BRPI0710551A2 - vela de ignição - Google Patents
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Abstract
VELA DE IGNIçãO. Uma vela de ignição tendo um eletrodo central e/ou eletrodo erra com uma parte de centelha afixada. A parte de centelha tem um material base e um material protetor em que o material base é altamente resistente à erosão por centelha e o material protetor é altamente resistente à corrosão.
Description
"VELA DE IGNIÇÃO"
PEDIDOS CORRELATOS
O presente pedido reivindica o beneficio do pedido provisórioUS SN 60/790.215, depositado em 7 de abril de 2006, todo o teor dessepedido sendo considerado parte integrante da exposição do presente pedido eaqui incorporado a titulo de referência.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A presente invenção é dirigida a uma vela de ignição dotada deum eletrodo central e de um eletrodo terra. Uma parte de pelo menos um doeletrodo central e do eletrodo terra. Uma parte pelo menos do eletrodo centrale do eletrodo terra inclui uma parte de centelha tendo um material base e ummaterial protetor para prevenir a corrosão do material base.
As velas de ignição são bem conhecidas na indústria e vem dehá muito sendo usadas para deflagrar a combustão em motores de combustãointerna. As velas de ignição desempenham a função básica de inflamar gasesno cilindro de um motor, a ignição dos quais gera o curso motor (do êmbolo).Devido à própria natureza de motores de combustão interna, as velas deignição são expostas a muitos extremos ocorrendo no interior de um cilindrodo moto inclusive altas temperaturas e vários gases de combustão corrosivosque tradicionalmente têm reduzido a longevidade da vela de ignição. A erosãopor centelha pode também reduzir a longevidade da vela de ignição.
A erosão por centelha elétrica é onde o eletrodo e,particularmente, a extremidade de ignição de uma vela, se desgasta durante aoperação devido à energia periódica do arco de centelha vaporizando materialde eletrodo. As velas de ignição tradicionalmente possuem eletrodosformados de níquel ou ligas de níquel que são suscetíveis à erosão pelacentelha. O uso de nova tecnologia em motores para aperfeiçoar a economiade carburante resultou em maior energia passar através da vela de igniçãopara forçar a centelha a saltar o intervalo entre o eletrodo central e o eletrodoterra e potencialmente uma maior duração do arco. Esta energia aumentadaaumentou a taxa de erosão pela centelha em materiais suscetíveis à erosãopela centelha e mais fabricantes de velas de ignição vem se afastando dosmateriais de níquel ou de liga de níquel comumente usados em busca demateriais que são altamente resistentes à erosão por centelha tais comoplatina, irídio ou de suas ligas.
Embora níquel e ligas de níquel tradicionalmente tem sidoaltamente resistentes à erosão por centelha, muitos dos metais ou ligas demetal substituto que são mais resistentes à erosão por centelha do que o níquelou ligas de níquel, também são suscetíveis à erosão por centelha. Os materiaissubstitutos mais comuns para níquel ou liga de níquel tem sido platina, irídio,ou ligas dos mesmos. Como a platina e o irídio são genericamentedispendiosos, há conveniência em minimizar a quantidade de material usadapara proporcionar a parte de centelha. Por conseguinte, uma parte de centelha formada de platina ou irídio ou ligas dos mesmos é tipicamente afixada a umeletrodo central de níquel ou liga de níquel e minimizada em dimensão.
Embora a platina e ligas de platina sejam excelentes no reduzira erosão por centelha, também são suscetíveis à corrosão. Outrossim, a platinae as ligas de platina quando usadas como a parte de centelha ligar-se comconstituintes de combusta e podem formar nódulos ou crescimentos sobre aparte de centelha. Com o passar do tempo estes crescimentos podemeventualmente interferir com a centelha ou alterar o intervalo de centelha.Outrossim, como parte dos gases de combustão pode causar a corrosão daparte de centelha platina, a dita corrosão pode causar a alteração do intervalode centelha a se alterar e desse modo reduzir o desempenho da vela deignição. O desempenho reduzido das velas de ignição pode causar falha deignição, reduzir a economia de combustível, e insatisfatório desempenho domotor.
