BRPI1014115B1 - Ignitor, motor de combustão interna, e, método para formar um ignitor - Google Patents
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Abstract
ignitor, motor de combustão interna, e, método para formar um ignitor esta invenção diz respeito a um ignitor de descarga de corona usado para dar ignição a misturas de ar/combustível em aplicações automotivas e semelhantes. para suprimir um arco de formar quando uma voltagem é aplicada ao ignitor, o ignitor de descarga de corona tem várias formas e configurações, tais como depressões angulares ou ranhuras, na ponta do isolador. a forma e configuração da ponta fornecem um raio menor o qual cria um campo elétrico mais intensificado e fornece melhor combustão.
Description
“IGNITOR, MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, E, MÉTODO PARA FORMAR UM IGNITOR”
Reivindicação de Prioridade [0001] Esse pedido reivindica o benefício de prioridade para o Pedido provisório US 61/175111, depositado em 4 de maio de 2009, o conteúdo do qual é aqui incorporado por referência.
Campo Técnico [0002] Essa invenção se refere geralmente a um ignitor de descarga de corona usado para ignição de misturas de combustível/ar em aplicações automotivas e similares, e em particular para um ignitor de descarga de corona tendo depressões angulares ou ranhuras na extremidade do isolador.
Técnica Relacionada [0003] Velas de ignição convencionais utilizam geralmente um isolador de cerâmica que é parcialmente colocado dentro de um invólucro de metal e se estende radialmente em direção a extremidade terminal. Um terminal condutor é colocado em um orifício central na extremidade terminal, onde o terminal condutor é parte de uma montagem de eletrodo de centro colocado dentro do orifício central. Na extremidade de formação de corona/oposta, o eletrodo de centro é colocado no isolador e tem uma superfície de ignição exposta, a qual, juntamente com um eletrodo terra colocado no invólucro define um espaço de ignição. Muitas configurações de isolador diferentes são usadas para acomodar uma ampla variedade de configurações de terminal.
[0004] A patente americana 6 883 507 divulga um ignitor para uso em um sistema de ignição de combustível/ar de descarga de corona. Em um motor de combustão interna típico, o soquete da vela de ignição, permite que uma vela de ignição seja fixada ao motor de forma que os eletrodos da vela de ignição se comuniquem com a câmara de combustão. Como descrito na Figura 1, um isolador de alimentação através 71a circunda um eletrodo 40 na medida em que passa através de uma cabeça de cilindro 51 na câmara de combustão 50. O isolador 71 a é fixado em um alojamento de eletrodo 72 que pode ser um cilindro de metal. Um
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2/8 espaço 73 entre o alojamento de eletrodo 72 e o eletrodo 40 pode ser preenchido com um gás dielétrico ou com ar comprimido. Eletrônica de controle e unidade de bobina primária 60, unidade de bobina secundária 70, alojamento de eletrodo 72, eletrodo 40 e isolador de alimentação através 71 a juntos formam um ignitor 88 que pode ser inserido no espaço 52. O ignitor 88 pode ser inserido na cabeça de cilindro 51 durante a operação.
[0005] Em uma configuração, o eletrodo 40 é colocado diretamente na mistura ar-combustível na câmara de combustão 50, i.e., o eletrodo se estende através do isolador de alimentação através 71 a e é diretamente exposto à mistura de arcombustível. Em outra configuração, o eletrodo 40 não se estende para fora do material dielétrico que circunda o isolador de alimentação através para ser exposto diretamente à mistura de ar-combustível. Ao invés disso o eletrodo 40 permanece envolto pelo isolador de alimentação através e depende do campo elétrico do eletrodo que passa através de parte do isolador de alimentação através para produzir o campo elétrico na câmara de combustão 50.
[0006] No ignitor, o isolador de alimentação é fabricado de nitrato de boro, BN. Embora BN tenha excelente força de ruptura dielétrica e uma constante dielétrica muito baixa, sendo que as duas são propriedades altamente desejáveis para aplicação, é um material muito macio, o que o torna pouco durável para ser prático para uso em motores automotivos e industriais, Também é um material muito caro e é difícil para processar dentro dos isoladores de geometria desejada de uma maneira eficiente para uma fabricação em grande quantidade.
