BUJÍA DE ENCENDIDO COMPUESTA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a bujías de encendido utilizadas para encender combustible en motores de combustión interna encendidos por chispa. La tecnología de bujías de encendido de hoy en día se remonta a principios de los años de 1950 sin cambios notables en el diseño excepto por los materiales y la configuración de los electrodos con separación de chispa. Estos materiales de electrodo relativamente nuevos tales como platino e iridio se han incorporado en el diseño para mitigar la erosión común a todos los electrodos de bujías de encendido en un intento para prolongar la vida útil. Mientras que estos materiales reducirán la erosión del electrodo para las bujías de encendido típicas de descarga de baja potencia (corriente de descarga pico menor que 1 amperio) y cumplirán con los requerimientos para 109 ciclos, ellos no resistirán la alta transferencia coulómbica de la descarga de alta potencia (corriente de descarga pico mayor que un amperio) . Adicionalmente, han existido muchos intentos en crear capacitancia más alta en la bujía de encendido o en unir un capacitor en paralelo a las bujías de encendido existentes. Mientras que esto incrementará la potencia de descarga de la chispa, los diseños son ineficientes, complejos y ninguno trata con la erosión acelerada asociada con la descarga de
alta potencia. No ha existido intento para crear un aislador de la bujía de encendido utilizando materiales distintos en un ensamble modular. La Patente Norteamericana No. 3,683,232, Patente Norteamericana No. 1,148,106 y la Patente Norteamericana No. 4,751,430 discuten el empleo de un capacitor o condensador para incrementar la potencia de chispa. No hay descripción en cuanto al tamaño eléctrico del capacitor, que determinaría la potencia de la descarga. Adicionalmente , si el capacitor es de capacitancia bastante grande, la caída de voltaje entre la salida del transformador de ignición y la separación de chispa podría impedir la ionización de la separación y la creación de chispa. La Patente Norteamericana No. 4,549,114 reclama incrementar la energía de la separación de chispa principal al incorporar en el cuerpo de la bujía de encendido una separación auxiliar. El uso dos separaciones de chispa en una bujía de encendido singular para encender el combustible en cualquier motor de combustión interna encendido por chispa que utiliza procesamiento electrónico para controlar el suministro de combustible y la sincronización de la chispa podría resultar faltar a la operación del motor ya que la E I/RFI emitida por dos separaciones de chispa podría causar el funcionamiento defectuoso de la unidad de procesamiento central .
En la Patente Norteamericana No. 5,272,415, se divulga un capacitor unido a una bujía de encendido sin resistor. La capacitancia no es divulgada y en ninguna parte hay alguna mención de la interferencia electromagnética y de radiofrecuencia creada por la bujía de encendido sin resistor, que si no es apropiadamente protegida contra las emisiones de EMI/RFI, podría causar el paro de la unidad de procesamiento central o aun causar daño permanente. La Patente Norteamericana No. 5,514,314 divulga un incremento en el tamaño de la chispa al implementar un campo magnético en el área de los electrodos positivo y negativo de la bujía de encendido. La invención también reclama crear electrodos monolíticos, bobinas integradas y capacitores pero no divulga los valores de resistividad de las rutas conductivas monolíticas que crean los diversos componentes eléctricos. Las rutas conductivas de los componentes eléctricos se diseñan para valores de resistividad de 1.5-1.9 ohms/metro que aseguran la función apropiada. Cualquier degradación de las rutas por la migración del material cerámico inherente en la tinta cermet reduce la eficacia y la operación del dispositivo eléctrico. Además, también no hay mención de la retención del voltaje del medio de aislamiento que separa las rutas conductivas opuestamente cargadas de los componentes monolíticos. Si el material de cerámica estándar tal como Alúmina 86% se utiliza para el cuerpo de aislamiento
de la bujía de encendido, la resistencia dieléctrica, o retención de voltaje es de 200 voltios/mil. La dispersión de voltaje de operación estándar para bujías de encendido en motores de combustión interna encendidos por chispa es de 5Kv a 20Kv con picos de 40Kv observados en igniciones de automóviles de ultimo modelo, que no podrían aislar los electrodos monolíticos, las bobinas integradas y los capacitores contra este nivel de voltaje. La Patente Norteamericana No. 5,866,972, la Patente Norteamericana No. 6,533,629 y la Patente Norteamericana 6,533,629 hablan de la aplicación, por varios métodos y medios, de electrodos y/o puntas de electrodo que consiste de platino, iridio y otros metales nobles para resistir el desgaste asociado con la operación de la bujía de encendido. Estas aplicaciones son probablemente no suficientes para resistir el desgaste del electrodo asociado con la descarga de alta potencia. Conforme el electrodo se desgasta, el voltaje requerido para ionizar la separación de chispa y para crear una chispa se incrementa. El transformador de ignición o bobina está limitado en la cantidad de voltaje suministrado a la bujía de encendido. El incremento en la separación de chispa debido a la erosión y desgaste acelerados podría ser más que el voltaje disponible del transformador, que podría dar por resultado falla del encendido y daño del convertidor catalítico .