Para aperfeiçoar o desempenho das velas de ignição e preveniro crescimento de vários materiais sobre a parte de centelha da vela de ignição,muitos fabricantes de velas de ignição têm recentemente efetuado a troca parairídio na parte de descarga ou de centelha. Como o irídio tem ponto de fusãomuito elevado, é também altamente resistente à erosão pela centelha porém ésuscetível à oxidação e outra corrosão às temperaturas operacionais maisaltas. Todavia, quando os fabricantes de motores aumentaram as tensõeselétricas e térmicas para a vela de ignição através de alterações no motor paraaperfeiçoar a economia de combustível, verificou-se que o irídio tem estadode oxidação muito volátil às altas temperaturas, tal como a extremidadesuperior da gama operacional da vela de ignição (800 - IlOO0C). Emcomparação com os motores tradicionais, estes motores de tecnologia maisrecente exigem mais energia a ser fornecida através da vela de ignição paraforçar a centelha a saltar entre o eletrodo central e o eletrodo terra, e atemperatura operacional das velas de ignição vem se elevando. Às altastemperaturas uma parte de centelha de irídio de uma vela de ignição podeexperimentar severa corrosão.
Em uma modalidade específica, a corrosão de irídio acredita-se ocorrer quando o cálcio e/ou o fósforo reage com o irídio para causarcorrosão e erosão da parte de centelha. A presença de cálcio e fósforo emmateriais de combustão é um desenvolvimento relativamente mais recentequando os fabricantes de motores procuram aumentar a economia decombustível pelo reduzir a fricção, e por conseguinte, às vezes permitindomais óleo a se infiltrar no interior da câmara de combustão, cálcio e fósforoestão principalmente presentes em óleos de motor e, particularmente, aditivosde óleo. Acredita-se que o cálcio e fósforo na presença de oxigênio durante acombustão no interior do cilindro do motor reagem com o irídio para formarum composto volátil que se evapora e resulta na perda de irídio na parte decentelha. Mais especificamente, acredita-se que cálcio gasoso durante o ciclode combustão e descarga se condensa sobre a parte de centelha de irídio davela de ignição e, particularmente, nos lados da parte de centelha. Éconhecido que o cálcio em fusão dissolve o irídio e que o irídio é vulnerável àoxidação na presença de fósforo. Por conseguinte, o composto formado apóso fósforo e o oxigênio reagirem com a mistura de cálcio irídio dissolvida émuito volátil e sujeito a evaporação ou vaporização que resulta em perda daparte de centelha de irídio. Mais especificamente o mecanismo de corrosãocom fósforo e cálcio tipicamente corrói os lados do eletrodo e não a superfícieda centelha voltada para o eletrodo oposto, que devido à atividade da centelhasobre a superfície de centelha acredita-se prevenir o acúmulo de depósitoscorrosivos. Um diagrama de uma vela de ignição mostrando a perda de umaporção da parte de centelha é mostrado na fig. 1. Deve também ser observadoque o irídio também pode experimentar alguma oxidação sem a presença decálcio e fósforo na faixa de temperatura de cerca de 80 a IlOO0C e com apresença de cálcio e fósforo o processo de corrosão acima descrito podeocorrer a um nível tão baixo quanto 600°C que está dentro da faixaoperacional típica de uma vela de ignição. Naturalmente, quando acompressão do motor aumenta, a faixa operacional de temperatura de umavela de ignição se elevará e oxidação de irídio mesmo sem a presença decálcio e fósforo se tornará crescentemente um problema.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em virtude do acima exposto, a presente invenção é dirigida auma vela de ignição em que pelo menos um dentre um eletrodo central e umeletrodo terra inclui uma parte de centelha dotada de um material base que éaltamente resistente à erosão por centelha e de um material protetor que éaltamente resistente aos vários mecanismos de corrosão que uma vela deignição pode experimentar. O material protetor é uma delgada camada dematerial aplicada a ou formada com o material base. A camada de materialprotetor é formada de níquel ou de uma liga de níquel e tem menos de 0,09mm em espessura. Outrossim, o material protetor é geralmente difundido nointerior do material base para formar uma camada de liga delgada próxima àsuperfície exterior do material base durante a manufatura da vela de ignição.O material base pode ser formado de uma variedade de elementos comumenteusados nas velas de ignição inclusive platina, paládio, ródio irídio, rutênio,rênio ou ligas dos mesmos.
