BRPI0713050A2 - vela de ignição, especialmente para elevadas pressões de compartimento de combustão - Google Patents

Abstract

VELA DE IGNIçãO, ESPECIALMENTE PARA ELEVADAS PRESSõES DE COMPARTIMENTO DE COMBUSTãO. A presente invenção refere-se a uma vela de ignição com um eletrodo central (4), integrado dentro do isolador (3), e um alojamento (2) que envolve o isolador (3) ao menos parcialmente, caracterizado pelo fato de que no isolador (3) está disposto um elemento (7) superficial com capacidade condutora que estabelece contato elétrico com o alojamento (2).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VELA DE IG- NIÇÃO, ESPECIALMENTE PARA ELEVADAS PRESSÕES DE COMPAR- TIMENTO DE COMBUSTÃO".

Estado da Técnica

A presente invenção refere-se a uma vela de ignição para moto- res de combustão, configurados especialmente para serem utilizados em compartimentos combustores altamente pressurizados.

Velas de ignição são conhecidas do estado da técnica em dife- rentes configurações. As velas de ignição conhecidas aprovaram basica- mente na utilização em motores de combustão. Não obstante, em tempos mais recentes, as pressões no compartimento combustor na ocasião do momento da ignição estão ficando progressivamente maiores, porque os motores de combustão são carregados de modo mais reforçados, sendo o- perados com alto índice de compressão. No caso, especialmente em situa- ções de elevadas pressões, podem ser formadas centelhas deslizantes na ignição, especialmente também estendendo-se até um espaço respiratório da vela de ignição que é formado entre uma região progressivamente estrei- ta do isolador e um alojamento da vela de ignição na extremidade da vela de ignição voltada para o lado do compartimento combustor. Essas chamadas centelhas deslizantes resultam na operação homogenia do motor de com- bustão em uma marcha do motor desigual. No trabalho em turnos do motor de combustão e nos estados operacionais com distribuição de mistura hete- rogenia, como por exemplo, nas partidas em regime de temperaturas baixas, as centelhas deslizantes freqüentemente produzem falhas de combustão.

No documento DE 196 50 724 B4 foi proposto, visando reduzir as centelhas deslizantes, prever uma distância entre o eletrodo central e o eletrodo de massa de tal forma que esta distância entre os eletrodos seja menor do que uma distância do eletrodo central em relação ao alojamento.

As disposições geométricas no caso propostas para os eletrodos podem, todavia nem serem empregadas freqüentemente em virtude de condições de reduzido espaço.

Vantagens da Invenção A vela de ignição de acordo com a invenção com as característi- cas da reivindicação I apresenta, por outro lado, a vantagem de evitar a for- mação de centelhas deslizantes. Desta maneira, a vela de ignição de acordo com a invenção pode ser usada especialmente em motores de combustão com altas pressões como, por exemplo, motores carregados e/ou com pres- são elevada. A vela de ignição de acordo com a invenção apresenta longa durabilidade e pode ser produzida de modo simples e a custo vantajoso. De acordo com a invenção isto é logrado pelo fato de que no isolador da vela de ignição está integrado um elemento superficial com capacidade de desliza- mento que está em contato elétrico com o alojamento. Desta maneira, con- segue-se, de acordo com a invenção, que a superfície do isolador seja apli- cada ao potencial elétrico do alojamento. No caso, o alojamento geralmente é aterrado. Com esta medida relativamente simples de acordo com a inven- ção podem ser eliminados campos elétricos que no espaço da respiração entre o isolamento que se estreita e o alojamento nas velas de ignição con- vencionais podem ser eliminadas. Desta maneira, também no caso de altas pressões podem ser evitadas a produção de centelhas deslizantes. Além disso, podem ser evitadas descargas parciais na região do filete do aloja- mento e por tanto podem também ser suprimidos impulsos de interferências eletromagnéticas.

As reivindicações dependentes apresentam ampliações preferi- das da invenção.