La Patente Norteamericana No. 6,771,009 divulga un método para prevenir el brinco de la corriente de la chispa y no resuelve los problemas relacionados con el desgaste del electrodo o el incremento de la potencia de descarga de la chispa . La Patente Norteamericana No. 6,798,125 habla del uso de una aleación de Ni de resistencia al calor más alta como el material de electrodo base al cual se une un metal noble mediante soldadura. La reclamación primaria es el material de electrodo base basado en Ni, que asegura la integridad de la soldadura. La combinación se dice que reduce la erosión del electrodo pero no reclama ya sea reducir la erosión en una condición de descarga de alta potencia o mejorar la potencia de la chispa. La Patente Norteamericana No. 6,819,030 para una bujía de encendido reclama reducir las temperaturas del electrodo de conexión a tierra pero no reclama reducir la erosión del electrodo o mejorar la potencia de la chispa. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un dispositivo de encendido compuesto para un motor de combustión interna de la presente invención incluye un electrodo positivo que tiene una punta formada sobre un extremo del mismo que está unida a un primer aislador para formar un ensamble de cono de encendido. El dispositivo de encendido incluye un segundo aislador que incluye un elemento
capacitivo negativo incrustado en el mismo unido al ensamble de cono de encendido. Un elemento capacitivo positivo está dispuesto en el segundo aislador y está separado del elemento capacitivo negativo por el segundo aislador. El elemento capacitivo positivo está acoplado al electrodo positivo. El elemento de capacitancia positivo y el elemento capacitivo negativo forman un capacitor. Un resistor dispuesto en un aislador de resistor está acoplado al elemento capacitivo positivo por un conectador de resistor. Un conectador eléctrico está acoplado al resistor y unido al segundo aislador y una cubierta está unida al segundo aislador y el ensamble de núcleo de encendido y acoplado al elemento capacitivo negativo. La cubierta incluye un electrodo negativo que tiene una punta formada en el mismo y espaciada de la punta de electrodo positivo. Alternativamente, el segundo aislador está unido al ensamble de cono de encendido y el elemento capacitivo negativo está · incrustado en el segundo aislador mediante moldeo por inyección o mediante moldeo de inserto. Alternativamente, el segundo aislador comprende un polímero diseñado. El polímero diseñado puede ser polímero de cristal líquido o polieteretercetona y puede tener una constante dieléctrica de entre aproximadamente 5 a aproximadamente 10. Alternativamente, el primer aislador comprende un material de alúmina. El material de alúmina puede comprender
de aproximadamente 88 por ciento a aproximadamente 99 por ciento de alúmina pura. Alternativamente, el conectador de resistor comprende un miembro de resorte. Alternativamente, las puntas del electrodo positivo y negativo comprenden un material de renio y tungsteno sinterizado. El material puede ser formado de aproximadamente 50 por ciento de renio y aproximadamente 50 por ciento de tungsteno o de aproximadamente 75 por ciento de renio y aproximadamente 25 por ciento de tungsteno. Alternativamente, el electrodo positivo además comprende un recubrimiento de tinta conductiva sobre una superficie exterior del mismo, el recubrimiento que tiene un espesor predeterminado. La tinta conductiva puede comprender un metal precioso o aleación de metal precioso. Alternativamente, el capacitor tiene una capacitancia predeterminada en el intervalo de aproximadamente 30 a aproximadamente 100 pf . Alternativamente, el elemento capacitivo positivo está acoplado al electrodo positivo por un ajuste de interferencia. En otra modalidad, la presente invención proporciona un circuito para un dispositivo de encendido para un motor de combustión interna que incluye una fuente de potencia operable para activar intermitentemente el circuito, un electrodo positivo que tiene una punta sobre un extremo del mismo, y un electrodo de conexión a tierra conectado a
tierra y que tiene una punta sobre un extremo del mismo. La punta del electrodo de conexión a tierra está espaciada de la punta del electrodo positivo por una separación de chispa predeterminada. El circuito también incluye por lo menos un resistor conectado en serie con la fuente de potencia y el electrodo positivo y por lo menos un capacitor directamente conectado al resistor y conectado en paralelo con el electrodo positivo y a tierra. Alternativamente, el por lo menos un resistor reduce la interferencia de radiofrecuencia (RFI) cuando el circuito está activo. Alternativamente, el por lo menos un capacitor incrementa la corriente pico a la separación de chispa cuando el circuito está activo. Alternativamente, las puntas del electrodo positivo y negativo comprenden un material de renio y tungsteno sinterizado. El material puede ser formado de aproximadamente 50 por ciento de renio y aproximadamente 50 por ciento de tungsteno o de aproximadamente 75 por ciento de renio y aproximadamente 25 por ciento de tungsteno. Alternativamente, el resistor tiene una resistencia predeterminada en el intervalo de aproximadamente 2 kohms a aproximadamente 20 kohms . Alternativamente, el capacitor tiene una capacitancia predeterminada en el intervalo de aproximadamente 30 a aproximadamente 100 pf . En otra modalidad, la presente invención
proporciona un método para formar un dispositivo de encendido compuesto para un motor de combustión interna que incluye unir un electrodo positivo que incluye una punta formada sobre el mismo con un primer aislador para formar un ensamble de cono de encendido, incrustar un elemento capacitivo negativo en un segundo aislador y unir el segundo aislador al ensamble de cono de encendido . y acoplar un elemento capacitivo positivo al electrodo positivo en el segundo aislador. El elemento capacitivo positivo está separado del elemento capacitivo negativo por el segundo aislador y el elemento de capacitancia positivo y el elemento capacitivo negativo forman un capacitor. El método también incluye disponer un resistor en un aislador de resistor, acoplar el resistor al elemento capacitivo positivo mediante un conectador de resistor, acoplar un conectador eléctrico al resistor, unir el conectador eléctrico al segundo aislador, unir una cubierta al segundo aislador y el ensamble de cono de encendido y acoplar la cubierta al elemento capacitivo negativo. La cubierta incluye un electrodo negativo que tiene una punta formada sobre el mismo, la punta del electrodo negativo que está estacionada de la punta del electrodo positivo . Alternativamente, el método además comprende sellar un parte superior del electrodo en el aislador. Alternativamente, el método además comprende recubrir el
electrodo positivo con una tinta conductiva antes de unir el electrodo positivo con el primer aislador. La tinta conductiva puede comprender un metal precioso o aleación de metal precioso. Alternativamente, la etapa de unión de la cubierta al segundo aislador y el ensamble de cono de encendido comprende enganchar la cubierta al segundo aislador y el ensamble de cono de encendido. Alternativamente, la etapa de acoplamiento de la cubierta al elemento capacitivo negativo comprende enganchar la cubierta al elemento capacitivo negativo. Alternativamente, la etapa de unión del electrodo positivo con el primer aislador comprende el calentamiento del electrodo positivo y el primer aislador a una temperatura predeterminada durante un tiempo predeterminado. La temperatura predeterminada puede ser de aproximadamente 750 grados Centígrados a aproximadamente 900 grados Centígrados y el tiempo predeterminado puede ser de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 60 minutos. Alternativamente, la etapa de incrustación de un elemento capacitivo negativo en un segundo aislador y la unión del segundo aislador al segundo aislador del ensamble de cono de encendido comprende el moldeo por inyección o moldeo de inserto. Alternativamente, el segundo aislador comprende un polímero diseñado: El polímero diseñado puede comprender polímero de cristal líquido o polieteretercetona y
