BRPI0714695A2 - vela de igniÇço - Google Patents

Abstract

VELA DE IGNIÇçO. É apresentada uma vela de ignição para ignição de gases em um motor de combustão interna. A vela de ignição tem um eletrodo central, um isolante, um invólucro de peça única, e um terminal. O eletrodo central está em comunicação com uma fonte de energia. O isolante envolve o eletrodo central. O invólucro de peça única envolve e contata o isolante para prender o isolante dentro do invólucro, onde o invólucro tem uma pluralidade de roscas perto de uma primeira extremidade e um eletrodo de terra acoplado ao invólucro e alinhado com uma ponta do eletrodo central em uma segunda extremidade para definir um vão de centelha. Além disso, é formado um assento no invólucro, entre a pluralidade de roscas e o eletrodo de terra, para vedar o invólucro contra o motor. O terminal tem uma primeira extremidade em comunicação com o eletrodo central e uma segunda extremidade que tem uma porção de conector para conectar à fonte de energia.

Description

"VELA DE IGNIÇÃO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica prioridade ao pedido de patente provisório U.S. 60/821.343 solicitado aos 3 de agosto de 2006, que é aqui incorporado em sua totalidade pela referência.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO Campo da invenção

A presente invenção refere-se geralmente a velas de ignição e, mais particularmente, a velas de ignição tendo um invólucro estendido e um isolante.

Técnica relacionada

Há muitos anos velas de ignição tem sido usadas para prover um meio de inflamar a mistura ar/ combustível nas câmaras de combustão de um motor a combustão interna. As velas de ignição tem assumido muitas formas para se adaptar ao projeto de motor e ambiente particular. Geralmente, as velas de ignição tem um eletrodo central envolto por um isolante, onde o isolante está disposto dentro de, e, aprisionado por um alojamento ou invólucro metálico. O invólucro tem, tipicamente, uma pluralidade de roscas que se casam com roscas do furo no bloco do motor. As roscas permitem que a vela de ignição seja aparafusada no furo usando-se uma ferramenta convencional. Além disso, o invólucro inclui um eletrodo de terra se estendendo a partir de uma extremidade do invólucro próxima ao eletrodo central. O eletrodo de terra, juntamente com o eletrodo central, define um vão de centelha. O invólucro atua igualmente como uma blindagem de terra para prover um caminho de terra elétrico a partir do vão de centelha até o bloco do motor.

A vela de ignição assenta ou veda contra a cabeça do cilindro do motor para vedar a câmara de combustão e para impedir que os gases de combustão escapem através do furo da vela de ignição, na cabeça do cilindro. Geralmente o assento é localizado acima das roscas e combinado com uma gaxeta da vedação que tem um ajuste de interferência em relação às roscas de modo a reter a gaxeta durante a instalação da vela de ignição.

Cada vez mais, projetos de motor usando válvulas múltiplas, pontos da injeção de combustível, bobina de sistemas de ignição a vela, sensores relacionados à combustão e outras características têm aumentado grandemente a demanda por espaço na cabeça do cilindro imediatamente adjacente à câmara de combustão, particularmente o espaço acima da câmara de combustão, o que, por sua vez, tornou desejável, minimizar o envelope de espaço necessário para a vela de ignição, particularmente nas porções inferiores da vela de ignição próximas ao vão de centelha, onde a vela de ignição é exposta à câmara de combustão e aos gases de combustão.

Em adição às limitações do envelope de espaço disponível para a vela de ignição na extremidade de centelhamento, nas aplicações onde o espaço é restrito, há igualmente uma tendência para temperaturas operacionais do motor mais altas, o que aumenta as temperaturas à quais, as velas de ignição operando neste envelope de espaço restrito, são expostas, tornando desejável melhorar a capacidade da vela de ignição de remover o calor resultante da operação da vela de ignição e dos processos de combustão associados (ou seja, a necessidade de velas de ignição mais frias).

Outra exigência comum para as velas de ignição é que elas sejam capazes de operar sem reposição por períodos prolongados de operação do motor e do veículo, como 80.467,2 ou mesmo 160.934,4km de operação.

Estas limitações de espaço têm levado ao uso de velas de ignição tendo diâmetros menores (por exemplo, 12mm, IOmm e menores) para conseguir o envelope de espaço e as propriedades de remoção de calor necessárias, mas a fabricação de velas de ignição de diâmetro menor apresenta outros desafios associados ao desempenho e à fabricação dos vários componentes da vela de ignição como, os isolantes e os materiais de eletrodo. Outra abordagem tem sido estender o invólucro da vela de ignição mantendo uma porção superior maior (por exemplo, 16mm), uma vez que, freqüentemente, há espaço vazio disponível na cabeça, longe da câmara de combustão, para receber o diâmetro maior, embora reduzindo o diâmetro e estendendo o invólucro para alcançar a câmara de combustão de modo a satisfazer as exigências do envelope de espaço limitado. Uma configuração de vela de ignição deste tipo está descrita na US 5.918.571, para Below, que descreve uma vela de ignição de invólucro estendido onde o invólucro é uma construção de duas peças de um retentor para o isolante e uma blindagem de terra. Below descreve a construção ensinando que o isolante e seu eletrodo central incluído são passados axialmente para dentro da blindagem de terra de invólucro cilíndrico. O flange troncocônico alargado da blindagem de terra encaixa o ressalto do isolante e o retentor de invólucro cilíndrico é passado, então, sobre o isolante a partir da extremidade oposta e sua borda troncocônica interna encaixa um segundo ressalto de isolante. A seguir, uma porção de retentor é colapsada radialmente ao redor do flange para prender mutuamente a blindagem de terra e o retentor com o isolante aprisionado entre eles. A porção formada também serve como assento para a vela de ignição. Embora Below não seja específico quanto ao material de construção, observou-se que produtos comerciais tendo a configuração e a construção de Below utilizam um retentor de aço e uma liga de alta temperatura para a blindagem de terra, como a Inconel 600. A construção de duas partes tem questões associadas a problemas de confiabilidade pertinentes ao usar análise, como análise de efeitos de modos de falha (FMEA) associada com a presença da junta de compressão mecânica adicional na vela de ignição, que tem uma probabilidade associada de falha. Além disso, acredita-se que a colocação do assento da vela de ignição sobre uma parte formada que esteja sujeita a variações de fabricação, associada às duas partes, pode prover uma variabilidade concomitante ao assento tendo uma possibilidade de afetar o desempenho do assento e da vela de ignição, bem como, o desempenho do motor em que é instalada.

