JPWO2014115707A1 - プラズマ生成装置、及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

本発明は、電磁波を放射することにより電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置において、複数の電源、複雑なシステム等を必要とせず、必要な電力量を低減し、プラズマの発生、拡大及び維持を効率よく行えるプラズマ生成装置の供給を課題とする。本発明は、電磁波を発振する電磁波発振器、及び上記電磁波発振器を制御する制御装置を備えるプラズマ生成装置であって、上記電磁波発振器から発振される電磁波を共振させて高電圧を発生させる昇圧回路と、上記昇圧回路により発生した高電圧を放電させる放電電極とを備えることを特徴とする。

Description

本発明は、プラズマ生成装置及びそのプラズマ生成装置を備えた内燃機関に関する。

従来から、対象空間に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置が知られている。例えば特開２００９−３８０２５号公報及び特開２００６−１３２５１８号公報には、この種のプラズマ生成装置が記載されている。

特開２００９−３８０２５号公報には、スパークプラグの放電ギャップでスパーク放電を生じさせると共に、その放電ギャップに向けてマイクロ波を放射してプラズマを拡大するプラズマ生成装置が記載されている。このプラズマ生成装置では、スパーク放電により生成されたプラズマがマイクロ波パルスからエネルギーを受ける。これにより、プラズマ領域の電子が加速され、電離が促進されて、プラズマの体積が増大する。

また、特開２００６−１３２５１８号公報には、電磁波放射器から燃焼室内に電磁波を放射することによりプラズマ放電を発生させる内燃機関の点火装置が開示されている。ピストンの上面には、ピストンから絶縁された点火用電極が設けられている。点火用電極は、その近傍にて燃焼室内の電磁波の電界強度を局所的に高める役割を果たす。これにより点火用電極の近傍にてプラズマ放電が生成される。

特開２００９−３８０２５号公報 特開２００６−１３２５１８号公報

しかし、特開２００９−３８０２５号公報に記載のプラズマ生成装置では、スパークプラグにおいて放電を起こさせるための高電圧電源、及びマイクロ波を放射するための高周波電源の少なくとも２つの電源が必要となる。例えばプラズマ生成装置を自動車エンジン等の燃焼室に用いる場合には設置スペースに限界があるため、このように複数の電源を要するプラズマ生成装置では設置場所を確保することが難しいという不都合がある。また、このようなプラズマ生成装置における伝送システムとしては、従来のスパークプラグに対する高電圧配送システムと電磁波配送システムの双方が必要とされるため、高度に複雑化される。一方、特開２００６−１３２５１８号公報に記載のプラズマ生成装置は、電磁波のみを用いてプラズマを生成するため、電源は１つしか必要ないものの電磁波のみで着火及び燃焼反応を起こさせるためには、高周波電源から多量の電力を供給する必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象空間に電磁波によりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、複数の電源、複雑なシステム等を必要とせず、さらには、必要な電力量を低減し、プラズマの発生、拡大及び維持を効率よく行うことができるプラズマ生成装置を供給することである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
電磁波を発振する電磁波発振器、及び上記電磁波発振器を制御する制御装置を備えるプラズマ生成装置であって、
上記電磁波発振器から発振される電磁波を共振させて高電圧を発生させる昇圧回路と、
上記昇圧回路により発生した高電圧を放電させる放電電極とを備えることを特徴とするものである。

本発明のプラズマ生成装置は、電磁波のみでプラズマを生成、拡大、維持させることができるため、電源は一つで足りる。さらに当該プラズマ生成装置は、電磁波を共振させる昇圧回路を含むことで高電圧を発生させることができ、電磁波のみで効率よくスパークを起こしプラズマを発生させることができる。

上記昇圧回路は、上記電磁波発振器と容量結合した共振回路を含むことが好ましい。当該プラズマ生成装置は、上記共振回路を含むことで、効率的に高電圧を発生させることができ、それにより電磁波のみで安定してスパークを生じさせることができる。

上記昇圧回路は、上記共振回路を複数含むことが好ましい。当該プラズマ装置は、上記昇圧回路が複数の共振回路を含むことで、より高い電圧を発生させることが可能となるため、電磁波のみでより安定してスパークを生じさせることができる。

