KR20100128327A - 복수 방전 플라즈마 장치 - Google Patents

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Abstract

연소실에 노출되는 전극을 갖는 연소실을 구성하는 부재 중에 적어도 한 개에 설치한 방전장치와, 연소실을 구성하는 부재 중에서 적어도 한 개에, 연소실에 전자파를 방사할 수 있도록 설치된 안테나와, 연소실을 구성하는 부재 중에서 적어도 한 개에 설치해서, 일단이 안테나에 접속하고, 타단이 절연체 또는 유전체로 피복되어 실린더 블록 또는 실린더 헤드에 있어서 연소실에서 떨어진 부위까지 연장되는 전자파 전송로와, 전자파 전송로에 전자파를 공급하는 전자기파 발생장치를 구비하여, 압축 행정에 복수 방전 장치의 전극으로 방전시켜, 전자파 발생 장치로부터 전자파 전송로를 통하여 공급한 전자파를 안테나로부터 방사하도록 구성한 복수 방전 플라즈마 장치이다.

Description

복수 방전 플라즈마 장치{MULTIPLE DISCHARGE PLASMA APPARATUS}
본 발명은 내연기관의 기술 분야에 속하며 내연기관의 연소실의 연소의 개선에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는 연소 반응실과 자착화 시키는 수단과 마이크로파 방사 수단과 제어 수단을 갖춘 내연기관이 개시되고 있다. 연소반응실은 실린더 및 피스톤에 의해 구성되어 있다. 연소 반응실에는 반응성 가스와 산화 가스의 혼합기가 공급된다. 연소반응실에서는 이 혼합기의 연소반응, 또는 플라즈마 반응을 한다. 자착화 시키는 수단은 반응성 가스와 산화 가스의 혼합기를 고압으로 분사하여, 반응성 가스와 산화 가스의 혼합기를 압축해 온도를 상승시켜 자착화 시킨다. 마이크로파 방사 수단은 상기 연소 반응 영역 내부에 마이크로파를 방사한다. 제어 수단은 상기의 자착화 수단 및 상기 마이크로파 방사 수단을 제어한다. 상기 마이크로파 방사 수단 및 상기 착화 수단은 상기 제어 수단에 의해서 제어되고, 상기 마이크로파 방사 수단이 상기 연소의 반응 영역 내에 마이크로파를 방사한다. 이것에 의하여, 연소 반응 영역의 혼합기 중의 수분으로부터 다량의 OH 라디칼, 오존(O3)을 발생시켜, 그 후에 화학적으로 산화, 반응시킨다. 그리고 상기 자착화 시키는 수단이 상기 혼합기에 대하여 착화하며, 이로 인해 다량의 OH 라디칼, 오존에 의하여 연소 반응 영역 내의 혼합기의 연소가 촉진된다. 이 내연기관의 특징은 이러한 사이클이 반복해서 이루어진다.
특허 문헌 2 내지 4에는 연소실에 전계가 형성되는 내연기관에 대하여 설명하고 있다. 이 중 특허 문헌 2에는 실린더 블록과 실린더 헤드와 피스톤과 연소실과 전계 인가 수단을 구비한 내연기관이 개시되고 있다. 실린더 블록은 실린더 벽이 있으며, 실린더 헤드는 상기 실린더 블록 위에 배치된다. 피스톤은 상기 실린더 블록 내부에 배치되며, 연소실은 상기 실린더 벽, 실린더 헤드 및 피스톤으로부터 형성된다. 전계 인가 수단은 엔진 연소중에 연소실에 전자기계를 인가한다. 이 내연기관의 내부 화염에 전계가 인가되면, 이온이 화염 내부를 이동해 서로 충돌하며 화염 전파 속도의 증가와 동시에 기연 가스 내부의 이온이 미연 가스의 내부로 이동하여, 미연 가스의 화학반응을 변화시킨다. 이러한 화학 반응에 의하여 화염의 온도가 일정하게 유지되며 엔진의 노킹이 억제된다.
[특허 문헌 1] 일본특허공보 2007－113570호 특허공개
[특허 문헌 2] 일본특허공보 2000－179412호 특허공개
[특허 문헌 3] 일본특허공보 2002－295259호 특허공개
[특허 문헌 4] 일본특허공보 2002－295264호 특허공개
본 발명자는 특허문헌 7에 공개된 내연기관의 연소촉진 메커니즘을 추정하여, 이해 대한 연구 조사를 실시하였다. 연구 결과, 초기 방전에 의해 소규모의 플라즈마가 형성되며 이 플라즈마에 일정 시간 마이크로파를 조사하면, 이 마이크로파 펄스에 의하여 상기 플라즈마가 크게 성장한다. 그래서, 혼합기 중의 수분으로부터 대량의 OH 라디칼 및 오존이 단기간에 생성되며, 이들에 의해 공기와 연료의 혼합기의 연소반응이 촉진된다. 따라서, 이 대량의 OH 라디칼 및 오존을 적절히 이용하면 배기가스 성분의 산화반응을 촉진시킬 수 있다. 이 플라즈마에 의한 OH 라디칼 및 오존의 대량 생성으로부터 유발되는 연소 촉진 메커니즘은 이온에 의한 화염 전파 속도의 증가라고 하는 특허 문헌 2와 4에 명시된 연소 촉진 메커니즘과는 전혀 다르다.
본 발명은 이러한 점에 주목하여 상기의 플라즈마에 의한 OH 라디칼 및 오존의 대량 생성으로부터 유발되는 연소 촉진을 연소실의 여러 영역에서 이루어지게 하는 것으로, 연소실의 연소를 개선하는 복수 방전 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 실린더 블록에 관통해서 설치된 실린더에 피스톤을 자유 왕복할 수 있도록 삽입하고, 상기 실린더 블록의 크랭크 케이스 반대측에 가스킷을 삽입시켜 실린더 헤드를 설치하고, 상기 실린더 헤드에 개구되는 흡기 포트를 흡기 밸브로 개폐하고 상기 실린더 헤드에 개구되는 배기 포트를 배기 밸브로 개폐하도록 하여, 이러한 부재로 연소실을 구성한 내연기관에 설치되는 복수 방전 플라즈마 장치이다. 이 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 연소실에 노출되는 전극을 가지고 있으며, 상기 연소실을 구성하는 부재에 적어도 하나에 복수 설치된 방전 장치와 상기 연소실을 구성하는 부재에 적어도 한 개의 장소에 연소실로 전자파를 방사할 수 있도록 설치된 안테나와 상기 연소실을 구성하는 부재에 적어도 하나의 장소에 설치되어 한쪽 단이 상기 안테나에 접속하고, 다른 단이 절연체 또는 유전체에 피복되어 실린더 블록 또는 실린더 헤드의 연소실로부터 떨어진 위치까지 연장되는 전자파 전송로와 이 전자파 전송로에 전자파를 공급하는 전자파 발생 장치를 구비하며, 상기 흡기 밸브가 흡기 포트를 폐쇄하고 배기 밸브가 배기 포트를 폐쇄한 압축 행정에 상기 여러 개의 방전 장치의 전극을 방전시키고, 전자파 발생 장치로부터 전자파 전송로를 통하여 공급한 전자파를 안테나로부터 방사하도록 구성되어 있다.
내연기관의 작동시에는 상기 방전 장치의 전극으로부터 방전시키고, 전자파 발생 장치로부터 전자파 전송로를 통해 공급되는 전자파를 안테나로부터 방사하면, 전극 근방에 방전에 의한 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마는 안테나로부터 일정시간 동안 공급한 전자파, 즉 전자파 펄스로부터 에너지를 공급받게 되며 그 결과, 플라즈마에 의해 OH 라디칼 및 오존이 대량으로 생성되어 배기가스 성분의 산화 반응 등이 촉진된다. 즉, 전극 근방의 전자가 가속되어 상기 플라즈마의 영역 밖으로 비산되며, 이 비산된 전자는 상기 플라즈마의 주변 영역에 있는 공기, 연료 및 공기의 혼합기등의 가스와 충돌한다. 이 충돌에 의해 주변 영역의 가스가 전리해 플라즈마가 되고 새롭게 플라즈마화가 된 영역 내에도 전자가 존재하게 된다. 이 전자도 전자파 펄스에 의해 가속되어 주변의 가스와 충돌하게 된다. 이러한 플라즈마 내의 전자의 가속 및 전자와 가스와의 충돌 등의 연쇄 반응에 의해 주변 영역에서는 눈사태식와 같이 가스가 전리하여 부유 전자가 생긴다. 이 현상이 방전 플라즈마의 주변 영역에 순차적으로 파급되어 주변 영역이 플라즈마화 되고 이러한 과정에 의해 플라즈마의 체적이 증가한다. 이 후에 전자파 펄스의 방사가 종료되는 시점에 플라즈마 존재 영역에서는 전리보다 재결합이 우위를 점하게 된다. 그 결과, 전자의 밀도가 저하되고 플라즈마의 체적은 감소하게 된다. 이후, 전자의 재결합이 완료되면 플라즈마가 소멸한다. 그 과정에서 대량으로 형성된 플라즈마에 의해 혼합기 중의 수분 등에서 대량으로 OH 라디칼, 오존이 생성되고, 이로 인해 배기가스 성분의 산화 반응 등이 촉진된다.
이 경우, 상기의 방전 장치는 전극이 여러 개이므로 각 전극을 기점으로 하여 대량의 플라즈마가 형성되며, 이러한 대량의 플라즈마에 의해 혼합기 중의 수분 등에서 대량으로 OH 라디칼, 오존이 생성되어 혼합기의 연소가 더욱 촉진된다.
그리고 전극을 실린더 벽면 부근에 설치했을 경우에는 실린더 벽면 부근에서 착화가 이루어지며, 따라서, 연소실 중앙 부근으로부터 실린더 벽면에 도달하는 압력파 등의 불확정 요인으로 발생하는 노킹의 발생을 저감 또는 억제할 수 있다.
본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 방전 장치의 복수의 전극을 소정의 일정으로 순서대로 방전시키도록 구성해도 무방하다.