[0007] A publicação “Ceramic Materials for Electronics, terceira Edição, revista e explicada”por Relva C Buchanan divulga isoladores de cerâmica que servem para isolar os circuitos elétricos e para fornecer uma separação física entre os condutores e regulamentar ou impedir o fluxo de corrente entre eles. A principal vantagem da cerâmica como isolador é a sua capacidade de alta temperatura de operação sem degradação perigosa em mecânica, química ou em propriedades dielétricas. Em particular, a classificação dos materiais na publicação é conhecida como dielétricos lineares, em que o deslocamento elétrico (D) aumenta em proporção direta com o
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3/8 campo elétrico (E) onde a constante de proporcionalidade é a permissividade relativa (€r) a permissividade relativa do material, e a permissividade relativa (€o), uma permissividade relativa do vácuo. Isso é expresso como: D=€o€rE, onde D= deslocamento elétrico (V/m), R= campo elétrico (V/m), €o=permissividade do vácuo relativa e €r =Permissividade relativa do material.
Sumário da Invenção [0008] Em termos gerais, essa invenção fornece um ignitor de descarga de corona usado para ignição de misturas de combustível/ar em aplicações automotivas e similares, e em particular para um ignitor de descarga de corona tendo depressões angulares ou ranhuras na extremidade do isolador.
[0009] A invenção inclui um isolador de cerâmica de extremidade fechada. Na extremidade do isolador depressões angulares ou ranhuras são orientadas perpendiculares uma à outra, Como resultado das depressões angulares ou ranhuras, há um aumento na intensidade do campo elétrico na região do entorno.
[0010] Em uma configuração da invenção, há um ignitor de um sistema de ignição de descarga de corona de mistura combustível/ar, incluindo um isolador de cerâmica que tem uma extremidade terminal e uma extremidade formando corona, a extremidade formando corona do isolador cerâmico formado para aumentar a intensidade de um campo elétrico em uma região de extremidade formando corona.
[0011] Em ainda outra configuração da invenção há um motor de combustão interna que inclui uma cabeça de cilindro com uma abertura de ignitor que se estende desde uma superfície superior a uma câmara de combustão tendo um suporte superior radialmente estendido entre dita superfície superior e dita câmara de combustão, e um ignitor corona, o ignitor incluindo um isolador de cerâmica tendo uma extremidade terminal e uma extremidade formando corona, a extremidade formando corona do isolador cerâmico formado para aumentar a intensidade do campo elétrico em uma região de extremidade formando corona.
[0012] Em ainda outra configuração da presente invenção, há um método de formar um ignitor de um sistema de ignição de descarga de corona de mistura de combustível/ar, incluindo o fornecimento do ignitor de corona com um isolador
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4/8 cerâmico rodeado pelo menos parcialmente por um invólucro; e formando uma extremidade de formação de corona do ignitor para aumentar a intensidade do campo elétrico em uma região de extremidade formando corona.
[0013] Em um aspecto da invenção, o isolador de cerâmica está fechado na extremidade de formação de corona.
[0014] Um outro aspecto da presente invenção, a extremidade de formação de corona do isolador de cerâmica é formada como uma das seguintes opções: um par de depressão angular ou ranhuras orientadas perpendicularmente uma à outra, uma cobertura circular plana; uma depressão angular única ou ranhura em forma de V; uma cobertura arredondada; uma cobertura circular plana com depressões ou ranhuras formando uma forma de estrela; e uma forma cônica.
[0015] Em outro aspecto da presente invenção, o isolador de cerâmica inclui ainda um furo interno que se estende ao longo de um eixo do furo longitudinal a partir da extremidade terminal para a extremidade de formação de corona.
[0016] Essas e outras características e vantagens da presente invenção se tornarão mais evidentes para aquelas pessoas versadas na técnica da decisão detalhada de uma modalidade preferida. Estão descritos abaixo os desenhos que acompanham a descrição detalhada.
Breve Descrição dos Desenhos [0017] A Figura 1 mostra componentes de um sistema de combustão de descarga de corona em um motor de combustão interna, como conhecido na técnica anterior.
[0018] A Figura 2 é um exemplo de isolador de extremidade de corona de acordo com a invenção.
[0019] A Figura 3A é um exemplo de isolador de extremidade de corona com depressões angulares de acordo com a invenção.
[0020] A Figura 3B é um exemplo de vista de topo de uma extremidade de corona do isolador ilustrado na Figura 3A.
