ 50 V. Les dimensions de la région 8 sont sensiblement indépendantes de l'écartement L entre l'électrode 1 et le revêtement 2'. Si cet écartement varie, c'est la longueur de la région 7 qui varie de façon correspondante.
La région 8 de l'étincelle est constituée par un plasma, et on constate un dégagement d'ozone lorsque le gaz environnant les électrodes contient de l'oxygène libre.
Ce qui vient d'être décrit est vrai quelle que soit la polarité de la différence de potentiel appliquée entre les électrodes 1 et 2'-3. Dans l'exemple représenté à la figure 3, l'électrode 2'-3 est inchangée.
Par contre, l'électrode 1 est remplacée par une plaque métallique 9 dont la face active est plane et parallèle à celle définie par le revêtement 2'. Quand on applique entre la plaque métallique 9 dont la face active est plane et le support 3 une différence de potentiel suffisante, on voit apparaître entre la plaque 9 et le revêtement 2' un grand nombre d'étincelles ressemblant à celles de la figure 2, c'est- à-dire ayant une région filiforme 71, 74, 75 et une région en corolle 81, 84, 85 au contact du revêtement 2'. Les régions filiformes telles que 71, 74, 75 s'étendent depuis des points quelconques Al, A2, A3, A4, A5.... An et les sommets des régions en corolle tels que 81, 84, 85.
Ce procédé permet comme le précédent de produire du plasma dans les régions telles que 81, 84, 85 et également de produire de l'ozone si le gaz environnant contient de l'oxygène libre. Comme représenté à la figure 5, dans le cas où la différence de potentiel entre les deux électrodes est produite de manière très brève, par exemple par un système d'allumage du genre employé dans l'automobile, le courant d'étincelle a la forme d'une oscillation très rapidement amortie (plus rapidement amortie que dans les dispositifs d'allumage classiques) .
Dans l'exemple représenté à la figure 4, le circuit d'allumage comprend, en série entre les bornes d'une batterie d'accumulateurs 11, le primaire 13a d'une "bobine" d'allumage 13 (on sait que ce qu'il est convenu d'appeler "bobine d'allumage" est en fait un transformateur à très grand rapport de transformation) , le trajet émetteur-collecteur d'un transistor 15, et un dispositif de rupture 17. La base du transistor 15 est reliée par une résistance 12 à la borne positive de la batterie 11, de même que l'extrémité du primaire 13a qui est opposée au transistor 15. Un dispositif d'absorption d'énergie 16, tel qu'un carbure de silicium (voir FR-A-2 401 500 et FR-A-2 423 049), est monté entre le collecteur et l'émetteur du transistor 15 pour protéger ce dernier lors de l'ouverture du dispositif de rupture 17. Le secondaire 13b de la bobine d'allumage 13 a une borne reliée à la masse métallique 14 d'un moteur à combustion interne 18 et une borne reliée à l'électrode centrale isolée 1 d'une bougie d'allumage 19 (figure 7) dont un culot électriquement conducteur 19a est vissé dans la masse métallique 14.
L'électrode 1 est retenue en position centrale à l'intérieur du culot 19a par une bague isolante 19b.
Face à l'électrode centrale 1, la bougie 19 comporte le revêtement 21 de même nature que celui décrit en référence à la figure 2, déposé sur un support métallique 20 suspendu au culot 19a par des pattes électriquement conductrices 24a. Le support 20 a la forme d'une coupelle dont la concavité est tournée vers l'électrode 1 et, de même, la surface active du revêtement 21 a une forme de coupelle concave tournée vers l'extrémité libre de l'électrode 1. L'extrémité active de l'électrode 1 et la surface active du revêtement 21 sont dans la chambre de combustion 26.
De manière classique, l'extrémité lb de l'él_ec_t_rj-ie_ 1 opposée à la chambre de combustion 26 sert au raccordement à l'une des bornes du secondaire 13b (le cas échéant par l'intermédiaire d'un distributeur d'allumage). Le filetage 19e du culot 19a constitue le moyen de raccordement de l'électrode 20-21 avec l'autre borne de l'enroulement 13b.
Lorsque le dispositif de rupture 17 de la figure 4 s'ouvre, le courant à travers le primaire 13a est interrompu brusquement. Cette interruption entraîne le passage encore plus soudain du transistor 15 de l'état saturé à l'état bloqué. L'absorbeur d'énergie 16 absorbe l'énergie dangereuse au cas où une différence de potentiel excessive tendrait à s'établir entre l'émetteur et le collecteur du transistor 15 lors de la rupture.
De manière classique, cette rupture provoque dans le secondaire 13b une forte tension induite, de plusieurs dizaines de kilovolts, qui provoque, entre les électrodes 1 et 20-21 de la figure 7 une étincelle 22 analogue à celle représentée à la figure 2. Les paramètres du circuit sont choisis pour que la tension induite précitée soit aussi faible que possible pour produire l'étincelle sans produire d'oxydes d'azote. L'environnement gazeux des électrodes 1 et
20-21 est constitué par le mélange de combustible et de comburant qui a été admis dans la chambre de combustion 26 du moteur 18. En effet, ce mélange a accès aux électrodes par les ouvertures 19d laissées libres entre les pattes 24. L'étincelle 22 ou le plasma dense produit 10
selon l'invention provoque l'inflammation du mélange combustible-comburant de manière très efficace et rapide grâce à la génération de plasma et à la production d'ozone.