이와 같이 하면, 각 전극의 근방에서 순차적으로 플라즈마가 형성된다. 각 플라즈마에 의해, 순차적으로 OH 라디칼, 오존이 생성되며, 그 결과, 각 위치에서 혼합기의 연소가 촉진된다. 각 전극의 근방에서의 이러한 현상은 소정의 일정을 기반으로 하는 순서에 의해 이루어진다. 그렇기 때문에, 예를 들어 체적 착화와 같은 고속 착화 또는 일정에 따라 순차적으로 연소 반응이 진전된다.
본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 방전 장치의 복수의 전극을 동시에 방전시키도록 구성해도 무방하다.
이와 같이 하면, 각 전극의 근방에서 대량의 플라즈마가 동시에 형성된다. 각 플라즈마에 의해, 대량의 OH 라디칼, 오존이 동시에 생성된다. 각 영역에 있어 동시에 혼합기의 연소가 촉진된다.
본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 안테나에 전자파를 공급했을 때에 안테나에 발생하는 전자파의 전기장 강도가 강하게 되는 여러 영역에 복수의 전극을 설치해도 무방하다.
이렇게 하면, 안테나의 상기 부위로부터 방사되는 전자파의 전계 강도가 주변의 전자파의 전계 강도보다 강해지며, 전극의 방전에 의해 형성된 플라즈마는 전극을 중심으로 한 부위에서 전자파 펄스에 의해 에너지가 집중적으로 공급되게 된다. 그 결과, OH 라디칼, 오존이 효율적으로 대량으로 생성되며, 그 결과, 전극을 중심으로 한 영역에 존재하는 배기가스 성분의 산화 반응 등이 더욱 촉진된다.
본 발명에 의하면, 상기의 플라즈마에 의한 OH 라디칼 및 오존의 대량 생성으로부터 유발되는 연소 촉진을 연소실의 여러 영역에서 이루어지게 하는 것으로, 연소실의 연소를 개선하는 복수 방전 플라즈마 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치를 구비한 내연기관의 연소실 부근의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치를 구비한 내연기관의 실린더 블록을 전자파 전송로의 위치의 횡단면을 확대한 확대 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치를 구비한 내연기관의 실린더 블록을 안테나의 위치의 횡단면을 확대한 확대 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치의 작동을 설명하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치로의 가스킷을 구비한 내연기관의 연소실 부근의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치의 한 개의 가스킷 개구로 부근의 두께 방향을 기준으로 한 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치로의 가스킷을 방전 선로에 따른 면에서 단면 해, 확대해 보인 확대 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치로의 가스킷을 전자파 전송로를 기준으로 한 단면의 확대 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 변형 예로, 가스킷의 한 개의 개구로의 두께 방향을 기준으로 한 횡단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 변형 예로, 가스킷의 한 개의 개구로를 두께 방향을 기준으로 한 횡단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 변형 예로, 가스킷의 한 개의 개구로 부근의 두께 방향을 기준으로 한 횡단면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 변형 예로, 가스킷을 전자파 전송로를 기준으로 한 단면을 확대해 보여주는 확대 종단면도이다.
도 14는 본 발명의 제5 변형 예로, 가스킷의 한 개의 개구로 부근의 두께 방향을 기준으로 한 횡단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치를 갖춘 내연기관 E의 실시 형태를 나타낸다. 본 발명이 대상으로 하는 내연기관은 왕복동기관이며, 이 실시 형태의 내연기관 E는 4 사이클의 가솔린 기관이다. 100은 실린더 블록이며, 이 실린더 블록 100에는 횡단면이 거의 원형인 실린더 110이 관통해서 설치된다. 이 실린더 110에는 횡단면이 실린더 110에 대응한 거의 원형의 형상을 한 피스톤 200이 자유 왕복이 가능하도록 설치되어 있다. 이 실린더 블록 100의 크랭크 케이스 반대측에 가스킷 700을 삽입시켜 실린더 헤드 300가 조립된다. 실린더 헤드 300에는 흡기 통로의 일부를 구성하는 흡기 포트 310과 배기 통로의 일부를 구성하는 배기 포트 320이 설치되어 있다. 흡기 포트 310은 한쪽 단은 실린더 헤드 300의 상기 실린더 110에 접하는 벽면에 개구되고, 반대쪽 단은 실린더 헤드 300의 외벽에 개구되어 있다. 배기 포트 320은 한쪽 단이 실린더 헤드 300의 상기 실린더 110에 접하는 벽에 개구되고 다른 단은 실린더 헤드 300의 외벽에 개구되어 있다. 실린더 헤드 300에는 흡기 포트 310으로부터 실린더 헤드 300의 외벽까지 관통하는 가이드홀 330이 설치되어 있다. 이 가이드 홀 330에는 흡기 밸브 510의 봉형의 밸브 스템 511이 자유왕복이 가능하도록 삽입되어 있다. 캠 등이 설치되어 있는 동적 밸브 기구(도면 생략)에 의해, 밸브 스템 511의 선단에 설치된 우산 형태의 밸브 헤드 512가 흡기 포트 310의 연소실측의 개구 311을 소정의 타이밍으로 개폐한다. 또, 실린더 헤드 300에는 배기 포트 320으로부터 실린더 헤드 300의 외벽까지 관통하는 가이드홀 340이 설치되어 있다. 이 가이드 홀 340에는 배기 밸브 520의 봉형의 밸브 스템 521이 자유왕복이 가능하도록 삽입되어 있다. 캠 등이 설치되어 있는 동적 밸브 기구(도면 생략)에 의해, 밸브 스템 521의 첨단에 설치된 우산 형태의 밸브 헤드 522가 배기 포트 320의 연소실측의 개구 321을 소정 타이밍으로 개폐한다. 910은 한쪽 단이 피스톤 200에 연결되고 다른 단은 출력축인 크랭크 샤프트 920에 연결된 커넥팅 로드이다. 그리고 이 실린더 블록 100, 피스톤 200, 가스킷 700, 실린더 헤드 300, 흡기 밸브 510, 및 배기 밸브 520에 의해 연소실이 구성된다. 600은 전극이 연소실 400에 노출되어 실린더 헤드 300에 설치된 점화 플러그이다. 점화 플러그 600은 피스톤 200이 상사점 부근에 있을 때 전극에서 방전한다. 따라서, 피스톤 200이 상사점과 하사점의 사이를 2 왕복하는 동안에 연소실 400에서 혼합기의 흡입, 압축, 폭발, 및 배기 가스의 배기의 4개의 행정이 이루어진다. 그러나 이 실시 형태가 본 발명이 대상으로 하는 내연기관으로 한정 해석되지는 않는다. 본 발명은 2 사이클의 내연기관, 디젤 기관도 대상으로 하고 있다. 대상으로 하는 가솔린 기관에는 연소실로 흡입한 공기에 연소실에서 연료를 분사해 혼합기를 형성하는 직분식 가솔린 기관도 포함된다. 또 대상으로 하는 디젤 기관에는 연소실에 연료를 분사하는 직분식 디젤 기관과 부연소실에 연료를 분사하는 부실식 디젤 기관도 포함된다. 또, 이 실시 형태의 내연기관 E는 4 기통이지만, 이로 인해서 본 발명이 대상으로 하는 내연기관의 기통수가 한정 해석되지는 않는다. 또, 이 실시 형태의 내연기관은 2개의 흡기 밸브 510으로 2개의 배기 밸브 520을 구비하고 있지만, 이로 인해서 본 발명이 대상으로 하는 내연기관의 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 개수가 한정 해석되지는 않는다.
도 1 및 도 2에 나타내듯이 실린더 블록 100에는 상기 연소실 400에 노출되고, 전극 811을 가지는 방전 장치 810이 설치되어 있다. 실린더 블록 100의 실린더 110의 벽에는 이 벽을 실린더측으로부터 외벽까지 관통하는 구멍이 설치되어 있다. 이 구멍에 관 형태의 제1 지지체 120이 설치되어 있으며, 이 제1 지지체 120은 세라믹으로 형성되어 있다. 이와 같이 제1 지지체 120을 유전체에 의해 형성해도 무방하지만, 절연체에 의해 형성해도 무방하다. 이 제1 지지체 120은 한쪽 단면이 상기 실린더 110의 벽면과 일치된다. 이 제1 지지체 120은 실린더 110에 노출되고 있는 이 제1 지지체 120의 다른 단이 실린더 블록 100의 외벽까지 도달되도록 설치된다. 그리고 제1 지지체 120에는 방전 장치 810이 설치된다. 방전 장치 810은 동선에 의해 형성되고 있지만, 다른 전기 전도체에 의해 형성되어도 무방하다. 여기에서는 한 쌍의 방전 장치 810이 제1 지지체 120에 묻혀 있으며, 제1 지지체 120 속을 통과한다. 각 방전 장치 810의 한 단면은 상기 실린더 110을 구성하는 벽면과 일치하게 설치된다. 각 방전 장치 810의 한 단면은 실린더 110에 노출되어 전극 811을 구성한다. 각 방전 장치 810의 다른 단은 실린더 블록 100의 외벽으로부터 외부에 노출된다. 한 쌍의 방전 장치 810 중 한쪽 단은 실린더 블록 외벽으로부터 나온 단 부분인, 방전용의 전압을 발생시키는 방전용 전압 발생 장치 950에 접속된다. 다른 단은 실린더 블록 외벽으로부터 나온 단 부분에 접지된다. 여기에서는 방전용 전압 발생 장치 950은 12 V의 직류 전원이지만, 예를 들면 압전 소자 또는 기타 장치여도 무방하다. 방전용 전압 발생 장치 950에 의해 한 쌍의 방전 장치 810의 사이에 전압을 인가하면, 한 쌍의 전극 811의 사이에서 방전을 하게 된다. 변형예로서는 제1 지지체에 묻혀져, 제1 지지체 속을 통과하는 방전 선로가 한 개라도 무방하다. 그 경우, 방전 선로에 방전용 전압 발생 장치를 접속하여, 이 방전용 전압 발생 장치에 의해 방전 선로와 접지 부재인 실린더 블록과의 사이에 전압을 인가한다. 그러면, 방전 선로의 전극과 실린더 블록과의 사이에 방전을 한다. 도 2에 나타내듯이, 이 실시 형태에서는 방전 장치 810을 4개 구비하고 있고, 4개의 전극 811이 실린더 110의 원주방향으로 거의 등간격으로 위치하고 있다. 그러나 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 방전 장치가 여러 개가 설치되면, 이 실시 형태에 따라서 방전 장치의 수 및 배치는 한정 해석되지 않는다. 이 실시 형태에서는 방전 장치 810의 전극 이외의 부분과 전극 811을 같은 재료로써 일체적으로 구성했다. 그러나 방전 선로의 전극 이외의 부분과 전극을 따로 형성해 접속해도 무방하다. 또, 방전 선로의 전극 이외의 부분과 전극을 다른 재료에 의해 형성해도 무방하다. 방전 장치로서 점화 플러그를 이용해도 무방하다. 방전 장치는 방전에 의한 규모의 대소를 불문하고 플라즈마를 형성할 수 있는 것이면 무방하다.