Embora estes projetos de vela de ignição da técnica anterior tendo invólucros e isolantes estendidos tenham atingido as finalidades pretendidas, há, entretanto, a necessidade de velas de ignição configuradas para satisfazer as restrições de envelope espacial e que dissipem calor excessivo e sejam suficientemente duráveis para suportar os ambientes hostis de motores de combustão interna.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO É provida uma vela de ignição para inflamar gases em um motor a combustão interna. A vela de ignição tem um eletrodo central em comunicação com uma fonte de energia, um isolante envolvendo o eletrodo central, um invólucro de peça única envolvendo e em contacto com o isolante para prender o isolante dentro do invólucro, onde o invólucro tem uma pluralidade de roscas perto de uma porção média e um eletrodo de terra acoplado ao invólucro e alinhado com uma ponta do eletrodo central em uma

r

segunda extremidade para definir um vão de centelha. E formado um assento no invólucro, entre a pluralidade de roscas e o eletrodo de terra, para vedar o invólucro contra o motor. Além disso, o terminal tem uma primeira extremidade em comunicação com o eletrodo central e uma segunda extremidade tendo uma porção de conector para conectar à fonte de energia.

Em um aspecto da invenção, a vela de ignição inclui um conjunto de eletrodo central compreendendo um terminal em uma extremidade e um eletrodo central com uma superfície de centelhamento em uma extremidade oposta; um isolante, geralmente tubular, envolvendo o conjunto de eletrodo central; e um invólucro estendido de peça única envolvendo o isolante e tendo ao longo de seu comprimento um ressalto formado sobre uma primeira extremidade, uma porção de acoplamento, uma porção rosqueada, uma porção de corpo tendo em uma extremidade longe do ressalto formado, um assento afunilado, uma extensão de tambor e um eletrodo de terra em uma segunda extremidade que está acoplado à extensão de tambor e espaçado da superfície de centelhamento para formar um vão de centelha, o eletrodo de terra tendo um núcleo termicamente condutor, onde a vela de ignição tem uma classificação térmica IMEP maior do que, aproximadamente, 200. Em outro aspecto da presente invenção o isolante tem uma superfície cônica perto de uma primeira extremidade próxima ao vão de centelha.

Ainda em outro aspecto da presente invenção, o isolante tem uma pluralidade de seções, cada uma delas tendo um diâmetro diferente.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, a seção do isolante, disposta entre o assento e a ponta do eletrodo central, está em contacto com o invólucro por, substancialmente, todo seu comprimento.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, um vão é definido entre o isolante e o invólucro próximo à ponta do eletrodo central.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o assento tem uma forma troncocônica.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o invólucro tem uma cabeça hexagonal formada na primeira extremidade para encaixar uma ferramenta.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, uma ranhura anular no invólucro define uma parede estreita, onde a ranhura anular está disposta entre o assento e a pluralidade de roscas.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, uma seção de isolante está disposta fora do invólucro.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o conector tem uma altura que é igual ou menor do que um terço da altura da seção de isolante que está disposto fora do invólucro.

Em ainda outro aspecto da presente invenção uma vedação de confinamento a quente é formada a partir da mencionada porção de corpo e localizada entre a porção de corpo e o isolante.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o isolante têm uma distância entre o ressalto laminado do invólucro e o mencionado terminal de pelo menos 2,286cm.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o eletrodo de terra inclui uma liga de Ni e o núcleo termicamente condutor inclui uma liga de Cu.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o eletrodo central inclui um núcleo termicamente condutor.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o eletrodo central inclui uma liga de Ni e o núcleo termicamente condutor inclui uma liga de Cu.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o eletrodo central e o eletrodo de terra incluem adicionalmente uma ponta de centelhamento.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, a ponta de centelhamento inclui um dentre ouro, liga de ouro, metal do grupo da platina ou uma liga de tungstênio.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o metal do grupo da platina inclui pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de platina, irídio, ródio, paládio, rutênio e rênio.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, o metal do grupo da platina inclui adicionalmente pelo menos um elemento selecionado de um grupo consistindo de níquel, cromo, ferro, manganês, cobre, alumínio, cobalto, tungstênio, ítrio, zircônio, háfnio, lantânio, cério e neodímio. DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Estas e outras características e vantagens da presente invenção serão apreciados mais prontamente quando consideradas em relação à descrição detalhada a seguir e aos desenhos anexos, onde:

A FIG. 1 é uma vista em seção transversal da vela de ignição, de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG. 2 é uma vista em seção transversal de um isolante, de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG. 3 é uma vista em seção transversal de um invólucro antes do acoplamento de um eletrodo de terra, de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG. 4 é uma vista frontal de um invólucro após o acoplamento de um eletrodo de terra, de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG. 5 é uma vista secional de um terminal, de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG. 6 é uma vista frontal de um eletrodo central, de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG. 7 é uma vista frontal de um eletrodo central com uma ponta de centelhamento acoplado a uma extremidade de centelhamento do mesmo, de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG 8 é uma vista ampliada da ponta de centelhamento da

FIG. 7;

A FIG. 9 é uma vista em seção transversal parcial de um eletrodo de terra e a porção de tambor de invólucro, de acordo com um modo de realização da presente invenção; e

A FIG. 10 é uma vista em seção transversal de um isolante e conjunto terminal, de acordo com um modo de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO MODO DE REALIZAÇÃO

PREFERIDO

Com referência às FIGS., onde numerais iguais indicam partes iguais ou correspondentes pelas diversas vistas, uma vela de ignição, de acordo com a presente invenção, está indicada geralmente por 10 na FIG. 1. A vela de ignição 10 inclui um isolante indicado geralmente por 12, um invólucro estendido indicada geralmente por 24, e um conjunto de eletrodo central indicado geralmente por 16. O invólucro estendido 24 é feita preferivelmente de uma liga de aço (ou seja, aço 1215), ou de material similar e configurada, como será descrito em maior detalhe abaixo, para reter ou aprisionar o isolante 12 e o conjunto de eletrodo central 16. O isolante 14 é um membro alongado, geralmente cilíndrico, feito de alumina ou de material similar. O invólucro 24 tem uma seção que inclui um eletrodo de terra 26 se estendendo a partir dela, como descrito mais abaixo. A FIG. 1 ilustra a vela de ignição 10 em uma condição quase completamente montada, mas antes do confinamento a quente, mútuo, do invólucro e isolante, como aqui descrito. Em uma condição totalmente montada após o confinamento a quente como aqui descrito, a zona de curvatura 32 do invólucro 24 colapsa, pelo menos parcialmente, em resposta ao aquecimento deste elemento acoplado com aplicação de força compressiva que força as porções de invólucro 24, acima e abaixo deste elemento, em encaixe por pressão com o isolante 12. De modo geral, as descrições dos elementos abaixo, particularmente em relação ao encaixe das porções do isolante 12 e o invólucro 24, estão apresentadas na condição totalmente montada (ou seja, como se a operação de confinamento a quente tivesse sido executada).

Com referência às FIGS. 1 e 2, a vela de ignição 10 inclui um isolante cerâmico tubular, indicado geralmente por 12, que é feito preferivelmente de óxido de alumínio ou de outro material apropriado tendo uma resistência dielétrica especificada, resistência mecânica alta, condutividade termal alta, e excelente resistência ao choque termal. O isolante 12 pode ser moldado a seco sob pressão e, a seguir, sinterizado a alta temperatura usando processos conhecidos. O isolante 12 tem uma superfície externa que pode incluir uma porção parcialmente exposta do mastro superior 14 à qual um ativador elastomérico de vela de ignição(não mostrado) envolve e agarra para manter uma conexão elétrica operacional com o sistema de ignição. A porção exposta de mastro 14, como mostrada na FIG. 1, pode incluir uma série de nervuras (não mostradas) de modo a prover proteção adicionada contra centelha ou "descarga desruptiva" de voltagem secundária e para melhorar o agarro com um ativador elastomérico de vela de ignição. O isolante 12 é de construção geralmente tubular ou anular, incluindo uma passagem central 18 se estendendo longitudinalmente entre uma porção superior 19 próxima à extremidade terminal 20 e uma porção inferior 21 próxima à extremidade de nariz do núcleo 22. A passagem central 18 tem a área em seção transversal variável, geralmente maior na, ou adjacente à extremidade terminal 20 e menor na, ou adjacente à extremidade de nariz do núcleo 22. Com referência, outra vez, às FIGS. 1 e 2, o isolante geralmente tubular 12 envolve o conjunto de eletrodo central 16 descrito abaixo. O isolante 12 inclui geralmente uma série contínua de seções tubulares 60 de diâmetro variável. Estas seções incluem uma primeira seção de isolante 62 que envolve a porção de perno 41 do perno terminal 40. A primeira seção de isolante 62 transita para um primeiro ressalto de isolante 63 que está em contato por pressão com o ressalto formado 30, do invólucro 24, aqui descrito e por sua vez transitando para uma segunda seção de isolante 64. A segunda seção de isolante 64 tem um diâmetro que é maior do que o diâmetro da primeira seção de isolante 62 e está alojada dentro da primeira seção de invólucro 72, como aqui descrito. Um segundo ressalto de isolante 65 está em contato por pressão com o primeiro ressalto 73 do invólucro e transita para uma terceira seção de isolante 66. A terceira seção de isolante 66 tem um diâmetro menor do que o diâmetro da segunda seção de isolante 64, e preferivelmente menor do que o diâmetro da primeira seção de isolante 62, e está abrigada dentro da segunda seção de invólucro 74. Um terceiro ressalto de isolante 67 está em contato de pressão com o segundo ressalto de invólucro 28 e transita para uma quarta seção de isolante 68. A quarta seção de isolante 68 tem um diâmetro que é menor do que o diâmetro da terceira seção de isolante. A quarta seção de isolante 68 está alojada dentro da terceira seção de invólucro 76 e inclui uma seção de nariz do núcleo, afunilada 69. A quarta seção de isolante 68 e sua seção de nariz do núcleo 69 alojam a maior parte do eletrodo central 48. O eletrodo se estende da extensão de tambor 35, do invólucro 24, e está próximo ao vão de centelha 54. A quarta seção de isolante 68 e a extensão de tambor desempenham um papel importante na remoção de calor da vela de ignição e as características de transferência termal destes componentes desempenham um papel significativo no estabelecimento da temperatura de operação da vela de ignição e de sua classificação IMEP, como aqui descrito. A quarta seção de isolante 68 e a terceira seção de invólucro 76 são suficientemente pouco espaçadas e operacionais para a remoção do calor da quarta seção de isolante através da terceira seção de invólucro, como aqui descrito. O isolante 10 também inclui preferivelmente uma bolsa 80 que é adaptada para receber uma porção da zona de curvatura 32 quando o isolante 12 e o invólucro 48 estão confinados a quente, como aqui descrito.