O âmbito adicional de aplicabilidade da presente invenção seevidenciará da descrição detalhada a seguir, das reivindicações,reivindicações e desenhos. Todavia, deve ser entendido que a descriçãodetalhada e exemplos específicos, embora indicando modalidadespreferenciais da invenção são apresentadas meramente a título de ilustração,uma vez que diversas variações e modificações dentro do espírito e âmbito dainvenção se evidenciarão aqueles versados na técnica.DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS
A presente invenção será mais plenamente entendida a partirda descrição detalhada fornecida abaixo, e dos desenhos apensos de acordocom os quais:
A fig. 1 é um diagrama típico de uma parte de centelha deirídio que foi severamente corroída;
A fig. 2 é uma vista seccional parcial de uma vela de ignição;A fig. 3 é uma vista seccional ampliada do eletrodo centralincluindo parte de centelha da vela de ignição;
A fig. 4 é uma vista seccional ampliada do eletrodo centralinclusive da parte de centelha da vela de ignição;
A fig, 5 é uma vista seccional ampliada do eletrodo centralinclusive da parte de centelha da vela de ignição;
A fig. 6 é uma vista seccional ampliada do eletrodo centralinclusive da parte de centelha da vela de ignição;
A fig. 7 é uma vista seccional ampliada do eletrodo centralinclusive da parte de centelha da vela de ignição;A fig. 8 é uma vista seccional ampliada do eletrodo centralinclusive da parte de centelha da vela de ignição;
A fig. 9 é uma vista seccional ampliada do eletrodo terrainclusive de uma parte de centelha;
A fig. 10 é uma vista seccional ampliada da parte de centelhailustrando o contorno difundido;
A fig. 11 é uma vista seccional ampliada do eletrodo centralinclusive da parte de centelha da vela de ignição tendo múltiplas camadas dematerial de proteção anterior à difusão do material protetor com o materialbase; e
A fig. 12 é uma vista seccional ampliada do eletrodo terrainclusive uma parte de centelha.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERENCIAL
A presente invenção conforme ilustrada nas figuras é dirigida auma vela de ignição 10 (fig. 2) tendo um eletrodo terra 12 e um eletrodocentral 20. O eletrodo central 20 e/ou o eletrodo terra 12 inclui uma parte decentelha 30. A parte de centelha 30 pode ser aderida, soldada 38, ou de outramaneira afixada ao eletrodo central 20 (fig. 2) d/ou eletrodo terra 12 (fig. 9).
A parte de centelha 30 inclui um material base 36 e ummaterial protetor 14 que genericamente forma uma camada exterior ouprotetora (figs. 3-5). Como ilustrado na fig. 10, o material protetor 34 pode setornar difundido com o material base, formando uma parte de centelha 30 semuma camada distinta entre o material protetor 34 e o material base 36. Maisespecificamente, o material base 36 é principalmente formado de um materialresistente à criação de centelha, tal como irídio (Ir), platina (Pt), paládio (Pd),ródio (Rh), rutênio (Ru), rênio (Re), ou ligas dos mesmos. Os elementos maiscomumente usados do grupo acima incluem platina e irídio. Adições típicaspara formar ligas do material base acima incluem um ou mais elementosselecionados do grupo consistindo de irídio, platina, paládio, ródio, rutênio,rênio, zircônio (Zr), níquel (Ni); e tungstênio (W). Outro material base 36típico formado de uma liga é descrito em maior detalhe no pedido de patenteUS S 11/691.288, depositado em 26 de março de 2007 e intitulado "Vela deIgnição". Embora a presente invenção contemple irídio ou platina como omaterial base ou uma liga de irídio ou liga de platina, a presente invenção estálimitada a somente ao uso de irídio ou platina, ou ligas de irídio ou platinacomo o material básico. Ainda outra liga de irídio típica própria para usocomo material base inclui 94% a 99% de irídio, 1% a 3% de ródio, 0,1% a1,5% de tungstênio e 0,01% a 01% de zircônio em peso. Para velas de igniçãoindustriais de grande porte, o material base tipicamente tem um diâmetro deaproximadamente 1,8 mm a 4 mm, para vela de ignição veiculares, 0,4 mm a2,1 mm, e velas de ignição de jogos de passa-tempo de 0,25 mm a 2,1 mm.
O material protetor 34, quando combinado com o materialbase, previne a corrosão ou oxidação da matéria base na presença de cálcio efósforo. O material protetor 34 é formado de um elemento resistente àcorrosão e oxidação. Na presente invenção, o material protetor 34 é formadode níquel ou de uma liga de níquel. Entre as ligas de níquel típicas se incluem85% níquel e 14% de cromo por peso.