[0021] A Figura 4A é um exemplo de seção transversal de um isolador de extremidade de corona da Fig. 3A, de acordo com a presente invenção.
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5/8 [0022] A Figura 4B é um exemplo de uma vista de topo de um isolador de extremidade de corona da Fig. 4A.
[0023] As Figuras 5A-5F são configurações de exemplo da presente invenção com várias configurações das depressões angulares ou ranhuras, em várias configurações nas quais a ponta da extremidade fechada se estende para fora em uma variedade de formas.
[0024] As Figuras 6A-6F mostram uma vista seccional transversal das configurações nas Figuras 5A-5F.
Descrição Detalhada de uma Configuração Preferida [0025] Em um sistema de ignição de corona, um sinal de radio frequência é gerado em um circuito eletrônico e transmitido a um ignitor através de um cabo coaxial. Se a voltagem for muito alta, então, um arco indesejado pode se formar a partir da extremidade do eletrodo para a cabeça. Geralmente, a prevenção contra o arco é realizada utilizando um circuito para detectar e parar o arco, ou, uma barreira mecânica é colocada ao redor do eletrodo. No entanto, a barreira serve para reduzir a intensidade do campo elétrico que é necessário para que haja a ignição. A presente invenção serve para fornecer uma intensidade de campo elétrico que seja grande o suficiente para atingir a ignição, sem arco ou a exigência de detectar tais arcos.
[0026] Como ilustrado na Fg. 2 um isolador 5, geralmente feito de cerâmica e sendo não condutor se estende entre uma extremidade de formação de corona 10 e uma extremidade terminal 15. A partir da extremidade terminal 15 e estendendo-se em direção à extremidade de formação de corona 10, o isolador 5 da montagem da extremidade de corona inclui uma porção terminal 20, um grande suporte 25, um pequeno suporte 30 e uma porção de extremidade de formação 35. Na extremidade de formação de corona 10, o isolador pode ser formado de várias formas, configurações e incorporações, como descrito abaixo em maiores detalhes. Embora o isolador de cerâmica ilustrado nas Figuras e aqui descrito tem características semelhantes àquelas encontradas em uma típica vela de ignição usada em um motor de combustão interna tal como para uso em um motor de automóvel, uma
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6/8 pessoa especializada na técnica, rapidamente reconhecería que o isolador pode ser formado em uma variedade de formas, tamanhos e configurações, dependendo da aplicação desejada. Por exemplo, em algumas configurações, os suportes 25 podem estar faltando.
[0027] Um eletrodo 40 é recebido dentro do isolador 5 e forma uma ponta de eletrodo 40a a na extremidade de formação de corona 10. A ponta do eletrodo 40a a também reside dentro do isolador 5, cujo isolador tem partículas de metal embutidas em si. O campo elétrico que a ponta do eletrodo 40a cria um campo elétrico em torno das partículas de metal do isolador. O campo elétrico induzido cria um plasma não térmico no gás que leva a formação de uma corona. Entretanto, se um plasma de alta densidade é formado, um arco não se formará devido à alta impedância entre a ponta do eletrodo e as partículas de metal.
[0028] A Figura 3 A é um exemplo de isolador de ponta de corona, semelhante ao da Figura 2, de acordo com a presente invenção. Na configuração ilustrada, um isolador de cerâmica terminado fechado tem depressões ou ranhuras angulares 50 formadas na extremidade de formação de corona do mesmo. Aqui, um par de depressões angulares, orientadas perpendicularmente umas às outras são formadas na extremidade de formação de corona do isolador. Esse arranjo forma a extremidade do isolador em quatro “chifres” que servem para aumentar a intensidade do campo elétrico na sua região. Isso aumenta a intensidade do campo elétrico elimina a necessidade de um circuito para detectar o arqueamento, enquanto ao mesmo tempo fornece uma corona intensa e bem definida. É entendido que as depressões e ranhuras angulares podem ser formadas por usinagem ou por qualquer outra forma reconhecida por um artesão especializado na técnica. A Figura 3B é uma visão de topo de exemplo da extremidade de corona do isolador ilustrado na Figura 3A.
