ES2344994T3 - Bujia de encendido para motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Bujía de encendido (1) para el motor de combustión interna de un vehículo automóvil, de forma general sensiblemente alargada, que incluye: - una parte inferior esencialmente capacitiva (C) que incluye dos electrodos coaxiales, de los cuales uno es un electrodo central (3) y un casquillo (2) roscado para el atornillamiento de la bujía (1) sobre el motor - una parte superior esencialmente inductiva (I) que incluye un bobinado (5) central que a su vez incluye varias espiras (51) enrolladas alrededor de un mandril (8) coaxial, una envolvente (6) y un aislante (7) interpuesto entre la envolvente (6) y el bobinado (5) estando la parte esencialmente capacitiva (C) y la parte esencialmente inductiva (I) conectadas entre sí mecánicamente de tal modo que permiten la transmisión de un par de apriete aplicado a la envolvente (6) en la parte inferior esencialmente capacitiva (C) caracterizada porque el mandril (8) es deformable elásticamente de manera que compense los efectos de la dilatación del aislante (7).

Description

Bujía de encendido para motor de combustión interna.

La invención se refiere a una bujía de encendido para el motor de combustión interna de un vehículo automóvil, de forma general sensiblemente alargada, que incluye:

- una parte inferior esencialmente capacitiva que incluye dos electrodos coaxiales, entre los cuales un electrodo central y un casquillo roscado para el atornillamiento de la bujía sobre el motor

- una parte superior esencialmente inductiva que incluye un bobinado centra) que a su vez incluye varias espiras enrolladas alrededor de un mandril coaxial, una envolvente y un aislante interpuesto entre la envolvente y la bobinado.

Estando la parte esencialmente capacitiva y la parte esencialmente inductiva conectadas entre sí mecánicamente de manera que permitan la transmisión de un par de apriete aplicado a la envolvente en la parte inferior esencialmente capacitiva.

Una bujía de este tipo de encendido es conocida a partir del documento FR-A-2 859 869.

Los imperativos de aumento del rendimiento y de disminución de la contaminación generan solicitaciones cada vez más importantes en cuanto a la arquitectura de los motores. Estas solicitaciones se traducen en particular, para el sistema de encendido, en dimensiones de bujía cada vez más reducidas, así como en una reducción de las dimensiones radiales del pozo de acceso a la bujía, esto último con la finalidad de poder aumentar, en particular, el espacio disponible en la culata para permitir el paso de nuevos canales de enfriamiento: la reducción del espacio asignado a la bujía y a su pozo de acceso ha conducido, entre otras cosas, a la realización de bobinas de tipo "lápiz" colocadas directamente en el pozo de acceso a la bujía.

Sin embargo, debido, por una parte, a la diferencia de duración de la vida entre la bujía propiamente dicha y su bobina, así como, por otra parte, a objetivos de normalización de los componentes {cada tipo de motor requiere en efecto una bujía específicamente adaptada, mientras que un tipo de bobina de bujía puede ser común a varios tipos de motores), la bujía y su bobina están, lo más frecuentemente, separadas, y la única conexión que existe entre ellas es entonces de tipo eléctrico, estando asegurado el mantenimiento mecánico de cada uno de estos dos elementos de manera independiente, incluso en el caso de los bobinas "lápiz" anteriormente mencionadas.

Por otra parte, según un modo de montaje muy conocido en la estado de la técnica, el par de apriete de la bujía se aplica generalmente en el casquillo de la bujía, incluyendo el casquillo clásicamente un roscado macho destinado a cooperar con un roscado hembra complementario realizado en la culata, así como un elemento destinado al apriete controlado del conjunto roscado. Tal modo de montaje requiere entonces la utilización de una herramienta específica que se desliza, en torno a la bobina y a la bujía, en el pozo de acceso a 1a bujía: una configuración de este tipo impone por tanto, en particular, que exista, en torno a la bobina y en el pozo de acceso a la bujía, un espacio libre inutilizado fuera de las operaciones de montaje y desmontaje de la bujía. Ahora bien, la existencia de tal espacio va en contra de las solicitaciones dimensionales anteriormente mencionadas.