도 1 및 도 3에 나타내듯이, 실린더 블록 100에는 연소실 400에 전자파를 방사할 수 있도록, 안테나 820이 설치된다. 실린더 블록 100의 실린더 110의 벽에는 실린더 110의 반경이 확대되는 방향으로 요철이 있으며 실린더 110의 원주방향으로 연장되는 홈이 설치된다. 이 홈에는 원주방향으로 회전하는 환상형의 제2 지지체 130이 설치되며, 이 제2 지지체 130은 세라믹으로 형성된다. 제2 지지체 130을 유전체로 형성해도 무방하지만, 절연체로 형성해도 무방하다. 이 제2 지지체 130은 원 둘레가 상기 실린더 110의 벽면에 일치되며 실린더 110에 노출된다. 그리고 제2 지지체 130에는 안테나 820이 설치된다. 이 안테나 820은 금속에 의해 형성되며, 이 안테나는 전기 전도체, 유전체, 절연체 등으로 형성해도 무방하다. 단, 안테나와 접지 부재와의 사이에 전자파를 공급했을 경우에 안테나로부터 연소실에 전자파가 양호하게 방사되지 않으면 안 된다. 이 안테나 820은 봉형으로 형성되어 실린더 110의 벽을 따라서 거의 원호 모양으로 구부러져 있다. 예를 들어, 이 안테나 820의 길이를 전자파의 4분의 1 파장으로 설계하면, 안테나 820에 정재파가 생기고, 따라서, 안테나 820의 선단 부근에서 전자파의 전기장 강도가 강해진다. 또한, 예를 들어 이 안테나 820의 길이를 전자파의 4분의 1 파장의 배수로 설정하면 안테나 820에 정재파가 생기며, 안테나 820의 복수의 장소에서 정재파가 생겨 전자파의 전기장 강도가 강해진다. 여기에서는 안테나 820은 제2 지지체 130에 묻혀있다. 안테나 820의 내부 원둘레는 상기 실린더 110의 벽면과 정렬되어 실린더 110에 노출하고 있다. 도 1에서와 같이, 안테나 820 단면은 전체 길이에 걸쳐서 거의 중실축의 구형으로 형성되고, 전체 길이에 걸쳐 단면의 원상의 한 변이 실린더 110에 노출하고 있다. 그러나 본 발명의 여러 방전 플라즈마 장치의 안테나는 단면 모양이 중실축의 구형에 국한되지 않으며, 제 2 지지체 속에 완전히 묻혀있어도 무방하다. 게다가 상기 안테나 820에 전자파를 공급했을 때에 안테나 820에 발생하는 전자파의 전기장 강도가 크게 되는 부위의 근방에, 상기 전극 811이 위치한다. 여기에서는 안테나 820 끝에 전극 811이 실린더 110 벽을 따라 소정 간격을 두고 접근한다. 따라서, 안테나 820으로 상기한 접지 한 실린더 블록 100과의 사이에 전자파를 공급하면, 안테나 820으로부터 연소실 400에 전자파가 방사된다. 이 실시 형태의 경우, 상기 안테나 820, 봉형의 모노폴(monopole) 안테나이며, 그 내부도 굴절된 것이다. 그러나 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 안테나는 이것으로 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 안테나는 예를 들면, 다이폴(dipole) 안테나, 야기ㆍ우다(Yagi-Uda) 안테나, 단선전원공급안테나, 루프 안테나, 위상차전원공급 안테나, 접지 안테나, 비접지형수직 안테나, 빔 안테나, 수평편파전방향성 안테나, 코너 안테나, 콤형 안테나, 또는 기타의 선형 안테나, 마이크로 스트립 안테나, 판형 역 F 안테나, 혹은 다른 평면 안테나, 슬롯 안테나, 파라 볼라 안테나, 나팔형 안테나, 나팔 반사형 안테나, 카세그렌 안테나, 혹은 그 이외의 입체 안테나, 비버리지 안테나, 또는 기타의 이루어진 다파 안테나, 스타형 EH 안테나, 브리지형 EH 안테나, 혹은 기타 EH 안테나, 바 안테나, 미소형 루프 안테나, 또는 기타의 자기장 안테나, 또는 유전체 안테나 등이어도 무방하다.
실린더 블록 100에는 전자파 전송로 830이 설치되며, 이 전자파 전송로 830의 한쪽은 상기 안테나 820에 접속된다. 전자파 전송로 830 반대쪽은 유전체로 덮여 있으며 실린더 블록 100의 연소실 400에서 떨어진 위치까지 연장되어있다. 실린더 블록 100의 실린더 110의 벽에는 이 벽을 상기 제 2 지지체 130의 외주측면으로부터 외벽까지 관통하는 구멍이 구비되어 있으며, 이 구멍에는 관 모양의 제3 지지체 140이 설치된다. 이 제3 지지체 140은 세라믹으로 형성된다. 이와 같이 제3 지지체 140을 유전체에 의해 형성해도 무방하지만, 절연체에 의해 형성해도 무방하다. 이 제 3 지지체 140 한쪽은 제 2 지지체 130의 실린더 110에서 먼 쪽으로 연결된다. 제3 지지체 140의 반대쪽은 실린더 블록 100의 외벽까지 도달하고, 제3 지지체 140에는 전자파 전송로 830이 설치된다. 이 전자파 전송로 830은 동선으로 형성되며, 전자파 전송로 830은 전기 전도체, 유전체, 절연체 등으로 형성해도 무방하다. 단, 접지 부재와의 사이에 전자파를 공급했을 경우에 안테나 820에 전자파가 양호하게 전송되지 않으면 안 된다. 전자파 전송로의 변형예 중의 하나로는, 전기전도체 또는 유전체로 형성되는 도파관으로 된 전자파 전송로가 있다. 여기에서는 전자파 전송로 830이 제3 지지체 140에 묻혀있으며, 제3 지지체 140 속을 지나고 있다. 전자파 전송로 830의 한쪽은 상기 안테나 820에 접속된다. 전자파 전송로 830의 반대쪽은 실린더 블록 100의 외벽으로부터 외부에 노출된다. 따라서, 전자파 전송로 830으로 접지 부재인 실린더 블록 100과의 사이에 전자파를 공급하면, 전자파가 안테나 820에 전달된다.
내연기관 E 또는 그 주변에는 상기 전자파 전송로 830에 전자파를 공급하는 전자파 발생 장치 840이 설치되며, 이 전자파 발생 장치 840은 전자파를 발생한다. 이 실시 형태의 전자파 발생 장치 840은 2.45 GHz대의 마이크로파를 발생하는 마그네트론이다. 그러나 이로 인해서 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 전자파 발생 장치의 구성이 한정 해석되지는 않는다.
그리고, 이 복수 방전 플라즈마 장치에서는 상기 흡기 밸브가 흡기 포트를 폐쇄하고 배기 밸브가 배기 포트를 폐쇄하는 압축 행정에 상기 복수의 방전 장치의 전극으로 방전시켜 전자파 발생 장치로부터 전자파 전송로를 통하여 공급한 전자파를 안테나로부터 방사한다. 그리고 이 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 방전 장치 810의 복수의 전극 811을 정해진 일정에 의해 순서대로 방전한다.(도 4를 참조). 실린더 블록 100은 접지되어 있고, 방전용 전압 발생 장치 950 및 전자파 발생 장치 840의 접지 단자는 접지되어 있다. 그리고 방전용 전압 발생 장치 950 및 전자파 발생 장치 840의 작동은 제어장치 880에 의해 제어된다. 제어장치 880은 CPU, 메모리, 기억 장치 등을 갖추고 있으며, 입력 신호를 연산 처리해 제어용 신호를 출력한다. 이 제어장치 880에는 크랭크 샤프트 920의 크랭크 각도를 검출하는 크랭크각 검출 장치 890의 신호선이 접속된다. 이 크랭크각 검출 장치 890으로부터 제어장치 880에는 크랭크 샤프트 920의 크랭크 각도의 검출 신호가 보내진다. 따라서, 제어장치 880은 크랭크각 검출 장치 890으로부터의 신호를 받아 방전 장치 810 및 전자파 발생 장치 840의 작동을 제어한다. 그러나 이로 인해서 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 제어장치의 제어 방법 및 신호 입출력의 구성은 한정 해석되지는 않는다.
변형 예로서 상기 실시 형태의 제어장치 880의 설정을 바꾸고, 상기 방전 장치 810의 복수의 전극 811을 동시에 방전시키도록 구성한 복수 방전 플라즈마 장치가 있다.
따라서, 내연기관 E의 작동시의 압축 행정에 상기 복수의 방전 장치 810의 전극으로 방전시켜, 전자파 발생 장치 840으로부터 전자파 전송로 830을 통하여 공급한 전자파를 안테나 820으로부터 방사하며, 전극 811의 근방에, 방전에 의해 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마는 안테나 820으로부터 일정시간 공급된 전자파, 즉 전자파 펄스로부터 에너지의 공급을 받는다. 그 결과, 플라즈마에 의해 OH 라디칼 및 오존이 대량으로 생성되어 연소가 촉진된다. 즉, 전극 근방의 전자가 가속되어 상기 플라즈마의 영역 외에 비산되며, 이 비산된 전자는 상기 플라즈마의 주변 영역에 있는 공기, 연료 및 공기의 혼합기 등의 가스에 충돌한다. 이 충돌에 의해 주변 영역의 가스가 전리해 플라즈마가 되며, 새롭게 형성된 플라즈마 영역 내부에도 전자가 존재한다. 이 전자 또한 전자파 펄스에 의해 가속되어 주변의 가스와 충돌한다. 이러한 플라즈마 내의 전자의 가속, 전자와 가스와의 연쇄 충돌에 의해, 주변 영역에서는 눈사태식으로 가스가 전리해, 부유 전자가 생긴다. 이 현상이 방전 플라즈마의 주변 영역에 차례차례 파급되면서, 주변 영역이 플라즈마화 된다. 이상의 동작에 의해, 플라즈마의 체적이 증가한다. 이 후, 전자파 펄스의 방사가 종료하면, 그 시점에서 플라즈마가 존재하는 영역에서는 전리보다 재결합이 우위를 점하게 된다. 그 결과, 전자 밀도가 저하하며, 플라즈마의 체적은 감소한다. 그리고 전자의 재결합이 완료되면 플라즈마가 소멸한다. 이 과정에서 대량으로 형성된 플라즈마에 의해 혼합기 중의 수분 등에서 대량으로 OH 라디칼, 오존이 생성되어 배기가스 성분의 산화 반응 등이 촉진된다.