[0029] A Figura 4A é um exemplo de uma seção transversal do isolador da ponta da corona da Figura 3A de acordo com a presente invenção. Como explicado acima, o material isolador tem uma cavidade na qual um eletrodo é recebido. Na extremidade de formação de corona do isolador, a ponta é formada dentro das
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7/8 depressões ou ranhuras angulares 50. As depressões ou ranhuras angulares 50 são formadas com um ângulo α e uma profundidade d. O ângulo α e uma profundidade d podem ser variados para acomodar várias condições de operação de demandas de um motor particular. De forma semelhante, a forma, o tamanho e a configuração da extremidade do isolador podem ser formadas para criar várias configurações, como ilustrado, por exemplo, nas Figuras 5 A-5F. A Figura 5A mostra uma configuração onde a extremidade do isolador é formada como uma cobertura circular e plana. A Figura 5B mostra uma configuração onde a extremidade da ponta do isolador é formada com uma única depressão ou ranhura anular em uma forma de V. A Figura 5C mostra uma configuração onde a ponta do isolador é formada como um topo redondo. A Figura 5D mostra uma configuração onde a ponta do isolador é formada como um topo circular plano semelhante à Figura 5A, onde o topo tem depressões ou ranhuras formadas nele. Na configuração divulgada, as depressões ou ranhuras formam uma forma de estrela. A Figura 5E mostra uma configuração onde a extremidade do isolador é formada em uma forma cônica cuja extremidade termina em uma ponta. A Figura 5F mostra uma configuração onde a extremidade do isolador é formada como uma forma cônica semelhante à Figura 5E, onde a extremidade do isolador termina em um topo circular, plano. As Figuras 6A-6F mostram uma vista seccional transversal das configurações nas Figuras 5 A-5F, respectivamente.
[0030] A invenção opera, por exemplo, da seguinte maneira. O isolador de cerâmica 5 tem um condutor de metal (eletrodo) 40 que desce do centro, como ilustrado na Figura 2. A voltagem é aplicada ao eletrodo 40, onde a voltagem é normalmente aplicada de uma maneira sinusoidal. Uma vez que o isolador 5 é de cerâmica, que é resistiva na sua natureza, proporcionando assim uma permissividade que é capaz de manter a carga. A resistência à voltagem impede o fluxo de corrente até que um nível de voltagem de ruptura seja alcançado. A voltagem aplicada permite que se forme uma corona. Uma vez que o nível de voltagem de ruptura é alcançado acorrente fluirá através e um arco será formado na extremidade de formação de corona 10 do isolador 5.
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8/8 [0031] Como entendido na técnica, antes que ocorra ruptura, um campo elétrico é formado em torno do eletrodo 40. O campo elétrico envolve o isolador de cerâmica 5 e mudanças no nível de voltagem semelhante ao eletrodo e si. A corona é, portanto, formada na cerâmica, tal que o eletrodo não precise se estender para dentro da câmara de combustão. Isto é, o eletrodo 40 é eletricamente isolado da câmara de combustão e usa o isolador (cerâmica) para formar a corona. Significativamente, na configuração das Figuras 3A-3B e 4A e 4B, as depressões e ranhuras anulares formam “pontos” ou “chifres” que criam um pequeno raio no isolador perto de sua extremidade. Quanto menor o raio, ele cria um campo elétrico mais intenso, o que proporciona uma melhor ionização. Além disso, como ilustrado nas Figs. 5A-F e 6A-F e semelhante à configuração das Figuras 3A-3B e 4A-4B, a extremidade pode ser formada de uma variedade de ângulos, depressões e ranhuras para formar uma extremidade que forneça uma corona com um campo elétrico intensificado criando um raio menor no isolador perto de sua extremidade. É apreciado que essa invenção não se limite às configurações ilustradas, e pode incluir qualquer forma ou configuração capaz de alcançar a corona.
[0032] A configuração acima foi descrita de acordo com os padrões legais relevantes, portanto a descrição e feita visando exemplificar antes que limitar. Variações e modificações da configuração divulgada podem se tornar aparentes para aquelas pessoas especializadas na técnica e elas não se apresentam no escopo dessa invenção. Adequadamente o escopo e proteção legal concedida a essa invenção pode ser determinada através do estudo das seguintes reivindicações.
