WO2023019332A1 - Dispositivo de ignição multicentelhas - Google Patents

Dispositivo de ignição multicentelhas Download PDF

Info

Publication number
WO2023019332A1
WO2023019332A1 PCT/BR2022/050309 BR2022050309W WO2023019332A1 WO 2023019332 A1 WO2023019332 A1 WO 2023019332A1 BR 2022050309 W BR2022050309 W BR 2022050309W WO 2023019332 A1 WO2023019332 A1 WO 2023019332A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
spark
resistors
sparks
spark plug
Prior art date
Application number
PCT/BR2022/050309
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Almir GONÇALVES PEREIRA
Maria Clara VIANNA PEREIRA
Original Assignee
DE OLIVEIRA, Paulo Roberto
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DE OLIVEIRA, Paulo Roberto filed Critical DE OLIVEIRA, Paulo Roberto
Publication of WO2023019332A1 publication Critical patent/WO2023019332A1/pt

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/16—Series resistor structurally associated with spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/46—Sparking plugs having two or more spark gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap

Definitions

  • This Invention applies to the manufacturing industries of spark plugs or equivalent devices for internal combustion engines, single or multi-fuel, including spare parts industries, in the automotive segment and in other segments that use combustion engines internal, such as motor vehicles, motorcycles, stationary or portable engines, locomotives, ships, planes, helicopters, turbines, military or civil mobility segments, also being applicable to any other machines that use spark plugs or other equivalent igniting devices.
  • the present invention refers to a new conception of design and production of ignitor devices, especially spark plugs, to be offered in several options, all derived from the same inventive concept, aiming to allow igniters, manufactured with support in this new technology, each one produces multiple sparks, simultaneous or in sequence, generated by a single electrical pulse on the terminal pin, substantially improving the explosion of the combustible mixture present in the combustion chamber of the cylinders of internal combustion engines, in their different applications, regardless of their make or model.
  • the present Invention is based on the principle of having multiple central (or internal) semi-electrodes, separately connected, each one of them, to one end of one of the resistors current dividers, joined at the other end, to the central electrode which is connected to the external post or pin which receives the electrical pulse from the ignition coil.
  • the electrodes are assembled and electrically stimulated in parallel, aiming to form as many separate sparks as there are Central Electrodes.
  • the present invention will not form a single spark from a series of small sparks between stacked electrodes, but several sparks separated and even in opposite positions, around the center of the spark plug insulator.
  • this Invention is not to form a single spark, as occurs in all spark plugs available on the market, but two or more sparks, simultaneous or, as an option, sequential.
  • the catalogs of the following well-known manufacturers were searched: NGK, BOSH, CHAMPION, MAGNETI MARELLI, AC-DELCO, FORD/MOTORCRAFT, DENSO, ONYPEI/AMAZON, BERU, NINGBO BODE, MAHTRA/TORC, GAUSS and VETOR/E-KLASS. In none of these brands was any model that resembled this Invention found. Even so, lesser-known brands were searched, but nothing was found, and this search for manufacturers was closed.
  • 25- Spark plug with a single central electrode and several earth electrodes contrary to what can be understood, the purpose of multiple earth or mass electrodes is not to produce multiple sparks, which would be ideal, but to increase the durability of the electrodes and the battery itself spark plug, as only the closest of them will produce the single spark, until it wears out, and then the spark will pass to the next ground electrode that has a smaller electrical distance to the center electrode. But, in addition to having the deficiencies of the spark plug mentioned in item 15, which will only take a little longer to appear, there is a suspicion that the multiple ground electrodes may work as a radiator, reducing the temperature of the combustion, being able to affect it and until extinguished.
  • 35- Spark plug with several insulated central electrodes, triggered by multiple spark plug cables and one or more ground electrodes (DE000003728161)
  • This proposal has the advantage of producing several sparks, isolated or simultaneous, but at the cost of a total change in the shape of the spark plugs.
  • traditional spark plugs and cables which would require a specific ignition system (valves, cables, etc.), making engine production too expensive. For example, in an engine with 4 cylinders and 4 spark plugs center electrodes, a total of 16 spark plug wires and special ignition coils would be required!
  • 43- Spark plug with a single central electrode in the form of a ring and one or more ground electrodes in this model, the objective is to reduce the wear of the central electrode, due to the increase in the surface that will produce sparks. However, it has an additional deficiency compared to the others, which is the calibration of the distance between the central electrode and the ground electrodes. As with the previous ones, only a single spark per discharge will be produced.
  • 63- Spark plug with noble metal or rare earth electrodes these are spark plugs where the electrodes are "coated", at the ignition points, with noble metals (gold, platinum, etc.) whose purpose is to increase the durability of these electrodes to sparks. It has the disadvantage of making the product more expensive, without significant improvement in engine performance compared to a common new spark plug.
  • 83- Ignition circuit that causes chain sparks in each of the spark plugs: in this circuit the main change is not in the spark plugs, but in the spark firing circuit, programmed to produce two or more sparks, with a small time difference between them , during the explosion process. It has been widely used, however, for its best efficiency, it requires special coils, with low resistance and inductance and high current, one per cylinder, which can make the set more expensive.
  • 105- Spark plug with iridium central electrode variant of item 65 is currently the most renowned, with strong commercial appeal. It consists of a spark plug with a single center electrode and, for the time being, a single ground electrode. The biggest difference is that the central electrode has a thin iridium pin implanted in the tip, and another, similar one, in the ground electrode. Basically, the improvement is that iridium is a better conductor than nickel, which is normally used in common spark plugs and, in addition, it withstands almost twice the temperature of nickel, which gives greater longevity to the spark plugs and, above all, , guarantees, for a longer time, the distance between the electrodes. Its price, for now, is much higher than that of a traditional spark plug. As for how it works, its main advantage is that it equals, over a much longer life, to a newly installed traditional spark plug. The higher price is offset by the greater durability of these spark plugs and the greater consistency in engine performance.
  • This Invention may appear, as soon as it is available, in the manufacturing projects of new vehicles and equipment, based on internal combustion engines, in a world market of many tens and even hundreds of millions of units.
  • the ignition device of this Invention will provide a significant increase in the power of internal combustion engines, with lower fuel consumption, lower levels of environmental pollution and, due to better quality of fuel burning, there will be less formation of carbonization in cylinders and valves, with a reduction in the internal wear of these engines.
  • Figure 1 shows a traditional model spark plug, more common, with a single central electrode and a single mass electrode.
  • Figure 2 shows a traditional model spark plug, with a single central electrode and two or more ground electrodes.
  • Figure 3 shows, in section, a traditional spark plug, like the one mentioned in Figure 1, with a view of its internal elements.
  • Figure 4 shows, in section, a traditional spark plug, like the one mentioned in Figure 2, with a view of its internal elements.
  • Figure 5 shows, in section, one of the spark plugs, derived from this invention, with two central electrodes, two mass electrodes and two divider resistors of equal values, in a side-by-side position.
  • Figure 6 shows, in section, one of the spark plugs, derived from this Invention, with two central electrodes, two ground electrodes, however, with two divider resistors of different values, in a side-by-side position.
  • Figure 7 shows a spark plug, variant of Figure 5, in section, with an additional shield in the ceramic insulator.
  • Figure 8 shows, in section, the spark plug of Figure 5, but with the dividing resistors of equal values in a misaligned position.
  • Figure 9 shows, in section, the spark plug of Figure 6, but with the divider resistors of different values in misaligned position.
  • Figure 10 also shows a traditional spark plug, externally similar to that of Figure 1, however, without any resistor.
  • Figure 11 illustrates, as a highlight, the internal composition of the spark plugs in Figures 1, 2, 3 and 4.
  • Figure 12 illustrates, as a highlight, the internal composition of the spark plug in Figure 5.
  • Figure 13 illustrates, as a highlight, the internal composition of the spark plugs in Figures 6 and 7.
  • Figure 14 illustrates the internal composition of a spark plug, similar to Figure 12, but with four central electrodes and four divider resistors, where all their values are equal.
  • Figure 15 illustrates the internal composition of a spark plug similar to Figure 13, but with four central electrodes and four divider resistors in which their values are different from each other.
  • Figure 16 illustrates the internal composition of a spark plug mixed with those of Figures 14 and 15, with four central electrodes and four divider resistors, where the equal values are in opposite positions, in pairs.
  • Figure 17 presents a hypothetical proposal for a test device to prove the basic theory of this Invention, between two different spark plugs, both with two central electrodes.
  • Figure 18 illustrates, in a highlighted and enlarged way, the result that would expect for the test sparks proposed in Figure 17.
  • Figure 19 illustrates a suggestive test device for the practical verification of the basic theory of this Invention, using four real and equal spark plugs, without internal resistors, like the one in Figure 10.
  • Figure 20 shows the test device, mounted with a high voltage generator, to prove the basic theory of this Invention, with four real and equal spark plugs, without internal resistors, like the one in Figure 10.
  • Figure 21 illustrates the result obtained with the test device shown in Figure 20.
  • Figure 22 compares, with a traditional spark plug (I), examples of arrangement of central electrodes in spark plugs with multiple central electrodes and divider resistors, according to this Invention.
  • Figure 23 compares the traditional spark plug (I), with variations of ground electrodes in spark plugs derived from this Invention.
  • Figure 24 compares a proposed solution (III) of the spark plug of this Invention, where the multiple central electrodes are bent towards the side, where the mass electrodes are located, unlike (I) and (II).
  • Figure 25 shows variants of this invention, in top view, where you can see multiple folded central electrodes, from two to six, in which the mass electrodes are replaced by the upper ring of the thread.