Como ilustrado geralmente nas FIGS. 1, 3 e 4, um invólucro

estendido, eletricamente condutora, preferivelmente metálica, está indicada geralmente por 24. Por estendida, para um exemplo de vela de ignição de 16mm, queremos significar que o invólucro 24 pode ter um comprimento total na ordem de, aproximadamente, 3,048cm, ou mais. O invólucro estendido 24 pode ser feita de qualquer metal apropriado, incluindo várias ligas de aço revestidas e sem revestimento como, aço 1215. O invólucro 24 pode ser revestida por galvanização, ou de outro modo, com revestimentos protetores como Ni ou ligas de Ni. O invólucro estendido 24 tem uma superfície interna, ou furo, geralmente anular 70 que envolve e é adaptada para encaixe por pressão e vedação com a superfície externa do isolante 12, como aqui descrito e inclui pelo menos um eletrodo de terra acoplado 26. O invólucro 24 envolve seções inferiores, incluindo a segunda 64, terceira 66 e quarta 68 seções de isolante 12 e inclui pelo menos um eletrodo de terra 26. Embora o eletrodo de terra 26 esteja ilustrado antes do dobramento na FIG. 4, e no estilo tradicional em forma de L único na FIG. 1, será apreciado que múltiplos eletrodos de terra em forma de L, de configuração reta ou dobrada, podem ser substituídos dependendo da configuração de eletrodo de terra desejada e da aplicação pretendida para a vela de igniçãolO.

O invólucro estendido 24 tem um furo geralmente tubular ou anular 70 em sua seção de corpo e inclui um flange de compressão inferior interno ou segundo ressalto 28 adaptado para suportar contato de pressão contra o terceiro ressalto de isolante 67, do isolante 12. O invólucro estendido 24 inclui, além disso, um flange de compressão superior ou ressalto formado que é frisado ou formado durante a operação de montagem para suportar contato de pressão contra o primeiro ressalto de isolante 63, do isolante 12. Isto é formado a partir de uma porção de ressalto 29 que está mostrada nas FIGS. 3 e 4, antes da deformação para criar o ressalto formado 30. O invólucro estendido também pode incluir uma zona deformável 32 que é projetada e adaptada para colapsar axial e radialmente para dentro em resposta ao aquecimento da zona deformável 32 e à aplicação associada de uma força compressiva axial opressiva durante ou subseqüente à deformação do ressalto formado 30, de modo a prender o invólucro estendido 24 em uma posição axial fixa em relação ao isolante 12 e formar uma vedação radial impermeável a gás entre o isolante 12 e o invólucro estendido 24. Gaxetas, cimento, ou outros compostos de vedação podem ser interpostos entre o isolante 12 e o invólucro 24 para melhorar uma vedação impermeável a gás e para melhorar a integridade estrutural da vela de ignição 10, montada.