puede tener una constante dieléctrica de entre aproximadamente 5 a aproximadamente 10. Alternativamente, el primer aislador comprende un material de alúmina. El material de alúmina puede comprender de aproximadamente 88 por ciento a aproximadamente 99 por ciento de alúmina pura. Alternativamente, el conectador de resistor comprende un miembro de resorte. Alternativamente, el método además comprende formar las puntas de electrodo positivo y negativo al sinterizar renio y tungsteno para formar un material sinterizado. El material puede ser formado de aproximadamente 50 por ciento de renio y aproximadamente 50 por ciento de tungsteno o de aproximadamente 75 por ciento de renio y aproximadamente 25 por ciento de tungsteno. Alternativamente, el capacitor tiene una capacitancia predeterminada en el intervalo de aproximadamente 30 a aproximadamente 100 pf. Alternativamente, la etapa de acoplamiento del elemento capacitivo positivo al electrodo positivo se realiza mediante un ajuste de interferencia. La presente invención proporciona un dispositivo de encendido o bujía de encendido para motores de combustión interna encendidos por chispa que, comprende un elemento capacitivo o capacitor formado con o integral al aislador para el propósito de alcanzar el máximo de la corriente eléctrica y de esta manera la potencia eléctrica de la chispa durante la fase de luminosidad del evento de la chispa. El
incremento adicional en la potencia de chispa crea un núcleo de flama más grande y asegura el encendido consistente con relación al ángulo de calado, ciclo a ciclo. Con el sistema de circuitos apropiadamente empleado, no hay cambio al voltaje disruptivo de la separación de chispa, ningún cambio a la sincronización del evento de chispa, ni hay algún cambio a la duración de chispa total. En la operación, el impulso de encendido se expone a la separación de chispa y el capacitor de la bujía de encendido simultáneamente conforme el capacitor es conectado en paralelo al circuito. Conforme la bobina se eleva inductivamente en voltaje para superar la resistencia de la separación de chispa, la energía se almacena en el capacitor ya que la resistencia en el capacitor es menor que la resistencia en la separación de chispa. Una vez que la resistencia es superada en la separación de chispa a través de la ionización, hay una reversión en la resistencia entre la separación de chispa y el capacitor que activa el capacitor para descargar la energía almacenada muy rápidamente, entre uno a diez nanosegundos , a través de la separación de chispa elevando al máximo la corriente y de esta manera la potencia de la chispa. El capacitor se carga al nivel de voltaje requerido para romper la separación de chispa. Conforme se incrementa la carga del motor, diminuye el vacío, incrementándose la
presión del aire en el espacio de chispa. Conforme se incrementa la presión el voltaje requerido para romper la separación de chispa se incrementa causando que el capacitor cargue a un voltaje más alto. La descarga resultante es elevada a un valor de potencia más alto. No hay retardo en el evento de sincronización ya que el capacitor está cargándose simultáneamente con la elevación en voltaje de la bobina. Los elementos capacitivos de preferencia comprenden dos placas cilindricas eléctricamente conductivas, opuestamente cargadas, de las cuales la placa de conexión a tierra está completamente alojada en un polímero diseñado durante un proceso de inserto o sobre un proceso de moldeo. La placa negativa está expuesta en un área circunferencial pequeña en el diámetro mayor del aislador compuesto que hace contacto con la cubierta de acero conductiva de la bujía de encendido. Esta exposición permite el contacto físico, mecánico y eléctrico para de esta manera colocar de manera efectiva la placa en el circuito de conexión a tierra del sistema eléctrico. La placa positiva del elemento capacitivo también es el conductor central de la bujía de encendido conectada, a través de un resistor o inductor, a la guía de alta tensión de la bobina de encendido o a la bobina directamente. El conductor se inserta, con un ajuste de interferencia, en la cavidad central del aislador compuesto formado durante el
proceso de moldeo. Un ajuste de interferencia de .0005"-.001" es de preferencia requerido para fijar la . relación de las placas conductivas, para de esta manera establecer un valor de capacitancia consistente. La inserción del conductor central también establece contacto eléctrico y mecánico con el electrodo central de la separación de chispas. El proceso de moldeo, utilizando el polímero diseñado, alinea y asegura el cono de combustión cerámico, que contiene el electrodo central de la separación de chispa a la placa negativa del elemento capacitivo de la bujía de encendido. De preferencia, el proceso de moldeo es un proceso de moldeo por inyección o un proceso de moldeo de inserto, como será apreciado por aquellos expertos en la técnica. La inserción del conductor central completa el capacitor y proporciona una conexión entre la bujía de encendido y la bobina de encendido. La capacidad se puede variar de 10 picofaradios a tantos como 100 picofaradios dependiendo de la geometría de las placas, su separación y la constante dieléctrica del polímero diseñado de aislamiento. Los extremos de las placas capacitoras de preferencia son desalineados para prevenir el aumento del campo eléctrico en la terminación de las placas, que podría comprometer la resistencia dieléctrica del aislador de polímero diseñado y podría dar por resultado la falla catastrófica de la bujía de encendido. La carga eléctrica del
encendido podría romper el aislador en este punto con el impulso que está yendo directamente a tierra, desviando la separación de chispa y causando falla permanente de la bujía de encendido. La presente invención también proporciona una bujía de encendido para motores de combustión interna encendidos por chispa, que proporciona un material de electrodo comprendido principalmente de Renio sinterizado con Tungsteno. Los porcentajes de compuesto sinterizado pueden variar de 50% de Renio y 50% de Tungsteno a 75% de Renio y 25% de Tungsteno. El Tungsteno puro sería un material de electrodo muy deseable debido a su conductividad y densidad pero no es una buena elección para aplicaciones de motor de combustión interna ya que se oxida a temperaturas menores que las temperaturas de combustión de los combustibles fósiles. Adicionalmente, el diseño de motor más nuevo está empleando el quemado pobre, que tiene una temperatura de combustión más alta que hace al Tungsteno un material de electrodo aun menos aceptable. Durante el proceso de oxidación el electrodo de Tungsteno se erosionará a una proporción acelerada debido a su volatilidad en la temperatura de oxidación, para de esta manera reducir la vida útil. Al sinterizar tungsteno con renio se protege al tungsteno contra el proceso de oxidación y se permite el efecto deseado de reducir la erosión en una aplicación de descarga de alta potencia.