  • Figure 26 shows, with enlargement, a possible adjustable mass electrode arrangement, to meet the versions shown in Figure 25.
  • Figure 27 shows, with enlargement, a construction option for the central electrodes, whose separations for the upper ring of the thread occur in longitudinal and not radial distance.
  • Figure 28 presents, in a simplified form, the optional inclusion of an insulating barrier between the central electrodes, applicable to all versions of spark plugs of this Invention.
  • Figure 29 shows three other forms of spark plug, derived from the same inventive concept, where the dividing resistors were connected, separately to the lower tip of a single central electrode.
  • Figure 30 shows variants of Figure 29, where the divider resistors are parts of a single resistor equivalent to the sum of both.
  • Figure 31 shows one more variant, where the divider resistors are mounted as part of the mass electrodes.
  • Figure 32 illustrates the basic theory of the invention, showing the divider resistors connected to the conductor coming out of the terminal pin.
  • Figure 33 illustrates the application of the basic theory of the invention, however, with the divider resistors mounted as part of the mass electrodes.
  • Figure 1 shows a traditional spark plug, used in almost all current internal combustion engines, except diesel engines.
  • (1) there is the connection nut of the terminal pin, the support ring (12a) of the aforementioned nut, the upper part of the ceramic insulator (2) with several corrugations, the seal (3), the hexagon (4) or spark plug fixing nut, the metallic bonnet (5), sealing ring (6), the fixing thread (7), the lower ceramic insulator (8), the tip of the central electrode (9), the mass or lateral (10) and the separation (11), or "slack" between the electrodes (9 and 10).
  • the nomenclature may have some variations according to each manufacturer.
  • FIG 2 shows a variant of the traditional spark plug, with two or more ground or side electrodes (10). Contrary to appearances, the existence of multiple mass electrodes (10) does not aim at the simultaneous production of several sparks, as only one will occur, at each high voltage pulse, between the central electrode (9) and one of the mass electrodes (10 ), exactly in the one that presents a shortest electrical path for the spark. As the sparks occur, there will be wear on the central electrode (9) and on the mass electrode (10) that is producing the spark, to the point where the physical and electrical distance between them will increase. At a certain point, the other mass electrode (10), the one that is now electrically closer, will assume the function of producing the spark with the central electrode (9).
  • Figure 3 shows, in section, a traditional spark plug, where its external and internal elements are identified, such as the terminal pin connection nut (1), the terminal pin (12) and its thread, the pin conductor (13), the metal latches (14), which lock the conductor pin (13) to the ceramic insulator (2), the internal resistor (15, if present), the center electrode (16), the bottom part of the insulator ceramic (8), and the tip of the central electrode (9).
  • the ignition coil sends, on command, a high voltage electrical pulse, generally above 15 kV, to the connection nut of the terminal pin (1).
  • This pulse goes to the conductive pin (13) to the top (17) of the resistor (15), whose value is usually between 2 kOhms and 8 kOhms, reaches the central electrode (16) and, through the tip of the electrode center (9), due to the small separation (11) with the mass electrode (10), causes a spark to jump between these electrodes (9 and 10).
  • a spark causes the fuel mixture to explode, causing the piston to project violently towards the crankshaft, moving the engine.
  • the present invention has, as main objective, to present a spark plug that produces multiple sparks inside each of the cylinders of internal combustion engines, from a single high voltage pulse, favoring better burning of the fuel mixture, resulting in increased engine efficiency, with greater power, reducing pollution and fuel consumption. Such benefits will be obtained in both new and used engines, just by installing the spark plug of this Invention.
  • Figure 4 shows the internal view of the spark plug in Figure 2, where there are two or more ground electrodes (10). The other elements, external and internal, are the same as shown in Figure 3.
  • Figure 5 shows, in section, a basic spark plug of this Invention, where you can see the differences with traditional spark plugs ( Figures 1, 2 and 3), such as the existence of divider resistors (18a and 18b), two central electrodes (20a and 20b), two electrode ignition tips ( 22a and 22b) and the new lower ceramic insulator (25).
  • ground electrodes 24a and 24b
  • FIG. 5 shows, in section, a basic spark plug of this Invention, where you can see the differences with traditional spark plugs ( Figures 1, 2 and 3), such as the existence of divider resistors (18a and 18b), two central electrodes (20a and 20b), two electrode ignition tips ( 22a and 22b) and the new lower ceramic insulator (25).
  • ground electrodes (24a and 24b) there are several options for ground electrodes (24a and 24b) to be seen later on, however, it can be seen in this Figure, comparing with traditional spark plugs, as in Figure 2, that both ground electrodes will be used , at the same time and separately, to
  • spark plugs which have more than two divider resistors, for the production of more than two sparks simultaneously or in sequence, from a single high voltage pulse.
  • an insulation barrier (32) between the tips (22a and 22b) of the internal electrodes which can be adopted in any model of spark plugs with multiple central electrodes, however, it may be indispensable in spark plugs.
  • according to this invention which have internal resistors with different values, because, in this case, there is a potential difference between the central electrodes. Through laboratory tests it can be defined when the mentioned barrier will be necessary.
  • an enclosure consisting of an upper shield (42a) on the outside and upper part of the ceramic insulator (2) and, optionally, a lower shield (42b) on the upper part lower outer part of the ceramic insulator (25).
  • Such shielding aims to increase the residual capacitance between the internal parts of the spark plug and the metal parts connected to the ground of the aforementioned spark plug, whose dividing resistors are different, causing a small increase in the time between two or more sparks produced in sequence, from a single high voltage pulse.
  • Figure 8 shows an arrangement where the divider resistors (18a and 18b), of equal values, are in mismatched positions, in order to occupy less space than if they were produced side by side.
  • Such an arrangement will allow the ceramic insulator (2 and 25) to offer more insulation in relation to the metallic parts connected to the ground and, also, such an arrangement may be adopted in the production of multispark spark plugs, of this Invention, whose ceramic insulator (2) is of smaller diameter, as for motorcycles.
  • Figure 9 shows, as in Figure 8, dividing resistors (19a and 19b), also in mismatched positions, but with such resistors at different values. The purpose of this arrangement is identical to that of Figure 8.
  • Figure 10 is just a presentation of the internal elements of a traditional spark plug without any resistors, for comparison with the production variants of this Invention, with their different internal arrangements. The parts shown are the same as in Figure 3.
  • Figure 11 shows, for better visualization, the internal parts of the spark plug with a single internal resistor (15), like the one in Figure 3.
  • Figure 12 shows, separately, the internal parts of the spark plug with two equal divider resistors (18a and 18b), as in Figure 5.
  • Figure 13 shows, highlighted, the internal parts of the spark plug with two divider resistors (19a and 19b) of different values, as in Figure 6, symbolized by their different sizes. The adoption of this representation facilitates analysis and understanding of spark plug operation with multiple divider resistors of different values.
  • Figure 14 shows a variant of Figures 5 and 12, but with four divider resistors (18a, 18b, 18c and 18d) of equal values. With that, there will also be four central electrodes (20a, 20b, 20c and 20d) and four points of central electrodes (22a, 22b, 22c and 22d). For the occurrence of sparks, there will be a need for one or more ground electrodes that cover all the tips of the central electrodes, as decided by the designer. Variants will be shown later in this Report. As commented on Figure 5, the sparks produced will be simultaneous, since the four resistors presumably have identical values. The existence of a greater number of divider resistors may require, eventually, that the high voltage circuit, by design, produce a higher voltage than for spark plugs where there are only one or two divider resistors.
  • Figure 15 shows a variant of Figures 6, 7 and 9, with four divider resistors (19a, 19b, 19c and 19d) of different values. It will also have four central electrodes (21a, 21b, 21c and 21d) and four ends of the central electrodes (22a, 22b, 22c and 22d). This option should also have one or several mass electrodes that serve all the central electrodes, at the discretion of the designer. Such electrodes will be shown later in this Report. As stated in Figure 6, the sparks produced will be sequential, as the resistors presumably have different values.
  • FIG. 17 presents a hypothetical device, which can help to better understand the basic theory of the technology proposed in this Invention.
  • Numerical indications, with or without the signs ' (line) or " (double line), which are the same as those in Figures 1, 10 and 17, have the same name and the same function.
  • a candle ignition switch also hypothetical, with two central electrodes (20'a and 20'b) with their central electrode tips (22'a and 22'b) and two ground electrodes (24'a and 24'b), however, with a single resistor (15') as in a traditional spark plug.
  • Figure 17-111 shows a spark plug (not yet available, therefore, hypothetical), according to this Invention, with two Central Electrodes (20"a and 20"b) with their central electrode tips (22"a and 22 “b) and two mass electrodes (24"a and 24"b) and two internal resistors (18"a and 18"b) of equal values (symbolically identified by the same sizes).
  • a lens is seen, which enlarges, from Figure 18-111, in Figure 18-IV, part of Figure 17-111, where it is possible to notice that, at the occurrence of a single high voltage pulse, coming from the coil of ignition switch (29 of Figure 17-11), by applying a low voltage pulse to the connector (30), it will pass through the terminal (28b), through the spark plug cable (27b) ( Figures 17-11/17 -111), will reach the connector (26b), will reach the terminal pin (1") through the terminal pin nut (12"), will pass through the conductor pin (13"), through the metal latches (14"), arriving, through from the connection (17") to the two internal resistors (18"a and 18"b), dividers, which have separate outputs for the center electrodes (20"a and 20"b) and their tips (22"a and 22"b).
