JPH06511344A - プラズマ及びオゾン発生処理、点火処理及び公害防止処理の方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 シン発生処理方法に関する。本発明は更に内部燃焼エンジンに対する点火処理方 法に関し、燃焼器具の排気ガス中の不燃焼物質の含有量を減少させるための公害 防止処理方法に関する。本発明は更にこれらの処理を行う装置に関する。

例えば燃料と酸化物との混合気体から成る気体により２つの金属の電極間にスパ ーク（火花）を発生させることは知られている。このスパークは繊維状に作られ 、それ放気体の小体積にのみ影響を及ぼす。その影響、例えば燃料と酸化物の混 合物を点火する影響は、それ故比較的小さい。

本発明の目的は電流を流すことにより、周囲気体の体積が顕著に増加することを 明確にすることである。

この発明の基本とする発明思想は、少なくとも電極の１つに対して穴の多いセラ ミック（陶器）のカバーであって、そのカバーの少なくとも数個の細孔が導電体 を含むセラミックのカバーを使用することにある。

スパークはカバーの付近で広がり、周囲の気体がオゾンを発生する酸素を含む時 、同時にプラズマを発生することか判った。

「スパーク」なる語は電流の流れによって影響される気体状空間を意味し、この 語意以外にスパーク自身、この空間の特別な形成に関し、又は電流の流れの特別 な継続に関する。

特に電極に印加される電圧か連続的の時スパークは連続的である。

得られる影響は肉眼で見ることができ、活性表面の付近の約１ｍｍから数ｍｍの 直径のスパークはカバーによって規定される。

それ故、本発明の第１の形態によれば、プラズマ発生処理方法は、互いに対向し て配置される２つの電極の少なくとも電極の１つはセラミックカバーにより規定 される活性表面を有し、該セラミックカバーの細孔は導電体を含み、この２つの 電極間に電流を発生させるために適切な電位差か該２つの電極間に設けられるこ とを特徴とする。

本発明の第２の形態によれば、オゾン発生処理方法は、酸素を含む気体における 互いに対向して配置される２つの電極の少なくとも電極の１つはセラミックカバ ーにより規定される活性表面を存し、該セラミックカバーの細孔は導電体を含み 、二の２つの電極間に電流を発生させるために適切な電位差か該２つの電極間に 設けられることを特徴とする。

本発明の第３の形態によれば、燃焼エンジン点火処理方法は、エンジンの燃焼チ ャンバーにおいて互いに対向して配置される２つの電極の少なくとも電極の１つ はセラミックカバーにより規定される活性表面を有し、該セラミックカバーの細 孔は導電体を含み、この２つの電極間に電流を発生させるために適切な電位差か 該２つの電極間に設けられることを特徴とする。

スパークの体積がそのように形成される結果として、プラズマか発生され、及び オゾンが同様に発生され、本発明は混合気体の点火の瞬時性と効果において実質 的な改善を可能と本発明の第４の形態によれば、特にサーマルエンジンにより発 生される排気ガスにおける燃焼器具の排気ガス中の不燃物質の含有量を減少する 公害防止処理方法は、排気ガスの流れる経路における互いに対向して配置される ２つの電極の少なくとも電極の１つはセラミックカバーにより規定される活性表 面を有し、該セラミックカバーの細孔は導電体を含み、二の２つの電極間に電流 を発生させるために適切な電位差が該２つの電極間に設けられることを特徴とす る。

剰余の自由な酸素によるオゾンの発生、又は、例えば排気部に空気を射出するこ とによるオゾンの発生は排気ガスの次段の燃焼を生じ、従って不燃物質の含有物 、即ち排気ガスにおける炭化水素及び−酸化炭素を減少する。

本発明の第５の形態によれば、上記の本発明の形態の１つによる処理方法の実施 装置は、２つの電極と該２つの電極を電源端子に接続する手段とを備え、少なく とも電極の１つはセラミックカバーにより規定される活性表面を有し、該セラミ ックカバーの細孔は導電体を含み、該電源端子に接続する手段はこれら２つの電 極間に電流を発生させるに十分な電位差を発生させる電源の端子にこれら２つの 電極を接続することを特徴とする。