Dans l'exemple représenté, le moteur 18 est du 5 type semi-diesel qui, de manière connue, a les caractéristiques de fonctionnement suivantes: injection d'un carburant tel que le gazole au moyen d'un injecteur 23 pendant le temps d'admission sous, une, .pressLon. de. l'ordre de 30 à 40 bars (3 à 4 MPa) choisie pour assurer
10 une bonne pulvérisation; rapport volumétrique de compression de l'ordre de 16 à 17; allumage électrique. Les moteurs semi-diesel sont les moteurs ayant le meilleur rendement mais leur développement s'est heurté à la difficulté d'enflammer convenablement à des
15 températures inférieures à leur point de détonation les ' carburants supportant des taux de compression de 16 à 17: ces carburants sont généralement peu volatiles et ne forment pas un mélange intime avec le comburant. La qualité de l'allumage obtenu selon l'invention permet une
20 telle inflammation.
Dans les exemples représentés aux figures 6a à 6c, on montre trois formes possibles pour la surface active définie par le revêtement utilisé selon l'invention.
25 Dans l'exemple représenté à la figure 6a, on retrouve le cas de la figure 7, le revêtement 21 de l'électrode 20 a une surface active en forme de demi- sphère concave, qui favorise l'épanouissement en corolle de l'étincelle 22.
30 Dans l'exemple représenté à la figure 6b, on retrouve le cas représenté à la figure 2, c'est-à-dire avec surface active du revêtement 2' plane et perpendiculaire à l'axe de l'électrode 1. Toutefois l'électrode 1 a été rapprochée du revêtement à tel point
35 que la région 7 de l'étincelle a pratiquement disparu. Dans l'exemple représenté à la figure 6c, l'électrode 40 a une forme semblable à l'électrode 1, et est coaxiale à l'électrode 1. Le revêtement 41 est formé sur l'extrémité sensiblement conique, dirigée vers l'électrode 1, de l'électrode 40. Entre ces deux électrodes se forme, sous une différence de potentiel appropriée, une étincelle volumique 42 qui coiffe sensiblement le revêtement 41. Si on écarte les deux électrodes 1, 40 l'une de l'autre, l'étincelle volumique 42 se raccorde à l'électrode 1 par une étincelle filiforme telle que 7 à la figure 2.
Dans l'exemple représenté à la figure 8, la bougie 30 a un culot 31 vissé dans la masse métallique 14 d'un moteur tel que le moteur 18 de la figure 4, de manière à être en contact électrique avec ladite masse métallique. Le culot 31 est traversé axialement par une broche conductrice 32, isolée du culot 31 par une gaine isolante 33. Vers l'intérieur du moteur, la broche conductrice 32 est raccordée au centre d'une électrode 34 qui porte sur sa surface annulaire tournée vers le culot 31 un revêtement 36 de même nature que celui décrit en référence à la figure 2. Un revêtement similaire 37 est porté par la face du culot 31 tournée vers l'électrode 34. Les revêtements 36 et 37 sont écartés l'un de l'autre d'une distance, par exemple 1 mm, appropriée pour la formation d'étincelles lorsque le secondaire 13b établit une différence de potentiel entre le culot 31 et l'électrode 34.
Il se forme alors entre les deux revêtements, tout autour de la gaine isolante 33, une série d'étincelles comprenant une région centrale filiforme 38 dont chaque extrémité est raccordée à deux régions en corolle 39 voisines l'une du revêtement 36 et l'autre du revêtement 37. On va maintenant décrire en référence à la figure 9 le procédé de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique 61.
La sortie du collecteur d'échappement 62 de ce moteur est raccordée à une chambre 63 dans laquelle débouche en sifflet, en 64, une entrée d'air 66 soumise à une pression dynamique captée à l'avant du véhicule. Un moyen d'insonorisation approprié peut être pl_a_o dans- l'entrée d'air 66. Grâce à l'entrée en sifflet, l'air pénètre dans la chambre 63 malgré la pression pouvant régner dans celle-ci, au moins périodiquement. Juste en aval de l'entrée en sifflet 64 est placée une bougie 67 pouvant être du type décrit en référence à la figure 7 ou du type décrit en référence à la figure 8. Convenablement alimentée électriquement, cette bougie produit des étincelles qui produisent à leur tour du plasma et, grâce à l'oxygène arrivant en 64, de l'ozone. Grâce aux propriétés très oxydantes de l'ozone, et à la puissance d'allumage des étincelles produites par la bougie 67, les résidus imbrûlés de la combustion dans le moteur 61 sont brûlés en aval de la bougie 67, ce qui réduit le taux de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement émis par le véhicule ainsi équipé. Il est également possible d'alimenter la bougie en courant continu, pour produire une étincelle continue.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que la forme des électrodes peut varier, la nature du revêtement peut être différente de celle décrite en détail dans la description, et les applications du procédé pour générer un plasma et pour produire de l'ozone ne sont pas limitées à celles décrites et représentées. En particulier, ces procédés pourraient être utilisés pour générer un plasma et de l'ozone dans la chambre de combustion des réacteurs pour l'aéronautique, pour y favoriser le processus de combustion. Une bougie d'allumage constituant un dispositif selon l'invention pourrait comporter une électrode centrale en forme de tige présentant le revêtement, et une électrode tubulalre.. crén.e_]jé_e_ è__ ____'e________téj___ t__â. et. comportant le revêtement sur face intérieure entre les crénelures.