O invólucro 24 é provido com uma porção de acoplamento 34, como um hexágono receptor de ferramenta 34 ou outra característica para a remoção e instalação da vela de ignição em uma abertura da câmara de combustão. O tamanho da característica deverá, preferivelmente, corresponder a um padrão de tamanho de ferramenta deste tipo da indústria, para a aplicação relacionada. O tamanho do hexágono corresponde a padrões da indústria para a aplicação relacionada. Naturalmente, algumas aplicações podem pedir uma interface de recepção de ferramenta diferente de um hexágono, como entalhes para receber uma chave inglesa padrão, ou outras características como aquelas conhecidas de vela de ignição de corrida e outras aplicações e em outros ambientes. Uma porção rosqueada 36 é formada debaixo da porção de acoplamento 34 para ser usada para encaixe com um furo rosqueado na cabeça de cilindro de um motor. Imediatamente abaixo da porção rosqueada 36 está a porção de corpo 37. A porção de corpo 37 tem, na extremidade localizada longe do ressalto formado 30, um assento de vedação 38. O assento 38 pode ser um ressalto quadrado emparelhado com uma gaxeta (não mostrada) para prover uma interface apropriada contra a qual a vela de ignição 10 assenta na cabeça de cilindro e provê uma vedação para o gás quente do espaço entre a superfície externa do invólucro 24 e o furo rosqueado na abertura da câmara de combustão (não mostrado). Alternativamente e de preferência, o assento de vedação 38 pode ser projetado com um assento afunilado localizado ao longo da extremidade inferior da porção de corpo 37 do invólucro 24 para prover uma tolerância pequena e uma instalação auto-vedante em uma cabeça de cilindro que também é projetada tipicamente com um cone de acasalamento para este estilo de vela de ignição. A extensão de tambor 35 está disposta debaixo do assento de vedação 38. A extensão de tambor 35 pode ser da ordem de 2,159cm de comprimento com um diâmetro externo geralmente menor do que aproximadamente l,016cm e uma espessura de parede de aproximadamente l,524mm e permite que a vela de ignição 10 satisfaça as exigências do envelope de espaço reduzidas, próximo à câmara de combustão, enquanto provê, igualmente, a interface necessária com os outros componentes da vela de igniçãolO. Um eletrodo de terra 26 é acoplado à extremidade livre da extensão de tambor 35.

Como ilustrado nas FIGS. 3 e 4, o invólucro estendido 24 tem um furo anular 70 com seções de diâmetros variáveis que são reduzidos progressivamente do ressalto formado 30 para a extremidade livre da extensão de tambor 35. Elas incluem uma primeira seção de invólucro 72 associada com o ressalto formado 30 e a porção de acoplamento 34. Se estendendo a partir da primeira seção de invólucro 72 está o primeiro ressalto de invólucro

73 que está adaptado para encaixe por pressão com o segundo ressalto de isolante 65 e, por sua vez, transitando para uma segunda seção de invólucro 74. A segunda seção de invólucro 74 está associada com a porção rosqueada 36 e uma extremidade da mencionada porção de corpo 37 localizada em direção ao ressalto formado 30. Se estendendo da segunda seção de invólucro

74 está o segundo ressalto de invólucro 28 que está adaptado para encaixe por pressão com o terceiro ressalto de isolante 67. O segundo do ressalto de invólucro 28 transita para a terceira seção de invólucro 76 que está associada com a mencionada extremidade da mencionada porção de corpo 37 para longe do ressalto formado 30 e com a extensão de tambor 35.

Como mostrado na FIG. 1, um perno terminal eletricamente condutor 40 está disposto parcialmente na passagem central 18 do isolante 12 e estende longitudinalmente a partir de um poste superior exposto 39 para uma extremidade de fundo 41 embutida parcialmente na passagem central 18. O poste superior 39 pode ser um poste diminuto tendo uma altura reduzida de, aproximadamente, 0,889cm, ou pode ter uma altura mais convencional. Ele está adaptado para se conectar a um terminal de fio de ignição (não mostrado) e recebe as descargas programadas de eletricidade de alta voltagem necessárias para inflamar ou operar a vela de ignição 10 gerando uma centelha no vão de centelha 54.

A extremidade de base 41 do perno terminal 40 está embutida dentro de uma vedação de vidro condutor 42, formando a camada de topo de um pacote de compósito supressor- vedação de três camadas. A vedação de vidro condutora 42 funciona para vedar a extremidade de base 41 do perno terminal 40 e para conectá-lo eletricamente a uma camada de resistor 44. Esta camada de resistor 44, que compreende a camada central do pacote de supressor-vedação de três camadas 43, pode ser feita de qualquer composição apropriada. Dependendo da instalação recomendada e do tipo de sistema de ignição usados, estas camadas de resistor 44 podem ser projetadas para funcionar como um supressor de resistor mais tradicional ou, na alternativa, como uma resistência baixa. Imediatamente abaixo da camada de resistor 44, outra vedação de vidro condutor 46 estabelece a camada de base ou inferior do pacote de supressor- vedação 43 e conecta eletricamente o perno terminal 40 e o pacote de supressor-vedação 43 ao eletrodo central 48. A camada de topo 42 e a camada de base 46 podem ser feitas do mesmo material condutor ou de materiais condutores diferentes. Muitas outras configurações do vidro e de outras vedações e de supressores EMI são conhecidas e podem igualmente ser usadas de acordo com a invenção. Conseqüentemente, a eletricidade do sistema de ignição se desloca através da extremidade de base 41 do perno 40 para a porção de topo da vedação de vidro condutor 42, através da camada de resistor 44, e para dentro da camada de vedação de vidro condutor inferior 46.