Embora o material protetor 34 possa ser formado de uma únicaliga como descrito acima, cada um dos elementos também pode ser aplicadoem camadas separadas sobre o material base. Verificou-se que a aplicação desucessivas camadas separadas de cada elemento individual em vez de suasligas proporciona proteção suficiente conforme desejado e baixa o custo dematerial. Por exemplo, se um material base é de índio ou de uma liga deíndio, cobre pode ser aplicado como uma primeira camada através dedeposição eletrolítica e a seguir níquel pode ser aplicado como uma camadaexterna através de uma opção de deposição sucessiva. Naturalmente, cromopoderia ser utilizado em lugar de cobre para obter resultados resistentes àcorrosão similares. Naturalmente várias ordens de disposição também podemser usadas com o níquel situado sobre a camada interna e em contato diretocom o material base. A requerente também verificou que quaisquerdisposições de camadas para materiais protetores inclusive cobre, níquel, ecromo podem ser usadas, todavia um material em camadas de proteçãoparticularmente útil é formado pelo depositar por eletrólise uma primeiracamada de cobre 34a sobre o material base 36, uma segunda camada 34b decromo aderida ao cobre através de uma operação de eletrólise então umaterceira camada 34c de níquel aderida ao cromo através de uma operação deeletrólise, conforme ilustrada em uma vista seccional exagerada na fig. 11.Todavia, deve ser observado que como as camadas individuais podemposteriormente se tornar conjuntamente difundidas juntamente com o materialbase.
Centelhas tipicamente se originam sobre a borda 44 da partede centelha 30 e, como o níquel está sujeito à erosão por centelha, o materialprotetor tem de ser formado bastante delgado para que a centelha através dafolga de faísca 14 primariamente se origine sobre o material base 36 e não nomaterial protetor 34 durante a continuada operação da vela de ignição. Emalgumas modalidades, para facilidade de fabricação, a superfície de descarga40 também pode ser revestida com um material protetor anódico 36 que sedesgasta da superfície de descarga 40 durante a operação, porém, permanecesobre os lados da parte de centelha 30 para proteger contra corrosão napresença de cálcio e fósforo. Por conseguinte, o material protetor 34 égenericamente formado tendo uma espessura de menos de 0,09 mm.Adicionar uma camada com ma espessura de 0,002 mm a 0,018 mm ofereceproteção suficiente contra corrosão ao material base enquanto ainda evitandoerosão por centelha. Como o material protetor 34 é formado como umacamada muito delgada de material, quaisquer variações de entreferro devido àerosão por centelha não são substanciais para afetar o desempenho da vela deignição. Também, áreas suscetíveis à corrosão, tais como as superfícieslaterais, genericamente não são suscetíveis à erosão por centelha, contudo omaterial protetor protege a superfície lateral contra corrosão. A borda 44 e asuperfície de descarga 40 da parte de centelha 30 tipicamente não sãosuscetíveis à corrosão na presença de fósforo e cálcio, pois, a atividade decentelha previne este mecanismo de corrosão na presença de fósforo e cálcio.
A parte de centelha 30 na modalidade ilustrada é configuradaem um perfil cilíndrico ou poligonal tendo uma circunferência externa 42 euma primeira extremidade ou superfície de descarga 40. A extremidadeoposta à superfície de descarga 40 é afixada ao eletrodo central 20. O eletrodocentral 20 é genericamente constituído de um elemento ou liga resistente àcorrosão tal como níquel ou uma liga de níquel, todavia outros elementos eligas podem ser usados, tal como um eletrodo central a base de ferro. Comoilustrado nas figuras, o material protetor 34 não se estende sobre a primeiraextremidade ou superfície de descarga 40. Como a superfície de descarga 40constantemente tem centelhas emanadas da mesma durante a operação, acorrosão da superfície de descarga é mínima ou inexistente pois a emissão decentelhas predominantemente mantém a superfície de descarga 40 livre deelementos corrosivos.
Como declarado acima, para prevenir a erosão por centelhas,pois a parte de centelhas 30 tem um material protetor que é depositado,catodicamente pulverizado, desintegrado, pulverizado à chama, ou revestido àplasma com uma espessura inferior a 0,09 mm. Por conseguinte, a quantidadede material protetor 34 adicionada ou depositada no material base 36 émínima. Por conseguinte, material protetor suficiente é depositado nacircunferência externa do material base para formar uma parte de centelha 30que é altamente resistente à corrosão enquanto ainda minimizando aquantidade de material depositada sobre a superfície de centelha para prevenirexcessivo crescimento do intervalo através da erosão por centelha.