La utilización de metales nobles para electrodos, como es la práctica de la industria actual para cumplir con las regulaciones federales no perdurará el requerimiento de millaje requerido bajo la operación de alta potencia de chispa. La potencia incrementada de la descarga incrementará la proporción de erosión del electrodo de metal noble y causará falla del encendido. En todos los caso ocurrirá falla de mal encendido, daño o destrucción del convertidor catalítico . Mientras que el uso del compuesto sinterizado de renio/tungsteno mitigará el problema de erosión por oxidación, la muy alta potencia de la descarga de chispa todavía erosionará el electrodo en una proporción mucho más rápida que el encendido convencional. La colocación del electrodo en el aislador, completamente incrustado en el aislador con solamente la parte de extremo y solamente la cara del electrodo expuestas, toma ventaja de un fenómeno de chispa descrito como corrimiento de electrones. Cuando el electrodo incrustado en el aislador es nuevo, la chispa ocurre directamente entre el electrodo incrustado y la punta o botón de renio/tungsteno unido a la tira de conexión a tierra del electrodo negativo. Conforme el electrodo incrustado se erosiona del uso bajo la descarga de alta potencia, el electrodo comenzará a desgastarse o erosionarse de la superficie del aislador. En esta condición, los
electrones del impulso de encendido emanarán del electrodo positivo y correrán hacia arriba del lado de la cavidad de electrodo expuesta, saltando al electrodo negativo una vez que ocurra la ionización y creando una chispa. El voltaje requerido para que los electrones corran a lo largo de, o ionicen, la superficie interior de la cavidad de electrodo es muy pequeño. Este diseño permite al electrodo erosionarse más allá de los limites de operación del sistema de encendido pero mantener el voltaje disruptivo de una separación mucho más pequeña entre los electrodos. En este aspecto, la separación más grande, erosionada de la operación sostenida bajo descarga de alta potencia, se desempeña similar a la separación original en el sentido de que los niveles de voltaje no son incrementados más allá del voltaje de salida del sistema de encendido para de esta manera prevenir la falla del encendido para el millaje requerido . La invención también proporciona un mecanismo mediante el cual la descarga de alta potencia se efectúa y la interferencia de radiofrecuencia, generalmente asociada con al descarga de alta potencia, es suprimida. Utilizando un capacitor que es conectado en paralelo a través de la separación de chispa para cargar al voltaje disruptivo de la separación de chispa y luego descargar muy rápidamente durante la fase de rayo de luz de la chispa, incrementará la
potencia de la chispa de encendido exponencialmente como es comparado con la potencia de chispa del encendido convencional. La razón primaria para esto es la resistencia total del circuito secundario del encendido. Se han hecho avances en el circuito secundario del encendido al eliminar las lineas de transmisión de alto voltaje entre la bobina y la bujía de encendido, y al utilizar una bobina por cilindro que permite más grande eficiencia de transferencia eléctrica. Sin embargo, todavía existe resistencia significante en la bujía de encendido, que lleva la eficiencia de transferencia del encendido automotriz típico por debajo de 1%. ?1 reemplazar la bujía de encendido de resistor con uno de resistencia cero, la eficiencia de transferencia eléctrica de la energía de encendido se eleva a aproximadamente 10%. La adición de un capacitor apropiadamente dimensionado además eleva la eficiencia de transferencia a arriba de 50%. Entre más grande es la eficiencia de transferencia eléctrica, más grande es la cantidad de energía de encendido acoplada a la carga de combustible, más grande es la eficiencia de combustión, que probablemente requiere el uso de una bujía de encendido sin resistor para permitir la eficiencia de transferencia muy alta. El uso de una bujía sin resistor, sin embargo, produce interferencia de radiofrecuencia electromagnética (RFI), que es amplificada por la descarga muy difícil del capacitor.
Esto es inaceptable debido a que RFI en estos niveles y frecuencias es incompatible con la operación de computadoras automotrices, que es por lo que las bujías de encendido de resistor son universalmente utilizadas por los fabricantes de equipo original. La presente invención también proporciona un circuito que incluye un resistor de preferencia de 5?O que suprimirá cualquier ruido eléctrico de alta frecuencia mientras que no afecta la descarga de alta potencia. Crítico para la supresión de RFI es la colocación del resistor en proximidad al capacitor dentro del circuito secundario del sistema de encendido. Un extremo del resistor es conectado directamente al capacitor con el otro extremo conectado directamente a la terminal, que conecta a la bobina en una aplicación de bobina sobre bujía o al cable de alto voltaje de la bobina. De esta manera el circuito de inductor-carga se ha aislado de cualquier resistencia, el inductor que ahora es el capacitor y la carga' que es la separación de chispa. Una vez descargado, el impulso de la bobina se desvía del capacitor y va directamente a la separación de chispa, ya que la resistencia en el capacitor es más grande que la resistencia de la separación de chispa. Esta colocación permite que la totalidad del impulso de alto voltaje pase a través de la separación de chispa sin afectar la duración de la chispa.