O elemento superficial com capacidade condutora está configu- rado preferencialmente como cinta que se estende totalmente ao redor do isolador. Desta maneira poderá ser evitada seguramente a formação de campos elétricos na região crítica do espaço de respiração entre o isolamen- to e o alojamento. Deve-se notar que alternativamente também é possível prever várias regiões apenas parcialmente circundantes como elemento su- perficial com capacidade condutora de acordo com a invenção, sendo que elementos superficiais contíguos estão apenas reciprocamente pouco dis- tanciados em reduzida circunferência. No caso, todavia terá de estar presen- te uma ligação elétrica de cada elemento com o alojamento. De maneira especialmente preferida, o elemento superficial com capacidade condutora está integrado na região de uma sede vedante entre o alojamento e o isolador. Desta maneira poderá ser logrado um contato segu- ro.

De modo igualmente preferido, a vela de ignição abrange um anel vedante, integrado entre o alojamento e o isolador, e o anel vedante é produzido de material condutor de eletricidade.O elemento superficial con- dutor de acordo com a invenção está disposto em uma região do isolador, posicionado na altura do anel vedante.

De acordo com uma outra configuração preferida da presente invenção, o elemento superficial com capacidade condutora apresenta uma espessura máxima de 100 micra. O elemento superficial com capacidade condutora também está preferencialmente previsto com uma espessura constante. Este limite superior da espessura do elemento apresenta a van- tagem em que é assegurada uma fácil fixação. Igualmente de ser observado que com uma espessura de camada progressivamente maior aumentam consideravelmente as tensões no material, com o que piora a fixação do e- lemento. De maneira especialmente preferida, a espessura do elemento su- perficial com capacidade condutora está situada na região de aproximada- mente 50 micra até aproximadamente 80 micra.

Igualmente de modo preferido, o elemento superficial com capa- cidade condutora está disposto em uma região do isolador, a qual, no estado montado, está situado na altura de um filete interno e circundante do aloja- mento. De preferência, o elemento superficial com capacidade condutora encobre no isolador ao menos 70% da área do isolador, voltada na direção do filete interno do alojamento na direção radial da vela de ignição. Com esta medida é assegurado que o espaço incidente para a formação de campos elétricos entre o filete interno do alojamento e o isolador seja recoberto em ao menos 70% como elemento condutor de eletricidade. Deste modo a regi- ão sujeita a essas descargas prévias pode ser tornada livre de cantos, de maneira que é reduzida a tendência à formação de centelhas deslizantes. Deve-se observar também que o elemento superficial com capacidade con- dutora no isolador não pode estender-se demasiadamente na direção dos eletrodos, já que do contrário aumentará essencialmente uma incidência de conexão colateral da vela de ignição.

Preferencialmente, o elemento superficial com capacidade con- dutora, partindo de um ponto de contato entre o isolador e o alojamento, en- cobre uma região do isolador na direção de sua face frontal, onde estão dis- postos os eletrodos, sendo que a região provida do elemento superficial com capacidade condutora representa no máximo 50%, de preferência 30%, da distância entre o ponto de contato e a face frontal do isolador.

De preferência, o elemento superficial com capacidade conduto- ra encobre uma superfície mínima de 70% de uma região do isolador que apresenta a direção da face interna do alojamento uma distância inferior e igual a 0,5 mm. Isto também assegura que a região crítica para a formação de centelhas deslizantes no compartimento de trabalho seja tornada isenta de campo.

De modo especialmente preferido, o elemento superficial com capacidade condutora será constituído por um revestimento com capacidade condutora. Este revestimento pode ser aplicado de maneira simples e a cus- to vantajoso e apresenta apenas uma reduzida espessura.

De modo especialmente preferido, o revestimento será uma Iaca condutora com capacidade condutora elétrica. Isto apresenta especialmente a vantagem de que o revestimento pode ser aplicado de modo especialmen- te simples e a custo vantajoso. No caso também não se torna necessário modificar o convencional sistema de montagem de velas de ignição. A Iaca condutora é representada especialmente por um metal nobre, especialmente prata e/ou platina e/ou ouro e/ou irídio e/ou ródio e/ou tântalo e/ou níquel e/ou carbono e/ou uma liga aleatória resistente à oxidação desses materiais.