이러한 경우, 상기 방전 장치 810의 전극 811이 여러 개 있으므로, 각 전극 811을 기점으로 하여 대량의 플라즈마가 형성되며, 이로 인해 혼합기중의 수분 등에서 대량으로 OH 라디칼, 오존이 생성되어 혼합기의 연소가 각각 촉진된다.
그리고 전극 811을 실린더 벽면 부근에 설치했을 때는 실린더 벽면 부근에서 착화 된다. 따라서, 연소실 중앙 부근으로부터 실린더 벽면에 도달하는 압력파등의 불확정 요인으로 기인하는 노킹의 발생이 저감 또는 억제된다.
본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 방전 장치의 작동의 순서 등을 한정하지는 않는다. 여러 가지의 실시 형태 중에서 제1 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 방전 장치 810의 복수의 전극 811을 소정의 일정을 기준으로 순서대로 방전시킨다. 그러면, 각 전극 811의 근방에서 대량의 플라즈마가 형성되며, 각 플라즈마에 의해, 대량의 OH 라디칼, 오존이 생성된다. 그 결과, 각처에 있어 혼합기의 연소가 촉진된다. 각 전극 811의 근방에서의 이러한 현상은 소정의 일정을 기준으로 순서대로 이루어진다. 그 때문에, 예를 들면, 체적 착화와 같은 고속 착화 또는 연소가 순차적으로 진행되어 이 일정에 따라 연소 반응이 진전된다.
그리고 변형 예와 같이 상기 방전 장치 810의 복수의 전극 811을 동시에 방전시켰을 때에는 각 전극 810의 근방에서 대량의 플라즈마가 동시에 형성되며, 각 플라즈마에 의해 대량의 OH 라디칼, 오존이 동시에 생성된다. 각처에 있어 동시에 혼합기의 연소가 촉진된다.
본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 안테나와 전극과의 위치 관계를 한정하지 않는다. 그러한 여러 가지의 실시 형태 중에서, 제1 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 안테나 820에 전자파를 공급했을 때, 안테나 820에 발생하는 전자파의 전계 강도가 크게 되는 여러 부위에 복수의 전극 811을 위치시킨다. 그렇게 하면, 안테나 820의 상기 부위로부터 방사되는 전자파의 전기장 강도가 주위의 전자파의 전기장 강도보다 강해진다. 전극 811로의 방전에 의해 형성된 플라즈마에는 근방의 상기 부위로부터의 전자파 펄스에 의해 에너지가 집중적으로 공급되며, 그 결과, OH 라디칼, 오존이, 효율적으로 대량으로 생성된다. 그리고 전극 811을 중심으로 한 영역의 배기가스의 성분의 산화 반응 등이 한층 촉진된다.
다음은 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 다른 실시 형태를 설명한다. 제1 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치에서는 상기 연소실 400을 구성하는 부재 중 실린더 블록 100에, 방전 장치 810, 안테나 820, 및 전자파 전송로 830을 구비했다. 이에 대하여 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치에서는 상기 연소실 400을 구성하는 부재 중 가스킷 700에 방전 장치 760, 안테나 770 및 전자파 전송로 780을 구비했다.
아래의 참고예를 포함하여 제 2 실시 형태의 복수의 방전 플라즈마 장치를 설명한다. 도 5는 상기 가스킷 700이 장착된 내연기관 E의 실시 형태를 나타낸다. 본 발명이 대상으로 하는 내연기관은 왕복 동기관이다. 이 실시 형태의 내연기관 E는 4 사이클의 가솔린 기관이다. 100은 실린더 블록이며, 이 실린더 블록 100에는 횡단면이 거의 원형인 실린더 110이 관통해서 설치된다. 이 실린더 110에는 횡단면이 실린더 110에 대응한 거의 원형의 형상을 한 피스톤 200이 왕복운동이 가능하도록 삽입되어 있다. 이 실린더 블록 100의 크랭크 케이스 반대측에는 실린더 헤드 300이 조립된다. 이 실린더 헤드 300과 피스톤 200과 실린더 110으로에 의해, 연소실 400이 형성된다. 910은 한쪽이 피스톤 200에 연결되고, 반대쪽은 출력축인 크랭크 샤프트 920에 연결된 커넥팅 로드이다. 실린더 헤드 300에는 흡기 통로의 일부를 구성하는 흡기 포트 310과 배기 통로의 일부를 구성하는 배기 포트 320이 설치된다. 흡기 포트 310은 한쪽은 상기 연소실 400에 접속되고, 다른 쪽은 실린더 헤드 300의 외벽에 개구되고 있다. 배기 포트 320은 한쪽은 상기 연소실 400에 접속되고, 반대쪽이 실린더 헤드 300의 외벽에 개구되어 있다. 실린더 헤드 300에는 흡기 포트 310으로부터 실린더 헤드 300의 외벽까지 관통하는 가이드 홀 330이 설치된다. 이 가이드 홀 330에는 흡기 밸브 510의 밸브 스템 511이 자유 왕복이 가능하도록 삽입된다. 캠 등을 가지는 가변 밸브 기구(도면 생략)에 의해, 밸브 스템 511의 선단에 설치된 밸브 헤드 512가, 흡기 포트 310의 연소실측의 개구 311을 소정 타이밍으로 개폐한다. 또, 실린더 헤드 300에는 배기 포트 320으로부터 실린더 헤드 300의 외벽까지 관통하는 가이드 홀 340이 설치된다. 이 가이드 홀 340에는 배기 밸브 520의 밸브 스템 521이 자유 왕복이 가능하도록 삽입된다. 캠 등을 가지는 밸브 가변 기구(도면 생략)에 의해, 밸브 스템 521의 선단에 설치된 밸브 헤드 522가, 배기 포트 320의 연소실측의 개구 321을 소정 타이밍으로 개폐한다. 600은 전극이 연소실 400에 노출되도록 실린더 헤드 300에 설치된 점화 플러그이다. 점화 플러그 600은 피스톤 200이 상사점 부근에 있을 때 전극에서 방전하며, 피스톤 200이 상사점과 하사점의 사이를 2 왕복하는 동안에, 연소실 400에 대해 혼합기의 흡입, 압축, 폭발, 및 배기가스의 배기의 4개의 행정이 이루어진다. 이 실시 형태에 의해서 본 발명이 대상으로 하는 내연기관이 한정 해석되지는 않는다. 본 발명은 2 사이클의 내연기관, 디젤 기관도 대상으로 하고 있다. 대상으로 하는 가솔린 기관에는 연소실로 흡입한 공기에 연소실에서 연료를 분사해 혼합기를 형성하는 직분식 가솔린 기관도 포함된다. 또 대상으로 하는 디젤 기관에는 연소실에 연료를 분사하는 직분식 디젤 기관도 부연소실에 연료를 분사하는 부실식 디젤 기관도 포함된다. 또, 이 실시 형태의 내연기관 E는 4 기통이다. 그러나 이로 인해서 본 발명이 대상으로 하는 내연기관의 기통수가 한정 해석되지는 않는다. 또, 이 실시 형태의 내연기관은 2개의 흡기 밸브 510으로 2개의 배기 밸브 520을 마련하고 있다. 그러나 이로 인해서 본 발명이 대상으로 하는 내연기관의 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 개수가 한정 해석되지는 않는다.
그리고, 이 실린더 블록 100으로 실린더 헤드 300과의 사이에는 도 6에 보여지는 가스킷 700이 장착된다. 상기 가스킷 700은 거의 일정한 두께의 얇은 판형을 하고 있으며, 이 가스킷 700에는 실린더 110에 대응해 개구 710이 설치된다. 이 가스킷 700에는 워터 쟈켓, 볼트 홀 등에 대응하는 구멍도 뚫려 있다. 그러나 이에 의해서 본 발명이 대상으로 하는 가스킷의 형상이 한정 해석될 수는 없다.
도 7 및 도 8에 나타내듯이, 상기 가스킷 700의 두께 방향의 중간층 730에는 방전 장치로서의 방전 선로 760이 설치된다. 두께 방향의 중간층 730이란, 두께 방향의 중간부에 형성되고 있는 층이며, 이 중간층 730은 세라믹으로 형성된다. 중간층은 그 밖에도 합성고무, 불소 수지, 실리콘 수지, 메타계 아라미드 섬유 시트 등의 합성 수지, 내열지 등을 이용할 수 있다. 이와 같이 중간층을 유전체에 의해 형성해도 무방하지만, 절연체에 의해 형성해도 무방하다. 상기 방전 선로 760은 동선에 의해 형성되고 있지만, 전기 전도체에 의해 형성되어도 무방하다. 방전 선로 760은 가스킷 700의 외주 720으로 개구 710과의 사이에 묻혀 있고, 방전 선로 760의 외측의 단부인 외단은 가스킷 700의 외주 720으로부터 노출되어 제1 접속부 761을 형성하고 있다. 또한, 방전 선로 760 안쪽 가장자리에 있는 내단은 가스켓 700 외주 가장자리에서 개구 710 중심을 향해 노출해 전극 762가 된다. 상기 중간층 730에 대해서 두께 방향의 양측에 있는 표면층 740은 전기 전도체로 형성된다. 실린더 블록 100으로 실린더 헤드 300과의 사이에 가스킷 700을 장착하면, 한편의 표면층 740이 실린더 블록 100의 단면에 접촉하고, 다른 편의 표면층 740이 실린더 헤드 300의 단면에 접촉한다. 이 표면층 740은 금속에 의해 형성되고 있지만 다른 소재여도 무방하다. 이 실시 형태에서는 두께 방향의 양측에 있는 표면층 740을 전기 전도체로 형성했다. 그러나 본 발명은 중간층에 대해서 두께 방향의 적어도 한편 측에 있는 표면층을 전기 전도체로 형성한 가스킷의 실시 형태를 포함하고 있다. 따라서, 실린더 블록 100, 실린더 헤드 300 또는 표면층 740을 접지해, 제1 접속부 761에서 접지 부재인 실린더 블록 100, 실린더 헤드 300 또는 표면층 740과의 사이에 전압을 인가하면, 제1 접속부 761로부터 접지 부재와의 사이에 방전을 한다. 이 실시 형태에서는 방전 선로 760의 전극 이외의 부분과 전극 762를 같은 재료를 이용하여 일체적으로 구비했다. 그러나 방전 선로의 전극 이외의 부분과 전극을 따로 형성해 접속해도 무방하다. 또, 방전 선로의 전극 이외의 부분과 전극을 다른 재료에 의해 형성해도 무방하다.