La presente invención también proporciona una conexión de la placa de capacitor negativo al circuito de conexión a tierra. Cualquier inductancia o resistencia en las conexiones del capacitor reducirá la eficacia de la descarga que da por resultado la energía reducida que es acoplada a la carga de combustible. Durante el proceso de moldeo un anillo circunferencial de la placa cilindrica en el diámetro mayor del aislador se deja expuesto. El anillo hace el contacto positivo mecánico y eléctrico con la cubierta de la bujía de encendido. La cubierta conductiva de metal se proporciona con roscas apropiadas para permitir la instalación en la cabeza del motor de combustión interna. Como la cabeza es mecánicamente unida al bloque del motor, y el bloque de motor es conectado a la terminal negativa de la batería por medio de una tira de conexión a tierra, la conexión a tierra de la palca negativa del capacitor es ventajosamente realizado por el contacto mecánico positivo a la cubierta de la bujía de encendido . La presente invención también proporciona una conexión a la placa positiva del capacitor que proporciona una ruta libre de resistencia del impulso de encendido al electrodo positivo central del espacio de chispa. Esto se realiza al utilizar el conductor central de la bujía de encendido como la placa positiva. El conductor central, de preferencia construido de un material altamente conductivo
tubular tal como aluminio o cobre, se inserta en la cavidad central del aislador utilizando un ajuste de interferencia y acopla la extensión del electrodo positivo en la inserción completa . La presente invención también proporciona un sello de gas positivo para los componentes internos de la bujía de encendido contra los gases y las presiones que resultan del proceso de combustión. El cono de cerámica del aislador expuesto a la cámara de combustión se proporciona con un núcleo central en el cual está posicionado el electrodo central. El electrodo se proporciona con una extensión opuesta al extremo opuesto a la cámara de combustión para el acoplamiento con el conductor central y la placa positiva del capacitor. En la base de esta extensión está un accesorio de protuberancia o pestaña circular en el cono de cerámica que permite que el electrodo sea sellado contra los gases de combustión utilizando un epoxi cerámico, frita de vidrio de cobre u otro sellante de alta temperatura adecuado. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DE LOS DIBUJOS Los objetivos y características de la presente invención llegarán a ser más claros a partir de la siguiente descripción de las modalidades preferidas dadas con referencia a los dibujos adjuntos, en donde: La FIG. 1 es una vista de sección transversal de una modalidad de un dispositivo de encendido para motores de
combustión interna encendidos por chispa de la presente invención ; La FIG. 2A es una vista de sección transversal parcialmente esquemática de los componentes individuales que están sobre moldeados con el polímero diseñado para crear el aislador de la bujía de encendido: La FIG. 2B es una vista superior del elemento capacitivo mostrado en la FIG. 2A; La FIG. 3 es una vista de sección transversal de un aislador compuesto de la presente invención; La FIG. 4 es una vista de sección transversal parcialmente esquemática de los componentes individuales que comprenden la placa positiva del elemento capacitor y el ensamble de electrodo central; La FIG. 5 es una vista de sección transversal de un ensamble aislador del dispositivo de encendido de la presente invención; y La FIG. 6 es un diagrama de circuito para un dispositivo de encendido de acuerdo con la presente invención . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia ahora a los dibujos, en particular la FIG. 1, una bujía de encendido o dispositivo de encendido para motores de combustión interna encendidos por chispa de acuerdo con la presente invención se muestra generalmente
como 1. La bujía de encendido o dispositivo de encendido 1 consiste de una caja o cubierta de preferencia de metal 15 que tiene una base sustancialmente cilindrica 44, que puede tener roscas externas 18, formadas sobre la misma para el acoplamiento con la cabeza del cilindro (no mostrado) del motor de combustión interna encendido por chispa (no mostrado) . La base cilindrica 44 de la cubierta de bujía de encendido tiene una superficie generalmente aplanada perpendicular al eje longitudinal de la bujía de encendido 1 a la cual está fijado un electrodo de conexión a tierra 16, de preferencia mediante soldadura convencional. En una modalidad de la invención, el electrodo de conexión a tierra 16 tiene de preferencia una punta redondeada 45 de compuesto sinterizado de Renio/Tungsteno, que resiste la erosión del electrodo 16 debido a la descarga de alta potencia, como es divulgado adicionalmente en la presente. La bujía de encendido o dispositivo de encendido 1 incluye de preferencia un aislador compuesto hueco 4 dispuesto concéntricamente dentro de la cubierta 15, que incorpora un cono de combustión 5, de preferencia formado de cerámica o similar. El electrodo central o positivo 7 está dispuesto concéntricamente dentro del cono de cerámica 5 que está dispuesto en la cámara de combustión cuando se instala en el motor (no mostrado) . El electrodo central 7 es de preferencia construido
de un material térmicamente y eléctricamente conductivo con valores de resistividad muy bajos tal como, pero no limitado a, un cobre o aleación de cobre, con o sin un recubrimiento externo, revestimiento metálico o el electrorecubrimiento preferido en una aleación de níquel. El electrodo central 7 de preferencia incluye formado sobre el mismo, mediante soldamiento o mediante otra unión adecuada, una punta de electrodo 17 de preferencia construida de una aleación de Renio/Tungsteno (50%-75% de Renio) , es altamente resistente a la erosión bajo descarga de alta potencia, como es divulgado adicionalmente en la presente. La bujía de encendido 1 incluye un resorte altamente conductivo 10 que es un componente del ensamble de conductor central y la placa positivo 43 del elemento capacitivo. El resorte 10 está conectado a un extremo de un resistor o inductor 11 de preferencia 5?O (o resistencia adecuada) y eléctricamente y mecánicamente hace contacto con la placa positiva 43 del capacitor, que está conectado al electrodo central 7 por medio del ajuste de interferencia del perno 9 del electrodo 7 en la placa positiva 43. De preferencia, el resistor o inductor 11 está conectado a una terminal de alto voltaje 13 para la conexión adicional de una bobina de encendido (no mostrada) por una barra de penetración 14 de la terminal 13, como es además divulgado en la presente.
