BRPI0609731A2 - vela de ignição radio- frequência de motor de combustão interna - Google Patents

Abstract

VELA DE IGNIçãO RáDIO-FREQUêNCIA DE MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA. A invenção refere-se a uma vela de ignição radiofreqüência (1) de motor de combustão interna, compreendendo dois eletrodos (2,3) de geração de plasma separados por um isolador (4) que constitui respectivamente um alojamento externo (3) encerrando o isolador e um eletrodo central (2) alojado em um orificio central do isolador. A invenção é caracterizada em que ela tem uma abertura profunda (6) sobre toda a circunferência do alojamento (3), formando uma câmara de troca térmica dentro do alojamento da vela de ignição (1), aberta voltada para o exterior.

Description

"VELA DE IGNIÇÃO RADIOFREQÜÊNCIA DE MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA"

A presente invenção refere-se a uma vela de ignição de geração de plasma usada em particular para a ignição de motores de combustão interna usando centelhas elétricas entre os eletrodos de uma vela de ignição.

Mais especificamente, a invenção refere-se a uma vela de ignição radiofreqüência de motor de combustão interna compreendendo dois eletrodos de geração de plasma separados por um isolador, sendo possível para um dos dois eletrodos consistir da totalidade do cabeçote do cilindro e do alojamento da vela de ignição.

As velas de ignição de geração de plasma são sistemas de múltiplas velas de ignição de alta freqüência capazes de prover ignição nos motores de ignição a vela sob as melhores condições, enquanto reduzindo, ao mesmo tempo, as emissões poluidoras, particularmente sob condições de queima pobre. Elas são propensas ao depósito de coque, particularmente quando frias.

Como todas as velas de ignição, elas são caracterizadas por um índice térmico. Este índice leva em conta seu comportamento térmico em pontos particulares de operação do motor. Em particular, o índice fornece uma indicação com relação à sua capacidade de suportar temperaturas que são elevadas o suficiente para evitar os depósitos de coque por pirólise, sem sofrer da "pré-ignição".

As publicações FR 2859830, FR 2859869 e FR 2859831 descrevem uma vela de ignição de múltiplas centelhas, conhecida como vela de ignição a frio, porque não sobe até uma temperatura de modo suficiente rápido para evitar o depósito de coque. De fato, o acúmulo de um depósito de carbono ou coque sobre os eletrodos é observado com tais velas de ignição e isto reduz, de modo significante, o isolamento necessário entre a ponta do eletrodo central e o alojamento. Com um isolamento fraco, se nota um risco de que a energia de alta voltagem aplicada à vela de ignição pode não ser elevada o suficiente para ser capaz de causar as necessárias "descargas" que disparam as centelhas.

Para evitar os depósitos de coque, particularmente quando no estado frio, do eletrodo da vela de ignição exposto à atmosfera da câmara de combustão, uma solução pode ser aumentar a temperatura do isolador, para encorajar a destruição dos depósitos através do fenômeno de pirólise. Esta temperatura é dependente da resistência térmica da vela de ignição como um todo, incluindo seu isolador.

As etapas geralmente tomadas para aumentar a temperatura do isolador são limitadas pelo início da "pré-ignição" nas velas de ignição, quando estas alcançam temperaturas excessivamente elevadas durante a operação.

É um objeto da presente invenção regular o índice térmico de uma vela de ignição de múltiplas centelhas de modo que ela pode chegar rapidamente a uma temperatura, sem o risco de sofrer de uma pré-ignição depois.

Para este fim, a invenção antecipa a formação de uma abertura profunda em torno de toda a circunferência do alojamento, esta abertura formando uma câmara de troca térmica dentro do alojamento da vela de ignição aberta para o exterior.

De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, a câmara está posicionada entre o alojamento e o isolador.

De acordo com a invenção, a câmara pode conter uma peça de dilatação capaz de abrir ou fechar sua entrada aos gases quentes.