도 7 및 도 9에 나타내듯이, 가스킷 700에는 안테나 770이 설치된다. 이 안테나 770은 금속에 의해 형성되며, 이 안테나는 전기 전도체, 유전체, 절연체 등으로 형성해도 무방하다. 단, 안테나와 접지 부재와의 사이에 전자파를 공급했을 때에 안테나로부터 연소실에 전자파가 양호하게 방사되지 않으면 안 된다. 상기 안테나 770은 개구 710의 내부 둘레의 두께 방향의 중간층 730에 설치되어 연소실 400에 전자파를 방사한다. 이 안테나 770은 봉형으로 형성되고 그 기단이 두께 방향의 중간층 730에 설치된다. 그리고 이 안테나 770은 상기 기단으로부터 선단에 이르는 부분이 거의 원호형으로 구부러져 있다. 안테나 770은 개구 710의 내부 둘레를 따라서 개구 710의 원주방향으로 연장된다. 예를 들어, 이 원호형의 부분의 길이를 전자파의 4분의 1 파장으로 설정하면 안테나 770에 정재파가 생긴다. 따라서, 안테나 770의 첨단 부근에서 전자파의 전기장 강도가 크게 된다. 예를 들면, 이 원호형의 부분의 길이를 전자파의 4분의 1 파장의 배수로 설정하면, 안테나 770에 정재파가 생기며, 안테나 770의 복수 개소에서 정재파의 배가 생겨 전자파의 전기장 강도가 크게 된다. 이 경우에서는 안테나 770은 전체 길이에 걸쳐서 중간층 730 속에 거의 묻혀 있다. 도 9에 나타내듯이 안테나 770의 단면은 전체 길이에 걸쳐서 거의 중실형태의 원형으로 형성된다. 안테나 770은, 전체 길이에 걸쳐 단면 둘레의 1점에서, 중간층 730의 개구 710의 내부둘레를 형성하는 면의 내측으로 접한다. 따라서, 안테나 770은 단면상으로 이 부분이 개구 710의 내부 둘레에 대해 연소실 400에 노출된다. 그러나 본 발명의 가스킷의 안테나는 단면형이 중실형의 원형으로 한정되지 않고 중간층 속에 완전하게 묻혀 있어도 무방하다. 상기 안테나 770에 전자파를 공급했을 때에 안테나 770에 발생하는 전자파의 전기장 강도가 크게 되는 부위의 근방에 상기 전극 762가 위치하게 된다. 여기에서는 안테나 770의 선단과 전극 762가 개구 710의 내부 둘레 경계를 따라서 소정 간격을 두고 접근하여 스트립 라인 선로를 형성하고 있다. 따라서, 제1 접속부 761로 상기한 접지 부재와의 사이에 전자파를 공급하면, 안테나 770으로부터 연소실 400에 전자파가 방사된다. 덧붙여 접지 부재가 스트립 라인 선로의 접지측을 겸해도 무방하다. 이 실시 형태의 경우, 상기 안테나 770, 봉형의 모노폴(monopole) 안테나이며, 그 내부도 굴절된 것이다. 그러나, 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 안테나는 이것으로 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 안테나는 예를 들면, 다이폴(dipole) 안테나, 야기ㆍ우다(Yagi-Uda) 안테나, 단선전원공급안테나, 루프 안테나, 위상차전원공급 안테나, 접지 안테나, 비접지형수직 안테나, 빔 안테나, 수평편파전방향성 안테나, 코너 안테나, 콤형 안테나, 또는 기타의 선형 안테나, 마이크로 스트립 안테나, 판형 역 F 안테나, 혹은 다른 평면 안테나, 슬롯 안테나, 파라 볼라 안테나, 나팔형 안테나, 나팔 반사형 안테나, 카세그렌 안테나, 혹은 그 이외의 입체 안테나, 비버리지 안테나, 또는 기타의 이루어진 다파 안테나, 스타형 EH 안테나, 브리지형 EH 안테나, 혹은 기타 EH 안테나, 바 안테나, 미소형 루프 안테나, 또는 기타의 자기장 안테나, 또는 유전체 안테나 등이어도 무방하다.
도 7 및 도 9에 나타내듯이, 상기 가스킷 700의 두께 방향의 중간층 730에는 전자파 전송로 780이 설치된다. 이 전자파 전송로 780은 동선에 의해 형성된다. 전자파 전송로 780은 전기 전도체, 유전체, 절연체 등으로 형성해도 무방하다. 단, 접지 부재와의 사이에 전자파를 공급했을 때에, 안테나 770에 전자파가 양호하게 전송되지 않으면 안 된다. 전자파 전송로의 변형예 중의 하나로는, 전기전도체 또는 유전체로 형성되는 도파관으로 된 전자파 전송로가 있다. 상기 전자파 전송로 780은 가스킷 700의 바깥 둘레 720으로 개구 710과의 사이에 묻혀 있다. 그리고 전자파 전송로 780의 외측의 가장 자리의 바깥단은 가스킷 700의 외주 720으로부터 노출되어 제2 접속부 781을 형성하고 있다. 또, 전자파 전송로 780의 안쪽의 가장자리의 안쪽단은 중간층 730 속에서 상기 안테나 770에 접속된다. 따라서, 제2 접속부 781로 상기한 접지 부재와의 사이에 전자파를 공급하면, 전자파가 안테나 770에 전파된다.
그리고, 이 가스킷 700은 상기 방전 선로 760, 안테나 770 및 전자파 전송로 780과 가스킷 700의 두께 방향의 양단면과의 사이를 전기적으로 절연한다. 실린더 블록 100, 실린더 헤드 300 또는 표면층 740은 접지된다. 제1 접속부 761에는 방전용 전압 발생 장치 950의 양극이 접속된다. 제2 접속부 781에는 전자파 발생 장치 840의 양극이 접속된다. 이것들 방전용 전압 발생 장치 950 및 전자파 발생 장치 840의 접지 단자는 접지된다. 그리고 방전용 전압 발생 장치 950 및 전자파 발생 장치 840의 작동은 제어장치 880에 의해 제어된다. 제어장치 880은 CPU, 메모리, 기억장치 등을 갖추고 있어 입력 신호를 연산 처리해 제어용 신호를 출력한다. 이 제어장치 880에는 크랭크 샤프트 920의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출 장치 890의 신호선이 접속된다. 이 크랭크각 검출 장치 890으로부터 제어장치 880에는 크랭크 샤프트 920의 크랭크각의 검출 신호가 보내진다. 따라서, 제어장치 880은 크랭크각 검출 장치 890으로부터의 신호를 받아 방전 장치 760 및 전자파 발생 장치 840의 작동을 제어한다. 이 실시 형태의 방전용 전압 발생 장치 950은 12 V의 직류 전원이지만, 예를 들면 압전 소자 또는 기타 장치여도 무방하다. 전자파 발생 장치 840은 전자파를 발생하지만, 이 실시 형태의 전자파 발생 장치 840은 2.45 GHz대의 마이크로파를 발생하는 마그네트론이다. 그러나 이로 인해서 본 발명의 가스킷의 제어장치의 제어 방법 및 신호 입출력의 구성은 한정 해석되지는 않는다.
따라서, 상기 가스킷 700을, 그 개구 710이 실린더 110에 대응하도록 실린더 블록 100과 실린더 헤드 300과의 사이에 장착해, 실린더 110에 피스톤 200을 왕복운동이 가능하도록 삽입하고, 일반적으로 작동하는 내연기관 E로서의 4 사이클의 가솔린 기관을 구성한다. 방전 선로 760의 제1 접속부 761과 접지 부재와의 사이에 전압을 인가할 수 있도록 한다. 전자파 전송로 780의 제2 접속부 781과 접지 부재와의 사이에 전자파를 일정시간 공급할 수 있도록 한다. 그리고 내연기관 E의 작동시에 상기 흡기 밸브 510이 흡기 포트 310을 폐쇄하고 배기 밸브 520이 배기 포트 320을 폐쇄한 압축 행정에서 방전 선로 760의 제1 접속부 761과 접지 부재에 전압을 인가하고, 전자파 전송로의 제2 접속부 781과 접지 부재에 전자파의 공급을 실시한다. 그렇게 되면, 전극 762의 근방에 방전에 의해 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마는 안테나 770으로부터 일정시간 공급된 전자파, 즉 전자파 펄스로부터 에너지를 공급받는다. 그 결과, 플라즈마에 의해 OH 라디칼 및 오존이 대량으로 생성되어 연소가 촉진된다. 즉, 전극 762의 근방의 전자가 가속되어 상기 플라즈마의 영역 외로 비산된다. 이 비산된 전자는 상기 플라즈마의 주변 영역에 있는 공기, 연료 및 공기의 혼합기 등의 가스와 충돌한다. 이 충돌에 의해 주변 영역의 가스가 전리해 플라즈마가 되며, 새롭게 플라즈마가 생성된 영역 내에도 전자가 존재한다. 이 전자 또한 전자파 펄스에 의해 가속되어 주변의 가스와 충돌한다. 이러한 플라즈마 내의 전자의 가속, 전자와 가스와의 연쇄 충돌에 의해 주변 영역에서는 눈사태식으로 가스가 전리되어 부유 전자가 발생한다. 이 현상이 방전 플라즈마의 주변 영역에 순차적으로 파급되면서 주변 영역이 플라즈마화 된다. 이러한 동작을 통하여 플라즈마의 체적이 증가한다. 이 후, 전자파 펄스의 방사가 종료되면, 그 시점으로부터 플라즈마 존재 영역에서는 전리보다 재결합이 우위를 점하게 된다. 그 결과, 전자 밀도가 저하된다. 따라서 플라즈마의 체적은 점점 감소하게 된다. 그리고 전자의 재결합이 완료되면 플라즈마가 소멸한다. 이전에 대량으로 형성된 플라즈마에 의해 혼합기 중의 수분 등에서 대량으로 OH 라디칼, 오존이 생성되어 혼합기의 연소가 촉진된다.