Pelo utilizar uma delgada camada conforme descrito acima,durante o cozimento da vela de ignição ou componente da vela de ignição emum forno durante o processo de manufatura e potencialmente a operaçãoposterior da vela de ignição em um motor, o material protetor 34 torna-sedifundido no interior do material base 36, de forma que o material protetor e omaterial base são conjuntamente difundidos para que um limite definidoexista entre o material protetor 34 e o material base 36 pode ser difícil dedeterminar, como ilustrado na fig. 10. Mais especificamente devido aomaterial base 36 ser difundido com o material protetor 34 em torno dacircunferência externa, em uma vista em seção transversal a parte de centelha30 passa de ser predominantemente de níquel próximo à circunferênciaexterna 42 através de uma área difundida 90 onde a quantidade de materialprotetor continuamente decresce da circunferência externa (fig. 10). Asfiguras 3-10 ilustram um material protetor 34 de uma maneira exageradaquanto à espessura anterior à difusão. Como ilustrado na fig. 10, a camadailustrada estando entre aproximadamente 100% de material protetor nacircunferência externa e decrescer para pelo menos 10% onde o limite interno91 é ilustrado, muito embora inexista delimitação distinta uma vez que adifusão ocorra. Mais especificamente, a área difundida de material protetor seestende da circunferência externa 42 onde o material protetor 34 forma quase100% do material no sentido do centro 32 da parte de centelha 30 até omaterial base 36 ser substancialmente predominante tal como constituindomais de 90% em peso naquela área dada formando o limite interno 91. Comoilustrado na fig. 10, uma área 64 onde proporções iguais de material base e dematerial protetor podem ser determinadas. Aqueles versados na técnicareconhecerão que as figs. 3-9 para clareza visual ilustram a camada dematerial protetor ou área difundida como sendo muito mais espessa emrelação ao material base do que é descrito na especificação ou reivindicadonas reivindicações.
Como a vela de ignição em operação tem o material base 36difundido no material protetor e o material protetor 34 difundido no materialbase 36, é muito difícil durante a operação para o material protetor 34 setornar separado do material base 36 conforme pode ocorrer com materiaisrevestidos mais espessos. Por exemplo, uma base revestida com uma camadaexterna dotada de uma espessura superior a 0,09 mm, pode ter perfis térmicosdissimilares devido aos materiais dissimilares, que pode ter se tornadoseparado com o transcurso do tempo quando a vela de ignição continuamenteflutua entre ciclos térmicos quente e frio. Por conseguinte, o fornecimento deuma delgada camada que se torna difundida no material base em vez de tercamadas individuais distintas permite a vela de ignição a aumentar alongevidade de operação através de resistência à erosão por centelhaaumentada, resistência à corrosão aumentada, assim como maior durabilidade.
A vela de ignição 10 inclusive a parte de centelha 30 pode serproduzida através de qualquer processo conhecido. A manufatura de velas deignição é bem conhecida, inclusive a adição de uma parte de centelha 30sobre o eletrodo central 20 e/ou o eletrodo terra 12. Na presente invenção, aparte de centelha 30 pode aderida, soldada por resistência, soldada a laser, ouafixada através de qualquer processo conhecido ao eletrodo central 20 e/oueletrodo terra 12. A vela de ignição 10 genericamente inclui um cascometálico, um isolador, e o eletrodo central 20 disposto no isolador de talmodo que a parte de centelha 30 sobre o eletrodo central 20 sobressaia nosentido do eletrodo terra 12 com a superfície de descarga 40 (fig. 2).
O isolador é tipicamente formado de alumina e tem umapassagem através da qual o eletrodo central 20 se estende. O casco metálico éformado de uma luva de metal de forma cilíndrica incluindo partesrosqueadas que se atarraxam no interior de um bloco de motor. O cascometálico é tipicamente formado de aço carbono comum ou aço inoxidável oude outros materiais.
A parte de centelha 30 é genericamente primeiramenteformada pela conformação de material base 36 de platina, paládio, ródio,irídio, rutênio, rênio, ou ligas dos mesmos. O material base 36 da parte decentelha 30 pode ser formado através de qualquer processo conhecido.Omaterial base 36 pode ser formado em chapas, discos, fios, ou barras de metalatravés de conformação a quente, laminação a quente, ou trefilação a quente.Outro processo de conformar o material base 36 é efetuar a fusão de metal empó para formar o material base 36. O processo de fusão pode ser realizadoatravés de fusão a arco, fusão a raio, fusão a laser, fusão por indução de altafreqüência, fusão a plasma, ou qualquer outro processo conhecido.