As etapas propostas tornam possível limitar o resfriamento da cerâmica durante a fase de partida sem aumentar sua temperatura de operação. Isto, então, proporciona um índice térmico não linear que corresponde ao aquecimento rápido da vela de ignição, mas sem o risco de pré-ignição quando quente.

A presente invenção será ainda entendida na leitura da seguinte descrição de algumas formas de realização não limitativas da mesma, com referência aos desenhos anexos, em que:

- figura 1 ilustra o estado conhecido da arte,

- figuras 2, 3, 4A-4B e 5A-5B ilustram quatro formas de realização da invenção.

A figura 1 mostra uma vela de ignição 1 de múltiplas centelhas de tipo conhecido compreendendo dois eletrodos 2, 3 de geração de plasma separados por um isolador 4 feito de um material dielétrico como uma cerâmica. Os dois eletrodos 2, 3, respectivamente, constituem um alojamento externo 3 circundando o isolador, e um eletrodo central 2 alojado em um orifício central do isolador 4. O alojamento 3 no modo convencional tem uma rosca de parafuso externa 3 a, de modo que a vela de ignição pode ser aparafusada no cabeçote do cilindro do motor. Como mencionado acima, quando o isolador 4 não alcançou uma temperatura elevada o suficiente, os depósitos de coque interrompem a operação da vela de ignição ao criarem vias de fuga de corrente. Acima e além de uma determinada temperatura, da ordem de 400°C, o coque depositado é destruído por pirólise.

A vela de ignição na figura 2 tem, adicionalmente, um volume morto 6 constituindo uma câmara aberta para o exterior. A câmara 6 se posiciona entre o alojamento 3 e o isolador 4. De acordo com o diagrama, a câmara pode ter, com vantagem, um primeiro setor 6a tubular, conectado a um segundo setor 6b circular, aberto ao exterior.

De acordo com um outro aspecto da invenção, demonstrado na figura 2, as paredes da câmara 6 podem ser metalizadas. A camada de metal ou luva 7, aplicada ao isolador, está, então, em contato direto com os gases quentes, que são também particularmente oxidantes sob condições de queima pobre da câmara de combustão. A metalização das paredes da câmara 6 torna possível, em particular, evitar que plasma seja criado entre a cerâmica do isolador e o alojamento. Esta camada metálica 7 pode, por exemplo, consistir de uma luva soldada sobre a cerâmica, que irá conferir à última a capacidade de suportar os gases oxidantes. Na prática, a espessura da luva deve ser de modo a conciliar sua capacidade de suportar erosão termoquímica, resistência térmica e o custo de sua produção. De fato, se a luva for muito espessa, sua resistência térmica será muito baixa, e a cerâmica não irá aquecer o suficiente para destruir os depósitos por pirólise. O material do qual a luva é fabricada deve ser também selecionado de acordo com sua condutividade e seu coeficiente de dilatação, que precisa ser compatível com o da cerâmica e com as duas propriedades mecânicas. Finalmente, sem sair do escopo da invenção, a própria camada metálica pode ser protegida por um revestimento inerte, uma camada fina de cerâmica ou algum outro revestimento metálico particularmente bem adaptado para suportar oxidação, como níquel.

A figura 3 ilustra uma segunda forma de realização da invenção pela qual a câmara 6 é uma abertura tubular simples formada na massa do alojamento 3. Neste caso, a câmara não mais se estende entre o alojamento e o isolador como antes, mas constitui um corte na massa do alojamento. A aplicação de uma camada metálica 7 é essencial para evitar a formação de um plasma. Aqui, a metalização pode ser aplicada simplesmente à interface entre a cerâmica 4 e o alojamento 3, independentemente da câmara 6.