本発明の他の特別な特徴及び利点を以下に記載する。

図面の簡単な説明 第１図は、絶縁物表面に対してスパークを発生させる実験装置の斜視図であり、 第２図は、第１図と同様な本発明の処理によるスパークの発生に関する実験装置 の斜視図であり、第３図は、第２図と同様な本発明の処理によるスパークの発生 に関する他の方法による実験装置の斜視図であり、第４図は、内・燃機関用点火 装置の図を示し、第５図は、本発明における時間関数としてのスパーク電流の大 きさを示すグラフであり、 第６ａ図、第６ｂ図、第６Ｃ図は、本発明によりスパークを発生する３つの方法 を図解的に示し、第７図と第８図は、本発明による点火処理を実行する点火プラ グの２つの実施例の部分図であり、第９図は、本発明による公害防止処理に使用 される内燃機関を図解的に示す。

発明を実施するための最良の形態 第１図に図解的に示されるスパーク発生方法において、棒形状の電極１の自由端 は、導電性支持部３により支えられる電気的絶縁カバー２の実質的に平らな表面 に対向して配置される。電極ｌと導電性支持部３との間に電位差が設けられる。

繊維状のスパーク４は電極１と絶縁カバー２の表面間に形成される。スパーク４ は絶縁物の表面上に同様な繊維状の枝５を形成する。これは最終的にスパークに より引き起こされるる多少の体積の増加となる。しかしながら、この処理は産業 状の規模では使用できない。何故ならば、例えばこのように発生された１００回 のスパークの後で、技５の形成が停止し、絶縁物２は繊維状のスパーク４を受け る位置で最後に貫通される。

第２図に図解的に示される本発明に対応する処理において、再度棒形状の電極ｌ があり、電極の自由端１ａは電極１の金属及びこの例において示される形状によ って規定され、電極に向かって垂直に導かれ、導電性支持部３と電極の平らな活 性表面を規定するカバーとを備える。

この実施例において、しかしながら符号２′により示されるカバーは穴の多いセ ラミックカバーであり、その穴は電気的に導電体と電気的に絶縁体を含む。

セラミックのカバーは好ましくはアルミニウムー珪酸含有（ａｌｕｍｉｎｏ−ｓ ｉｌｉｃｅｏｕｓ）型であり、正確な構成は、特に、５ｉ１ｉｃａ　（二酸化珪 素）の比率、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎａ）の比率、及び他の可能な構成 成分の比率は、公知の方法で規定され、それ故カバーの熱膨張の係数は実質的に 電極の金属支持部３の熱膨張の係数に対応する。

このカバーはスリップ（滑り）状の１つ又は多くの層を成す支持部３に当てられ 、即ち要求された構成成分の混合物を含む薄められた糊状である。

各層の後で、カバーは焼かれる。

焼かれたカバーは細孔を有し、前記導電体は例えば酸化亜鉛はこれらの細孔にお いて結晶となる。

好ましくは電気的絶縁体は、即ちカバー自身より絶縁性の良い絶縁体も又カバー の細孔部に含まれる。

使用される電気的絶縁体は、例えばクロム酸化物を分解して得られた酸化クロム でもよい。この酸化物を加えて、電気的絶縁体は分解され、カバーに溶解状で加 えられ、そして溶剤はクロム酸化物をカバーの細孔部に結晶させるように除去さ れる。

２つの酸化物を更に有効に加えることにより、酸化亜鉛をカバーの１つの層に加 えることができ、酸化クロムをカバーの次の層に加えること、等ができる。

本発明を実行するために完全に適合するカバーは米国特許第４，６１５，９１３ 号に記載されている。このカバーの厚みは例えばカバーを敷く前記処理の時、約 １ｍｍである。

スパークを発生させるに十分な電位差が電極１と他の電極の支持部３との間に加 えられた時、このスパークは実質的に第２図に示された形状を呈し、カバー２′ に向かう端部１ａから垂直に伸びる繊維状領域７を特に備え、次に体積の領域は カバー２′に向かう花冠（ｃｏｒｏｌｌａ）　８の形状で広げられ、対称軸とし ての領域７の軸を実質的に有する。花冠領域８は高さＨと直径りとを有し、印加 電位差が約５０ＫＶの時、双方とも約２から８ｍｍである。領域８の寸法は電極 ｌとカバ−２′間の空間とは実質的に独立する。この空間が変化する時、領域７ の長さは対応して変化する。

スパークの領域８はプラズマから成り、電極の周囲気体か自由な酸素を含む時、 オゾンの開放が発見される。

前記の記載は、電極ｌと２゛　−３間に印加される電位差の極性に関わらず、真 実である。

第３図に示される例において電極２゛　−３は不変である。

対照的に電極ｌは金属板９により置き換えられ、電極の活性表面は平面であり、 カバー２′により規定される。

十分な電位差が、活性表面が平面である金属板９と支持部３の間に印加される時 、金属板９とカバー２°の間に第２図のスパークと類似した多数のスパークを見 ることができ、即ち繊維状の領域７Ｉ、７４．７５とカバー２′に接触する花冠 領域８１．８４．８５とを有する。繊維状の領域７１．７４．７５はＡｌ、Ａ２ ．Ａ３．Ａ４．Ａ５．−、Ａｎの何れなる点からも８１．８４．８５のような花 冠領域の上部に伸びる。