이 경우, 기존의 내연기관에 비교하면 주요한 구조 부재인 실린더 블록 100, 실린더 헤드 300등이 그대로 이용된다. 이들에 방전 선로 760으로의 전압의 인가, 전자파 전송로 780의 전자파의 공급만 셋업하면 된다. 그러한 이유로 해당 내연기관 E의 설계 공정수의 최소화 및 기존의 내연기관과의 부품의 공통화가 실현된다.
본 발명의 내연기관의 가스킷은 중간층에 대해 두께 방향의 양측에 있는 표면층의 재질을 한정하지 않는다. 따라서, 표면층은 유전체 또는 절연체여도 무방하다. 그러한 여러 가지의 실시 형태 중에서, 제2 실시 형태의 가스킷 700은 상기 중간층 730을 유전체에 의해 형성하고, 상기 중간층 730에 대해서 두께 방향의 양측에 있는 표면층 740을 전기 전도체로 형성했다. 이와 같이 하면, 표면층 740이 방전 선로 760의 전극 762로 반대가 되는 접지 전극으로서 역할을 하여 전극 762와 표면층 740의 사이에서 방전이 일어난다. 또한, 표면층이 전자파 전송로와 반대가 되는 접지 도체 역할을 하여 전자파 전송로와 표면층 사이에서 전자파가 전송된다. 그리고 표면층 740이, 전자파 전송로 780으로 반대가 되는 접지 도체로서 역할을 하여 전자파 전송로 780으로 표면층 740과의 사이에 전자파가 전송된다. 중간층을 절연체로 형성해 중간층에 대하여 두께 방향의 양측에 있는 표면층을 전기 전도체로 형성했을 때도 같은 작용 및 효과를 얻을 수 있다. 그리고 상기 중간층을 유전체 또는 절연체로 형성해, 이 중간층에 대해서 두께 방향에 대하여 적어도 한 측의 표면층이 전기 전도체로 형성되고 있을 경우에도 같은 작용 및 효과를 얻을 수 있다. 또, 표면층 740을 금속으로 형성하기 때문에, 가스킷 700의 강성이 향상된다.
본 발명의 내연기관의 가스킷은 안테나의 구조, 형상을 한정하지 않는다. 그러한 여러 가지의 실시 형태 속에서, 제2 실시 형태의 가스킷 700에서는 상기 안테나 770이 봉형으로 형성된다. 안테나 770의 기단은 두께 방향의 중간층 730에 설치된다. 이 기단으로부터 나와 선단에 이르는 부분은 개구 710의 내부 둘레를 따라 개구 710의 원주방향으로 연장시킨다. 그러면, 안테나 770으로부터 방사된 전자파의 전기장 강도가, 연소실 400의 다른 영역보다 원주 부근에서 강해진다. 그 결과, OH라디칼 오존이 연소실 400의 원주 부근에서 다른 영역보다 많이 분포하게 된다. 그 때문에, 연소실 400의 원주 부근의 산화 반응 등이 다른 영역의 산화 반응 등보다 촉진된다. 또, 연소실 400의 원주 부근에서 발생하는 스퀴시 유동, 턴불, 또는 스월을 이용하며, OH 라디칼 또는 오존과 혼합기와의 혼합이 촉진된다.
본 발명의 내연기관의 가스킷은 안테나와 전극과의 위치 관계를 한정하지 않는다. 그러한 여러 가지의 실시 형태 중에서, 제2 실시 형태의 가스킷 700은 상기 안테나 770에 전자파를 공급했을 때에 안테나 770에 발생하는 전자파의 전기장 강도가 크게 되는 부위의 근방에 전극 762를 위치시킨다. 그러면, 안테나 770의 상기 부위로부터 방사되는 전자파의 전기장 강도가 주위의 전자파의 전기장 강도보다 강해진다. 따라서, 전극 762로의 방전에 의해 형성된 플라즈마에, 근방의 상기 부위로부터 전자파 펄스에 의한 에너지가 집중적으로 공급된다. 그 결과, OH 라디칼, 오존이, 효율적으로 대량으로 생성된다. 그리고 전극 762를 중심으로 한 영역의 산화 반응 등이 한층 촉진된다. 또, 안테나 770의 여러 장소에 전자파의 전기장 강도가 커지는 부위가 생길 때에는 각 부위에 대응해 전극 762를 위치시키면 연소실 400의 여러 영역에서 산화 반응 등이 한층 촉진된다.
다음에, 본 발명의 가스킷의 변형된 예를 설명한다. 이러한 다른 변형 예의 가스킷의 설명으로는 제2 실시 형태의 가스킷 700으로 동일한 기능을 발휘하는 부재 부분에, 제2 실시 형태의 가스킷 700으로 이용한 부호와 동일한 부호를 교부하고, 그 설명을 생략한다. 그리고 이러한 다른 변형된 예의 가스킷에 대해, 제2 실시 형태의 가스킷 700과 구성의 다른 점을 설명한다. 따라서, 기재가 없는 구성은 제2 실시 형태의 가스킷 700의 구성과 동일하다.
도 10은 제1 변형 예의 가스킷 700을 나타낸 것으로, 제2 실시 형태의 가스킷 700에서는 안테나 770이 전체 길이에 걸쳐서 중간층 730 속에 거의 묻혀진다. 이에 대해, 제1 변형 예의 가스킷 700에서는 안테나 770의 기단이, 두께 방향의 중간층 730에 설치된다. 안테나 770의 기단으로부터 연장되어 선단에 이르는 부분은 중간층 730으로부터 외부로 노출되어 있다. 즉, 안테나 770의 기단으로부터 연장되는 부분은 기단으로부터 개구 710의 중심으로 향해 연장되고 나서, 거의 L자 형태로 구부러진다. 안테나 770의 시작 부분은 거의 원호형으로 구부러진다. 안테나 770의 앞은 개구 710의 내부 둘레를 따라서, 개구 710의 원주 방향으로 연장된다. 제2 실시 형태의 가스킷 700의 안테나 770은 전체 길이에 걸쳐서 중간층 730 속에 거의 묻혀진다. 따라서, 안테나 770이 연소실 400으로부터 받는 열부하 및 안테나 770이 받는 기계적 진동에 의한 피로가 경감된다. 제1 변형 예의 가스킷 700의 안테나 770은 연소실 400에 노출된다. 따라서, 안테나 770으로부터 방사되는 전자파의 전기장 강도가 강해진다. 그 외의 작용 및 효과는 제2 실시 형태의 가스킷 700의 경우와 같다.
도 11은 제2 변형 예의 가스킷 700을 나타낸다. 이 가스킷 700은 제1 변형 예의 가스킷 700에 유사하고 있지만, 그것보다 안테나 770의 길이가 길다. 즉, 안테나 770의 기단으로부터 늘어나는 부분은 기단으로부터 개구 710의 중심으로 향해 연장되고 나서 거의 L자 형태로 구부러진다. 안테나 770의 시작 부분은 거의 원호형으로 구부러진다. 안테나 770의 선단은 개구 710의 내부 원둘레를 따라 개구 710의 둘레방향으로 거의 1회전에 걸쳐서 연장된다. 이와 같이 하면, 안테나 770의 길이가 절약된다. 따라서, 안테나 770으로부터 방사되는 전자파의 전기장 강도가 강해진다. 그 외의 작용 및 효과는 제2 실시 형태의 가스킷 700의 경우와 같다. 이와 같이 안테나 770이 길어지면, 안테나 770에 정재파가 생긴다. 이 때문에, 같은 주파수의 전자파이면 그것보다 짧은 안테나를 갖춘 가스킷보다, 안테나의 복수의 개소에서 전자파의 전기장 강도가 강해지는 부위가 생긴다. 도 12에 나타낸 제3 변형 예의 가스킷 700에서는 제1 변형 예의 가스킷 700에서는 하나밖에 없었던 전극 762가 개구 710의 내부 둘레를 따라서 거의 등간격으로 여러 개 설치된다. 각 전극 762는 안테나 770에 발생하는 전자파의 전기장 강도가 강해지는 부위의 근방에 위치하고 있으며, 안테나 770의 상기 각부위로부터 방사되는 전자파의 전기장 강도가 주위의 전자파의 전기장 강도보다 강해진다. 따라서, 각 전극 762로의 방전에 의해 형성된 플라즈마에, 대응하는 근방의 상기 부위로부터 전자파 펄스에 의한 에너지가 집중적으로 공급된다. 그 결과, OH 라디칼, 오존이 효율적으로 대량으로 생성되며, 전극 762를 중심으로 한 영역의 연소가 한층 촉진된다. 따라서, 연소실 400의 복수의 영역에서 연소가 한층 촉진된다.
제3 변형 예와 같을 경우, 상기 방전 장치 760의 전극 762가 여러 개 있으므로, 각 전극 762를 기점으로 하여 대량의 플라즈마가 형성된다. 이러한 복수의 플라즈마에 의하여 혼합기 중의 수분 등에서 대량으로 OH 라디칼, 오존이 생성되어 혼합기의 연소가 각각 촉진된다.
또, 전극 762를 실린더 벽면 부근에 구비했을 때는 실린더 벽면 부근에서 착화 된다. 따라서, 연소실 중앙 부근으로부터 실린더 벽면에 도달하는 압력파 등의 불확정 요인으로 기인하는 노킹의 발생이 저감 또는 회피된다.