As figuras 4A e 5B ilustram disposições adicionais que permitem que o comportamento da câmara se adapte automaticamente às condições de temperatura da vela de ignição de modo a ainda melhorar a regulação "não linear" do índice térmico da vela de ignição, particularmente para a levar a se comportar como uma vela de ignição muito quente quando o motor ainda está frio e como uma vela de ignição morna quando o motor está quente, particularmente sob carga pesada.

Como indicado nas figuras, a câmara 6 pode conter uma peça de dilatação 8, 9 capaz de abrir ou fechar sua entrada aos gases quentes. Quando a temperatura é baixa, a peça de dilatação se contrai e abre a passagem aos gases quentes que fornecem uma corrente de calor acelerando a operação da vela de ignição. Uma vez que a vela de ignição alcançou sua temperatura de operação, a peça é dilatada e fecha a passagem aos gases quentes. Assim, a vela de ignição alcança seu equilíbrio térmico na temperatura menor do que se a câmara tivesse permanecido aberta.

Nas figuras 4A e 4B, a peça de dilatação 8 é uma luva corrugada, da qual uma extremidade é fixada e a outra extremidade suporta um obturador cilíndrico 8a que fecha a entrada da câmara 6 quando a luva dilata.

Nas figuras 5A e 5B, a peça de dilatação 9 é uma luva de parede dupla contendo um metal 9a, que funde em uma temperatura relativamente baixa: dilatação do metal líquido 9a leva a luva 9 a expandir, assim bloqueando a passagem dos gases quentes.

Estas duas disposições não são limitativas e, como evidente, outros tipos de obturador com base, por exemplo, em flanges atuando como obturadores, ou sobre o uso de ligas com memória de forma ou uma tira de bi- material, podem ser também visados.

Em conclusão, deve ser enfatizado que todas as medidas propostas pela invenção se baseiam na criação de um espaço vazio, ou câmara aberta, entre o isolador e o alojamento, tornando possível regular o índice térmico da vela de ignição e, particularmente, obter um índice térmico não linear. Além disso, a metal ização das paredes da câmara é uma solução particularmente bem apropriada para operação com queima pobre, porque ela protege a cerâmica dos agentes oxidantes nos gases de combustão.

Claims (11)

1. Vela de ignição radiofreqüência (1) de motor de combustão interna, compreendendo dois eletrodos (2, 3) de geração de plasma separados por um isolador (4) e que respectivamente constituem um alojamento externo (3) envolvendo o isolador, e um eletrodo central (2) alojado em um orifício central do isolador, caracterizada pelo fato de que, dentro do alojamento (3), a vela de ignição (1) tem uma abertura profunda (6) em torno de toda a circunferência do alojamento (3), formando uma câmara de troca térmica aberta ao exterior.

2. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a câmara está posicionada entre o alojamento (3) e o isolador (4).

3. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a câmara (6) tem um primeiro setor tubular (6a) conectado a um segundo setor circular (6b) que é aberto ao exterior.

4. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que as paredes da câmara (6) são metalizadas.

5. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a câmara (6) é uma abertura tubular simples feita na massa do alojamento (3).

6. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a face interior do alojamento (3) é metalizada.

7. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1 a 4 e 6, caracterizada pelo fato de que a metalização é obtida por solda forte de uma luva de metal final (7) sobre a cerâmica.

8. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que a metalização (7) é protegida por um revestimento que é resistente a atmosferas oxidantes em temperatura elevada.

9. Vela de ignição acordo com ignição de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a câmara (6) contém uma peça de dilatação (8, 9), capaz de abrir ou fechar sua entrada aos gases quentes.

10. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a peça de dilatação (8) é uma luva corrugada, da qual uma extremidade é fixa e a outra extremidade suporta um obturador (8a) que fecha a entrada à câmara (6) quando a luva foi dilatada.

11. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a peça de dilatação (9) é uma luva de parede dupla contendo um metal (9a) que funde em uma temperatura relativamente baixa, cuja dilatação leva a luva a expandir em tal modo para bloquear a entrada dos gases quentes.