Com o material 36 conformado aproximadamente com o perfildesejado, tipicamente na forma de uma barra ou vergalhão alongado, omaterial protetor 34 é adicionado então ao material base 36 formando a barraou vergalhão. O material protetor 34 pode ser adicionado através de processostais como deposição eletrolítica ou deposição não eletrolítica, eletrodeposição,pulverização catódica, pulverização à chama, ou até co-extrusão. E importanteque a espessura do material protetor quando adicionado à camada base nãoseja maior que 0,09 mm. Naturalmente, qualquer outro meio de proporcionaruma delgada camada de menos de 0,09 mm sobre a superfície externa de ummaterial base pode ser usado para aplicar o material protetor 34 sobre omaterial base 36. Uma vez a parte de centelha 30 seja formada com ummaterial protetor 34 sobre o exterior do material base 36, a parte alongada écortada, estampada, ou prensada com a extensão apropriada e as peçasindividuais são preparadas para serem afixadas quer ao eletrodo central 20quer ao eletrodo terra 12.
Entre os processos de afixar a parte de centelha ao eletrodoterra 12 e/ou eletrodo central 20 inclui a soldagem, tal como por resistência,laser, ou outros recursos ao eletrodo central ou terra 12/20. Outro processo éformar impressões ou depressões sobre a superfície externa da parte decentelha 30 para criar mecanismos de travamento mecânico (não ilustrado). Oeletrodo central 20 é perfurado com o mesmo diâmetro da parte de centelha30 e a parte de centelha 30 é inserida no interior do orifício (fig. 7). Oeletrodo central 20 é então aquecido tal como um laser para que o metal sefunda em torno da parte de centelha inserida 30 e se forme no interior dasdepressões sobre a superfície externa. Naturalmente outras operações deformação para a parte de centelha 30 tal como na fabricação de um rebite comcabeça podem ser realizadas e então a parte de centelha pode ser afixada aoeletrodo central 20 conforme é conhecido da técnica. Outrossim, a parte decentelha 30 pode ser afixada a outro arame ou disco e soldada ao mesmo eentão pode sua vez soldada ao eletrodo central 20 para aumentar a ligaçãoentre o eletrodo central 20 e a parte de centelha 30.
O eletrodo central 20 é ilustrado na fig. 3 soldado diretamenteao eletrodo central 20, o eletrodo central 20 pode ser processado para reduziro diâmetro da ponta de níquel 21 do eletrodo central e proporcionar umacavidade 22 para receber uma parte de centelha 30. A parte de centelha 30pode incluir uma variedade de configurações, tal como uma parte de centelhamontada 30 formada de mais de um material e então o material protetoraplicado. Mais especificamente, como um exemplo, a parte de centelha podeser formada de uma parte de níquel e parte de índio, que é montada sobre oeletrodo central (fig. 6). O material protetor 36 pode cobrir ambas as partes eser aplicado antes ou após a montagem no eletrodo central. Como ilustradonas figs. 3 e 4, a parte de centelha 30 pode ser primeiramente processada pararevestir a parte 36 com o material protetor 34. A parte de centelha 30 quandorevestida com o protetor 34 é então soldada com o eletrodo central 20. Poçasde solda 38 ocorrem provenientes da soldagem da parte de centelha 30 com oeletrodo central 20. A parte de centelha 30 nas figs. 5-6 é aplicada após omaterial base 36 ser afixado ao eletrodo central 20. Mais especificamente, omaterial base 36 é aplicado ao eletrodo central 20, e a seguir o materialprotetor 34 é aplicado ao eletrodo central 20 e ao material base 36. Istopermite fácil aplicação do material protetor durante o processo de manufatura.Na fig. 6, um rebite para multicamadas é formado enquanto a parte decentelha tendo o material base afixado a outro material 33, tipicamente liga deníquel. Um exemplo de uma parte de centelha montada 30 pode ser encontrãono pedido de patente US SN 11/602.028, depositado em 20 de novembro de2006, intitulado "Method Of Forming A Spark Plug With Muti-Layer FiringTip"; no pedido de patente US SN 11/602.146 depositado em 20 de novembrode 2006, intitulado "Spark Plug With Muti-Layer Firing Tip", e no pedido depatente US SN 11/602.169, depositado em 20 de novembro de 2006,intitulado "Spark Plug With Muti-Layer Firing Tip", que são aquiincorporados a título de referência. Conforme descrito acima, apenas a partede centelha 30 pode incluir uma camada de material protetor, ou o eletrodocentral e a parte base pode incluir a camada de material protetor. O materialprotetor 34 é aplicado ao rebite de multicamadas para formar a parte deignição 30. A parte de centelha de rebite em multicamadas 30 é então afixadaao eletrodo central, tal como por soldagem. O rebite de multicamadas na fig. 6é ilustrado como sendo afixado ao eletrodo central e a seguir revestido com omaterial protetor todavia, poderia inicialmente ser revestido com o materialprotetor e a seguir afixado. A figura 9 ilustra a parte de centelha 30 sendoaplicada ao eletrodo terra 12.