El aislador compuesto 4 de la bujía de encendido está insertado en la cubierta 15 y de preferencia enganchado para la alineación positiva y el sello contra los gases de combustión, como es la práctica usual en la industria. De preferencia, durante un proceso de sobre moldeo de creación del aislador 4, una pestaña 3 de una placa negativo 2 se deja expuesta. La pestaña expuesta 3 de la placa negativa del capacitor 2 hace contacto físico y eléctrico con la cubierta conductivo 15 de la bujía de encendido cuando la cubierta 15 es enganchada con las presión lateral y hacia abajo sobre el aislador 1 utilizando la práctica de la industria convencional. El contacto mecánico entra la cubierta 15, que está eléctricamente conectada al circuito de conexión a tierra del circuito de encendido del motor y la placa negativo 2 del capacitor ventajosamente asegura que la placa negativo 2 sea eléctricamente conectada al circuito del conexión a tierra del sistema de encendido. Con referencia ahora a la FIG. 2, la placa negativa es muestra generalmente en 2 e incluye por lo menos una pestaña 20 que se extiende desde la misma. Durante el proceso de moldeo, la placa negativa 2 se aloja en el polímero diseñado del aislador 4 y las puntas de la pestaña 20 se dejan expuestas con el fin de que hagan contacto mecánico y eléctrico con la cubierta de bujía de encendido (no mostrada) para de esta manera asegurar que la placa 2 sea
eléctricamente conectada a la tierra del sistema de encendido. Una concha 21 de la pestaña 20, asegura un flujo completo del polímero diseñado del aislador 4 alrededor de la placa 19 durante el proceso de moldeo para alojar y localizar la placa 2 concéntrica al cono de cerámica 5. El cono de preferencia de cerámica 5 tiene un retén de fijación integral y concéntrico 27 en donde durante el proceso de moldeo, el polímero diseñado del aislador 4 fluye dentro, lo cual fija y ubica el cono 5 en relación a y separado de la placa negativa 2. Una cavidad concéntrica 26 en el cono de cerámica 5 está formada para alojar el electrodo central o positivo 7. El electrodo central 7 está proporcionado con una protuberancia 23, el perno 9 y una punta de electrodo 17 que es resistente a las descarga de alta potencia. La protuberancia 23 del electrodo central 7 se aloja en la cavidad 26 proporcionado en el cono de cerámica 5. Durante el proceso de manufactura, la cavidad 26 es de preferencia llenada con vidrio de cobre, epoxi cerámico u otro material permanentemente sellante adecuado sobre la parte superior del electrodo central instalado 7 y la protuberancia 23 del mismo, los cual proporciona un sello de gas para proteger al interior de la bujía de encendido 1 de las presiones de la combustión. El perno 9 del electrodo 7 está proporcionado para acoplar la placa positiva ensamblado del capacitor
(mostrado como 43 en la Fig. 4) con un ajuste de interferencia que asegura la completación del lado positivo del circuito de encendido. Con referencia ahora la Fig. 3, el electrodo central 7 está proporcionado con una punta de electrodo resistente a la erosión 17 que es de preferencia formada de un aleación de Renio/Tungsteno de entre aproximadamente 50%-75% de Renio. Un extremo de la punta de electrodo altamente resistivo a la erosión 17 está de preferencia al nivel del extremo 30 de cono de cerámica 5. Dentro de la industria de potencia impulsada con encendido o espacio de chispa, es bien conocido que el incremento de la potencia (Watts) de la chispa incrementa la proporción de erosión de los electrodos, con el electrodo del cual emana la chispa que se erosiona más rápido que el electrodo receptor. El estándar de la industria ha sido utilizar metales preciosos o nobles tales como oro, plata, platino y por último iridio como el metal de electrodo de elección para abatir la erosión del electrodo de la potencia de encendido común. Estos metales, sin embargo, no serán suficientes para reducir la proporción de erosión del electrodo elevada de la descarga de alta potencia de la invención actual. La punta de electrodo 17 de un compuesto sinterizado de renio por aproximadamente 50% a 75% en masa sinterizado con tungsteno en una configuración de preferencia
cilindrica de .025"-.060" en diámetro y .100" en longitud es de preferencia fijado al electrodo central 7 por medio de soldadura de plasma, de fricción o electrónica u otro método adecuado mediante la cual la permanencia se logra mientras que se suministra una juntura de baja resistencia. El uso de tungsteno puro como un electrodo en una aplicación de espacio de chispa es bien documentado dentro de la industria de potencia pulsada como un material resistente a la erosión preferido. Sin embargo, como se utiliza en un motor de combustión interna donde las temperaturas de combustión alcanzan más allá de la temperatura de oxidación del tungsteno, el electrodo desventajosamente se erosiona a una proporción más rápida que los metales nobles. El tungsteno se puede utilizar como un material de electrodo en una aplicación automotriz mediante el aislamiento del tungsteno al oxigeno presente en la cámara de combustión. Esto se realiza parcialmente mediante la sinterización de tungsteno con renio y un agente aglutinante apropiado tal como, pero no limitado a, un metal no oxidante que funde a una temperatura por debajo de aquella del renio y tungsteno. El proceso de sinterización mezcla los dos metales base de preferencia el polvo con el agente aglutinante y durante el proceso refractario funde el aglutinante y sinteriza los materiales base en una forma mantenida conjuntamente por el aglutinante. La forma, de preferencia rectangular en forma,