  • Figure 19 shows the test device that can be assembled, in practice, which will allow to prove the theory that underpins this Invention. It uses a real vehicle ignition coil (29). Rectangles A and B show two pairs of spark plugs (VI and V2, V3 and V4), of the same type, without internal resistor (like the one shown in Figure 10), with a single central electrode and a single ground electrode. Such a device will perfectly meet the proposal to prove the basic theory of this Invention, however, for greater practicality of construction and instrumental analysis, the device in Figure 20 was chosen.
  • FIG 20 shows the test device, effectively assembled in practice, which allowed to prove the theory that underlies this Invention.
  • the ignition coil 29 in Figure 19
  • an "Electronic Power Plant” 29a
  • Rectangles A and B also show, in this Figure, two pairs of spark plugs (VI and V2, V3 and V4), identical, of the type without internal resistor (like the one shown in Figure 10), with a single central electrode and a single mass electrode.
  • the numbers that are the same as those in Figures 1, 10 and 17 have the same name and the same function.
  • 27c is a resistor, with an adopted value of about 4.7 kOhms, connected, through the cable (27a) and the terminal (28a), to the "Usina Eletrônica"(29a); 33a, 33b and 33c are the resistor connections to the terminal pin nuts (1) of spark plugs VI and V2; 33h, 33i and 33g are the ground connections for the said spark plugs.
  • 27d and 27e are resistors, whose adopted values vary between about 3.3 kiloohm and 6.8 kiloohm, noting that this margin allows simulating several internal resistors, the same or different, for different simulations; 33d and 33e are the connections of the resistors (27d and 27e) to the nuts of the terminal pins (1) of spark plugs V3 and V4; 33f is the connection of said resistors (27d and 27e) to the cable (27b) and to the terminal (28b) of the "Electronic Power Station”(29a); 33j and 33k are the ground connections of said spark plugs to the ground wire (33g) of the "Electronic Plant”(29a); 331 is a button-type switch, normally open, in which a plug (33 n), to be connected to the mains, is connected, through one of the terminals, to the "Usina Eletrônica" (29a) and from the other terminal goes to the aforementioned
  • the "Electronic Power Station” (29a) When the button switch (331) is pressed, the "Electronic Power Station” (29a) will be powered, generating pulses that will cause simultaneous high voltage electrical discharges on the terminals (28a and 28b), which will pass through all the resistors (27c, 27d and 27e ), going to the nuts of the terminal pins, and from there, to the tips of the central electrodes (9) of the four aforementioned spark plugs.
  • Metallic rings Cl, C2, C3 and C4 are signal pickups for analysis, optionally, by oscilloscope through terminals T1, T2, T3 and T4. The following paragraphs will report how the test with four spark plugs of the said test device was carried out in practice.
  • spark plugs VI and V2 which simulate the operation of a traditional spark plug ( Figures 2 and 4) with a single central electrode (in this case, there are two, but, joined together, electrically through 33a, 33b and 33c, of Figure 20) and two ground electrodes (10), will only produce a single spark (in the example, in VI), exactly at that separation in which the electric current identifies the shortest electrical path. This electrical "choice" of one of the paths will always occur, no matter how similar the separations 11 of the two spark plugs (VI and V2) are.
  • the reason for the occurrence of multiple sparks, from a single high voltage pulse, when the spark plug is built with divider resistors, according to this Invention, is that these resistors cause a certain electrical separation between the various central electrodes , one another, or each other, through the voltage drop in these resistors, preventing the occurrence of a spark on one of the central electrodes, reduce too much the voltage on the other central electrodes.
  • This arrangement of resistors is known as a Current Divider. Without these internal resistors, the occurrence of a spark in one of the central electrodes would immediately inhibit, similarly to a short circuit, the occurrence of a spark in the other central electrodes.
  • each divider resistor should be sufficient to compensate for probable differences in dielectric strength within the cylinder, under high pressure, between the different separations existing in spark plugs based on this invention.
  • the spark plug manufacturer that adopts this Invention must adjust the design of these plugs to the specifications required by the internal combustion engine industries, aiming to correctly meet each one of them.
  • these and other design variations do not affect the applicability, coverage and rights of the exposed and claimed technology for this Invention.
  • Figure 22 shows several spark plug options (which, for a better visualization, are without the mass electrodes), shown by the side of the tips of the central electrodes, as proposed in this Invention, with multiple central electrodes, making the comparison with a traditional spark plug (22-1) with a tip of a single center electrode (9).
  • 22-11 there is a spark plug, according to this invention, with two central electrodes, represented by their tips (22a and 22b).
  • 22-111 there is a spark plug, also according to this invention, with three central electrodes, represented by their tips (22a, 22b and 22c).
  • 22-IV there is a spark plug, still according to this invention, with four central electrodes, also represented by their tips (22a, 22b, 22c and 22d).
  • Figure 23 shows several options of ground electrodes, aiming to meet the spark plugs, of this Invention, with multiple central electrodes.
  • 23-1 we have, again, a traditional spark plug, with a single tip (9) of its center electrode and its ground electrode (10a).
  • Traditional spark plugs may come with other ground electrodes, such as two, three or even four, however, the existence of these multiple ground electrodes does not allow for multiple sparks to occur from a single high voltage pulse.
  • From 23-11 to 23-VIII there are spark plugs, with different ground electrodes.
  • the spark plug contains two or more resistors in the configuration of current dividers, receiving, at the same time, the high voltage pulse, as described in this Invention, to produce multiple sparks simultaneously or in sequence, will be perfectly identified as a spark plug that adopts the technology exposed and claimed in this Invention.
  • Figure 24 compares, with a traditional spark plug (24-1) and with a spark plug according to this Invention (24-11), a variant (24-111), where the central electrodes have tips (22e and 22f), curved towards the side, where the two mass electrodes (24e and 24f) are located, aiming to produce sparks farther apart than in the configurations already shown, so that such sparks offer more efficiency in the explosion of the combustible mixture, since, the burnings of this mixture, with this disposition, will start from two more separated points inside the cylinders, favoring the speed of this burning, since the explosion of the mixture will occur in very different points.
  • Figure 25-I shows another type of spark plug, using the base technology proposed by this Invention, where the ground electrodes are removed and replaced by a ring joined to the spark plug fixing thread.
  • This configuration does not allow, in principle, the eventual adjustment of the separation distance between the tips of the central electrodes (22e and 22f) and the mass electrode (24g).
  • FIG 25 Also in Figure 25, several views of the arrangement of multiple central electrodes are presented, through their tips (22e and 22f, in Figure 25-11), installed in the ceramic insulator (25). Illustrations 25-111, 25-IV and 25-V show other arrangements of this spark plug option with, respectively, three center electrodes (22e, 22f and 22g), four center electrodes (22e, 22f, 22g and 22h) and with six central electrodes (22e, 22f, 22g, 22h, 22i and 22j). The possibilities are many, depending only on the designer.
  • Figure 26 shows a design option for the spark plugs shown in Figure 25, aiming to circumvent the issue of the impossibility of adjusting the separation between the tips of the central electrodes and the respective mass electrodes.
  • the lens, in 26-11 allows identifying that a part of the ring, in the mass electrode (24h), is formed by a groove that allows adjusting, to a pattern, its separations to the tips of the central electrode (22e and 22f).
  • FIG. 27 presents another option of the multiple spark spark plug, according to this Invention, where the central electrodes (22e and 22f) are bent and elongated, towards the ground electrode ring (24g) , in such a way that the spark occurs through a longitudinal separation between the tip of the central electrode (22e and 22f) and the ring of said mass electrode (24g).
  • this arrangement will allow for some adjustment of the separation of the central electrodes (22e and 22f) to the mass electrode ring (24g), given that said central electrodes may be slightly moved away from or brought closer to the ring, however, they must have a design that allows this adjustment without damaging the ceramic insulator.
  • Figure 28 suggests the adoption of an Insulating Barrier (34), which may be necessary, especially in spark plugs where the divider resistors are of different values, due to the possibility, in this case, of a high potential difference between the different tips of the central electrodes, eventually causing sparks between these tips. They may also be necessary if the distances from the separations of the tips to the ground electrodes are equal to or greater than that between the tips themselves.
  • FIG. 29 shows another innovative manufacturing variant of spark plugs, according to this Invention, where the divider resistors (18'a and 18'b) are joined, in this case, directly, through the top (17'”) of said resistors, to a single central electrode and to the tips (22e and 22f), with as many separations as there are resistors, also allowing, with this arrangement, the production of multiple sparks.
  • This assembly has the great advantage of simplifying the production of spark plugs based on this invention by having, as in traditional spark plugs, a single central electrode.
  • divider resistors with physical characteristics that allow them to withstand the severe conditions of temperature and pressure inside the cylinder, during explosions of the combustible mixture.
  • Figure 29-1 shows the version described, where the divider resistors (18'a and 18'b) have equal values, producing, therefore, simultaneous sparks.
  • Figure 29-11 shows the version described in which the dividing resistors (19'a and 19'b), due to their different values, allow the production of sparks in rapid sequence, as already explained in several previous paragraphs. It should be noted that, although only two divider resistors are presented, this version also admits any quantity of said resistors, as decided by the designer.
  • the divider resistors (19" and 19"b) are protected by the ceramic insulator (25), which advances over them, covering them, in order to give greater capacity to resist the referred extreme conditions of temperature and pressure .
  • Figure 30 differs in that the top (17'” in Figure 29) of the divider resistors is excluded, being replaced by a direct connection of the divider resistors (18'a and 18'b , 19'a and 19'b, as well as 19"a and 19” b) to the single central electrode (13). It should be noted that the union position of the divider resistors (18'a and 18'b, 19'a and 19'b, as well as 19”a and 19”b) with the only central electrode (13) must be determined so that they have the same values, as in Figure 30-1, or different values, as in Figure 30-11.