上記共振回路の少なくとも１つは、並列共振回路であることが好ましい。当該プラズマ生成装置は、上記並列共振回路を含むことで、より効率的に高電圧を発生させることができるため、電磁波のみで安定してスパークを生じさせることができる。

また、上記並列共振回路より放電電極側に、さらに直列共振回路を備えることができる。直列共振回路を備えることで、放電電極からプラズマが発生し、低抵抗になっても電磁波発振器との整合を維持し、電磁波の反射を低減する。この場合、並列共振回路と直列共振回路の共振周波数は略同一とすることが好ましい。

上記制御装置は、上記放電電極においてスパーク放電を引き起こす条件の電磁波パルスと、上記スパーク放電により生じたプラズマを拡大・維持させる条件の電磁波パルスとを含む発振パターンに従って発振するよう上記電磁波発振器を制御することが好ましい。

当該プラズマ生成装置は、スパーク放電を起こす条件の電磁波パルスと、この電磁波パルスよりも低い電力を用い、生じたプラズマを拡大・維持させる条件の電磁波パルスとを含む発振パターンを用いることで、プラズマの生成、拡大、維持を効率よく行うことができ、その結果としてトータルの消費電力を低減することができる。

上記発振パターンは、上記スパーク放電を引き起こす条件の電磁波パルスの前に、非平衡プラズマを生成させる条件の電磁波パルスをさらに含むことが好ましい。本発明のプラズマ生成装置は、スパーク放電の前に非平衡プラズマを生成させることで、スパーク放電の際に必要な電力をより低減することができる。

上記非平衡プラズマを生成させる条件の電磁波パルスは、ストリーマ放電を起こす条件の電磁波パルスであることが好ましい。上記ストリーマ放電は、例えば１マイクロ秒未満の短パルス電圧を印加することで、簡便に非平衡プラズマを生成することができる。

本発明のプラズマ生成装置は、内燃機関用として好適に用いられる。当該プラズマ生成装置は、電磁波のみで効率良くプラズマを生成、拡大、維持する事ができるため、内燃機関に用いた場合に、燃焼効率をより向上することができる。

本発明は、上述の本発明のプラズマ生成装置と、燃焼室が形成された内燃機関本体とを備える内燃機関も含む。

本発明の内燃機関は、電磁波のみで効率良くプラズマを生成、維持、拡大する事ができる上述のプラズマ生成装置を備えているため、燃焼効率により優れる。

本発明のプラズマ生成装置は、電磁波を共振させる昇圧回路を含むことで高電圧を発生させることができ、電磁波のみでスパークを起こすことができる。そのため、当該プラズマ生成装置においては、電源が一つで足り、複雑な伝送線路等を必要としない。また、当該プラズマ生成装置は、スパーク放電を起こす条件の電磁波パルスと、生じたプラズマを拡大・維持させるための放電を起こす条件の電磁波パルスとを含む所定の発振パターンを用いる。そのため、電磁波のみによってもプラズマの生成、拡大、維持を効率よく行うことができ、消費電力を低減することができる。

実施形態１のプラズマ生成装置のブロック図である。 実施形態１に係る内燃機関の縦断面図である。 実施形態１に係るプラズマ生成装置の縦断面図である。 実施形態１に係るプラズマ生成装置の等価回路である。 実施形態１に係るプラズマ生成装置の電磁波発振パターンの一例である。 実施形態１の変形例１に係るプラズマ生成装置の電磁波発振パターンの一例である。 実施形態１に係るプラズマ生成装置の別の縦断面図である。 実施形態１に係るプラズマ生成装置の別の等価回路である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞プラズマ生成装置
本実施形態１は、本発明に係るプラズマ生成装置である。当該プラズマ生成装置は、図１に示すように、電磁波用電源２、電磁波発振器３、昇圧回路６、放電電極５及び制御装置４を備えている。

電磁波用電源２は、制御装置４から電磁波発振信号（例えばＴＴＬ信号）を受けると、所定のデューティー比、パルス時間等を設定したパターンで電磁波発振器３にパルス電流を出力する。