この処理は前記の１つと同様に、８１．８４．８５のような領域においてプラズ マを発生することが可能であり、周囲気体が自由な酸素を含む時、同様にオゾン を発生させることか可能である。

第５図に示されるように、２つの電極間の電位差が非常に短時間に発生される時 、例えば自動車において使用される点火装置による時、スパーク電流は振動か非 常に早く減衰する振動波形を存する（従来の点火装置より早く減衰する）。

第４図に示される例において、点火回路は蓄電池１１の端子間にあり、点火［コ イルＪ１３の一次コイル１３ａ（従来「点火コイル」と呼ばれるものは、実際は 非常に高い電圧比を有する変圧器であることが知られている。）と、トランジス タ１５のエミッタ／コレクタの経路と、遮断器１７とが直列に設けられる。トラ ンジスタ１５のベースは抵抗器１２により蓄電池ＩＩの正の端子に、トランジス タ１５と反対側の一次コイル１３ａの端部と共に、接続される。シリコン炭化物 （仏国特許第２，４０１，５００号と第２．　４２３．　０４９号参照）の様な エネルギー吸収装置１６はトランジスタ１５のコレクタとエミッタの間に取り付 けられ、遮断器１７か開く間、トランジスタ１５を保護する。点火コイル１３の 二次コイル１３ｂは内燃機関Ｉ８の金属アース部１４に接続される１つの端子を 有し、他の端子は点火プラグ１９（第７図）の絶縁された中央電極１に接続され 、点火プラグの導電キャップ１９ａは金属アース部１４にネジで回して締め付け られる。

電極ｌは絶縁リング１９ｂにより導電キャップ１９ａ内における中央位置に保持 される。

中央電極１に対向して、プラグ１９′は第２図に参照して記載される同一型式の カバー２１を有し、導電性ラグ２４ａによりキャップ１９ａ上で吊るされる金属 支持部２ｏ上に置かれる。支持部２０はカップ形状を有し、支持部の凹面が電極 ｌに面し、同様にカバー２１の活性表面は電極ｌの自由端部に面する凹状のカッ プの形状を有する。電極ｌの活性端部とカバー２１の活性表面は燃焼室２６内に ある。

従来の方法において、電極ｌの端部１ｂは燃焼室２６の反対にあり、（この特例 におけるディストリビュータ（点火配電器）による）二次コイル１３ｂの端子の １つに接続用として設けられる。キャップ１９ａのネジ山１９ｅは、捲線１３ｂ の他の端子に電極２０−２１を接続する手段を形成する。

第４図の遮断器Ｉ７が開く時、−次コイル１３ａを流れる電流は、突然に遮断さ れる。この遮断はトランジスタ１５の飽和状態から阻止状態への変化以上に早く 発生する。エネルギー吸収器１６は、遮断中に、過度の電位差がトランジスタ１ ５のエミッタとコレクタ間に加えられる傾向にある時、危険となるエネルギーを 吸収する。

従来の方法において、この遮断は、二次コイル１３ｂにおいて数十ＫＶの高い誘 導電圧を発生させ、その誘導電圧は第７図における電極１と２０−２１の間に、 第２図に示されるスパークと類似のスパーク２２を発生させる。回路のパラメー タは、窒素酸化物を発生することなくスパークを発生するように、上記誘導電圧 をできるだけ低（選択される。

電極ｌと２０−２１の気体の周囲環境は、燃料とエンジン１８の燃焼室２６にお いて許される強酸化物質（ｏｘｉｄａｎｔ）の混合物から成る。事実、この混合 物はラグ２４間に自由に残される穴部１９ｄを経由して電極に接近する。スパー ク２２又は本発明により発生された密なプラズマは、燃料／オキシダント（強酸 化物質）の混合物の点火を、プラズマとオゾンの発生の結果により、高効率且つ 高速とする。