본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 방전 장치의 작동 순서등을 한정하지 않는다. 그러한 여러 가지의 실시 형태 속에서, 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 방전 장치 810의 복수의 전극 811을 소정의 일정으로 순서대로 방전시킨다. 이와 같이 하면, 각 전극 762의 근방에서 대량의 플라즈마가 형성된다. 각 플라즈마에 의해, 대량의 OH 라디칼, 오존이 생성되고, 그 결과, 각처에 있어 혼합기의 연소가 촉진된다. 각 전극 762의 근방에서의 이러한 현상은 소정의 일정으로 순서대로 행해진다. 그 때문에, 예를 들면, 체적 착화와 같은 고속 착화 또는 연소가 순차적으로 진행되어 이 일정에 따라서 연소 반응이 진전된다.
그리고 변형 예와 같이, 복수의 전극 762를 동시에 방전시켰을 때는 각 전극 762의 근방에서 대량의 플라즈마가 각각 동시에 형성되며, 각 플라즈마에 의해, 대량의 OH 라디칼, 오존이 동시에 생성된다. 각처에 있어 동시에 혼합기의 연소가 촉진된다.
본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치는 안테나와 전극과의 위치 관계를 한정하지 않는다. 그러한 여러 가지의 실시 형태 속에서, 제2 실시 형태의 복수 방전 플라즈마 장치는 상기 안테나 770에 전자파를 공급했을 때에 안테나 770에 발생하는 전자파의 전기장 강도가 강해지는 복수의 부위의 근방에 복수의 전극 762를 각각 위치시킨다. 이와 같이 하면, 안테나 770의 상기 각부위로부터 방사되는 전자파의 전기장 강도가, 주위의 전자파의 전기장 강도보다 강해진다. 각 전극 762에서 방전에 의해 형성된 플라즈마에는 근방의 상기 각 부위로부터의 전자파 펄스에 의해, 에너지가 집중적으로 공급된다. 그 결과, OH 라디칼, 오존이 효율적으로 대량으로 생성된다. 그리고 각 전극 762를 중심으로 한 연소실 400의 복수의 영역에서 연소가 한층 촉진된다.
도 13은 제4 변형 예의 가스킷 700을 나타낸다. 제2 실시 형태의 가스킷 700에서는 방전 선로 760과 전자파 전송로 780 모두를 동선에 의해 형성했다. 이것에 대해, 제4 변형 예의 가스킷 700에서는 상기 중간층 730에 쉴드 케이블 S가 설치된다. 이 쉴드 케이블 S의 내부 전선의 중심선에 의해 전자파 전송로가 구성된다. 여기서, 쉴드 케이블 S는 내부 전선과 외부 도체와 외부 피복을 구비하고 있다. 내부 전선은 동선과 같은 전기 전도체가 되는 심선,이 심선을 덮는 절연체로 이루어지는 내부 피복이 있다. 외부도체는, 이 내부도체를 피복하는 전기전도체로 되어 있다. 외부피복은, 이 외부도체를 피복하는 절연체로 되어 있다. 이렇게 하면, 쉴드 케이블 S를 이용해 비교적 간단하게 가스킷 700을 제조할 수 있다. 그 외의 작용 및 효과는 제2 실시 형태의 가스킷 700의 경우와 같다. 상기 중간층에 쉴드 케이블을 마련해 이 쉴드 케이블의 내부 전선의 심선에 의해 방전 선로를 구성해도 괜찮다.
도 14는 제5 변형 예의 가스킷 700을 나타낸다. 제2 실시 형태의 가스킷 700에서는 가스킷 700의 두께 방향의 중간층 730에 방전 선로 760가 설치된다. 이 방전 선로 760의 제1 접속부 761에는 방전용 전압 발생 장치 950의 양극이 접속된다. 접지 부재인 실린더 블록 100, 실린더 헤드 300 또는 표면층 740은 접지된다. 제1 접속부 761로 상기 접지 부재와의 사이에 전압을 인가하여, 제1 접속부 761로 접지 부재와의 사이에 방전이 생긴다. 제 5 변형예인 가스켓 700에서는, 가스켓 700의 두께방향의 중간층 730에, 방전 선로 760이 한 쌍 설치되어 있다. 각 방전선로 760의 외부의 단부인 외부단은, 가스켓 700의 외부 둘레 720으로부터 노출되어, 각각 제1접속부 761을 형성하고 있다. 또한, 각 방전선로 760의 단부인 내부단은, 가스켓 700의 외부 둘레에서 개구 710의 중심을 향해 노출되어, 각 전극 762로 되어 있다. 이러한 방전 선로 760의 전극은 근접해서 배치된다. 이와 같이 하면, 방전 선로 760의 제1 접속부 사이에 전압을 인가하면, 전극 간에 방전을 한다. 이러한 방전 선로 760의 전극 762를 근접해 배치했을 때에는 낮은 인가 전압으로 방전을 실시할 수 있다. 그러면, OH 라디칼 및 오존의 발생이 촉진되고, 이렇게 발생한 OH라디칼 및 오존의 지속 시간이 길어져 소비 전력이 저감된다. 그리고 방전이 이루어지는 영역의 온도 상승이 억제되므로 내연기관에서의 질소산화물 발생이 저감된다. 그 외의 작용 및 효과는 제2 실시 형태의 가스킷 700의 경우와 같다.
본 발명의 가스켓은 전극 또는 이것과 쌍을 이루는 접지 부재는 유전체에 의해 피복되어도 좋다. 이 경우, 전극간 또는 전극과 설치 부재의 사이에 인가되는 전압에 의해 유전체 배리어 방전이 이루어진다. 유전체 배리어 방전은 전극 또는 접지 부재를 덮은 유전체 표면에 전하가 축적되고 방전이 제한되므로 방전은 극히 짧은 시간에 한편 극히 소규모로 진행된다. 방전이 단기간으로 종료하기 때문에 주변부의 열화가 발생하지 않는다. 즉 전극간의 방전에 의해 가스 온도의 상승이 저감된다. 가스 온도 상승의 저감은 내연기관의 NOx의 발생량을 저감시키는 역할을 한다.
전자파 전송로를 구비하는 부재는 안테나를 마련하는 부재에 따라 바뀌며, 실린더 블록 또는 실린더 헤드가 된다.
본 발명은 이상의 실시 형태의 특징을 조합한 실시 형태를 포함하고 있다. 그리고 이상의 실시 형태는 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치의 몇 개의 예를 나타낸 것에 불과하다. 따라서, 이러한 실시 형태의 기재에 의해서 본 발명의 복수 방전 플라즈마 장치가 한정 해석되지는 않는다.
E: 내연기관 100: 실린더 블록
110: 실린더 200: 피스톤
300: 실린더 헤드 320: 배기 포트
321: 개구 340: 가이드홀
400: 연소실 520: 배기 밸브
521: 밸브 스템 522: 밸브 헤드
700: 가스킷 760,810: 방전 장치
762,811: 전극 770,820: 안테나
780,830: 전자파 전송로 840: 전자파 발생 장치

Claims (4)

  1. 실린더 블록을 관통하여 설치된 실린더에 피스톤을 왕복 가능하게 끼우고, 상기 실린더 블록의 반(反)크랭크케이스측에 개스킷을 통하여 실린더 헤드를 장착하고, 상기 실린더 헤드에 개구하는 흡기 포트를 흡기 밸브로 개폐하고, 상기 실린더 헤드에 개구하는 배기 포트를 배기 밸브로 개폐하도록 하며, 이들 부재에 의해 연소실을 구성한 내연 기관에 설치되는 복수 방전의 플라즈마 장치로서,
    상기 연소실에 노출되는 전극을 가지고 상기 연소실을 구성하는 부재 중 적어도 하나에 복수 설치된 방전 장치와,
    상기 연소실을 구성하는 부재 중 적어도 하나에, 연소실에 전자파를 방사할 수 있도록 설치된 안테나와,
    상기 연소실을 구성하는 부재 중 적어도 하나에 설치되고, 일단이 상기 안테나에 접속되고, 타단이 절연체 또는 유전체에 덮여 실린더 블록 또는 실린더 헤드에 있어서의 연소실로부터 떨어진 부위까지 연장되는 전자파 전송로와,
    이 전자파 전송로에 전자파를 공급하는 전자파 발생 장치를 구비하고,
    상기 흡기 밸브가 흡기 포트를 닫고 또한 배기 밸브가 배기 포트를 닫은 압축 행정에 상기 복수의 방전 장치의 전극으로 방전시키고, 전자파 발생 장치로부터 전자파 전송로를 통하여 공급한 전자파를 안테나로부터 방사하도록 구성한, 복수 방전의 플라즈마 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전 장치의 복수의 전극을 소정의 스케쥴로 순서대로 방전시키도록 구성한, 복수 방전의 플라즈마 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전 장치의 복수의 전극을 동시에 방전시키도록 구성한, 복수 방전의 플라즈마 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나에 전자파를 공급했을 때에 안테나에 발생하는 전자파의 전계 강도가 커지는 복수의 부위의 근방에 복수의 전극이 각각 위치되어 있는, 복수 방전의 플라즈마 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160107121A (ko) * 2015-03-03 2016-09-13 엠더블유아이 마이크로 웨이브 이그니션 아게 내연기관의 연소 챔버 내에 마이크로파 에너지를 주입하기 위한 방법 및 장치

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2180177B1 (en) * 2007-07-12 2018-03-28 Imagineering, Inc. Compressed ignition internal combustion engine, glow plug, and injector
JP5256415B2 (ja) * 2008-03-14 2013-08-07 イマジニアリング株式会社 燃焼室の排気ガス後処理装置
JP5106444B2 (ja) * 2009-02-24 2012-12-26 ダイハツ工業株式会社 火花点火式内燃機関
CN102162644B (zh) * 2010-02-24 2012-09-05 中国科学院工程热物理研究所 介质阻挡放电等离子体旋流装置
JP5679162B2 (ja) * 2010-08-04 2015-03-04 ダイハツ工業株式会社 バリア放電装置
JP6082877B2 (ja) * 2011-01-18 2017-02-22 イマジニアリング株式会社 プラズマ生成装置、及び内燃機関
JP6086427B2 (ja) * 2011-01-31 2017-03-01 イマジニアリング株式会社 プラズマ装置
EP2672103A4 (en) * 2011-01-31 2019-04-24 Imagineering, Inc. PLASMA GENERATION DEVICE
JP5953534B2 (ja) * 2011-01-31 2016-07-20 イマジニアリング株式会社 内燃機関
JP6023956B2 (ja) * 2011-02-15 2016-11-09 イマジニアリング株式会社 内燃機関
WO2012111701A2 (ja) * 2011-02-15 2012-08-23 イマジニアリング株式会社 内燃機関
WO2012124671A2 (ja) * 2011-03-14 2012-09-20 イマジニアリング株式会社 内燃機関
JP6014864B2 (ja) * 2011-07-04 2016-10-26 ダイハツ工業株式会社 火花点火式内燃機関
JP6064138B2 (ja) * 2011-07-16 2017-01-25 イマジニアリング株式会社 内燃機関、及びプラズマ生成装置
EP2743495B1 (en) * 2011-07-16 2016-12-28 Imagineering, Inc. Internal combustion engine
WO2013011964A1 (ja) * 2011-07-16 2013-01-24 イマジニアリング株式会社 プラズマ生成装置、及び内燃機関
EP2743498A4 (en) * 2011-08-10 2016-11-23 Imagineering Inc INTERNAL COMBUSTION ENGINE
CN102927570A (zh) * 2011-08-12 2013-02-13 中国科学院工程热物理研究所 介质阻挡放电等离子体轴向旋流装置
US20130104861A1 (en) * 2011-10-27 2013-05-02 Southwest Research Institute Enhanced Combustion for Compression Ignition Engine Using Electromagnetic Energy Coupling
JP6229121B2 (ja) * 2012-06-22 2017-11-15 イマジニアリング株式会社 内燃機関
JP6298961B2 (ja) * 2012-10-29 2018-03-28 イマジニアリング株式会社 電磁波放射装置
WO2014152384A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Combustion 8 Technologies Llc Reducing fuel consumption of spark ignition engines
US10215149B2 (en) * 2013-04-08 2019-02-26 Serge V. Monros Plasma header gasket and system
US9611826B2 (en) 2013-04-08 2017-04-04 Svmtech, Llc Plasma header gasket and system
US8960164B1 (en) * 2013-08-01 2015-02-24 Curtis E. Maxwell Volumetric expansion assembly