A resistência à oxidação é importante porque no compartimento combustor prevalecem elevadas temperaturas e oxigênio atmosférico.

Como elemento superficial com capacidade condutora poderá

também ser utilizada uma cinta delgada, ou seja, uma lâmina delgada como por exemplo ouro platinado ou uma outra lâmina contendo metal nobre. Desenho

A seguir será descrito o exemplo de execução preferido da in- venção com referência ao desenho anexo. As figuras mostram:

figura 1 vista parcial esquemática, em corte parcial, de uma vela de ignição de acordo com um exemplo de execução da invenção e

figura 2 um diagrama que mostra a probabilidade da formação de centelhas deslizantes na dependência da pressão no compartimento combustor, para uma vela de ignição de acordo com a invenção, bem como uma vela de ignição do estado da técnica.

Formas de Realização Preferidas da Invenção

A seguir, com referência às figuras 1 e 2, será descrita uma vela de ignição 1 de acordo com o exemplo de execução da invenção, em detalhes.

Como mostra a figura I, a vela de ignição I abrange um aloja- mento 2, que possui um filete de rosca 2a externo com o qual a vela de igni- ção 1 é presa em uma peça de um motor de combustão. A vela de ignição I abrange também um isolador 3 com uma parte frontal 3a no lado do compar- timento combustor. No interior do isolador 3 está integrado um eletrodo cen- tral 4 disposto em direção longitudinal X-X da vela de ignição. Um eletrodo de massa 5 será ligado com o alojamento 2.

Como pode ser visto da figura 1, entre o isolador 3 e o alojamen- to 2 é formado um espaço de respiração 6. O espaço de respiração 6 está previsto em formato anelar e estreita-se partindo da extremidade da vela de ignição do lado do eletrodo. No lado interno do alojamento 2 está também formado um filete 2b interno circunferencial. O filete 2b apresenta formato anelar e uma vedação 9 está montada em uma transição de degrau entre o filete 2b e o lado interno do alojamento, entre o alojamento 2 e o isolador 3.

No isolador 3, igualmente na altura do filete 2b, está aplicado um revestimento 7 de uma laca condutora de prata. A laca condutora de prata pode ser aplicada, por exemplo, por aspersão ou laminação no isolador 3. Na região do degrau no filete 2b encontra-se um ponto de contato 8 anelar entre o alojamento 2 e o revestimento 7. O ponto de contato 8 representa um contato elétrico condutor entre o alojamento 2 e o revestimento 7 de maneira que é logrado que a parte externa do isolador 3 seja aplicado, na região do espaço de respiração 6, no potencial elétrico do alojamento. Desta maneira pode ser evitado que entre o isolador 3 e o lado interno do alojamento 2 se- jam formados campos elétricos, que poderiam fazer com que durante o mo- mento da ignição uma centelha deslizante salte sobre a face frontal 3a do isolador 3 até o espaço de respiração 6. O revestimento 7 condutor elimina estes campos elétricos na região do filete 2b interno do alojamento 2. Desta maneira, de acordo com a invenção poderá ser evitada a formação de uma centelha deslizante, especialmente no caso de altas pressões.

A figura 2 apresenta neste sentido um diagrama que mostra, em comparação com uma vela de ignição e um isolador sem revestimento de acordo com o estado da técnica, bem como uma vela de ignição de acordo com a invenção com isolador que possui o revestimento de Iaca condutora de prata. Na figura 2, a curva da vela de ignição está marcada com um iso- lador sem revestimento com a letra "N" e a curva da vela de ignição com o revestimento é marcada com a letra "Μ". A letra "W" designa a probabilidade da formação de uma centelha deslizante em percentual. Como pode ser veri- ficado no diagrama da figura 2, a vela de ignição de acordo com a invenção, também em regimes altos, apresenta uma probabilidade apenas mínima pa- ra a formação de uma centelha deslizante. Diferente em relação a este esta- do, a vela de ignição do estado da técnica pode se verificar um significativo aumento da probabilidade da formação de uma centelha deslizante a partir de uma pressão aproximada de 7x105 pascal.