電磁波発振器３は、例えば半導体発振器である。電磁波発振器３は、電磁波用電源２に電気的に接続されている。電磁波発振器３は、電磁波用電源２からパルス電流を受けると、昇圧回路６にマイクロ波パルスを出力する。

昇圧回路６は、図３に示すように、入力部の中心電極５３、出力部の中心電極５６、結合部の電極５４、接地コイル５５及び絶縁体５９を備える。中心電極５３は、電磁波発振器３から入力部５２を介してマイクロ波プラズマプラグ５０内に設置され、結合部の電極５４と絶縁体５９を介して容量結合している。出力部の中心電極５６の一方の端部は結合部の電極５４に直結している。出力部の中心電極５６のもう一方の端部は放電電極５となっている。出力部の中心電極５６の放電電極５以外の部分は絶縁材５９で覆われており、その周囲に接地コイル５５のコイル構造が形成されている。接地コイル５５の一方の端部は結合部の電極５４に接続しており、もう一方の端部は放電電極付近で接地している。接地コイル５５と外ケース５１との浮遊容量、及び結合部の電極５４と外ケース５１との浮遊容量が共振することで高電圧を発生する構造になっている。接地コイル５５のコイル構造部分は、絶縁材５９中に埋め込まれる構造となっている。発生した高電圧は、放電電極５からその近傍の接地電極５７に向かって放電される。なお、昇圧回路６は、図３に示すようにマイクロ波プラズマプラグ５０に内蔵されている。

昇圧回路６の等価回路を図４に示す。昇圧回路６は、電磁波発振器３と容量結合した、コイルＬ１とコンデンサＣ２とからなる並列共振回路を含んでいる。さらに、電磁波発振器３と容量結合した、コイルＬ２とコンデンサＣ３とからなる共振回路を含んでいる。上記並列共振回路の周波数に対する上記共振回路の周波数の比は、０．８０以上１．２０以下であることが好ましく、０．９０以上１．１０以下であることがより好ましく、０．９５以上１．０５以下であることがさらに好ましく、１．００であることが最も好ましい。

また、並列共振回路より放電電５８極側に、さらに直列共振回路を備えることができる。この場合の昇圧回路６０を図６に、昇圧回路６０の等価回路を図７に示す。この昇圧回路６０は、コイルＬ１とコンデンサＣ２とからなる並列共振回路より放電電極５８側に、コイルＬ２とコンデンサＣ４とからなる直列共振回路を備えている。具体的には、図６に示すように、コイルＬ２を兼ねる放電電極５８の末端が結合部の電極５４と分離し、放電電極５８の末端部分と電極５４との間でコンデンサＣ４を構成する。直列共振回路を備えることで、放電電極からプラズマが発生し、低抵抗になっても電磁波発振器との整合を維持し、電磁波の反射を低減する。この場合、並列共振回路と直列共振回路の共振周波数は略同一とすることが好ましい。

−プラズマ生成装置の動作−
プラズマ生成装置１のプラズマ生成動作について説明する。プラズマ生成動作では、放電電極５からの放電により、放電電極５の近傍にプラズマが生じる。

具体的なプラズマ生成動作では、まず制御装置４が、スパーク放電を起こす条件の電磁波発振信号を出力する。電磁波用電源２は、制御装置４からこのような電磁波発振信号を受けると、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力する。電磁波発振器３は、設定時間に亘って電磁波パルスを所定のデューティー比で出力する。電磁波発振器３から出力された電磁波パルスは、昇圧回路６により、接地コイル５５と外ケース５１との浮遊容量、及び結合部の電極５４と外ケース５１との浮遊容量が共振することで高電圧となり、放電電極５から接地電極５７に向かって放電が起こり、スパークを生じさせる。このスパークにより放電電極５の近傍のガス分子から電子が放出され、プラズマが生成される。

引き続き制御装置４は、上記プラズマを維持・拡大する条件の電磁波発振信号を出力する。電磁波用電源２は、制御装置４からこのような電磁波発振信号を受けると、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力する。電磁波発振器３は、設定時間に亘って電磁波パルスを所定のデューティー比で出力する。電磁波発振器３から出力されたマイクロ波（アシストのマイクロ波）は、昇圧回路６を経て放電電極５から放電される。これにより、スパーク放電によって生じたプラズマを維持・拡大させることができる。