Como mostrado na FIG. 1, o eletrodo central condutor 48 está disposto parcialmente na passagem central 18 e estende longitudinalmente a partir de sua cabeça, que está envolta na camada de vedação de vidro inferior 46, para sua extremidade de centelhamento exposta 50, próxima ao eletrodo de terra 26. O pacote de supressor-vedação 43 interconecta eletricamente o perno terminal 40 e o eletrodo central 48, enquanto simultaneamente veda a passagem central 18 ao vazamento de gás de combustão e, igualmente, suprime emissões de ruído da radio freqüência da vela de igniçãolO. Como mostrado, o eletrodo central 48 é preferivelmente uma estrutura unitária de uma peça única se estendendo contínua e ininterruptamente entre sua cabeça e sua extremidade de centelhamento 50. O eletrodo central condutor 48 é preferivelmente formado de um material eletricamente condutor que combine condutividade térmica elevada com resistência à alta temperatura e à corrosão. Entre materiais apropriados para o eletrodo central condutor 48 estão várias ligas baseadas em Ni, incluindo várias ligas de níquel-cromo- ferro, tais como aquelas designados geralmente por UNS N06600 e vendidas sob as marcas registradas Inconel 6000®, Nicrofer 7615®, e Ferrochronin 600®, bem como, várias ligas de níquel diluído, como aquelas compreendendo pelo menos 92% por peso de níquel; e pelo menos um elemento do grupo consistindo de alumínio, silício, cromo, titânio e manganês. Estas ligas podem igualmente incluir adições de liga de terra rara para melhorar pelo menos determinadas propriedades de alta temperatura das ligas, como um elemento de terra rara selecionado do grupo consistindo de ítrio, háfiiio, lantânio, cério e neodímio. Podem igualmente incorporar pequenas quantidades de zircônio e de boro para realçar ainda mais suas propriedades de alta temperatura como descrito nos pedidos de patente co-adjudicados e co-pendendes US 11/764.517 e 11/764.528, solicitados aos 18 de junho de 2007 (pastas 710240- 2686 e 710240-2763, respectivamente) que estão aqui incorporados, em sua totalidade, pela referência.

Um ou outro, ou ambos, o eletrodo de terra 26 e o eletrodo central 48 pode igualmente ser provido com um núcleo termicamente condutor. Este núcleo 27 está mostrado no exemplo de eletrodo de terra 26, nas FIGS. 1 e 9. No exemplo de eletrodo central 48, ele está mostrado como o núcleo 49, nas FIGS. 7 e 8. O núcleo termicamente condutor é feito de um material de condutividade térmica elevada (por exemplo, > 250 W/M*°K) como cobre ou prata, ou várias ligas de qualquer um deles. Núcleos altamente condutores termais servem como dissipadores de calor e ajudam a afastar o calor para longe da região do vão de centelha 54 durante a operação da vela de igniçãolO e dos processos de combustão associados, abaixando, desse modo, a temperatura de funcionamento dos eletrodos nesta região e, além disso, melhorando seus desempenho e resistência aos processos de degradação aqui descritos.

Uma ponta de ignição pode opcionalmente ser localizada na extremidade de centelhamento 50 do eletrodo de centro 48, como mostrado nas FIGS. 1, 7 e 8. A ponta de ignição 52 provê uma superfície de centelhamento 53 para a emissão de elétrons através de um vão de centelha 54. A ponta de ignição 52 para o eletrodo central 48 pode ser feita de acordo com algumas das técnicas conhecidas, incluindo a formação de peças soltas e acoplamento subseqüente por meio de várias combinações de solda de resistência, solda a laser, ou combinações destas, de um membro tipo almofada, tipo fio, ou tipo rebite feito de qualquer uma das ligas conhecidas de metal precioso ou de ligas de alto desempenho incluindo, mas não de modo limitativo, ouro, uma liga de ouro, um metal do grupo da platina ou uma liga de tungstênio. As ligas de ouro incluindo as ligas de Au-Pd, como ligas Au- 40Pd (em por cento de peso). Os metais do grupo da platina incluem: platina, irídio, ródio, paládio, rutênio e rênio, e várias ligas destes, em qualquer combinação. Para as finalidades desta aplicação, o rênio também está incluído dentro da definição dos metais do grupo da platina baseado em seu ponto de fusão elevado e em outras características de alta temperatura similares àquelas de certo metais do grupo da platina. As pontas de ignição 52 podem também ser feitas de várias ligas de tungstênio, incluindo ligas de W-Ni, de W-Cu e de W-Ni-Cu. Elementos de liga adicionais para o uso nas pontas de ignição 52 podem incluir, mas não de modo limitativo, níquel, cromo, ferro, manganês, cobre, alumínio, cobalto, tungstênio, zircônio, e elementos de terra rara incluindo ítrio, lantânio, cério, e neodímio. De fato, qualquer material que proveja bom desempenho de erosão e corrosão no ambiente de combustão pode ser apropriado para uso na composição do material da ponta de ignição 52. Além disso, a ponta de ignição 52 pode ser uma ponta de ignição de compósito 52 tendo uma porção de extremidade livre localizada longe do eletrodo central 48 que inclui a superfície de centelhamento 53, que seja um metal precioso ou liga de alto desempenho, como aquelas descritas acima, e uma porção de extremidade de base que está acoplada ao eletrodo central 48 sobre uma extremidade de base e sobre a outra extremidade para a porção de extremidade livre. A porção de extremidade de base pode ser qualquer material apropriado para acoplamento à porção de extremidade livre, como os materiais do eletrodo baseados em Ni, aqui descritos. A porção de extremidade livre e a porção de extremidade de base podem ser mutuamente unidas por qualquer método de união apropriado, como as várias formas de solda. Dependendo dos materiais selecionados para o uso como a porção de extremidade livre e a porção de extremidade de base, e o método de união empregado, a ponta de centelhamento de compósito 52 terá igualmente uma junta entre elas. A junta pode ter um coeficiente de expansão térmica (CTE) que esteja entre os CTE dos materiais usados para a porção de extremidade livre e para a porção de extremidade, ou que pode estar fora desta faixa, dependendo dos materiais selecionados para a porção de extremidade livre e para a porção de extremidade de base e o método usado para formar a junta. Esta estrutura de ponta de centelhamento de multicamadas ou compósito pode ser formada como um rebite liso ou com cabeça. As estruturas de ponta e os métodos de fazê-las e usá-las estão explicados mais detalhadamente nos pedidos de patente co-adjudicados, co-pendentes, US 11/602.028; 11/602.146; e 11/602.169, solicitados aos 20 de novembro de 2006 (pastas IG-40472-1 (710240-2999), IG-40472-2 (710240-3000) e 1G-40472-3 (710240-3040), respectivamente), que estão aqui incorporados, em sua totalidade, pela referência. Estas pontas de centelhamento têm numerosas vantagens, incluindo custo reduzido de materiais em comparação a todas as pontas de metal precioso ou de liga de alto desempenho. Além disso, são soldadas mais facilmente aos eletrodos de centro ou de terra porque a extremidade de base pode ser formada das mesmas ligas, ou similares, usadas para fazer os eletrodos, como as várias ligas baseadas em níquel. Uma vez que podem ser feitas das mesmas ligas, ou similares, que as dos próprios eletrodos, têm igualmente um desencontro de CTE significativamente reduzido, o que melhora a resistência à tensão termal e ao fraturamento induzido por ciclagem e fraturas da interface entre a porção de base da ponta de centelhamento e o eletrodo.