例示において、エンジン１８はセミ・ディーゼル（焼玉エンジン）型であり、公 知の方法において、下記の動作特性を有する。即ち、燃料噴射器（ｉｎｊｅｃｔ ｏｒ）　２３による約３０から４０バール（３から４ＭＰａ）の圧力下における 、許容される期間中の、ガス・オイル（軽油）のような燃料の射出は、良好なス プレーを確実にするように選択され、圧縮比は約１６から１７であり、電気的点 火である。セミ・ディーゼルエンジンは最も良好な動作をするが、爆発点以下の 温度で圧縮比１６から１７を維持する燃料を適切に点火する困難に直面している 。これらの燃料は、通常揮発性が低く、オキシダントと本質的な混合物を形成し ない。本発明によって得られる点火の特質は、そのような点火を可能とする。

第６ａ図から第６ｃ図において示される例は、本発明により使用されるカバーに よって規定される活性表面に関して３つの可能な形式を示す。第６ａ図に示す例 は第７図の例を繰り返すが、電極２０のカバー２１は凹状半球の形状の活性表面 を有し、スパーク２２の花冠を広げることを助ける。第６ｂ図に示す例は、第２ 図に示される例を繰り返すが、カバー２′の活性表面は平面であり、電極ｌの軸 に垂直である。しかしながら、電極１はカバーに非常に接近して置かれるのでス パークの領域７は実際上消失される。

第６ｃ図に示す例において、電極４０は電極ｌの形状と同様な形状を有し、電極 ｌと同軸である。カバー４１は電極１に向かう電極４０の実質的円錐端部上に形 成される。適切な電位の差の下でスパーク量４２は、これら２つの電極間で形成 され、実質的にカバー４１を覆う。この２つの電極１と４０が互いに移動する時 、スパーク量４２は第２図における７のような繊維状スパークにより電極ｌに接 続される。

第８図に示される例において、プラグ３０は第４図のエンジン１８のようなエン ジンの金属アース１４に電気的に接触するようにネジで回して締め付けられるキ ャップ３１を有する。キャップ３１は、キャップの軸を通過する絶縁鞘部３３に よりキャップ３１と絶縁される導電ピン３２を有する。エンジンの内側に向かっ て導電ピン３２は電極３４の中心部に接続され、電極３４の環状の表面はキャッ プ３１に直面し、第２図を参照して記載したような同一形式のカバー３６を支え る。同様なカバー３７は電極３４に直面するキャップ３１の面により支えられる 。カバー３６と３７は、二次コイル１３ｂかキャップ３１と電極３４間に電位差 を発生させる時、スパークの形成に適合する例えば互いに１ｍｍ離れた位置にあ る。

次に２つのカバー間の絶縁性鞘部３３の全周に、一連のスパークを形成し、繊維 状の中央領域３８を備え、中央領域の各端部は２つの花冠領域３９に接続され、 １つはカバー３６サーマルエンジン６Ｉの排気ガスの公害防止処理について第９ 図を参照にして以下に説明する。

このエンジンの排気マニホールド６２の出口はチャンバー６３に接続され、チャ ンバーの中に排気口として６４において開き、空気入口６６は自動車の前方で阻 止される強力な圧力を受ける。適切な防音手段は空気入口６６に配置できる。

排気口の形式において、入口により、圧力が少なくとも一時的にチャンバーにお いて勢力を振るうことが可能にもかかわらず、空気はチャンバー６３に貫通する 。丁度排気口の直前における入口６４に、プラグ６７が配置され、そのプラグは 第７図を参照して記載した型式、又は第８図を参照して記載した型式の何れでも よい。このプラグは適切に電気を供給し、スパークを発生し、酸素が６４に到達 した結果としてオゾンを発生する。オゾンの強度の酸化特性とプラグ６７によっ て発生されたスパークの点火力により、エンジン６１における不燃焼残留物は、 プラグ６７の下流で燃焼する。従って、上記を装備した自動車により発生された 排気ガスにおける一酸化炭素と炭化水素の含有量を減少する。連続スパークを発 生させるためラグに直流電流を供給することも可能である。

もちろん本発明は前記に記載し例示したものに限定されるものではない。これら の例に対して本発明の範囲内で多くの変更が可能である。

それ故、電極の形状は変更可能であり、カバーの型式も前記詳細説明に記載のカ バーとは異なることができ、プラズマ発生及びオゾン発生に対する処理方法の使 用は、前記に記載し例示したものに限定されるものではない。

特にこれらの処理は、燃焼処理を補助するため、航空学に関するリアクターの燃 焼チャンバーにおけるプラズマとオゾンの発生に使用できる。

本発明による装置を構成した点火プラグは、カッく−を有する棒形状中央電極と 、端部で鋸歯状になっている環状電極であって、鋸歯状の刻み間の内部表面上に カッく−を有する環状電極とを備えることが可能である。