本実施形態のプラズマ生成装置１における、スパーク放電を起こす条件の電磁波パルスと、生じたプラズマを維持・拡大させる条件の電磁波パルスとを含む所定の発振パターンの一例を図５に示した。すなわち、放電電極５においてスパーク放電を起こし、プラズマを発生させるためには、ある一定以上の電力のマイクロ波を放射することが必要である。このようなマイクロ波としては、一回のパルスであってもよいし、必要に応じて所定のデューティー比、所定の設定時間に亘る複数回のパルスであってもよい。その後、生じたプラズマに対して、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってマイクロ波を発振することで、プラズマを維持・拡大させることができる。このプラズマの維持・拡大のために必要な電力は、スパーク放電を起こすのに必要な電力よりも低く抑えることができる。

なお、上述のように、スパーク放電を起こすことによりプラズマが発生すると、生じたプラズマが抵抗として機能するため電圧が低くなる。そのため、スパーク放電を起こす条件の電磁波パルスの発振を継続した場合であっても、スパークによりプラズマを生じさせた後自然に制御がかかり低電圧となり、プラズマを維持・拡大させることも可能である。

電磁波発振信号の立ち上がり時点から所定の設定時間が経過すると、マイクロ波パルスの発振が停止され、マイクロ波プラズマが消滅する。

−実施形態１の効果−
本実施形態１のプラズマ生成装置１は、電磁波を共振させる昇圧回路６を含むことで高電圧を発生させることができ、電磁波のみでスパークを起こすことができる。そのため、対象空間において、電磁波のみでプラズマを生成、維持、拡大させることができ、電源は電磁波用電源２のみで足り、複雑な伝送線路等を必要としない。さらには、スパーク放電を起こす条件の電磁波パルスと、生じたプラズマを拡大・維持させる条件の電磁波パルスを含む所定の発振パターンを用いるため、電磁波のみによってもプラズマの生成、拡大、維持を効率よく行うことができ、トータルでの消費電力を低減することができる。また、出力部の中心電極５６が接地コイル５５のコイル構造部分の内部を通る構造となっていることで、マイクロ波プラズマプラグの径をより細くすることも可能となる。

−実施形態１の変形例１−
実施形態１の変形例１では、実施形態１とはプラズマの生成動作が一部異なる。すなわち、図６に示すように、まず制御装置４が、スパーク放電を起こす条件の電磁波発振信号を出力する前に、非平衡プラズマを生成する条件の電磁波発振信号を出力する。これにより、電磁波用電源２は、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力する。出力されたパルス電流により電磁波パルスが発振され、高圧回路６を経て放電電極５から放電される。この放電により対象空間のガス分子から電子が放出され、非平衡プラズマが生成される。この非平衡プラズマにおいては、放出される電子温度のみが高くなり、粒子温度は低温に保たれる。そのため、この条件においては、スパークを生じることはない。しかし、対象空間のガス分子のエネルギー状態が高くなっているため、引き続き行われるスパーク放電のために必要な電力を低減することができる。これらの結果として、本発明のプラズマ生成装置において、全行程において必要とされる電力の合計量を低減させることができる。また、スパーク放電において用いられる電圧を低減させることができるため、放電電極５の摩耗を防止することもできる。

このような非平衡プラズマを生成させる条件の電磁波パルスとしては、ストリーマ放電を起こす条件の電磁波パルスが好ましいものとして挙げられる。

−実施形態１の変形例２−
実施形態１の変形例２では、マイクロ波プラズマプラグ５０の放電電極５の近傍に誘電体バリア放電用電極（図示省略）をさらに備える。この誘電体バリア放電用電極は絶縁体で覆われている。この誘電体バリア放電用電極からの放電により、対象空間において非平衡プラズマが生成される。上記誘電体バリア放電用電極からの放電も、マイクロ波プラズマプラグ５０と同様に制御装置４により制御される。