En todo lo que sigue, se designará por "inferior" la parte de una bujía de encendido destinada a estar más cercana a la cámara de combustión de un motor a combustión interna, y por "superior" a la parte opuesta de la bujía.

Se designará también como "capa fina conductora" de un material que presenta una fuerte conductividad eléctrica, una capa metálica de un material no magnético de un espesor al menos igual o superior al espesor de piel en el campo de frecuencias considerado, es decir, entre 1 Megahercio y 10 Megahercios, que garantiza una función de blindaje electromagnético. La fuerte conductividad de los materiales será análoga a la del cobre o la plata, materiales de referencia en este campo.

Se conocen distintos modos de montaje de una bujía y de su bobina en los cuales el espacio reservado en torno al conjunto para el paso de una herramienta destinada al montaje mecánico de la bujía en la culata del motor se reduce al mínimo.

El documento EP1249907 presenta así, por ejemplo, un modo de montaje de una bujía y de su bobina en el cual el pozo de acceso a la bujía está constituido por una serie de taladros lisos, sensiblemente cilíndricos, concéntricos, y cuyos diámetros respectivos están adaptados para formar al menos un asiento sensiblemente perpendicular al eje del pozo, una superficie de apoyo de la bujía perpendicular al eje común de la bujía y el pozo de acceso que se apoya en el asiento, siendo realizada la colocación de la bujía por medio de un elemento sobresaliente situado sobre la parte inferior de la bujía y destinado a cooperar con un mecanizado complementario realizado en las paredes del pozo de acceso. En el dispositivo presentado en el documento EP1249907, un capuchón, constituido por una parte tubular sensiblemente cilíndrica terminada en una brida sensiblemente plana cuyo diámetro exterior es superior al diámetro del pozo de acceso y cuya superficie es sensiblemente perpendicular al eje de la parte tubular y el pozo de acceso, se coloca sobre la parte superior de la bujía. Las dimensiones del capuchón se ajustan de modo que, cuando la brida sensiblemente plana está apoyada en la cara superior del pozo de acceso a la bujía, el extremo de la parte tubular del capuchón se apoya en una parte de la bujía, asegurando así un mantenimiento a compresión de la bujía en su pozo de acceso: el apriete del conjunto se realiza por atornillamiento de la brida sensiblemente plana sobre la cara superior de la cámara de combustión. En el dispositivo presentado en el documento EP 1249907, la bobina está integrada además con el capuchón, siendo realizado el contacto eléctrico entre la bobina y la bujía por medio de un resorte helicoidal puesto a compresión durante la colocación del capuchón.

Un dispositivo de este tipo, si bien permite liberarse de la necesidad de proporcionar un espacio específicamente destinado al paso de una herramienta de apriete en el pozo de acceso a la bujía, impone no obstante la realización de un gran número de piezas de precisión.

Por otra parte, sólo se encuentra imperfectamente adaptado a bujías de plasma de radiofrecuencia, en particular debido al modo de conexión entre la bujía y su bobina retenida.

En efecto, una bujía de plasma de radiofrecuencia incluye generalmente una parte superior, esencialmente inductiva, principalmente constituida por la bobina de la bujía y una envolvente que forma el blindaje de la parte esencialmente inductiva, y una parte inferior esencialmente capacitiva compuesta principalmente por una estructura coaxial, comportándose el conjunto como un resonador LC. Ahora bien, se conoce que la continuidad y la calidad de la conexión eléctrica entre los distintos componentes de un resonador de este tipo desempeñan un papel capital en el máximo aprovechamiento de sus prestaciones. Por otra parte, las dimensiones de dichos elementos de resonador deben definirse en función del campo de funcionamiento en radiofrecuencia de manera que se optimicen las prestaciones del resonador: en particular, la longitud de la parte esencialmente capacitiva debe reducirse tanto como sea posible, teniendo en cuenta las características geométricas del roscado de acceso a la cámara de combustión, a fin de que el valor de la capacidad permanezca bajo. Además, el diámetro de la parte esencialmente inductiva debe también elevarse cuanto sea posible, a fin de que el valor del coeficiente de sobretensión del resonador así constituido sea óptimo. Estas solicitaciones incluyen entonces revisar el modo de realización y de montaje de los elementos del conjunto que constituye el resonador anteriormente mencionado.