Claims

14REVENDICATIONS
1. Procédé pour générer un plasma, caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre deux électrodes (1, 2' - 3; 20, 21; 40, 41; 31, 37, 34, 46) dont l'une (2' - 3; 20 - 21; 40 - 41; 31, 37; 34, 36) au moins a une surface active définie par un revêtement céramique (2'; 21; 41; 36, 37) dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique (7, 8; 71, 74, 75; 81, 84, 85; 38, 39; 22; 42) entre elles.
2. Procédé pour produire de l'ozone, caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre dans un gaz contenant de l'oxygène deux électrodes (1, 2' - 3; 20, 21; 40, 41; 31, 37, 34, 46) dont l'une (2' - 3; 20 - 21; 40 - 41; 31, 37; 34, 36) au moins a une surface active définie par un revêtement céramique (2'; 21; 41; 36, 37) dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique (7, 8; 71, 74, 75; 81, 84, 85; 38, 39; 22; 42) entre elles.
3. Procédé d'allumage pour moteurs à combustion, caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre dans une chambre de combustion du moteur, deux électrodes (1, 2' - 3; 20, 21; 40, 41; 31, 37, 34, 46) dont l'une (2' - 3; 20 - 21; 40 - 41; 31, 37; 34, 36) au moins a une surface active définie par un revêtement céramique (2'; 21; 41; 36, 37) dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique (7, 8; 71, 74, 75; 81, 84, 85; 38, 39; 22; 42) entre elles.
4. Procédé de dépollution pour réduire le taux d'imbrûlés dans des gaz d'échappement d'appareils à combustion, notamment dans les gaz d'échappement produits par un moteur thermique (61), caractérisé en ce qu'on place en regard l'une de l'autre dans un trajet (63) d'écoulement des gaz d'échappement deux électrodes (1; 20 - 21; 31, 37; 34, 36) dont l'une (20 - 21; 31, 37; 34, 36) au moins a une surface active définie par un revêtement céramique (2'; 36, 37) dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et en ce qu'on établit entre ces électrodes une différence de potentiel propre à provoquer un courant électrique (38, 39) entre elles.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on envoie de l'oxygène au voisinage des électrodes.
6. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux électrodes (1, 2' - 3; 20 - 21; 31, 37; 34, 36; 40, 41) dont l'une (2' - 3; 20 - 21; 31, 37; 34, 36) au moins a une surface active définie par un revêtement céramique (2', 21, 36, 37, 41) dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur, et de moyens (lb, 19e) pour raccorder ces électrodes aux bornes d'une source de tension (11, 12, 13, 15 à 17) produisant une différence de potentiel suffisante pour provoquer un courant électrique entre elles.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'autre électrode (1) est métallique.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'électrode revêtue (20 - 21) a une forme de coupelle concave.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'autre électrode a aussi une surface active définie par un revêtement céramique (37) 16
dont des pores contiennent un corps électriquement conducteur.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux surfaces actives sont sensiblement planes et parallèles.
11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le revêtement céramique est du type alumino-siliceux.
12. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le corps électriquement conducteur est un oxyde métallique cristallisé, en particulier un oxyde de zinc.
13. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que des pores du revêtement céramique contiennent un corps isolant.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le corps isolant est un oxyde métallique cristallisé, en particulier un oxyde de chrome.
EP90910128A 1989-06-23 1990-06-22 Procedes pour generer un plasma et pour produire de l'ozone Withdrawn EP0478672A1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8908404A FR2649577B1 (fr) 1989-06-23 1989-06-23 Procedes pour generer un plasma et pour produire de l'ozone, procedes d'allumage et de depollution, et dispositif se rapportant a ceux-ci
FR8908404 1989-06-23
CN90109168A CN1061505A (zh) 1989-06-23 1990-11-15 发生和点燃等离子体的方法和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0478672A1 true EP0478672A1 (fr) 1992-04-08