O material protetor pode ser adicionalmente otimizado atravésde tratamento químico ou térmico. O tratamento térmico ou químico podeocorrer antes ou após a parte de centelha 30 ser afixada ao eletrodo central 20.Por exemplo, o tratamento térmico da parte de centelha 30 pode ocorrerdurante a manufatura da vela de ignição, tal como a cura final da vela deignição 10 para que a conexão entre o material base 36 e o material protetor34 seja otimizada pela difusão do material protetor 34 no interior do materialbase 36. A difundida dos materiais pode ocorrer de forma que a interfaceentre as duas camadas crie uma camada limite difundida em vez de umacamada distinta. Outrossim, o efetuar a difusão da interface entre as duascamadas permite uma conexão mais íntima ao nível molecular quando os doismateriais se tornam similares, cada um tendo uma parte difundida do outro noseu interior enquanto proporcionando a resistência à erosão por centelhadesejada sobre a circunferência externa. Por conseguinte, material protetorsuficiente é depositado sobre a circunferência externa do material base paraformar uma parte de centelha 30 que é altamente resistente à corrosãoenquanto minimizando a quantidade de material depositada para prevenirexcessiva erosão por centelha junto à borda 44.
Durante o processo de manufatura, o material protetor é pelomenos parcialmente difundido no interior do material base, que proporcionaproteção otimizada contra corrosão. Mais especificamente, durante ocozimento da selagem de vidro, tal como á temperaturas acima de 530°C, omaterial protetor principia a entrar em difusão no interior do material base.Por exemplo, quando um material de níquel protetor 34 torna-se difundido ηinterior de um material base 36 de irídio, a liga de irídio níquel proporcionaproteção otimizada que ultrapassa o desempenho quer do níquel quer do índiopor si próprio. Por conseguinte, o material protetor forma uma área difundida39, como ilustrado na figura 13. A área difundida 39 proporciona proteção,mesmo se o material protetor que não se difundir 34 dissipar-se por erosão.
Outrossim, verificou-se que a combustão do material base com o materialprotetor proporciona proteção otimizada. Mais especificamente, quando a velade ignição é objeto de cozimento para formar a vedação de vidro, tipicamentea temperaturas de cerca de 750°C a 1000°C, o material protetor torna-sedifundido no material base para formar a área difundida 39. A área difundida,se deslocando do centro da parte de centelha, é essencialmente de materialbase, até uma seção 79 ser atingida em que o material base e o materialprotetor estão presentes em quantidades aproximadamente iguais, parabasicamente o material protetor situar-se próximo à borda externa da parte decentelha 30. A área difundida 39 está também próxima à parte externa daparte de centelha 30. Dependendo da espessura aplicada do material protetor,a área difundida pode não ser exposta durante o processo de manufatura e asuperfície externa ser somente do material protetor. Todavia, durante aoperação do motor, o material protetor pode formar a superfície externa daparte de centelha. A área difundida genericamente é de menor espessura que acamada de material protetor aplicada, e tipicamente tem uma espessura demenos de 0,007 mm, e mais especificamente de 0,005 mm.
A exposição precedente apresenta e descreve uma modalidadetípica da presente invenção. Aqueles versados na técnica facilmentereconhecerão a partir da dita exposição, e dos desenhos e reivindicaçõesapensas que diversas alterações, modificações e variações podem serintroduzidas sem se afastar do fiel espírito e âmbito da invenção conformedefinida pelas reivindicações que se seguem.
Claims (36)
1. Vela de ignição tendo um eletrodo central e um eletrodoterra, e caracterizada pelo fato de pelo menos um dentre o eletrodo central e oeletrodo terra compreende uma parte de centelha, a parte de centelhaincluindo um material base e um material protetor compreendendo níquel, acamada de proteção tendo uma espessura de menos de 0,09 mm.
2. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material base inclui pelo menos umelemento selecionado do grupo consistindo de platina, paládio, ródio, irídio,rutênio e rênio.
3. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material base é selecionado de uma ligade um dos elementos selecionado do grupo consistindo de platina, paládio,ródio, irídio, rutênio e rênio.
4. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor adicionalmente incluipelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de cobre, cromo,vanádio, zircônio, tungstênio, ósmio, ouro, ferro, e alumínio, o dito pelomenos um elemento formando menos de 15% do material protetor.
5. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor compreendeaproximadamente 85% de níquel e aproximadamente 15% de cromo.
6. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o material protetor consiste essencialmente deníquel.
7. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a dita parte de centelha é de uma configuraçãoalongada tendo uma primeira extremidade e uma circunferência externa e emque o dito material base e o dito material protetor definem a dita primeiraextremidade e o dito material protetor define substancialmente a totalidade dadita circunferência externa.
8. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor é eletroliticamentedepositado sobre o dito material base.
9. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor ser catodicamentepulverizado, eletro depositado, extrudado ou pulverizado a chama.
10. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material base inclui uma base externa,superfície circunferencial e em que o material protetor é pelo menosparcialmente difundido no dito material base.
11. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material base inclui uma superfíciecircunferencial de base externa e em que quando a parte de centelha éaquecida acima de 530°C, o contorno entre o dito material base e o ditomaterial protetor torna-se uma liga difundido.
12. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material base inclui uma superfíciecircunferencial de base externa e em que quando a dita parte de centelha éaquecida entre aproximadamente 760°C -820°C para difundir o contornoentre o dito material base e o dito material protetor para formar uma ligadifundida do material base e material protetor.
13. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que adicionalmente inclui uma área difundidapróxima à superfície externa da parte de centelha.
14. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que adicionalmente inclui uma área formando umaliga do material base e do material protetor.
15. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor é aplicado com umaespessura de 0,005 mm a 0,09 mm,.
16. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor é aplicado com umaespessura de 0,005 a 0,025 mm.
17. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor é aplicado com umaespessura de 0,007 mm a 0,02 mm.
18. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que a dita parte de centelha inclui uma áreadifundida tendo uma espessura de menos que dito material protetor aplicado.
19. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que a dita parte de centelha inclui uma áreadifundida tendo uma espessura de 0,005 mm a 0,009 mm.
20. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a dita parte de centelha inclui uma áreadifundida que se estende a partir de uma circunferência externa da parte decentelha no sentido do centro, a dita área difundida tendo uma espessura demenos de 0,025 mm.
21. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a dita parte de centelha inclui uma áreadifundida que se estende a partir de uma circunferência externa da parte decentelha no sentido do centro, a área difundida tendo uma espessura de menosde 0,025 mm.
22. Vela de ignição tendo um eletrodo central e um eletrodoterra, e caracterizada pelo fato de que pelo menos um do dito eletrodo centrale do dito eletrodo de terra compreende uma parte de centelha, a dita parte decentelha incluindo um material base e um material protetor compreendendoníquel, em que o material protetor é pelo menos parcialmente difundido nointerior do material base.
23. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que o dito material base inclui um elementoselecionado do grupo consistindo de platina, paládio, ródio, irídio, rutênio erênio.
24. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que o dito material base é selecionado de uma ligaincluindo pelo menos um elemento do grupo consistindo de platina, paládio,ródio, irídio, rutênio, e rênio.
25. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor adicionalmente incluipelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de cobre, cromo,vanádio, zircônio, tungstênio, ósmio, ouro, ferro, e alumínio, e pelo menos umelemento formando menos de 15% do dito material protetor.
26. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor compreendeaproximadamente 85% de níquel e aproximadamente 15% de cromo.
27. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que a dita parte de centelha é de um perfil alongadotendo uma primeira extremidade e uma superfície externa e em que o ditomaterial base e o dito material protetor definem a primeira extremidade e odito material protetor define substancialmente toda a superfície externa.
28. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor tem uma espessura demenos de 0,09 mm.
29. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor é depositado sobre odito material base.
30. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22,caracterizada pelo fato de que o dito material protetor é pelo menosparcialmente difundido no dito material base.
31. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 30,caracterizada pelo fato de que o contorno entre o dito material base e o ditomaterial protetor torna-se uma liga difundida quando a dita parte de centelha éaquecida acima de 530°C.
32. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de que a dita camada protetora e o dito material debase se encontram em uma área difundida.
33. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 32,caracterizada pelo fato de que a dita área difundida é geralmente formada apartir de uma liga de níquel e um material selecionado dentre o grupoconsistindo de platina, paládio, ródio, irídio, rutênio e rênio.
34. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de que a área difundida inclui um primeiro lado e umsegundo lado com uma seção intercalada e em que o dito primeiro lado éformado principalmente a partir do material base e o dito segundo lado éformado principalmente a partir do material protetor.
35. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 34,caracterizada pelo fato de que dita seção da dita área difundida é formada apartir de uma porcentagem aproximadamente igual de dito material base e omaterial protetor.
36. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 32,caracterizada pelo fato de que após o dito material protetor ser difundido como dito material base, e uma pequena quantidade de material base pode serencontrada sobre a circunferência externa da parte de centelha.
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