La presente invención tiene por objeto proponer un dispositivo de montaje en el cual la conexión entre la bobina y otros elementos que constituyen la bujía garantice a la vez la continuidad eléctrica y un acoplamiento mecánico, permitiendo al mismo tiempo la puesta en su sitio del conjunto así constituido sin tener que deslizar una herramienta en torno al bobina para apoyarse en el casquillo de la bujía.

A tal efecto, la invención propone una bujía del tipo citado anteriormente, caracterizado porque el mandril es deformable elásticamente para compensar los efectos de la dilatación del aislante.

Según otras características de la invención, el mandril es un cilindro de sección poligonal.

Según otras características de la invención, el mandril es un cilindro de revolución.

Según otras características de la invención, el mandril es un tubo.

Según otras características de la invención, el mandril es un cilindro macizo.

Según otras características de la invención, el mandril incluye en uno de sus extremos un vaciado de profundidad axial que recibe un tapón y cuya profundidad es igual o superior a una distancia definida entre el extremo del mandril y una primera espira del bobinado.

Según otras características de la invención, el extremo corresponde a la conexión con el electrodo central.

Según otras características de la invención, el tapón es de polímero alta densidad.

Según otras características de la invención, el mandril se escoge entre polímeros.

Preferencialmente pero de manera no exclusiva, la invención se aplica a una bujía de encendido de plasma de radiofrecuencia.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán en la lectura de la descripción de ejemplos de realización en la que se hace referencia a las figuras anexas.

La figura 1 representa una vista esquemática en corte según el eje Z de una bujía de plasma de radiofrecuencia según la invención.

La figura 2 representa una vista esquemática en perspectiva de un aislante interpuesto entre una envolvente y un mandril cilíndrico de sección poligonal deformable elásticamente de una bujía de plasma de radiofrecuencia según un primer modo de realización de La invención.

La figura 3 representa una vista esquemática en perspectiva de un aislante interpuesto entre una envolvente y un mandril cilíndrico de sección poligonal deformado de una bujía de plasma de radiofrecuencia según un primer modo de realización la invención.

La figura 4 representa una vista esquemática en perspectiva de un aislante interpuesto entre una envolvente y un mandril cilíndrico de revolución deformable elásticamente de una bujía de plasma de radiofrecuencia según un segundo modo de realización de la invención.

La figura 5 representa una vista esquemática en perspectiva de un aislante interpuesto entre una envolvente y un mandril cilíndrico de revolución deformado de una bujía de plasma de radiofrecuencia según un segundo modo de realización la invención.

La figura 6 representa una vista esquemática en perspectiva de un aislante interpuesto entre una envolvente y un mandril que es 1s cilíndrico de sección poligonal, deformable elásticamente y que incluye un tapón, de una bujía de plasma de radiofrecuencia según la invención.

Elementos idénticos o análogos son designados por las mismas cifras de referencia.

Como se ha representado en la figura 1, una bujía de plasma de radiofrecuencia 1 de forma general sensiblemente cilíndrica incluye principalmente una parte inferior esencialmente capacitiva C y una parte superior esencialmente inductiva I, siendo las partes C e I de forma sensiblemente alargada, conectadas en serie e incluyendo un eje longitudinal común Z.

Se introduce un modo de conexión rígido entre algunos de los elementos de cada una de las partes esencialmente capacitiva C y esencialmente inductiva I. Por la aplicación de materiales y formas que permiten la transmisión de un par de apriete de la parte esencialmente inductiva I a la parte esencialmente capacitiva C, se permite que la conexión entre las partes C e I de la bujía 1 se pueda realizar de manera óptima tanto en el plano mecánico como en el plano eléctrico.

La parte esencialmente capacitiva C incluye, en particular, un casquillo 2 destinado a ser conectado a la masa y que rodea un electrodo central 3, sensiblemente cilíndrico, de eje Z, que desempeña el papel de electrodo de alta tensión. Se coloca un bloque eléctricamente aislante, llamado "aislante" 4 entre el casquillo 2 y el electrodo central 3, estando configurado el aislante 4 para guiar las chispas entre los electrodos 2 y 3. De una manera bien conocida en el estado de la técnica, el casquillo 2 presenta, en la cara exterior de su parte inferior más próxima a la culata del motor de combustión interna equipado con la bujía 1, una forma apropiada a la puesta en su sitio, al mantenimiento y al apriete de la bujía 1 sobre la culata (por ejemplo y de manera no limitativa, tal como se ha representado en la figura 1: un roscado).