  • Figure 31 shows an option, with easier mechanical implementation, since the part of the Multispark Ignition Device (or Multispark Spark Plug), contained in the ceramic insulator, will practically not change.
  • Resistors of the same value (18"a and 18"b, in Figure 31-1) and resistors of different values (19"'a and 19"'b, in Figure 31-11) will be mounted as part of the ground electrodes, making the current sharing through them.
  • the electrodes of the tips 22e and 22f are attached directly to the conductor pin (13).
  • the resistors (18"a and 18"b, 19"'a and 19"'b) are mounted on the mass side, where the thread (7) of the device is located, with metallic tips (24j and 24k) on the free part of these resistors, which will support the sparks that will occur in the space for the tips (22e and 22f) located on the electrodes that come from the ceramic insulator (25).
  • resistors (18"a and 18"b, 19"'a and 19"'b), as they must withstand the very high temperatures and pressures that occur in the combustion chamber, without altering their characteristics and without becoming detached or releasing pieces, which could irremediably damage the pistons and cylinders of the combustion engine.
  • Figure 32 illustrates the theory on which this invention is based, regarding the models whose resistors (18 and 19, in their various indices) are mounted on the side of the ceramic insulator (2 and 25). It is identified, in Figure 32-1, the pin (1) where the high voltage is applied, the conductive pin (13), the resistors of equal values (18a and 18b), the electrodes (20a and 20b) housed inside the ceramic insulator (2 and 25) and its tips (23a and 23b), the mass electrodes (24a and 24b) and the grounding, through the thread (7) of the device. Symbolically, it is observed that both lower arrows are of the same size, indicating that the currents, as well as the voltage drops, on both resistors (18a and 18b) are similar.
  • Figure 33 illustrates the theory on which this Invention is based, regarding the models whose resistors (18 and 19, in their various indices) are mounted on the side of the mass electrodes (24), as seen in Figure 31.
  • the pin (1) where the high voltage is applied the conductive pin (13) which in this case will be similar to the model in Figure 10, without resistor, going directly to two or more ends (22e and 22f or later), according to the project.
  • the resistors, of equal values (18"a and 18"b) have ends (24j and 24k), where the sparks will occur simultaneously to the opposite ends (22e and 22f).
  • Said resistors (18"a and 18"b) are mounted on the ground ring, where the thread (7) of the device (or spark plug) is located. Symbolically, it is observed that both arrows above the resistors are of the same size, indicating that the currents, as well as the voltage drops, in these resistors, are similar.
  • this Invention By enabling the production of this Invention, making it attractive to industry, be it automotive vehicles, motorcycles or stationary engines and all other engines derived from these applications, within the same inventive concept, several effective, economical, easy-to-implement and maintenance solutions have been presented, which will allow for a substantial improvement in performance. of these engines, with very low investment, whether in industry or by owners of vehicles or equipment provided with internal combustion engines.
  • this Invention may be offered both as an integral part of the internal combustion engines of new vehicles and equipment and, as it is a part that periodically needs replacement, it can be offered by the spare parts market. , to replace, advantageously, the traditional versions of spark plugs, by models derived from this Invention.
  • this Invention In order to enable the execution of this Invention, making it attractive to the industry, whether of motor vehicles, motorcycles or stationary engines and all other engines derived from these applications, we sought here, within the same inventive concept, to present effective solutions and economical.
  • "MULTI-SPARK IGNITION DEVICE” may be included in new vehicles or equipment that use internal combustion engines, as an original factory accessory, as well as be offered as a replacement item, to be made available by the auto parts industry, with aiming to replace, with all the advantages detailed here, the original spark plugs, allowing such engines to enjoy better performance, due to the improvement of the explosions of the combustible mixtures, resulting in an increase in power and a reduction in both fuel consumption how much environmental pollution.
  • this Invention will be able to open a new and broad market for the manufacturing industry of spark plugs and equivalent devices that aim to produce ignition.

Abstract

Dispositivo de ignição multicentelhas, aplicável a motores de combustão interna, cuja finalidade é a produção, em razão de sua construção, de múltiplas centelhas, a partir de um único pulso de alta tensão, aplicado em seu pino terminal (1 com 12), que será encaminhado a um (13''') ou mais eletrodos centrais (20a e seguintes; 21a e seguintes), ligados a dois ou mais resistores (18a e seguintes; 19a e seguintes), partes integrantes desse dispositivo, em montagem como divisores de corrente, provocando centelhas em todas as folgas (23a e seguintes) existentes entre as pontas dos eletrodos centrais (20a e seguintes; 21a e seguintes) ou dos resistores (18a e seguintes. 19a e seguintes) e a massa (24, 24a e seguintes), provocando a ignição e a consequente explosão da mistura combustível.

Description

DISPOSITIVO DE IGNIÇÃO MULTICENTELHAS
Campo da Invenção
[0001] A presente Invenção se aplica à área das indústrias de fabricaçãodas velas de ignição ou de dispositivos equivalentes para motores a combustãointerna, mono ou multicombustíveis, incluindo as indústrias de peças de reposição, no segmento automotivo e nos demais segmentos que usem motores de combustão interna, tais como veículos automotores, motocicletas, motores estacionários ou portáteis, locomotivas, navios, aviões, helicópteros, turbinas, segmentos de mobilidade militar ou civil, sendo também aplicável a quaisquer outras máquinas que utilizem velas de ignição ou outros dispositivos ignitores equivalentes.
Obieto do Pedido
[0002] A presente Invenção refere-se a uma nova concepção de projetoe produção de dispositivos ignitores, especialmente velas de ignição, a serem ofertadas em várias opções, todas derivadas do mesmo conceito inventivo, objetivando permitir que os dispositivos de ignição, fabricados com apoio nessanova tecnologia, produzam, cada um, múltiplas centelhas, simultâneas ou em sequencia, geradas por um único pulso elétrico no pino terminal, melhorando, substancialmente, a explosão da mistura combustível presente na câmara de combustão dos cilindros dos motores de combustão interna, em suas diversas aplicações, independentemente da marca ou modelo dos mesmos.
[0003] Com base na tecnologia desses novos dispositivos ou velas de ignição multicentelhas, conforme proposta desta Invenção, a indústria de peçasde motores de combustão interna poderá oferecer uma gama extensa do novo produto tanto para a indústria automotiva, de motos e de motores novos de combustão interna em geral quanto para reposição nos veículos e motores já em uso, de qualquer idade, podendo serem disponibilizados como importantes acessórios de reposição ou substituição, promovendo sensível melhoria no funcionamento desses motores, afetando diretamente no aumento do rendimento dos motores, proporcionando maior potência, menor consumo de combustível e redução da poluição gerada por esses motores. Estado da Técnica
[0004] Uma das buscas mais antigas e persistentes que se pode constatar na área da mecânica automotiva apóia-se na melhoria da ignição dentro das câmaras dos motores de combustão interna, visando aumentar a eficiência da queima da mistura combustível, de tal forma que isso reflita no aumento do rendimento dos motores e na redução dos níveis de poluição. “Em 1860, Étienne Lenoir usou uma veia de ignição elétrica no seu motor a gás, o primeiro motor de pistão de combustão interna, e é geralmente creditado pela invenção da vela de ignição. As patentes iniciais para veias de ignição incluíram! as de Nikola Tesla (na patente US 609.250 para um sistema de ignição, em 1898), Richard Frederick Simms (GB 24859/1898, 1898) e Robert Bosh (GB 26907/1898). Mas somente a invenção da primeira vela de igniçãode alta tensão comercialmente viável, pelo engenheiro da Robert Bosch, Gottlob Honold, em 1902, como parte de um sistema de ignição à base de magneto, possibilitou o desenvolvimento do motor de ignição por faísca. Melhorias de fabricação subsequentes também podem ser creditadas a Albert Champion, os irmãos Lodge, filhos de Sir Oliver Lodge, que desenvolveram e fabricaram a ideia de seu pai, e também Kenelm Lee Guinness, da família de cerveja Guinness, que desenvolveu a marca KLG. Helen Blair Bartlett também desempenhou um papel vital em fazer o isolador, em 1930, ainda que muitas vezes é esquecida nos históricos." “A maioria dos motores possuem uma vela de ignição por cilindro, todavia, há casos em que se utilizam duas velas de ignição por cilindro como é o caso da série de motores Alfa Romeo Twin Spark engine."
(https://pt.wikipedia.org/wiki/Vela_de_igni%C3%A7%C3%A3o -Textos disponíveis em 09/07/2021).
[0005] Como se pode entender do breve histórico incluído no parágrafo anterior, desde o início da indústria de motores a combustão interna, sempre se percebeu a necessidade de melhoria nas condições de produção das centelhasou faíscas dentro das câmaras de combustão. Chegou ao ponto de a Alfa Romeo, como também referido no parágrafo anterior, ter apresentado a proposta de duplicar o número de velas de ignição em cada cilindro, criando a tecnologia “Twin Spark” ("Centelhas gêmeas", numa tradução livre, ou "Duas velas" no conceito mecânico), usada em vários de seus modelos, inclusive para competições esportivas. Outras montadoras de veículos e motos também fizeram uso dessa tecnologia, em razão do aumento da potência dos motores e redução expressiva na poluição. Este relato mostra que os fabricantes de velas de ignição têm investido, por décadas, na melhoria das características das mesmas. Fica, portanto, evidente, que muita coisa ainda poderia ser feita como objetivo de melhorar as velas de ignição. No caso particular da presente Invenção, como poderá ser constatado no decorrer deste Relatório, a proposta técnica e sua solução vêm de encontro ao anseio de serem oferecidas ao mercado de motores de combustão interna, velas de ignição realmente evoluídas e diferenciadas de todas as apresentadas até o presente momento, propiciando resultados avançados que tornam esta Invenção altamente promissora, com aplicação generalizada e sem restrições identificadas.