Claims (14)
1. Ignitor de um sistema de ignição de combustível/ar de descarga de corona compreendendo um isolador de cerâmica (5) tendo uma extremidade terminal (15) e uma extremidade de formação de corona (10) apresentando uma superfície externa, um eletrodo (40) recebido no isolador de cerâmica (5), o eletrodo apresentando uma ponta de ignição (40a), a extremidade de formação de corona (10) do isolador de cerâmica (5) circundandoa ponta de ignição (40a) do eletrodo (40), a superfície externa da extremidade de formação de corona (10) incluindo pelo menos uma depressão (50), caracterizado pelo fato de que o isolador de cerâmica (5) é fechado na extremidade de formação de corona (10).
2/3 a pelo menos uma depressão (50) forma uma forma de V.
2. Ignitor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície externa da extremidade de formação de corona (10) do isolador de cerâmica (5) inclui pelo menos um dos seguintes: uma superfície circular plana circundando a pelo menos uma depressão (50); uma superfície arredondada circundando a pelo menos uma depressão (50); e uma forma cônica com uma superfície circular plana circundando a pelo menos uma depressão (50).
3/3 fornecer um eletrodo (40) incluindo uma ponta de ignição (40a);circundar a ponta de ignição (40a) do eletrodo (40) com uma extremidade de formação de corona (10) de um isolador de cerâmica (5);
formar pelo menos uma depressão (50) em uma superfície externa da extremidade de formação de corona (10) do isolador de cerâmica (5);
caracterizado pelo fato de fechar o isolador de cerâmica (5) na extremidade de formação de corona (10).
3. Ignitor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o isolador de cerâmica (5) ainda compreende um furo interno que se estende ao longo de um eixo de furo longitudinal da extremidade terminal (15) para a extremidade de formação de corona (10); e o eletrodo (40) é recebido no furo interno e circundado pelo isolador de cerâmica (5) na extremidade de formação de corona (10).
4. Ignitor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície externa da extremidade de formação de corona (10) é plana.
5. Ignitor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície externa da extremidade de formação de corona (10) é cônica.
6. Ignitor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma depressão (50) inclui um par de depressões sendo angulares e orientadas perpendiculares entre si.
7. Ignitor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que
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8. Ignitor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma depressão (50) inclui uma pluralidade de depressões formando uma forma de estrela.
9. Motor de combustão interna, incluindo uma cabeça de cilindro com uma abertura de ignitor se estendendo de uma superfície superior para uma câmara de combustão, e um ignitor de corona disposto na abertura de ignitor, o ignitor de corona compreendendo um isolador de cerâmica (5) tendo uma extremidade terminal (15) e uma extremidade de formação de corona (10) apresentando uma superfície externa, um eletrodo (40) recebido no isolador de cerâmica (5), o eletrodo (40) apresentando uma ponta de ignição (40a), a extremidade de formação de corona (10) do isolador de cerâmica circundando a ponta de ignição (40a) do eletrodo (40), a superfície externa da extremidade de formação de corona (10) inclui pelo menos uma depressão (50), caracterizado pelo fato de que o isolador de cerâmica (5) é fechado na extremidade de formação de corona (10).
10. Motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a superfície externa da extremidade de formação de corona (10) do isolador de cerâmica (5) inclui pelo menos um dos seguintes: uma superfície circular plana circundando a pelo menos uma depressão (50); uma superfície arredondada circundando a pelo menos uma depressão (50); e uma forma cônica com uma superfície circular plana circundando a pelo menos uma depressão (50).
11. Motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o isolador de cerâmica (5) ainda compreende um furo interno que se estende ao longo de um eixo de furo longitudinal da extremidade terminal (15) para a extremidade de formação de corona (10); e o eletrodo (40) recebido no furo interno e circundado pelo isolador de cerâmica (5) na extremidade de formação de corona (10).
12. Método para formar um ignitor de um sistema de ignição de combustível/ar de descarga de corona compreendendo:
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13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a superfície externa da extremidade de formação de corona (10) do isolador de cerâmica (5) inclui pelo menos um dos seguintes: uma superfície circular plana circundando a pelo menos uma depressão (50); uma superfície arredondada circundando a pelo menos uma depressão (50); e uma forma cônica com uma superfície circular plana circundando a pelo menos uma depressão (50).
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de fornecer um furo interno no isolador de cerâmica (5) que se estende ao longo de um eixo de furo longitudinal de uma extremidade terminal (15) para a extremidade de formação de corona (10); e em que a etapa de circundar a ponta de ignição do eletrodo (40a) inclui receber o eletrodo (40) no furo interno do isolador de cerâmica (5).
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