La parte esencialmente inductiva I de la bujía 1 incluye, por su parte, un bobinado 5 cuyo eje de manera ventajosa se confunde sensiblemente con el eje Z del electrodo central 3 y de la bujía 1. La bobina 5 se rodea, por otra parte, por una envolvente 6. Está destinada a reducir las emisiones electromagnéticas de la bujía 1 y a desempeñar el papel de blindaje. El par de apriete para la realización de la conexión entre la parte esencialmente capacitiva C y la parte esencialmente inductiva I de la bujía 1 es transmitido por la envolvente 6. La ventaja principal de este tipo de transmisión es que aplica las solicitaciones mecánicas al mayor radio disponible, en el lugar en el que el efecto de brazo de palanca es óptimo, minimizando así las solicitaciones mecánicas sobre los materiales propiamente dichos. La transmisión del par de apriete de la parte esencialmente inductiva I a la parte esencialmente capacitiva C corresponde entonces a la transmisión de un par de torsión de la envolvente 6 al casquillo 2.

Esta envolvente 6 se realiza de un material rígido, por ejemplo un polímero, un metal.

Cuando la envolvente es metálica, según los procedimientos industriales conocidos, la envolvente 6 se puede realizar de distintos materiales metálicos y por distintas técnicas apropiadas. Puede realizase, en particular, a título de ejemplo y de manera no exhaustiva, al mismo tiempo que el casquillo 2 (por estampado o embutición), o ser soldado al casquillo 2 después de la realización por separado de las dos partes (estampado del casquillo 2 y trefilado o laminado de la envolvente 6). La cara interior de la envolvente 6 debe revestirse con una capa de algunas decenas de mieras de espesor (típicamente 30 a 50 \mum, por ejemplo) de un material con gran conductividad eléctrica (por ejemplo y de manera no limitativa: plata o cobre), esto con la finalidad de mejorar la conductividad a radiofrecuencia de la envolvente 6 y de limitar las pérdidas por efecto superficial en ésta. La transmisión del par de apriete (aquí par de torsión) de la parte esencialmente inductiva I a la parte esencialmente capacitiva C de la bujía se obtiene por la conexión metálica rígida realizada, durante la fabricación entra la envolvente 6 y el casquillo 2, por uno de los medios descritos anteriormente (fabricación simultánea de la envolvente y del casquillo por estampado o embutición, o fabricaciones separadas, y luego ensamblaje rígido de la envolvente 6 y del casquillo 2, por ejemplo por soldadura).

Cuando la envolvente se realiza de un material aislante de tipo polimérico, al presentar estos materiales una rigidez mecánica menor que los materiales metálicos, la envolvente 6 debe presentar entonces un espesor relativamente grande (sensiblemente, y a título de ejemplo, del orden de algunos milímetros) de manera que pueda permitir la transmisión del par de apriete al casquillo 2. A fin de garantizar la función de blindaje de la parte esencialmente inductiva, la cara exterior de la envolvente 6 debe ser revestida con una capa de algunas decenas de mieras de espesor (típicamente y a título de ejemplo no limitativo: 30 a 50 \mum) de un material con gran conductividad eléctrica (por ejemplo y de manera no limitativa: plata o cobre). La aplicación de este recubrimiento a la cara exterior de la envolvente 6 permite aumentar ligeramente el diámetro exterior de la parte esencialmente inductiva I, lo cual mejora el coeficiente de sobretensión del resonador constituido por las partes C e I. La transmisión del par de apriete entre la parte esencialmente inductiva I y la parte esencialmente capacitiva C de la bujía 1 se obtiene por una puesta en forma apropiada de la interfaz entre el casquillo 2 y la envolvente 6, tal como se describe en la solicitud de patente no publicada FR0452790.