US20170306918A1 (en) * 2014-08-21 2017-10-26 Imagineering, Inc. Compression-ignition type internal combustion engine, and internal combustion engine
EP3064767A1 (de) * 2015-03-03 2016-09-07 MWI Micro Wave Ignition AG Verfahren und zum Einbringen von Mikrowellenenergie in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor
EP3064765A1 (de) * 2015-03-03 2016-09-07 MWI Micro Wave Ignition AG Verbrennungsmotor
EP3109459B1 (de) * 2015-06-23 2021-01-06 MWI Micro Wave Ignition AG Rotationskolben-verbrennungsmotor
DE102015218314A1 (de) 2015-09-24 2017-03-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zündvorrichtung für einen fremdzündenden Kolbenverbrennungsmotor
WO2017082300A1 (ja) * 2015-11-09 2017-05-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 火花放電着火促進方法、火花放電着火促進装置、および火花放電着火促進装置付きエンジン
CN108291494B (zh) * 2015-12-03 2021-03-26 通用汽车环球科技运作有限责任公司 控制内燃发动机的运行的方法和设备
JP6572868B2 (ja) * 2016-11-04 2019-09-11 株式会社豊田中央研究所 内燃機関の点火装置
CN106939846A (zh) * 2017-05-12 2017-07-11 沈阳航空航天大学 一种用于等离子体强化燃烧的缸套组件
CN107218125B (zh) * 2017-05-16 2019-09-24 大连民族大学 一种用于等离子体强化燃烧的二冲程内燃机电极组件
CN109216151A (zh) * 2018-08-16 2019-01-15 兰州大学 一种内置天线式高频离子源装置
CN111255600B (zh) * 2020-01-21 2021-07-30 天津大学 针对内燃机燃烧优化以及降低氮氧化物排放的控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0712037A (ja) * 1991-10-09 1995-01-17 Ito Yukio 内燃機関における燃料の燃焼方法及び装置
JP2006132518A (ja) * 2004-10-07 2006-05-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 内燃機関及びその点火装置

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4138980A (en) * 1974-08-12 1979-02-13 Ward Michael A V System for improving combustion in an internal combustion engine
US3934566A (en) * 1974-08-12 1976-01-27 Ward Michael A V Combustion in an internal combustion engine
JPS57119164A (en) 1981-01-14 1982-07-24 Hitachi Ltd Combined ignition engine by laser and microwave plasma
JPS57148022A (en) * 1981-03-10 1982-09-13 Toyota Motor Corp Multiple-point-ignition internal combustion engine
EP0226487B1 (fr) * 1985-11-08 1990-01-10 Institut Français du Pétrole Procédé de conversion thermique du méthane en hydrocarbures de poids moléculaires plus élevés
US4726336A (en) * 1985-12-26 1988-02-23 Eaton Corporation UV irradiation apparatus and method for fuel pretreatment enabling hypergolic combustion
US5270515A (en) * 1990-04-02 1993-12-14 Long Raymond E Microwave plasma detoxification reactor and process for hazardous wastes
US5027764A (en) * 1990-04-26 1991-07-02 Michael Reimann Method of and apparatus for igniting a gas/fuel mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine
US6545420B1 (en) * 1990-07-31 2003-04-08 Applied Materials, Inc. Plasma reactor using inductive RF coupling, and processes
US5288969A (en) * 1991-08-16 1994-02-22 Regents Of The University Of California Electrodeless plasma torch apparatus and methods for the dissociation of hazardous waste
EP0554039B1 (en) * 1992-01-30 1996-11-20 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for generating plasma, and semiconductor processing methods
GB9224745D0 (en) * 1992-11-26 1993-01-13 Atomic Energy Authority Uk Microwave plasma generator
US5568801A (en) * 1994-05-20 1996-10-29 Ortech Corporation Plasma arc ignition system
US5490973A (en) * 1994-05-23 1996-02-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Pulsed corona reactor system for abatement of pollution by hazardous agents
US5750823A (en) * 1995-07-10 1998-05-12 R.F. Environmental Systems, Inc. Process and device for destruction of halohydrocarbons
US5845480A (en) * 1996-03-13 1998-12-08 Unison Industries Limited Partnership Ignition methods and apparatus using microwave and laser energy
US6888040B1 (en) * 1996-06-28 2005-05-03 Lam Research Corporation Method and apparatus for abatement of reaction products from a vacuum processing chamber
GB9620318D0 (en) * 1996-09-30 1996-11-13 Bebich Matthew New ignition system and related engine components
US6029602A (en) * 1997-04-22 2000-02-29 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for efficient and compact remote microwave plasma generation
WO1999011572A1 (en) * 1997-09-01 1999-03-11 Laxarco Holding Limited Electrically assisted partial oxidation of light hydrocarbons by oxygen
US6329628B1 (en) * 1998-12-10 2001-12-11 Polytechnic University Methods and apparatus for generating a plasma torch
KR20000039290A (ko) 1998-12-12 2000-07-05 정몽규 내연기관의 전계에 의한 연소촉진 장치
JP3364178B2 (ja) 1999-03-16 2003-01-08 三菱重工業株式会社 有害物質の分解装置及び分解方法
JP3411885B2 (ja) 2000-04-20 2003-06-03 三菱重工業株式会社 プラズマ分解処理装置及び排ガス処理システム
JP2002195151A (ja) 2000-12-26 2002-07-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd プラズマガス推進装置
JP2002295259A (ja) 2001-03-28 2002-10-09 Osaka Gas Co Ltd 火花点火内燃機関
JP2002295264A (ja) 2001-03-28 2002-10-09 Osaka Gas Co Ltd ガス内燃機関
US7112306B2 (en) * 2002-05-06 2006-09-26 Carrier Corporation Electrodeless ultraviolet discharge fluid remediation
JP2004216231A (ja) 2003-01-10 2004-08-05 Toshiba Corp 高周波プラズマによる化合物分解方法および化合物分解装置
US6806439B2 (en) * 2003-01-13 2004-10-19 Han Sup Uhm Elimination of airborne chemical and biological warfare agents
JP3829199B2 (ja) 2003-12-09 2006-10-04 国立大学法人東北大学 着火方法、及び着火装置
JP2005246353A (ja) 2004-03-08 2005-09-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd 気体改質装置
JP2005319357A (ja) 2004-05-06 2005-11-17 Canon Inc プラズマリアクターおよびプラズマガス処理装置
JP2006187766A (ja) 2004-12-07 2006-07-20 Canon Inc ガス処理装置およびガス処理用カートリッジ
JP4876217B2 (ja) * 2005-09-20 2012-02-15 イマジニアリング株式会社 点火装置、内燃機関
GB0521830D0 (en) 2005-10-26 2005-12-07 Boc Group Plc Plasma reactor
JP3984636B1 (ja) * 2006-03-07 2007-10-03 ミヤマ株式会社 多点点火エンジン
CN200943522Y (zh) * 2006-05-30 2007-09-05 重庆帝维机电设备有限公司 带电子点火装置的柴油机
JP4785669B2 (ja) 2006-08-04 2011-10-05 シャープ株式会社 汚染ガス浄化装置および汚染ガス浄化方法
EP3404253A1 (en) 2006-09-20 2018-11-21 Imagineering, Inc. Ignition apparatus and internal-combustion engine
JP5061335B2 (ja) * 2008-03-14 2012-10-31 イマジニアリング株式会社 シリンダヘッドを用いたプラズマ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0712037A (ja) * 1991-10-09 1995-01-17 Ito Yukio 内燃機関における燃料の燃焼方法及び装置
JP2006132518A (ja) * 2004-10-07 2006-05-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 内燃機関及びその点火装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160107121A (ko) * 2015-03-03 2016-09-13 엠더블유아이 마이크로 웨이브 이그니션 아게 내연기관의 연소 챔버 내에 마이크로파 에너지를 주입하기 위한 방법 및 장치

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