[0006] Atualmente, os motores de combustão interna que utilizam velas de ignição dispõem de modelos específicos das mesmas para atender às exigências técnicas determinadas pelos fabricantes. No entanto, após ampla pesquisa na literatura correlata, manuais e catálogos dos mais diversos fabricantes de velas de ignição, não se identificou nenhuma vela de ignição queapresentasse algo diferente em sua estrutura básica, qual seja, são todas baseadas no funcionamento já consagrado de ser produzida uma única centelha a cada pulso elétrico entre um Eletrodo Central, que se projeta de um envoltório de material isolante, normalmente feito à base de cerâmica e um ou mais Eletrodos Massa (ou terra). Mesmo as velas de ignição que apresentam variações como a presença de múltiplos Eletrodos Massa ou negativos, produzem uma única centelha a cada pulso elétrico. A presença desses múltiplos Eletrodos Massa, em geral 2, 3 ou 4, têm a finalidade de garantir maior durabilidade à vela de ignição frente ao desgaste normal acarretado no metal de que se compõem seus eletrodos, devido ao contínuo centelhamento. Nessas velas, com esse desgaste, à medida que um determinado Eletrodo Massa, dos vários, se desgasta, a centelha passa a ser produzida entre o únicoEletrodo Central e o outro Massa que apresente menor distância entre ambos. Isto se deve ao fato de que a centelha, que será única, sempre irá procurar o caminho eletricamente mais curto, seja devido à distância entre os eletrodos, seja devido às características elétricas do meio onde as centelhas serão produzidas. Portanto, até o momento, a produção de múltiplas centelhas ao mesmo tempo em uma única câmara de combustão só tem sido possível pela inclusão de múltiplas velas de ignição no interior do cabeçote de cada cilindro.
[0007] Há um tipo de vela de ignição cujo eletrodo central tem um corte em forma de "V" que, erroneamente, é entendido como capaz de produzir duas centelhas, uma em cada ponta do "V". Porém, a finalidade do "V" é que ocorraa centelha, apenas uma, entre uma das pontas do "V", aquela que, eletricamente, se encontra mais próxima do Eletrodo Massa, até que, com o desgaste, devido às centelhas seguidas numa mesma ponta do "V" a outra ponta fique mais próxima eletricamente e assuma a função de produzir acentelha. Esse processo de troca de funcionalidade das pontas do "V" ocorrerá indefinidamente, até a substituição da vela de ignição. Com esse artifício de uma vela com o eletrodo central fendido em "V", pretende-se uma duração maior que a de uma vela comum, garantindo maior qualidade das centelhas pormais tempo. Porém, tal vela de ignição, como todas as demais, produz apenas uma única centelha entre o Eletrodo Central e um Eletrodo Massa, a partir de um único pulso elétrico, mesmo que existam múltiplos Eletrodos Massa.
[0008] Na busca no INPI por patentes e pedidos correlacionadas àpresente Invenção, foram encontrados 121 processos. Ao analisar esses processos buscou-se identificar, para comparação, aqueles que se referissema patente sobre a inclusão de dois ou mais eletrodos centrais ou resistores em velas de ignição, excluindo-se processos que se baseassem em apenas um único eletrodo central e resistor, independentemente de quais outras novidadesestariam apresentando. Com esse critério de busca evitou-se a listagem de processos que não apresentassem quaisquer pontos de similaridades ou que não fossem ameaças à novidade invocada na presente Invenção. Após análise acurada dos referidos processos, não se achou, no INPI, nenhum que ameaçasse a originalidade da presente Invenção. [0009] Na busca por Patentes e Pedidos de Patentes no Exterior, que fossem similares a esta Invenção, foram listados os resultados obtidos no United States Patent and Trademark Office's (www.uspto.gov, disponível em 11/07/2021), que inclui patentes de outros países, que, à semelhança do parágrafo anterior, também pudessem levar a entender que se tratavam de soluções equivalentes à da presente Invenção. Fazendo a pesquisa desde 1790, com as palavras "MULTIPLE" (Múltiplas) e "SPARK" (Centelhas) foram retornados 28.226 itens referentes à pesquisa em todos os campos. Filtrando para as referências daquelas palavras no ABSTRACT (Resumo), os retornos ficaram em 199. No entanto, numa análise dos Títulos retornados, verificou-se que a grande maioria não tinha nenhuma consistência para a pesquisa. Assim, optou-se pela ocorrência das palavras citadas "SPARK" e "MULTIPLE", mais a palavra "PLUG" (Vela) nos títulos, em razão de que a novidade da presente Invenção está, exatamente, na capacidade de produção de múltiplas centelhas simultâneas em uma única vela de ignição. Após análise acurada dos conteúdos, inclusive desenhos, identificou-se apenas duas patentes que poderiam, eventualmente, ameaçar a originalidade da presente Invenção. São as duas patentes listadas abaixo, com suas respectivas referências de autoria, cujas análises serão melhor descritas nos parágrafos seguintes:
- US3,956,664; "MULTIPLE AIR GAP SPARK PLUG". Inventors: Rado; William G. (Ann Arbor, Ml), Turner; Allen H. (Ann Arbor, Ml). Assignee: Ford Motor Company (Dearborn, Ml). Filed: March 6, 1975.
- US4,004,562; "MULTIPLE AIR GAP SPARK PLUG HAVING RESISTIVE ELECTRODE COUPLING". Inventors: Rado; William G. (Ann Arbor, Ml), Turner; Allen H. (Ann Arbor, Ml). Assignee: Ford Motor Company (Dearborn, Ml). Filed: December 26, 1974.
[0010] As duas patentes listadas no parágrafo anterior (US3,956,664 e US4,004,562), na verdade, têm a mesma autoria (William G. Rado e Allen H. Turner) e a mesma cessionária (Ford Motor Company). Ambas têm o mesmo conceito inventivo, com três desenhos exatamente iguais. Mas, na segunda patente citada, o desenho número 4 (quatro) foi eliminado. Comparando-se os desenhos de ambas as patentes entende-se ter havido uma retirada proposital do desenho número 4 (quatro), talvez para corrigir as numerações, pois vários números na primeira estavam indevidamente escritos dentro dos desenhos. Além disso, no texto, percebe-se que tal desenho (4) foi ignorado e divergia dos demais desenhos, sugerindo não pertencer a essas patentes. Assim, bastacomparar o conceito inventivo único das duas patentes (US3,956,664 e US4,004,562), com a presente Invenção para se excluir quaisquer ameaças à originalidade aqui invocada. É o que será feito no próximo parágrafo.
[0011] Ao analisar as patentes referidas no parágrafo [010], verifica-se que a proposta é que uma vela de ignição produza múltiplas centelhas, mas emmúltiplos eletrodos empilhados, numa formação série, alimentada por resistores que façam com que os diversos eletrodos, empilhados, produza uma pilha de centelhas, aumentado seu tamanho para, teoricamente, melhorar a combustão. Assim, todas as centelhas ocorrerão "empilhadas", numa mesma direção. Tendo em vista que essas patentes têm mais de 40 (quarenta) anos e ainda não foram implementadas, mesmo estando em posse de uma empresa poderosa como a Ford Motor Company, deduz-se que não foram comercial e mesmo tecnicamente viáveis. Baseada em conceito inventivo diferente das duas patentes acima, como será bastante detalhado neste Relatório, a presente Invenção parte do princípio de ter múltiplos semi-eletrodos centrais (ou internos), ligados, separadamente, cada um deles, a uma extremidade de um dos resistores divisores de corrente, unidos pela outra extremidade, ao eletrodo central que está ligado ao borne ou pino externo que recebe o pulso elétrico da bobina de ignição. Os eletrodos são montados e estimulados eletricamente em paralelo, objetivando formar tantas centelhas separadas quantos forem os Eletrodos Centrais. Assim, diferentemente das patentes listadas, a presente Invenção não formará uma única centelha a partir de uma série de pequenas centelhas entre eletrodos empilhados, mas várias centelhas separadas e até em posições opostas, ao redor do centro do Isolador da vela de ignição. Portanto, o objetivo desta Invenção não é formar uma única centelha, como ocorre em todas as velas de ignição disponíveis no mercado, mas duas ou mais centelhas, simultâneas ou, como opção, seqüenciadas. [0012] Continuando na identificação do Estado da Técnica, partiu-se para a verificação da possível existência de algum dispositivo ou vela de ignição com múltiplos eletrodos centrais ou resistores divisores de corrente nos catálogos dos fabricantes. Foram pesquisados os catálogos dos seguintes fabricantes mais conhecidos: NGK, BOSH, CHAMPION, MAGNETI MARELLI, AC-DELCO, FORD/MOTORCRAFT, DENSO, ONYPEI/AMAZON, BERU, NINGBO BODE, MAHTRA/TORC, GAUSS e VETOR/E-KLASS. Em nenhuma dessas marcas encontrou- se qualquer modelo que se assemelhasse a esta Invenção. Ainda assim, pesquisou-se em marcas menos conhecidas, mas, nada foi encontrado, dando-se por encerrada esta busca em fabricantes.