luego es extruida en alambre de .025" a .060" en diámetro para formar las puntas de electrodo 17 y 45. El agente aglutinante proporciona protección contra la oxidación del componente de tungsteno al cubrir esta porción del tungsteno no en contacto con el renio. Mientras que esto ofrece algo de protección para el tungsteno contra la oxidación, el metal aglutinante se erosiona durante el proceso de alta descarga de potencia, exponiendo el tungsteno en bruto de las puntas de electrodo 17 y 45 al oxigeno ambiental en la cámara de combustión y de esta manera acelerando la erosión del tungsteno. Sin embargo, la proporción de erosión debido a la exposición de oxigeno es significativamente reducida mediante el uso del agente aglutinante. Adicionalmente , conforme el tungsteno se erosiona el renio ahora está más cercano al electrodo opuesto o negativo, y como la proximidad y el efecto de campo dictan donde la chispa emana el renio, también altamente resistente a la erosión de alta potencia, llega hacer la fuente de luminosidad de la chispa. Adicionalmente, el tungsteno se puede utilizar como un material de electrodo en una aplicación automotriz mediante la colocación de la punta de electrodo 17 con respecto al cono de cerámica 5. En esta colocación, solamente la parte de extremo de la punta de electrodo 17 se expone a los elementos en la cámara de combustión. El resto de la
punta de electrodo cilindrico 17 se ha unido al cono de cerámica 5, sellando la punta de electrodo 17 contra cualquiera de los gases de combustión que incluyen oxigeno. De esta manera, solamente la parte de extremo de la punta de electrodo 17 se erosionará, como será bajo la descarga de alta potencia de la invención actual. Como la punta de electrodo 17 gradualmente se desgasta, los electrones del impulso de encendido emanarán de la punta de electrodo ahuecada 17 e ionizaran la pared de cono de cerámica 31 y correrán al borde 30 del cono de cerámica 5 antes de la ionización del espacio de chispa (no mostrado) y la creación de una chispa (no mostrada) al electrodo de conexión a tierra 16. El voltaje requerido para ionizar la pared de cono de cerámica 31 justo arriba de la punta de electrodo emocionante 17 es muy pequeño dando por resultado el voltaje total requerido para romper el espacio de chispa y crear una chispa que es mínimamente más que el voltaje requerido para romper el espacio de chispa no erosionado, original. De esta manera, la punta de electrodo 17 puede erosionarse al punto donde la distancia del electrodo de conexión a tierra 16 a la punta de electrodo central o positivo 17 se ha doblado, mientras que el voltaje requerido para romper el espacio doblado es ligeramente mayor que el voltaje de ruptura del espacio de chispa original y muy abajo
del voltaje disponible del sistema de encendido del fabricante de equipo original. Esto ventajosamente asegura la operación apropiada del motor para un mínimo de 109 ciclos de la bujía de encendido o 100,000 millas equivalentes. Con referencia nuevamente a la FIG. 3, se muestra un ensamble aislador compuesto moldeado indicado generalmente en 19, electrodo central 7 con punta resistente a erosión 17, cono de cerámica 5 y polímero diseñado aglutinante y aislante 4, que forma el ensamble 19. Con referencia ahora al aislador compuesto 19 y el electrodo central 7 de la FIG. 3, y el conductor central 43 de la FIG. 4, cuando el conductor central hueco 43 es insertado en la cavidad 32 del aislador compuesto 19, el perno 19 del electrodo central 7 acopla el agujero de tamaño menor 46 del conductor central proporcionando una ruta altamente conductiva de la salida de la bobina de encendido (no . mostrada) a la separación de bujía de encendido (no mostrada) . Una vez conectado al electrodo central 7, el conductor central 43 llega a ser la placa positiva del elemento capacitivo y un capacitor o elemento capacitivo, indicado generalmente en 28 en la Fig. 5, se forma por definición, es decir: un capacitor que es de dos placas conductivas (placas 43 y 2) de carga eléctrica opuesta separadas por un dieléctrico, el dieléctrico que es el polímero diseñado 4. La capacitancia puede ser matemáticamente calculada
por la fórmula; 1.4122 X Dc C=
Donde C es la capacitancia por pulgada de las placas cilindricas, Dc es la constante dieléctrica del polímero 4, Ln es el logaritmo natural, Di es el diámetro interno de la placa negativa 2, y D0 es el diámetro externo de la placa positiva 43 en la FIG. 4. La capacitancia se puede incrementar al disminuir la separación de las placas opuestamente cargadas 43 y 2 o al incrementar las áreas de superficie de las placas 43 y 2. La capacitancia también se puede afectar por la constante dieléctrica del polímero diseñado. Las constantes dieléctricas pueden variar de cuatro a arriba de doce dependiendo del material seleccionado . La atención ahora se dirige en la FIG. 3 al electrodo central o positivo 7 y la cavidad 26 del cono de cerámica 5 en el cual el electrodo 7 está incrustado concéntricamente. Una vez que el electrodo 7 se ha insertado en el cono de cerámica 5, un sello de presión o de gas se realiza al llenar completamente la cavidad 26 con epoxi cerámico, vidrio de cobre y otro sellante de alta temperatura adecuado . Con referencia ahora a la FIG. 4, un ensamble de
conductor central es indicado generalmente en 33 que consiste de la placa positiva tubular o conductor 43, resistor 11, conectador de resorte conductivo 10, inserto terminal 12, y terminal de cable o bobina de alta tensión 13. El resistor 11 está insertado en la cavidad 41 del inserto terminal 12 y de preferencia retenido por medio de un epoxi cerámico de alta temperatura u otro adhesivo de alta temperatura adecuado para retener el resistor 11 en el lugar adecuado bajo la operación del motor. La terminal de cable o de bobina de alta tensión 13 está unida al inserto terminal 12 por medio de una porción roscada 48 de la terminal 13 en la cavidad roscada 40 del inserto terminal 12. El eje de punta 47 de la terminal 13 hace contacto físico y eléctrico con el resistor 11 una vez que la terminal 13 es instalada al atornillar en el inserto terminal 12. El extremo de resistor 11 opuesto a la terminal 13 hace contacto físico y eléctrico con el resorte conductivo 10, que está bajo compresión cuando el ensamble de conductor central es insertado en el aislador compuesto 19 de la FIG . 3. El extremo del resorte 10 opuesto al resistor 11 hace contacto mecánico y eléctrico con la placa positiva tubular o conductor 43 que completa el circuito positivo para el impulso de encendido. La colocación del resistor 11 en el circuito positivo antes de la placa positiva 43 del elemento capacitivo de la bujía de encendido 1 permite al capacitor 28