Ｏ で 平成３年１２月２４日

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．互いに対向して配置される２つの電極（１，２′−３；２０，２１；４０， ４１；３１，３７；３４，４６）の少なくとも電極の１つ（２′−３；２０−２ １；４０−４１；３１，３７，３４，４６）はセラミックカバー（２′；２１； ４１；３６，３７）により規定される活性表面を有し、該セラミックカバーの細 孔は導電体を含み、該２つの電極間に電流（７，８；７１，７４，７５；８１， ８４，８５：３８，３９；２２；４２）を発生させるために適切な電位差が該２ つの電極間に設けられることを特徴とするプラズマ発生処理方法。
2. ２．酸素を含む気体における互いに対向して配置される２つの電極（１，２′− ３；２０，２１；４０，４１；３１，３７，３４，４６）の少なくとも電極の１ つ（２′−３；２０−２１；４０−４１；３１，３７；３４，４６）はセラミッ クカバー（２′；２１；４１；３６，３７）により規定される活性表面を有し、 該セラミックカバーの細孔は導電体を含み、該２つの電極間に電流（７，８；７ １，７４，７５；８１，８４，８５；３８，３９；２２；４２）を発生させるた めに適切な電位差が該２つの電極間に設けられることを特徴とするオゾン発生処 理方法。
3. ３．エンジンの燃焼チャンバーにおける互いに対向して配置される２つの電極（ １，２′−３；２０，２１；４０，４１；３１，３７，３４，４６）の少なくと も電極の１つ（２′−３；２０−２１；４０−４１；３１，３７；３４，４６） はセラミックカバー（２′；２１；４１；３６，３７）により規定される活性表 面を有し、該セラミックカバーの細孔は導電体を含み、該２つの電極間に電流（ ７，８；７１，７４，７５；８１，８４，８５；３８，３９；２２；４２）を発 生させるために適切な電位差が該２つの電極間に設けられることを特徴とする燃 焼エンジン点火処理方法。
4. ４．排気ガスの流れる経路（６３）における互いに対向して配置される２つの電 極（１，；２０−２１；３１，３７；３４，３６）の少なくとも電極の１つ（２ ０−２１；３１，３７，３４，３６）はセラミックカバー（２′；３６，３７） により規定される活性表面を有し、該セラミックカバーの細孔は導電体を含み、 該２つの電極間に電流（３８，３９）を発生させるために適切な電位差が該２つ の電極間に設けられることを特徴とする特にサーマルエンジン（６１）により発 生される排気ガスにおける燃焼器具の排気ガスにおける不燃物質の含有量を減少 する公害防止処理方法。
5. ５．酸素が電極付近に運搬されることを特徴とする請求の範囲４に記載の処理方 法。
6. ６．２つの電極（１，２′−３；２０−２１；３１，３７；３４，３６：４０， ４１）と、これらの電極間に電流を発生させるに十分な電位差を発生させる電源 （１１，１２，１３，１５から１７）の端子にこれらの電極を接続する手段（１ ｂ，１９ｅ）とを備え、少なくとも電極の１つ（２′−３２０−２１；３１，３ ７；３４，３６）はセラミックカバー（２′；２１；３６，３７；４１）により 規定される活性表面を有し、該セラミックカバーの細孔は導電体を含むことを特 徴とする請求の範囲１から５の記載の１つによる処理方法の実施装置。
7. ７．他の電極（１）が金属であることを特徴とする請求の範囲６に記載の装置。
8. ８．該カバーされた電極（２０−２１）は円錐形カップの形状を有することを特 徴とする請求の範囲７に記載の装置。
9. ９．他の電極がセラミックカバー（３７）により規定される活性表面を有し該セ ラミックカバーの細孔は導電体を含むことを特徴とする請求の範囲６に記載の装 置。
10. １０．該２つの活性表面は実質的に平面且つ平行であることを特徴とする請求の 範囲９に記載の装置。
11. １１．該セラミックカバーがアルミニウム−珪酸含有型であることを特徴とする 請求の範囲６乃至１０の１つに記載の装置。
12. １２．該導電体が結晶化された酸化金属、特に酸化亜鉛であることを特徴とする 請求の範囲６乃至１１の１つに記載の装置。
13. １３．セラミックカバーの細孔が電気的絶縁体を含むことを特徴とする請求の範 囲６乃至１２の１つに記載の装置。
14. １４．該絶縁体が特にクロム酸化物の結晶化された金属酸化物であることを特徴 とする請求の範囲１３に記載の装置。