Las dimensiones de la envolvente 6 se calculan de manera que se minimicen los riesgos de distensión entre el bobinado 5 y la envolvente 6. Ventajosamente, con el fin de reducir todavía los riesgos de distensión, fuentes de disipaciones parásitas de energía, se coloca un aislante 7 entre el bobinado 5 y la envolvente 6, y se realiza el bobinado 5 alrededor del mandril 8. En el modo de realización de la bujía de plasma de radiofrecuencia presentada en la figura 1, se coloca además un aislante complementario 9 entre el aislante 7 y el aislante 4 que separa el casquillo 2 y el electrodo central 3, una pieza 10 conectada eléctricamente al casquillo 2 que garantiza la conexión entre el mantenimiento de los aislantes 4, 7, y 9.

Los materiales y modos de realización y de ensamblaje de estos distintos elementos se definen y aplican de manera que se limite al máximo toda inclusión de aire en las interfaces, igualmente fuentes de distensiones y de pérdidas.

Se realiza también generalmente un enrollamiento de medición de corriente 11 en torno al bobinado 5, y se coloca un dispositivo de conexión 13, solidario con un conector 12 (no detallados en las figuras), en el extremo superior de la bujía 1. La espira superior 52 del bobinado 5 se conecta al conector 12, estando conectada la espira inferior 51 del bobinado 5 por unos medios apropiados 14 (no detallados en las figuras) a un extremo interno del electrodo central 3.

A fin de reducir al máximo las capacidades parásitas (tal como se ha mencionado anteriormente, las características de funcionamiento del resonador así constituido son tanto mejores cuanto menor es el valor de la capacidad de la parte capacitiva), la longitud de la conexión entre la parte esencialmente capacitiva C y la parte esencialmente inductiva I se debe reducir en la medida de lo posible. Del mismo modo, el coeficiente de sobretensión del resonador LC constituido por la parte esencialmente inductiva I y la parte esencialmente capacitiva C colocadas en serie es tanto mejor cuanto mayor es el diámetro de la parte esencialmente inductiva I.

Finalmente, la calidad eléctrica de la conexión entre las partes esencialmente capacitiva C e inductiva I (continuidad eléctrica, en particular) debe también ser máxima a fin de optimizar las características de funcionamiento del
resonador.

Según un primer modo de realización, el mandril 8 es un tubo de sección poligonal deformable elásticamente. Como se ha representado en la figura 2, el tubo es de sección hexagonal. El espesor de cada una de las paredes o caras axiales 82 se dimensiona de tal forma que las paredes o caras axiales 82 son aptas para deformarse elásticamente. Por ejemplo, las paredes o caras axiales 82 pueden tener un espesor, entre 0,2 y 0,5 mm. El aislante 7 colocado entre el bobinado 5 y la envolvente 6 puede elegirse entre fluidos o sólidos no compresibles que presenten un coeficiente de dilatación con la temperatura grande, por ejemplo y de manera no limitativa la silicona. En ese caso, las paredes o caras axiales 82 se pueden deformar elásticamente para compensar los efectos de la dilatación del aislante 7. Durante esta deformación, las paredes o las caras axiales 82 pueden curvarse radialmente hacia el interior del tubo y los bordes axiales 83 guardan una colocación sensiblemente idéntica que permite al bobinado 25 guardar sensiblemente la misma colocación de enrollamiento alrededor del mandril 8, como se ha representado en la figura 3.

Según un segundo modo de realización, el mandril 8 es un cilindro macizo de sección poligonal deformable elásticamente. Como se ha representado en la figura 4, el cilindro macizo es de sección poligonal. El mandril 8 se elige entre los materiales compresibles como los polímeros (por ejemplo: espuma de polímero, polímero expandido). El aislante 7 colocado entre el bobinado 5 y la envolvente 6 puede ser escogido entre los fluidos o los sólidos no compresibles que presentan un coeficiente de dilatación con la temperatura grande, por ejemplo y de manera no limitativa la silicona. En ese caso, el mandril 8 puede ser deformado por una disminución de su volumen para compensar los efectos de la dilatación del aislante 7, tal como se ha representado en la figura 5.

En los modos de realización descritos, los materiales generalmente escogidos tienen una baja densidad. Por consiguiente tiene lugar una reducción de la masa del conjunto bobinado/bujía y en consecuencia una ganancia importante desde el punto de vista de la inercia de las piezas sometidas a vibración.