descargarse en una muy alta proporción de eficiencia de transferencia y depositar un porcentaje muy alto, mayor que 95%, de la energía almacenada en la carga de combustible. Normalmente esta deposición severa de energía crearía una cantidad anormal de radiofrecuencia o interferencia electromagnética, que es incompatible con la operación de las computadoras de manejo del motor del automóvil. La colocación del resistor 11 antes del capacitor 28 en el circuito permite la deposición mientras que se elimina la interferencia . La FIG. 6 ilustra un circuito ejemplar 30 del dispositivo de encendido 1 de la presente invención y muestra una bobina 35, tal como una bobina de encendido o similar, conectada al resistor 11 a través de un circuito secundario 37. El capacitor 28 está conectado el resistor 11 y conectado en paralelo con el circuito secundario 37 y a tierra 34. El resistor 11 venta osamente suprime el ruido eléctrico de alta frecuencia generado por el circuito 30 mientras que no afecta la descarga de alta potencia de capacitor 28. Hay abundante experimentación previa con resultados relacionados, ver el artículo 02FFFL-204 de Society of Automotive Engineers Paper intitulado "Automotive Ignition Transfer Efficiency", concerniente con la utilización de un capacitor de compensación de corriente, tal como el capacitor 28 conectado con alambre en paralelo al circuito de alto
voltaje tal como los circuitos 30 y 37 del sistema de encendido para incrementar la eficiencia de transferencia eléctrica del encendido y de esta manera acoplar más energía eléctrica a la carga de combustible. Al acoplar más' energía eléctrica a la carga de combustible, se realiza el encendido consistente con relación al ángulo de calado reduciendo las variaciones de ciclo a ciclo en la presión de combustión pico, que incrementa la eficiencia del motor. Un beneficio adicional de acoplar el capacitor de compensación de corriente 28 en paralelo es el núcleo de flama robusto grande resultante creado en la descarga del capacitor 28. El núcleo robusto causa encendido más consistente y combustión más completa, nuevamente dando por resultado más grande desempeño del motor. Uno de los beneficios de utilizar un capacitor de compensación 28 para mejorar el desempeño del motor es la habilidad para encender el combustible en condiciones pobres extremas. Actualmente, los motores modernos están introduciendo más y más gases de escape en la toma del motor para reducir las emisiones y mejorar la economía del combustible. El uso del capacitor de compensación 28 permitirá a los fabricantes de automóviles empobrecer las relaciones de aire : combustible con niveles adicionales de gases de escape más allá de los niveles de la capacidad actual de encendido de automóviles. Con referencia ahora a la FIG. 5, se muestra el
ensamble de aislador compuesto completamente ensamblado indicado generalmente como 6, que consiste del aislador sobre moldeado 19 con cono de cerámica 5 y el electrodo central 7 con la punta de electrodo resistente a erosión 17, la placa negativa 2 del elemento capacitivo 28 y el polímero diseñado de aislamiento 4. También se muestra una vista de sección transversal de la cadena de componentes completamente ensamblados del ensamble de conductor central 33 mostrado en la Fig. 4 que consiste de la placa positiva tubular o conductor 43 del capacitor o elemento capacitivo 28, el resistor 11, el conectador de resorte conductivo 10, el inserto terminal 12, y la terminal de cable o bobina de alta tensión 13. Esta vista ilustra el ensamble completado del ensamble aislador compuesto 6 antes de la inserción y el enganchamiento en la cubierta de bujía de encendido 44 de la FIG. 1. La arandela de sello de gas y de contacto a tierra 22 de la FIG. 5 está colocada en la cubierta 15 de la FIG. 1, descansando en la transición de diámetros, que asegura que la placa negativa 43 haga contacto con la cubierta 15 y que completa el circuito a tierra del elemento capacitivo de la invención actual. Una modalidad de la bujía de encendido o dispositivo de encendido 1 de la presente invención proporciona una bujía de encendido que tiene un aislador 4 y
que es un compuesto de materiales distintos. Una modalidad de la bujía de encendido o dispositivo de encendido 1 incluye puntas de electrodo de sección transversal muy finas 17 y 45 de un material y diseño para reducir efectivamente la erosión de las puntas de electrodo 17 y 45 prevaleciente en dispositivos de separación de chispa, de descarga de alta potencia. Una modalidad de la bujía de encendido o dispositivo de encendido 1 es un aislador 4 construido de tal manera para crear un capacitor 28 en paralelo con el circuito de alto voltaje 30 del sistema de encendido, y la colocación de un inductor o resistor 11 en el circuito eléctrico 30 de la bujía de encendido mediante lo cual el resistor o inductor 11 adecuadamente protege de cualquiera de las emisiones electromagnéticas o de radiofrecuencia de la bujía de encendido 1 sin comprometer la descarga de alta potencia de la chispa. Una modalidad de la bujía de encendido o dispositivo de encendido 1 también completa el capacitor 28 y el circuito de alto voltaje 30 del sistema de encendido para proporcionar una ruta para la descarga de alta potencia al electrodo 17 de la bujía de encendido 1. Aunque la invención se ha descrito en detalle con referencia particular a estas modalidades preferidas, otras modalidades pueden lograr los mismos resultados. Variaciones y modificaciones de la presente invención serán obvias para aquellos expertos en la técnica y se propone cubrir todas de
tales modificaciones y equivalentes. Las descripciones completas de todas las referencias, solicitudes, patentes y publicaciones citadas en lo anterior y/o en los adjuntos, y de la solicitud ( es ) correspondiente, son incorporadas en la presente por referencia.