[0013] Persistindo a pesquisa em outros espaços, utilizou-se a ferramenta de busca do Google, onde a pesquisa por "vela de ignição multicentelhas" retornou 30.800 resultados, porém, identificou-se que se tratavam de velas que produziam múltiplas centelhas em um mesmo eletrodo central, porém, em sequência, a partir de um gerador externo de múltiplos pulsos seguidos ou de motores que usam diversas velas por cilindro, como citado no parágrafo [004], em relação à Alfa Romeo Twin- Spark. Nesta pesquisa também foi localizada a patente US 1,385,529, de 26 de julho de 1929, que também pretendia, mesmo àquela época remota, produzir múltiplas centelhas em uma vela de ignição. Porém, a mesma não prosperou, pode-se deduzir, por vários motivos, como por ser uma vela desmontável e não ter ligação elétrica entre o pino terminal e os eletrodos centrais, sendo a centelha distribuída entre os mesmos pelo ar e não por resistores divisores, como o proposto nessa Invenção. Outros motivos poderiam ser alinhados, como o fato de exigir dimensões incompatíveis com os motores de combustão interna e quesua produção, mesmo na atualidade, seria extremamente complicada e cara, não tendo viabilidade industrial. Dessa forma, também não foi detectada, nesta pesquisa, nenhuma patente ou produto, conflitando com a presente Invenção.
[0014] A pesquisa continuou, como sugerido pelo INPI, no patentscope, ferramenta de pesquisa disponível no site da WIPO (World Intellectual Property Organization - https://patentscope.wipo.int/search/pt/search.jsf disponível em 11/07/2021), usando os termos “multiple electrode spark plug”. Retornaram 147 resultados. Três ocorrências eram da mesma Patente US4,004,562, analisada nos acima. Além dessas ocorrências, apenas uma outra merece destaque e análise, a patente da Alemanha, DE000003728161 - Spark Plug With Multiple Ignition (Vela com vários eletrodos centrais, porém, acionados individualmente a partir de vários plugues de alta tensão), datada de 24/08/1987. O que se destaca na patente citada é a sua extrema complexidade, pois propõe vários eletrodos "centrais" e isolados, que receberão o pulso de alta tensão a partir da bobina de alta tensão, porém, para cada um desses eletrodos isolados existirá um condutor separado no isolador de porcelana a partir do ponto de ignição até o topo, onde será colocado um plugue (tomada ou pino) externo para cada conector do cabo de vela. Assim, se cada vela desse tipo tiver três eletrodos isolados e o motor tiver quatro cilindros, haverá um total de 3 x 4 = 12 cabos de velas e a mesma quantidade de saídas no circuito de alta tensão! O que se destaca nessa patente não é a possível ameaça à presente Invenção, por conter vários eletrodos isolados, mas que a busca, mesmo que implicando em alta complexidade, da possibilidade de aumentar o número das centelhas nas velas de ignição, por quaisquer meios, é um objetivo perseguido e no qual se investe há muitas décadas, pois, de fato, existe consenso de haver espaço para se obter mais rendimento, menores consumo e poluição nos motores de combustão interna, frisando também, que a melhoria no rendimento das velas de ignição poderá trazer benefícios expressivos não só aos motores de combustão interna novos e aos novos projetos dos mesmos, como irá beneficiar os motores de combustão interna dos veículos em uso, como também dos veículos maisantigos. O mesmo acontecerá com os motores de combustão interna de outras aplicações, como os estacionários, motos, navios, barcos, aviões, etc.
[0015] Pelo Estado da Técnica, como analisado nos parágrafos [006] ao [014], a Invenção aqui apresentada, não tem qualquer similar, justificando-se, plenamente, sua patenteabilidade, tanto pela sua novidade quanto pela sua atividade inventiva e aplicação industrial, como se constatará neste Relatório.
Pontos Deficientes do Estado da Técnica [0016] Ao investigar as tecnologias empregadas nos produtos e soluçõespara atender à exigência de produção de uma centelha elétrica eficiente dentro das câmaras de explosão dos motores de combustão interna, importa analisar os vários pontos que importam em deficiências no estado da técnica, conforme detectado nas fontes descritas nos parágrafos [006] ao [014], tais como:
1^- Vela de ignição com um único eletrodo central e um eletrodo terra: é a forma da quase totalidade dos produtos disponíveis no mercado, NGK, BOSH, etc. Apesar de sua predominância, ela tem sido o objeto maior de pesquisas para melhoria de sua eficiência na produção de centelhas. A principal deficiência decorre em que a centelha produzida, às vezes, não provoca ignição suficientemente perfeita e rápida da mistura combustível, por se localizar em um espaço bastante reduzido em relação ao volume da referida mistura. Outro problema refere-se ao desgaste dos eletrodos, o que faz com que a distância entre os eletrodos aumente com o tempo, prejudicando a centelha que, em determinado momento, pode até falhar ou deixar de ocorrer.
25- Vela de ignição com um único eletrodo central e vários eletrodos terra: ao contrário do que pode ser entendido, a finalidade dos múltiplos eletrodos terra ou massa não é produzir múltiplas centelhas, o que seria ideal, mas aumentara durabilidade dos eletrodos e da própria vela de ignição, pois apenas o mais próximo deles produzirá a única centelha, até se desgastar e, em seguida, a centelha passará ao eletrodo terra seguinte que estiver com distância elétrica menor para o eletrodo central. Mas, além ter as deficiências da vela de ignição citada no item 15, que apenas demorarão um pouco mais a aparecer, existe a suspeita de que os múltiplos eletrodos terra possam funcionar como radiador, reduzindo a temperatura da combustão, podendo, afetá-la e até extingui-la.
35- Vela de ignição com vários eletrodos centrais isolados, acionados pormúltiplos cabos de velas e um ou vários eletrodos terra: (DE000003728161) esta proposta tem a vantagem de produzir várias centelhas, isoladas ou simultâneas, mas ao custo de uma mudança total no formato das velas e cabostradicionais, o que exigiria um sistema de ignição (válvulas, cabos, etc.) específico, encarecendo demasiadamente a produção dos motores. Por exemplo, em um motor com 4 cilindros e velas de 4 eletrodos centrais, seriam necessários um total de 16 cabos de velas e bobinas de ignição especiais!
43- Vela de ignição com um único eletrodo central em forma de anel e um ou vários eletrodos terra: neste modelo, o que se objetiva é reduzir o desgaste do eletrodo central, em razão do aumento da superfície que produzirá centelhas. Mas, apresenta deficiência adicional aos demais, que está na calibragem da distância entre o eletrodo central e os eletrodos terra. Da mesma forma que os anteriores, haverá a produção de apenas uma única centelha por descarga.
53- Vela de ignição com um único eletrodo central comum e um anel como eletrodo terra: tudo que foi citado no item anterior (43) vale para este item.
63- Vela de ignição com eletrodos de metais nobres ou de terras raras: são velas onde os eletrodos são "revestidos", nos pontos de ignição, com metais nobres (ouro, platina, etc.) cuja finalidade é aumentar a durabilidade desses eletrodos às centelhas. Apresenta a desvantagem de encarecer o produto, sem melhoria expressiva no rendimento do motor frente a uma vela comum nova.
73- Velas múltiplas por cilindro: é a proposta desenvolvida e aplicada pela Alfa Romeo, que adotou em alguns modelos de veículos duas velas por cilindro. Esta tecnologia, conhecida por "Twin Spark” fez muito sucesso, pois a melhoriano rendimento dos motores, como aumento da potência, redução do consumo de combustível e da poluição são inquestionáveis. Porém, não foi adotada definitivamente por essa e outras montadoras em razão da maior complexidadedo motor, necessidade de maior espaço para duas velas de ignição dentro do cilindro e a dificuldade de manutenção. Porém, esta tecnologia prova que a produção de múltiplas centelhas simultâneas ou sequenciadas, para provocar uma mesma explosão, garante melhoria substancial no rendimento do motor.
83- Circuito de ignição que provoca centelhas em cadeia em cada uma das velas de ignição: neste circuito a mudança principal não está nas velas, mas nocircuito de disparo das centelhas, programado para produzir duas ou mais centelhas, com pequena diferença de tempo entre elas, durante o processo de explosão. Tem sido bastante usada, porém, para sua melhor eficiência, exige bobinas especiais, com baixa resistência e indutância e alta corrente, uma por cilindro, o que pode encarecer o conjunto. Há, porém, uma deficiência adicionalnesse sistema, que decorre do fato de que, por usar, em geral, velas comuns, com um único eletrodo central, após a explosão da mistura, em razão da primeira centelha, a próxima centelha poderá não encontrar mais mistura não detonada em seu entorno, ficando sem efeito o disparo das novas centelhas. Porém, se houver falha de detonação na primeira centelha, as próximas poderão corrigir tal falha, mesmo que à custa de uma detonação atrasada.
95- Vela de ignição com rosca orientada: são velas de ignição mais modernas, com um único eletrodo central e um ou mais eletrodos terra. Seu diferencialestá em que as roscas das velas e do cabeçote do motor têm o mesmo projeto, de forma que, na montagem, o eletrodo terra fique sempre em posição oposta ao fluxo de injeção do combustível, para que a área de centelha não fique obstruída por esse eletrodo. Apesar de aumentar a eficiência e o equilíbrio das explosões, exige que velas e motores sejam compatíveis entre si, de tal forma que, se houver qualquer problema na rosca do bloco do motor essa tecnologia não permite retifica desse bloco, devendo ser o mesmo trocado por um novo. Isso limita muito a aplicação dessa tecnologia em veículos mais populares. Além disso, nos motores que usam esse tipo de velas não se devem usar velascomuns, pois, além de prejudicar o rendimento do motor, pode provocar danos nas roscas do cabeçote, o que também implicará em sua troca por um novo.