Como talvez melhor mostrado na FIG. 1, o eletrodo de terra 26 se estende a partir de uma extremidade ancorada 56 adjacente à invólucro 24 para uma extremidade distai 58 adjacente à abertura de centelhamento 54. O eletrodo de terra 26 pode ser de secção transversal retangular típica, incluindo uma jaqueta de liga baseada em níquel envolvendo um núcleo de cobre ou de outro material termicamente condutor (ver FIGS. 1 e 9).

A vela de igniçãolO apresentou um índice IMEP de padrão industrial de aproximadamente 212, e acredita-se que as velas de ignição desta construção podem conseguir rotineiramente um índice IMEP de 200 ou mais, particularmente pela incorporação de eletrodos central e de terra com núcleo dos tipos descritos acima. As velas de ignição 10 também evitam a construção de invólucro de duas partes e as limitações potenciais associadas a elas, aqui descritas, incluindo a necessidade do uso de ligas de alta temperatura para uma porção do invólucro. Acredita-se que ofereçam vantagens significativas de confiabilidade e de custo,

Geralmente, os elementos do conjunto terminal 16 são montados no isolante para formar um conjunto de isolante e terminal 17, como aqui descrito. O conjunto de isolante e terminal 17 é inserido dentro de uma seção que pode ser formada 29 na extremidade do invólucro 24 e nela aprisionado, como aqui descrito. Isto tem a vantagem da inserção e montagem a partir de uma única extremidade, em contraste com os métodos de montagem usados, quando invólucros de duas peças são empregadas, onde a porção separada do invólucro deve ser inserida sobre extremidades opostas do isolante e ser unidas mutuamente para formar o invólucro da vela de ignição.

A invenção antecedente foi descrita de acordo com as normas jurídicas relevantes, portanto a descrição é, por natureza, mais exemplificativa do que limitativa. Variações, e as modificações dos modos de realização apresentados, podem se tornar aparentes àqueles peritos na técnica e cair dentro do escopo da invenção. Conseqüentemente, o escopo de proteção legal permitido para esta invenção apenas pode ser determinado estudando-se as reivindicações seguintes.

Claims (23)

1. Vela de ignição, caracterizada pelo fato de compreender: um conjunto do eletrodo central compreendendo um terminal em uma extremidade e um eletrodo central com uma superfície de centelhamento em uma extremidade oposta; um isolante, geralmente tubular, envolvendo o mencionado conjunto de eletrodo central; e um invólucro estendido de peça única envolvendo o mencionado isolante e tendo ao longo de seu comprimento um ressalto formado sobre uma primeira extremidade, uma porção de acoplamento, uma porção rosqueada, uma porção de corpo tendo em uma extremidade longe do ressalto formado um assento afunilado, uma extensão de tambor e um eletrodo de terra em uma segunda extremidade que é conectado à mencionada extensão de tambor, e espaçado da mencionada superfície de centelhamento, para formar um vão de centelhamento, o mencionado eletrodo de terra tendo um núcleo termicamente condutor, onde a mencionada vela de ignição tem uma classificação térmica IMEP maior do que, aproximadamente, 200.

2. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da mencionada porção de acoplamento compreender uma cabeça hexagonal.

3. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada adicionalmente pelo fato de compreender uma vedação de confinamento a quente formada a partir da mencionada porção de corpo e localizada entre a mencionada porção de corpo e o mencionado isolante.

4. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do mencionado isolante ter uma distância entre o mencionado ressalto laminado do mencionado invólucro e o mencionado terminal de pelo menos 2,286 cm.

5. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do mencionado eletrodo de terra compreender uma liga de Ni e o mencionado núcleo termicamente condutor compreender uma liga de Cu.

6. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do mencionado eletrodo central compreender um núcleo termicamente condutor.

7. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato do mencionado eletrodo central compreender uma liga de Ni e o mencionado núcleo termicamente condutor compreender uma liga de Cu.

8. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de pelo menos um dentre o mencionado eletrodo central e o mencionado eletrodo de terra compreender adicionalmente uma ponta de centelhamento.

9. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato da mencionada ponta de centelhamento compreender um dentre ouro, uma liga de ouro, um metal do grupo da platina ou uma liga do tungstênio.

10. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato do mencionado metal do grupo da platina compreender pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de platina, irídio, ródio, paládio, rutênio e rênio.

11. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do mencionado metal do grupo da platina compreender adicionalmente pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de níquel, cromo, ferro, manganês, cobre, alumínio, cobalto, tungstênio, ítrio, zircônio, háfnio, lantânio, cério e neodímio.

12. Vela de ignição, caracterizada pelo fato de compreender: um conjunto de eletrodo central compreendendo um terminal em uma extremidade e um eletrodo central com uma superfície de centelhamento na extremidade oposta; um invólucro estendido de peça única tendo ao longo de seu comprimento um ressalto formado em uma primeira extremidade, uma porção de acoplamento, uma porção rosqueada, uma porção do corpo tendo em uma extremidade longe do ressalto formado um assento afunilado, uma extensão de tambor e um eletrodo de terra em uma segunda extremidade que é conectada à mencionada extensão de tambor e espaçada da mencionada superfície de centelhamento para formar um vão de centelhamento, o mencionado invólucro tendo um furo anular com seções de diâmetros variáveis que são reduzidos progressivamente a partir do mencionado ressalto formado para a mencionada segunda extremidade compreendendo uma primeira seção de invólucro associada com o mencionado ressalto formado e a mencionada porção de acoplamento, um primeiro ressalto de invólucro que transita para uma segunda seção de invólucro associada com a mencionada porção rosqueada, e uma extremidade da mencionada porção de corpo em direção ao mencionado ressalto formado, um segundo ressalto de invólucro que transita para uma terceira seção de invólucro que está associado com a mencionada extremidade da mencionada porção de corpo, longe do mencionado ressalto formado e da mencionada extensão de tambor, o mencionado eletrodo de terra tendo um núcleo termicamente condutor; um isolante, geralmente tubular, envolvendo o mencionado conjunto de eletrodo central, o mencionado isolante tendo seções tubulares de diâmetros variáveis compreendendo uma primeira seção de isolante que envolve o mencionado terminal, um primeiro ressalto de isolante que está em encaixe por pressão com o mencionado ressalto formado e transitando para uma segunda seção de isolante tendo um diâmetro que é maior do que um diâmetro da mencionada primeira seção de isolante e alojado dentro da mencionada primeira seção de invólucro, um segundo ressalto que está em encaixe por pressão com o mencionado primeiro ressalto de invólucro e transitando para uma terceira seção de isolante tendo um diâmetro menor do que o diâmetro da mencionada segunda seção de isolante e alojado dentro da mencionada segunda seção de invólucro, um terceiro ressalto de isolante que está em encaixe por pressão com o mencionado segundo invólucro e transitando para uma quarta seção de isolante tendo um diâmetro que é menor do que o diâmetro da mencionada terceira seção de isolante e alojado dentro da mencionada terceira seção de invólucro, e uma seção de nariz de núcleo afunilada, alojando o mencionado eletrodo, que se estende a partir da mencionada extensão de tambor e está próxima ao vão de centelhamento; onde a mencionada quarta seção de isolante e a mencionada terceira seção de invólucro são suficientemente pouco afastados e operacionais para a remoção do calor da mencionada quarta seção de isolante através da mencionada terceira seção de invólucro.

13. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato da mencionada quarta seção de isolante ter uma variação máxima de retilinearidade diametral controlada ao longo de seu comprimento.

14. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato da mencionada variação máxima de retilinearidade diametral ser 0,2032mm.

15. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato da mencionada vela de ignição ter uma classificação térmica IMEP de pelo menos 200.

16. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato da mencionada porção de acoplamento compreender uma cabeça hexagonal.

17. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada adicionalmente pelo fato de compreender uma vedação de confinamento a quente formada a partir da mencionada porção de corpo e localizada entre a mencionada porção de corpo e o mencionado terceiro isolante.

18. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato da mencionada primeira seção de isolante ter uma distância de descarga desruptiva entre o mencionado ressalto laminado do mencionado invólucro e o mencionado terminal de pelo menos 2,286cm.

19. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato do mencionado eletrodo de terra compreender uma liga de Ni e o mencionado núcleo termicamente condutor compreender uma liga de Cu.

20. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de pelo menos um dentre o mencionado eletrodo central e o mencionado eletrodo de terra compreender adicionalmente uma ponta de centelhamento.

21. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato da mencionada ponta de centelhamento compreender um dentre ouro, uma liga de ouro, um metal do grupo da platina ou uma liga de tungstênio.

22. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato do mencionado metal do grupo da platina compreender pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de platina, irídio, ródio, paládio, rutênio e rênio.

23. Vela de ignição de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato do mencionado metal do grupo da platina compreender adicionalmente pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de níquel, cromo, ferro, manganês, cobre, alumínio, cobalto, tungstênio, ítrio, zircônio, háfnio, lantânio, cério e neodímio.