引き続き、放電電極５においては、スパーク放電及び上記アシストの放電を起こす。なお、本変形例における絶縁体で覆われている上記電磁波放射アンテナの設置位置としては、本発明の効果を妨げない限り特に限定されないが、マイクロ波プラズマプラグ５０の放電電極５近傍に位置し、スパーク放電をおこす領域において誘電体バリア放電を起こすよう配設されていることが好ましい。また、本変形例における電磁波の発振パターンの一例としては、図６に示すパターンが挙げられる。

すなわち、制御装置４は、まず誘電体バリア放電により非平衡プラズマを生成する条件の電磁波発振信号を出力する。これにより、電磁波用電源２は、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力し、上記誘電体バリア放電用電極からの放電を促す。この放電により対象空間のガス分子から電子が放出され、非平衡プラズマが生成される。引き続き制御装置４が、スパーク放電を起こす条件の電磁波発振信号を出力する。電磁波用電源２は、制御装置４からこのような電磁波発振信号を受けると、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力する。電磁波発振器３は、設定時間に亘って電磁波パルスを所定のデューティー比で出力する。電磁波発振器３から出力された電磁波パルスは、昇圧回路を経てスパーク放電を生じさせる。このスパーク放電により対象空間のガス分子から電子が放出され、プラズマが生成される。

次に制御装置４は、上記プラズマにエネルギーを与え、このプラズマを拡大・維持する条件の放電を起こすような電磁波発振信号を出力する。電磁波用電源２は、制御装置４からこのような電磁波発振信号を受けると、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力する。電磁波発振器３は、設定時間に亘って電磁波パルスを所定のデューティー比で出力する。電磁波発振器３から出力されたマイクロ波（アシストのマイクロ波）は、昇圧回路を経て放電電極５より放電され、スパーク放電によって生じたプラズマにエネルギーを与え、プラズマを拡大・維持させることができる。

本変形例においては、誘電体バリア放電により対象空間のガス分子のエネルギー状態を高くすることができるため、スパーク放電のために必要な電力を低減することができる。これらの結果として、本発明のプラズマ生成装置において、全行程において必要とされる電力の合計量を低減させることができる。また、スパーク放電において用いられる電圧を低減させることができるため、放電電極５の摩耗を防止することもできる。

＜実施形態２＞内燃機関
本実施形態２は、本発明に係るプラズマ生成装置１２を備えた内燃機関１０である。プラズマ生成装置１２は、燃焼室２０を対象空間としてマイクロ波プラズマを生成する。内燃機関１０は、図２に示すように、直噴式のガソリンエンジンである。内燃機関１０は、内燃機関本体１１とプラズマ生成装置１２とを備えている。

内燃機関本体１１は、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン２３とを備えている。シリンダブロック２１には、横断面が円形のシリンダが複数形成されている。各シリンダ２４内には、ピストン２３が往復自在に設けられている。ピストン２３は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトに連結されている（図示省略）。クランクシャフトは、シリンダブロック２１に回転自在に支持されている。各シリンダ２４内においてシリンダ２４の軸方向にピストン２３が往復運動すると、コネクティングロッドがピストン２３の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。

シリンダヘッド２２は、ガスケット１８を挟んで、シリンダブロック２１上に載置されている。シリンダヘッド２２は、シリンダ２４及びピストン２３と共に、燃焼室２０を区画している。

シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、マイクロ波プラズマプラグ５０が１つずつ設けられている。マイクロ波プラズマプラグ５０の先端部分５０ａは、放電電極として機能する。本実施形態では、マイクロ波プラズマプラグ５０が、プラズマ生成装置１２の一部を構成している。マイクロ波プラズマプラグ５０は、従来の自動車エンジンのスパークプラグと同一形状であり、電磁波発振器３及び放電電極５を内蔵している。

シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、吸気ポート２５及び排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２５には、吸気ポート２５を開閉する吸気バルブ２７が設けられている。一方、排気ポート２６には、排気ポート２６を開閉する排気バルブ２８が設けられている。

シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、インジェクター２９が１つずつ設けられている。インジェクター２９は、２つの吸気ポート２５の開口の間から燃焼室２０に突出している。インジェクター２９は、複数の噴口から互いに異なる方向へ燃料を噴射する。インジェクター２９は、ピストン２３の頂面に向かって燃料を噴射する。