En los modos de realización anteriormente descritos, tal como se ha representado en la figura 6, a fin de evitar fugas eléctricas en los medios 14 que conectan la espira inferior 51 con el bobinado 5 y el electrodo central 3. Para eso, el mandril 8 incluye en uno de sus extremos 81 un vaciado de profundidad h axial que recibe un tapón 20. Además, la profundidad h es igual o superior a una distancia d definida entre el extremo 81 del mandril 8 y la espira inferior 51 del bobinado 5. Además, se dimensiona el tapón 20 de tal modo que garantice el mantenimiento mecánico y la coaxialidad entre el mandril 8 y el electrodo central 3. El mandril 8 incluye, en su extremo 81, el tapón 20 perforado por un taladro 21 de tal manera que al menos la cabeza del electrodo central 3 pase a través de este taladro 21. El tapón 20 puede ser de polímero de alta densidad tal como el polietileno.

En todos los modos de realización anteriormente descritos, la continuidad eléctrica del conjunto de la bujía 1 según la invención termina en el elemento de conexión 13 destinado a la conexión del conector 12 a la alimentación eléctrica de la bujía 1.

Ventajosamente, el elemento 13, vinculado de una forma rígida, en particular, a la envolvente 6 (por ejemplo y de manera no limitativa, gracias a uno de los medios del tipo de los que acaban de describirse para la conexión de la envolvente 6 con el casquillo 2), presenta una forma adaptada a la utilización de una herramienta de apriete simple para la aplicación y el apriete de la bujía 1 en la culata del motor.

Así sucede que una bujía 1 de encendido según la invención se pueda establecer y retirar de su pozo de acceso sin que haya necesidad de deslizar una herramienta específica alrededor de la bujía: no es por tanto necesario disponer, en el pozo de acceso a la bujía 1, un espacio requerido para el paso de la herramienta específica y utilizado solamente para las operaciones de montaje y desmontaje de la bujía.

Debe tenerse en cuenta que el principio de conexión rígida a la vez mecánica y eléctrica entre las dos partes de una bujía 1 de encendido (bujía propiamente dicha y su bobinado), aquí descrito en su aplicación a una bujía de plasma de radiofrecuencia, y preferencialmente destinado a este tipo de bujía, puede transponerse a todo tipo de bujía convencional.

Claims (9)

1. Bujía de encendido (1) para el motor de combustión interna de un vehículo automóvil, de forma general sensiblemente alargada, que incluye:

- una parte inferior esencialmente capacitiva (C) que incluye dos electrodos coaxiales, de los cuales uno es un electrodo central (3) y un casquillo (2) roscado para el atornillamiento de la bujía (1) sobre el motor

- una parte superior esencialmente inductiva (I) que incluye un bobinado (5) central que a su vez incluye varias espiras (51) enrolladas alrededor de un mandril (8) coaxial, una envolvente (6) y un aislante (7) interpuesto entre la envolvente (6) y el bobinado (5)

estando la parte esencialmente capacitiva (C) y la parte esencialmente inductiva (I) conectadas entre sí mecánicamente de tal modo que permiten la transmisión de un par de apriete aplicado a la envolvente (6) en la parte inferior esencialmente capacitiva (C) caracterizada porque el mandril (8) es deformable elásticamente de manera que compense los efectos de la dilatación del aislante (7).

2. Bujía de encendido (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque el mandril (8) es un cilindro de sección poligonal.

3. Bujía de encendido (1) según la reivindicación 2, caracterizada porque el mandril (8) es un cilindro de revolución.

4. Bujía de encendido (1) según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque el mandril (8) es un tubo.

5. Bujía de encendido (1) según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque el mandril (8) es un cilindro macizo.

6. Bujía de encendido (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el mandril (8) incluye en uno de sus extremos (81) un vaciado de profundidad (h) axial que recibe un tapón (20) y porque la profundidad (H) es igual o superior a una distancia (d) definida entre el extremo (81) del mandril (8) y una primera espira (51) del bobinado (5).

7. Bujía de encendido (1) según la reivindicación 6, caracterizada porque el extremo (81) corresponde a la conexión con el electrodo central (3).

8. Bujía de encendido (1) según una de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizada porque el tapón (20) es de polímero alta densidad.

9. Bujía de encendido (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el mandril (8) se elige entre los polímeros.