A partir da figura 1 também pode-se verificar que o revestimento 7 no isolador 3 está previsto em uma largura B em direção longitudinal X-X da vela de ignição, partindo do ponto de contato 8, sendo que uma relação da largura B para uma distância A do ponto de contato 8 até a face frontal 3a do isolador 3 é aproximadamente de 1:4. Em outras palavras, o revestimento 7 é formado sobre uma área que parte do ponto de contato 8 de aproxima- damente 25% da superfície do isolador a partir do ponto de contato 8 até a face frontal 3a. Como também pode ser verificado na figura 1, o revestimen- to 7 esta previsto totalmente pela largura global do filete 2b. O recobrimento do revestimento 7 na região do filete 2b deverá no caso ser no mínimo 70% da largura do filete, a fim de que seja liberada a área entre o isolador 3 e o alojamento 2 incidente para as descargas prévias indesejadas, eliminando ali os campos. No caso, deve-se observar também que o revestimento 7 no isolador 3 é no máximo 50% de modo especialmente preferível no máximo 30% da distância A entre o ponto de contato 8 e a face frontal 3a.

Como revestimento será usado preferencialmente uma Iaca des- lizante, que pode conter um metal nobre ou uma liga condutora resistente à oxidação, já que com muita freqüência apresentam-se temperaturas muito elevadas no compartimento combustor.

A presente invenção poderá ser usada em todas as áreas de utilização de velas de ignição, mas com especial preferência será utilizada no aparecimento de altas pressões em compartimentos combustores.

Claims (12)

1. Vela de ignição com um eletrodo central (4), integrado dentro de um isolador (3), e um alojamento (2) que envolve ao menos parcialmente o isolador (3) caracterizada pelo fato de que no isolador (3) está configurado um elemento (7) superficial com capacidade condutora, em contato elétrico com o alojamento (2).

2. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- da pelo fato de que o elemento (7) superficial com capacidade condutora é configurado como uma região que envolve completamente o isolador (3).

3. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizada pelo fato de que o elemento (7) superficial com capa- cidade condutora está integrado na região de uma sede vedante entre o alo- jamento (2) e o isolador (3).

4. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, abrangendo também uma vedação (9) integrada entre o alojamento (2) e o isolador (3), sendo que a vedação (9) está produzida de material condutor de eletricidade estabelecendo contato com o alojamento (2) e o elemento (7) superficial com capacidade condutora.

5. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizada pelo fato de que o elemento (7) superficial com capa- cidade condutora apresenta uma espessura máxima de 100 micra de prefe- rência aproximadamente 50 micra até aproximadamente 80 micra.

6. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizada pelo fato de que o elemento (7) superficial com capa- cidade condutora está montado na altura de um filete circundante interno (2b) do alojamento (2).

7. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 6, caracteriza- da pelo fato de que o elemento (7) superficial com capacidade condutora encobre no isolador (3) ao menos 70% de uma área do isolador, voltada na direção do filete (2b) do alojamento (2).

8. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizada pelo fato de que o elemento (7) superficial com capa- cidade condutora, partindo de um ponto de contato (8) entre o elemento (7) superficial com capacidade condutora e o alojamento (2), encobre uma regi- ão do isolador na sua direção longitudinal (X-X) que normalmente é de 50%, de preferência aproximadamente 30% de uma distância A entre o ponto de contato (8) e uma face frontal (3a) do isolador (3).

9. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizada pelo fato de que o elemento (7) superficial com capa- cidade condutora é formado em ao menos 70% de uma região do isolador (3) que apresenta na direção da face interna do alojamento (2) uma distância inferior ou igual a 0,5 mm.

10. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizada pelo fato de que o elemento superficial com capaci- dade condutora é o revestimento, especialmente uma Iaca condutora.

11. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 10, caracteri- zada pelo fato de que o revestimento abrange o metal nobre, especialmente prata e/ou platina e/ou ouro e/ou irídio e/ou ródio e/ou tântalo e/ou níquel e/ou carbono ou uma liga aleatória resistente à oxidação.

12. Vela de ignição de acordo com uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o elemento (7) superficial com capacida- de condutora é ouro laminado ou um outro laminado contendo metal nobre.