Family

ID=36764051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP90910128A Withdrawn EP0478672A1 (fr) 1989-06-23 1990-06-22 Procedes pour generer un plasma et pour produire de l'ozone

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0478672A1 (fr)
CN (1) CN1061505A (fr)
FR (1) FR2649577B1 (fr)
WO (1) WO1991000680A1 (fr)
ZA (1) ZA904839B (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1076086C (zh) * 1997-10-06 2001-12-12 杨锦耀 用等离子体激励汽车发动机燃烧室内燃料燃烧的方法
US7353771B2 (en) * 2005-11-07 2008-04-08 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus of providing power to ignite and sustain a plasma in a reactive gas generator
JP4413973B2 (ja) * 2007-03-30 2010-02-10 日本特殊陶業株式会社 プラズマジェット点火プラグおよびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5690256A (en) * 1979-12-24 1981-07-22 Nippon Denso Co Ltd Oxygen density detector for exhaust gas of automobile
FR2544951A1 (fr) * 1983-04-22 1984-10-26 Klein Siegfried Haut-parleur a effet corona, avec moyens permettant d'obtenir une forte diminution d'ozone, a l'exterieur de celui-ci
US4615913A (en) * 1984-03-13 1986-10-07 Kaman Sciences Corporation Multilayered chromium oxide bonded, hardened and densified coatings and method of making same
US4713574A (en) * 1985-10-07 1987-12-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Igniter electrode life control

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9100680A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
ZA904839B (en) 1991-04-24
FR2649577B1 (fr) 1991-10-11
WO1991000680A1 (fr) 1991-01-10
CN1061505A (zh) 1992-05-27
FR2649577A1 (fr) 1991-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2478876C (fr) Systeme d'injection air/carburant ayant des moyens de generation de plasmas froids
FR2886689A1 (fr) Systeme et procede d'allumage d'un moteur a combustion interne et moteur a combustion interne
FR2916490A1 (fr) Dispositif d'allumage a plasma
US4730582A (en) Performing spark plug
FR2859869A1 (fr) Systeme de generation de plasma.
FR2837660A1 (fr) Reacteur a plasma, procede pour sa fabrication et appareil de commande des emissions d'un vehicule
FR2877777A1 (fr) Bougie d'allumage a duree de vie prolongee
FR2459563A1 (fr) Bougie d'allumage a jet de plasma
EP1556591A2 (fr) Moteur a combustion interne a suralimentation et bougie a prechambre, procede d allumage et application
EP1556589A2 (fr) Moteur a combustion interne a injection directe et bougie a prechambre, procede d'allumage et application
FR2480856A1 (fr) Injecteur de carburant pour moteurs diesel et dispositif de precombustion equipe d'un tel injecteur
FR2760256A1 (fr) Moteur a combustion interne et allumage par etincelle
EP0478672A1 (fr) Procedes pour generer un plasma et pour produire de l'ozone
EP1344000B1 (fr) Dispositif de combustion catalytique avec vaporisation de combustible liquide sur parois chaudes
FR2755546A1 (fr) Bougie d'allumage pour produire une etincelle d'allumage qui jaillit entre deux electrodes
FR2919967A1 (fr) Bougie d'allumage a plasma
FR2862347A1 (fr) Culasse de moteur a combustion interne et bougie d'allumage
WO2000001047A1 (fr) Bougie d'allumage a vent corona
EP1541821B1 (fr) Réacteur plasma non-thermique et ligne d'échappement de véhicule automobile comprenant ce réacteur
WO2000063554A1 (fr) Dispositif d'allumage pour moteur a combustion interne et bougie d'allumage pour sa mise en oeuvre
FR2796767A1 (fr) Bougie a effet de surface
FR2490739A1 (fr) Distributeur d'allumage anti-parasite pour moteur a combustion interne
CA3166322A1 (fr) Prechambre d'allumage a clapet a sens de combustion inverse
JPH09502570A (ja) 改良型点火栓システム
FR2904155A1 (fr) Systeme d'allumage et moteur a combustion interne comportant un tel systeme d'allumage

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19920114

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE ES FR GB IT SE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19950103