105- Vela com eletrodo central de irídio: variante do item 65 é, atualmente, a mais prestigiada, com forte apelo comercial. Consiste em uma vela de ignição com um único eletrodo central e, por enquanto, um único eletrodo terra. O maior diferencial consiste em que o eletrodo central tem um pino fino de irídio implantado na ponta, e outro, semelhante, no eletrodo terra. Basicamente, a melhoria consiste em que o irídio é um condutor melhor que o níquel, que normalmente é usado nas velas de ignição comuns e, além disso, suporta quase o dobro da temperatura do níquel, o que dá maior longevidade às velas e, principalmente, garante, por mais tempo, a distância entre os eletrodos. Seu preço, por enquanto, é bem mais alto que o de uma vela de ignição tradicional. Quanto ao funcionamento, sua principal vantagem é que ela se equipara, durante uma vida bem mais longa, a uma vela de ignição tradicional recém instalada. O preço mais alto é compensado pela maior durabilidade dessas velas e pela maior constância no rendimento do motor.
[0017] Confrontando-se os diversos itens analisados no parágrafo anterior, verifica-se que cada modelo de vela ou sistema de ignição apresenta vantagens próprias e um ou outro ponto negativo, seja no preço, na dificuldade de implementação ou na compatibilidade com os variados motores. Há, porém, uma lacuna importante: ainda não existe uma vela de ignição que produza duas ou mais centelhas simultâneas ou em sequência, sem circuitos externos especiais, e que seja compatível tanto com os motores novos quanto com os tradicionais e em uso. E, mais importante, é que seja oferecida uma vela de ignição diferente das atuais, mas que, de fato, melhore o rendimento global do motor, com menor consumo e menor poluição, como proposto nesta Invenção.
[0018] Os diversos retornos analisados na busca ampla realizada em variadas fontes, conforme relatado nos parágrafos anteriores, para conferir se aproposta desta Invenção teria originalidade e viabilidade que justificasse um pedido de patente, serviram para atestar que a tecnologia proposta na mesma é única, o que justifica sua patenteabilidade. Esta Invenção será suficientemente exposta nos parágrafos seguintes, onde poderá ser constatadoque, aliado à sua originalidade, ela apresenta características que, com sua fabricação e comercialização, atenderá, de forma satisfatória, ao anseio constante por um produto que promova, de fato, aumento no rendimento dos motores de combustão interna, novos ou usados, para que tenham maior potência, menores consumo e poluição ambiental, a um custo compensador, atendendo a um mercado global de centenas de milhões de usuários.
[0019] Apesar da tecnologia dos motores de combustão interna serbastante conhecida, explorada e aprimorada há mais de um século, mesmo com a inevitável chegada dos veículos elétricos e outras tecnologias, taismotores ainda terão mercado expressivo por várias décadas, mormente levando-se em conta os motores em uso, não só em veículos automotores, mas em diversos outros segmentos, justificando a pesquisa e a introdução de novos melhoramentos, como o proposto nesta Invenção. Como prova disso, listam-se muitos fatores que ainda justificam a busca de melhorias nos motoresde combustão interna, entre os quais, destacam-se:
- A literatura especializada estima que a adoção total de veículos elétricos somente deverá ocorrer após 2035 ou 2040, especialmente na Europa. Outros países têm previsão mais longa ou ainda estão sem previsão.
- Motores de grande porte, como os de caminhões, locomotivas, navios, estacionários e outros demorarão a migrar, totalmente, para o tipo elétrico.
- A presente Invenção poderá constar, tão logo esteja disponível, nos projetos de fabricação dos veículos e equipamentos novos, baseados em motores a combustão interna, em um mercado mundial de muitas dezenas e até centenasde milhões de unidades.
- A fabricação do dispositivo ou vela de ignição como proposto nesta Invenção atenderá a um expressivo mercado de peças de reposição, de veículos novos eusados, por décadas; este último com mais de um bilhão de unidades.
- A Revista Motor Show, publicou artigo onde apresenta diversas tecnologias recentes que buscam aumentar a eficiência dos motores à combustão interna, não só para veículos automotores, demonstrando que os mesmos aindaestarão em uso por muitas décadas, o que, como conseqüência, reforça autilidade e a aplicabilidade desta Invenção, (https://motorshow.com.br/conheca-as-novas- tecnologias-dos-motores-a-combustao-que-ainda-terao-uma-longa- vida/- Publicado em 03 de julho de 2020 - Disponível em 13 de julho de 2021).
- Especialistas em geração de energia elétrica temem que o atual e futuro sistema elétrico global não suporte um acréscimo tão violento no consumo de energia elétrica, como o necessário para atender a uma planta de centenas de milhões de veículos elétricos e híbridos, que requerem, em média, mais de 20 quilowatts-hora, por várias horas, todos os dias, para recarregar suas baterias, podendo, eventualmente, limitar a oferta de veículos elétricos puros, garantindomais espaço aos motores de combustão interna e híbridos por mais tempo.
Sumário da Invenção
[0020] Propõe-se, com esta Invenção, atender a alguns pontos, dosquais se destacam: a) viabilizar um dispositivo ou vela de ignição que gere duas ou mais centelhas, simultaneamente ou em rápida sequencia (sem exigir equipamentos especiais de ignição), para cada explosão; b) viabilizar que o dispositivo ou vela de ignição seja compatível com a maioria dos veículos e equipamentos existentes, novos ou usados; c) adotar soluções tecnicamente simples e, além disso, d) buscar que o projeto desse dispositivo ou vela de ignição permita que sua produção se dê usando tecnologia de fabricação já disponível, o que implicará em custos razoavelmente baixos, ensejando seu uso amplo, inclusive em veículos populares, favorecendo, significativamente, não só o mercado automobilístico, mas todo e qualquer segmento que use motores de combustão interna, como o de motores de motos, caminhões, motores estacionários, geradores, navios, aviões e correlates, propiciando a melhoria do rendimento e redução da poluição e do consumo de combustível.
[0021] Também, em razão da melhoria das explosões, pela produção de múltiplas centelhas, o dispositivo de ignição desta Invenção irá proporcionar sensível aumento da potência dos motores de combustão interna, com menor consumo de combustível, menores níveis de poluição ambiental e, pela melhor qualidade da queima do combustível, terá menor formação de carbonização nos cilindros e válvulas, com redução no desgaste interno desses motores.
Breve Descrição das Figuras
[0022] A Figura 1 apresenta uma vela de ignição de modelo tradicional, mais comum, com um único eletrodo central e um único eletrodo massa.
[0023] A Figura 2 apresenta uma vela de ignição de modelo tradicional, com um único eletrodo central e dois ou mais eletrodos massa.
[0024] A Figura 3 apresenta, em corte, uma vela de ignição tradicional, como a citada na Figura 1, com visualização dos seus elementos internos.
[0025] A Figura 4 apresenta, em corte, uma vela de ignição tradicional, como a citada na Figura 2, com visualização dos seus elementos internos.
[0026] A Figura 5 apresenta, em corte, uma das velas de ignição, derivada desta Invenção, com dois eletrodos centrais, dois eletrodos massa e dois resistores divisores de valores iguais, em posição lado a lado. [0027] A Figura 6 mostra, em corte, uma das velas de ignição, derivada desta Invenção, com dois eletrodos centrais, dois eletrodos massa, porém, com dois resistores divisores de valores diferentes, em posição lado a lado.
[0028] A Figura 7 apresenta uma vela de ignição, variante da Figura 5, em corte, com uma blindagem adicional no isolador cerâmico.
[0029] A Figura 8 mostra, em corte, a vela de ignição da Figura 5, mas, com os resistores divisores de valores iguais em posição desalinhada.
[0030] A Figura 9 mostra, em corte, a vela de ignição da Figura 6, mas, com os resistores divisores de valores diferentes em posição desalinhada.
[0031] A Figura 10 apresenta uma vela de ignição também tradicional, semelhante externamente à da Figura 1, porém, sem qualquer resistor.
[0032] A Figura 11 ilustra, como destaque, a composição interna das velas de ignição das Figuras 1, 2, 3 e 4.
[0033] A Figura 12 ilustra, como destaque, a composição interna da vela de ignição da Figura 5.
[0034] A Figura 13 ilustra, como destaque, a composição interna das velas de ignição das Figuras 6 e 7.
[0035] A Figura 14 ilustra a composição interna de uma vela de ignição, semelhante à da Figura 12, porém com quatro eletrodos centrais e quatro resistores divisores, onde todos os seus valores são iguais.
[0036] A Figura 15 ilustra a composição interna de uma vela de ignição semelhante à da Figuras 13, porém com quatro eletrodos centrais e quatro resistores divisores em que seus valores são diferentes entre si.
[0037] A Figura 16 ilustra a composição interna de uma vela de ignição mista às das Figuras 14 e 15, com quatro eletrodos centrais e quatro resistores divisores, onde os valores iguais estão em posições opostas, aos pares.
[0038] A Figura 17 apresenta uma hipotética proposta de dispositivo de teste para comprovação da teoria base desta Invenção, entre duas velas de ignição diferentes, ambas com dois eletrodos centrais.
[0039] A Figura 18 ilustra, de forma destacada e ampliada, o resultado que se esperaria para as centelhas do teste proposto na Figura 17.
[0040] A Figura 19 ilustra um dispositivo de teste sugestivo para a comprovação prática da teoria base desta Invenção, usando quatro velas de ignição reais e iguais, sem resistores internos, como a da Figura 10.