−内燃機関の動作−
本実施形態の内燃機関におけるプラズマ生成動作について説明する。本実施形態の内燃機関では、放電電極として機能するマイクロ波プラズマプラグ５０の先端部分５０ａから放電することによりプラズマが生成される。

まず制御装置４が、スパーク放電を起こす条件の電磁波発振信号を出力する。電磁波用電源２は、制御装置４からこのような電磁波発振信号を受けると、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力する。電磁波発振器３は、設定時間に亘って電磁波パルスを所定のデューティー比で出力する。電磁波発振器３から出力された電磁波パルスは、マイクロ波プラズマプラグ５０に内臓された昇圧回路６により高圧となり、マイクロ波プラズマプラグ５０の先端部分５０ａ近傍においてスパーク放電を生じさせる。このスパーク放電により反応室２０内の燃料ガス分子から電子が放出され、プラズマが生成される。

引き続き制御装置４は、上記プラズマにエネルギーを与え、このプラズマを拡大・維持する条件の電磁波発振信号を出力する。電磁波用電源２は、制御装置４からこのような電磁波発振信号を受けると、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘ってパルス電流を出力する。電磁波発振器３は、設定時間に亘って電磁波パルスを所定のデューティー比で出力する。電磁波発振器３から出力された電磁波パルスは、昇圧回路６を経て高圧となり、マイクロ波プラズマプラグ５０の先端部分５０ａにおいて放電を起こし、上記スパーク放電によって生じたプラズマにエネルギーを与え、上記プラズマを拡大・維持させることができる。

本実施形態の内燃機関における、スパーク放電を起こす条件の電磁波パルスと、生じたプラズマを拡大・維持させる条件の電磁波パルスを含む所定の発振パターンの一例としては、実施形態１と同様に図５に示すパターンを挙げることができる。すなわち、反応室２０においてスパーク放電を起こし、プラズマを発生させるためには、ある一定以上の電力の電磁波パルスが必要である。このような電磁波パルスとしては、一回のパルスであってもよいし、必要に応じて所定のデューティー比、所定の設定時間に亘る複数回のパルスであってもよい。その後、生じたプラズマを維持・拡大させるためには、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘って電磁波パルスが発振される。このプラズマの拡大・維持には、スパーク放電を起こすのに必要な電力よりも低い電力しか必要としない。

−実施形態２の効果−
本実施形態２の内燃機関においては、実施形態１と同様のプラズマ生成装置を用いていることで、高電圧を利用した点火プラグとマイクロ波放射アンテナとを備える従来のプラズマ生成装置を備える内燃機関のように複数の電源を必要とせず、複雑な伝送線路等も必要としない。さらに、本実施形態の内燃機関においては、電磁波発振器３及び放電電極５は、従来の自動車エンジンのスパークプラグと同一形状のマイクロ波プラズマプラグ５０に内蔵することができる。そのため、本実施形態のプラズマ生成装置を自動車エンジンに用いる場合には、エンジン自体の構造変更を必要としない。

−実施形態２の変形例１−
実施形態２の変形例１においては、実施形態１の変形例１と同様のプラズマ生成装置を備えている。このようなプラズマ生成装置の詳細については、実施形態１の変形例１において詳細に説明したので、ここでの説明を省略する。本変形例の内燃機関においては、このようなプラズマ生成装置を備えていることで、必要な電力の合計量を低減させることができる。

−実施形態２の変形例２−
実施形態２の変形例２では、実施形態１の変形例２と同様のプラズマ生成装置を備えている。このようなプラズマ生成装置の詳細については、実施形態１の変形例２において詳細に説明したので、ここでの説明を省略する。なお、本変形例における誘電体バリア放電用電極の設置位置としては、本発明の効果を妨げない限り特に限定されないが、スパーク放電をおこす領域において誘電体バリア放電を起こすよう、放電電極５の近傍に配設されていることが好ましい。本変形例の内燃機関においては、このようなプラズマ生成装置を備えていることで、必要な電力の合計量を低減させることができる。

＜実施形態３＞排ガス分解装置
本発明に係るプラズマ生成装置は、排ガス分解装置として用いることができる。この排ガス分解装置は、電磁波用電源、電磁波発振器、制御装置、昇圧回路及び放電電極を内臓するマイクロ波プラズマプラグ、並びに所定の電磁波帯域を共振するマイクロ波共振空洞（キャビティ）を備える。本発明のプラズマ生成装置は、電磁波のみにより有効なプラズマを生成することができるため、複雑な伝送線路等のシステムが不要であり、さらには使用電力の低減にも資する。

本実施形態の排ガス分解装置においては、有害排出物、化学物質、浮遊粒子状物質、スス等をプラズマによる生成物（ＯＨラジカル、オゾン（Ｏ_３））を利用して化学的に酸化、反応させ、無害化するために、マイクロ波共振空洞（キャビティ）内流体に、効率よくプラズマを発生させることができる。

＜実施形態４＞オゾン発生・滅菌・消毒装置、消臭装置
本発明のプラズマ生成装置は、オゾン発生・滅菌・消毒装置、消臭装置として好適に用いられる。本発明のプラズマ生成装置を用いると、水分を含んだ高圧蒸気を多量のＯＨラジカル、Ｏ_３に効率良く変換することができる。これにより、例えば排気ガスを多量のＯＨラジカル、Ｏ_３の強力な酸化力をもって無害なガスに分解するとともに、フロン等で破壊された成層圏のオゾン層修復のために多量のＯ_３を発生させることができる。本発明のプラズマ生成装置は、用いる電力に対するプラズマの発生・拡大効率を向上させることができるため、当該プラズマ生成装置を備えるこれらの装置は、より効率よくオゾン発生・滅菌・消毒・消臭を行うこができる。

以上説明したように、本発明のプラズマ生成装置は、電磁波のみでプラズマを生成、拡大、維持させることができるため、電源は一つで足り、複雑な伝送線路等を必要としない。さらには、スパーク放電を起こす条件の電磁波パルスと、生じたプラズマを拡大・維持させる条件の電磁波パルスを含む所定の発振パターンを用いるため、電磁波のみによってもプラズマの生成、拡大、維持を効率よく行うことができ、消費電力の合計量を低減することができる。そのため、本発明のプラズマ生成装置は、自動車エンジン等の内燃機関、排ガス分解装置等に好適に用いられる。

１ プラズマ生成装置
２ 電磁波用電源
３ 電磁波発振器
４ 制御装置
５ 放電電極
６ 昇圧回路
７ マイクロ波プラズマプラグ
１０ 内燃機関
１２ プラズマ生成装置
２０ 対象空間（反応室）
５０ マイクロ波プラズマプラグ

Claims (10)

1. 電磁波を発振する電磁波発振器、及び上記電磁波発振器を制御する制御装置を備えるプラズマ生成装置であって、
   上記電磁波発振器から発振される電磁波を共振させて高電圧を発生させる昇圧回路と、
   上記昇圧回路により発生した高電圧を放電させる放電電極と
   を備えることを特徴とするプラズマ生成装置。
2. 上記昇圧回路が、上記電磁波発振器と容量結合した共振回路を含む請求項１に記載のプラズマ生成装置。
3. 上記昇圧回路が、上記共振回路を複数含む請求項２に記載のプラズマ生成装置。
4. 上記共振回路の少なくとも１つが、並列共振回路である請求項２又は請求項３に記載のプラズマ生成装置。
5. 上記並列共振回路より放電電極側に、さらに直列共振回路を備えた請求項４に記載のプラズマ生成装置。
6. 上記制御装置が、上記放電電極においてスパーク放電を引き起こす条件の電磁波パルスと、上記スパーク放電により生じたプラズマを拡大・維持させる条件の電磁波パルスとを含む発振パターンに従って発振するよう上記電磁波発振器を制御する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
7. 上記発振パターンが、上記スパーク放電を引き起こす条件の電磁波パルスの前に、非平衡プラズマを生成させる条件の電磁波パルスをさらに含む請求項６に記載のプラズマ生成装置。
8. 上記非平衡プラズマを生成させる条件の電磁波パルスが、ストリーマ放電を起こす条件の電磁波パルスである請求項７に記載のプラズマ生成装置。
9. 内燃機関用である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
10. 請求項９に記載のプラズマ生成装置と、燃焼室が形成された内燃機関本体とを備える内燃機関。

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