[0041] A Figura 20 mostra o dispositivo de teste, montado com gerador de alta tensão, para a comprovação da teoria base desta Invenção, com quatro velas de ignição reais e iguais, sem resistores internos, como a da Figura 10.
[0042] A Figura 21 ilustra o resultado obtido com o dispositivo de teste apresentado na Figura 20.
[0043] A Figura 22 compara, com uma vela de ignição tradicional (I), exemplos de disposição de eletrodos centrais em velas de ignição com múltiplos eletrodos centrais e resistores divisores, conforme esta Invenção.
[0044] A Figura 23 compara a vela de ignição tradicional (I), com variações de eletrodos massa em velas de ignição derivadas desta Invenção.
[0045] A Figura 24 compara uma proposta de solução (III) de vela de ignição desta Invenção, onde os múltiplos eletrodos centrais são dobrados em direção à lateral, onde estão os eletrodos massa, diferentemente de (I) e (II).
[0046] A Figura 25 apresenta variantes desta Invenção, em vista superior, onde se podem ver múltiplos eletrodos centrais dobrados, de dois a seis, em que os eletrodos massa são substituídos pelo anel superior da rosca.
[0047] A Figura 26 apresenta, com ampliação, um possível arranjo de eletrodo massa ajustável, para atender às versões mostradas na Figura 25.
[0048] A Figura 27 apresenta, com ampliação, uma opção de construçãodos eletrodos centrais, cujas separações para o anel superior da rosca ocorre em afastamento longitudinal e não radial.
[0049] A Figura 28 apresenta, de forma simplificada, a inclusão opcional de uma barreira isolante entre os eletrodos centrais, aplicável a todas asversões de velas desta Invenção.
[0050] A Figura 29 apresenta outras três formas de vela de ignição, derivado do mesmo conceito inventivo, onde os resistores divisores foram ligados, separadamente, à ponta inferior de um único eletrodo central.
[0051] A Figura 30 mostra variantes da Figura 29, onde os resistores divisores são partes de um único resistor equivalente à soma de ambos.
[0052] A Figura 31 apresenta mais uma variante, onde os resistores divisores estão montados como parte dos eletrodos massa.
[0053] A Figura 32 ilustra a teoria básica da Invenção, mostrando os resistores divisores ligados ao condutor que sai do pino terminal.
[0054] A Figura 33 ilustra a aplicação da teoria básica da Invenção, porém, com os resistores divisores montados como parte dos eletrodos massa.
Descrição Detalhada da Invenção
[0055] A Figura 1 mostra uma vela de ignição tradicional, usada na quase totalidade dos atuais motores a combustão interna, exceto os motores a diesel. Em (1) tem-se a porca de conexão do pino terminal, o anel de apoio (12a) da citada porca, a parte superior do isolador cerâmico (2) com diversas corrugações, a vedação (3), o hexágono (4) ou porca de fixação da vela de ignição, o castelo metálico (5), anel de vedação (6), a rosca de fixação (7), o isolador cerâmico inferior (8), a ponta do eletrodo central (9), o eletrodo massa ou lateral (10) e a separação (11), ou "folga" entre os eletrodos (9 e 10). A nomenclatura poderá ter algumas variações de acordo com cada fabricante.
[0056] A Figura 2 apresenta uma variante da vela de ignição tradicional, com dois ou mais eletrodos massa ou lateral (10). Ao contrário do que parece, a existência de múltiplos eletrodos massa (10) não objetiva a produção simultânea de várias centelhas, pois só ocorrerá uma, a cada pulso de alta tensão, entre o eletrodo central (9) e um dos eletrodos massa (10), exatamente naquele que apresentar um caminho elétrico mais curto para a centelha. À medida que as centelhas forem ocorrendo, haverá um desgaste no eletrodo central (9) e no eletrodo massa (10) que estiver produzindo a centelha, até ao ponto em que a distância física e elétrica entre eles aumentará. Em certo momento, o outro eletrodo massa (10), o que agora estiver eletricamente mais perto, assumirá a função de produzir a centelha com o eletrodo central (9). As trocas de atividade entre os eletrodos massa (10) se repetirão, até a eventual troca da vela de ignição por uma nova. Assim, por ter múltiplos eletrodos massa, o que ocorrerá será o aumento do tempo de uso da vela de ignição, mantendo as centelhas com melhor qualidade por mais tempo, porém, este tiponão promoverá centelhas melhores se comparado à vela de ignição nova que tenha apenas um eletrodo central (9) e um eletrodo massa (10).
[0057] A Figura 3 mostra, em corte, uma vela de ignição tradicional, onde são identificados os seus elementos externos e internos, como a porca deconexão do pino terminal (1), o pino terminal (12) e sua rosca, o pino condutor (13), as travas de metal (14), que travam o pino condutor (13) ao isolador cerâmico (2), o resistor interno (15, se houver), o eletrodo central (16), a parte inferior do isolador cerâmico (8), e a ponta do eletrodo central (9). As demais numerações são as citadas na Figura 1. Em funcionamento, a bobina deignição envia, sob comando, um pulso elétrico de alta tensão, em geral, acima de 15 kV, à porca de conexão do pino terminal (1). Tal pulso vai ao pino condutor (13) até o topo (17) do resistor (15), cujo valor, se situa, geralmente, entre 2 kOhms e 8 kOhms, chega ao eletrodo central (16) e, através da ponta do eletrodo central (9), devido à pequena separação (11) com o eletrodo massa (10), faz saltar uma centelha entre esses eletrodos (9 e 10). Tal centelha provoca a explosão da mistura combustível, fazendo com que o pistão se projete violentamente em direção ao virabrequim, movimentando o motor. A presente Invenção tem, como principal objetivo, apresentar uma vela de igniçãoque produza múltiplas centelhas dentro de cada um dos cilindros dos motores acombustão interna, a partir de um único pulso de alta tensão, favorecendo a melhor queima da mistura combustível, resultando no aumento da eficiência do motor, com maior potência, reduzindo a poluição e o consumo de combustíveis. Tais benefícios serão obtidos tanto nos motores novos quanto nos usados, apenas com a instalação da vela de ignição desta Invenção.
[0058] A Figura 4 apresenta a visão interna da vela de ignição da Figura 2, onde existem dois ou mais eletrodos massa (10). Os demais elementos, externos e internos, são os mesmos indicados na Figura 3.
[0059] A Figura 5 mostra, em corte, uma vela de ignição básica desta Invenção, onde se percebe as diferenças com as velas de ignição tradicionais (Figuras 1, 2 e 3), tais como, a existência de resistores divisores (18a e 18b), dois eletrodos centrais (20a e 20b), duas pontas de ignição dos eletrodos (22ae 22b) e o novo isolador cerâmico inferior (25). São várias as opções de eletrodos massa (24a e 24b) a serem vistos mais à frente, porém, vê-se, nesta Figura, comparando-se com as velas de ignição tradicionais, como na Figura 2, que ambos os eletrodos massa serão usados, ao mesmo tempo e separadamente, para produzir centelhas entre eles e as pontas de ignição dos eletrodos (22a e 22b), melhorando a ignição da mistura combustível.
[0060] Na Figura 6 vê-se uma variante desta Invenção, com resistores divisores em tamanhos diferentes, significando resistores divisores (19a e 19b) de valores também diferentes, ainda que, fisicamente, possam ter as mesmas dimensões. A diferença de resistência desses resistores divisores (19a e 19b) tem como objetivo provocar pequena diferença no tempo de produção das centelhas, em razão da interação desses resistores divisores (19a e 19b) com a capacitância interna distribuída, existente entre os diversos elementos internos e as partes externas metálicas ligadas à massa ou à terra. Esta composição promoverá, no exemplo, a produção de duas centelhas, porém, em rápida sequência, o que aumentará, ligeiramente, o tempo de centelhamento, buscando melhorar, ainda mais, a ignição da mistura de combustível, com melhores resultados no rendimento do motor, na poluição e na economia de combustível. Observa-se que esta produção de centelhas em sequência sedará sem o uso de circuitos externos especiais. Como se verá posteriormente, será possível a produção de velas de ignição, conforme esta Invenção, que apresente mais de dois resistores divisores, para a produção de mais de duas centelhas simultâneas ou em sequência, a partir de um único pulso de alta tensão. Pode-se também observar a inclusão de uma barreira (32) de isolação entre as pontas (22a e 22b) dos eletrodos internos, passível de adoção em qualquer modelo de velas de ignição com múltiplos eletrodos centrais, porém, poderá ser indispensável, em velas de ignição, segundo esta Invenção, que tenham resistores internos com valores diferentes, em razão de, neste caso, haver diferença de potencial entre os eletrodos centrais. Através de ensaios emlaboratório poderá ser definido quando a citada barreira será necessária.
[0061] Na Figura 7, variante da Figura 6, está adicionado um envoltório, composto por uma blindagem superior (42a) na parte externa e superior do isolador cerâmico (2) e, opcionalmente, por uma blindagem inferior (42b), na parte externa inferior do isolador cerâmico (25). Tal blindagem visa aumentar a capacitância residual entre as partes internas da vela de ignição e as partes metálicas ligadas à massa da citada vela, cujos resistores divisores são diferentes, provocando pequeno incremento no tempo entre duas ou maiscentelhas produzidas em sequência, a partir de um único pulso de alta tensão.
[0062] A Figura 8 mostra uma disposição onde os resistores divisores (18a e 18b), de valores iguais, estão em posições desencontradas, com o objetivo de ocupar menos espaço do que se fossem produzidos lado a lado. Taldisposição permitirá que o isolador cerâmico (2 e 25) ofereça mais isolação em relação às partes metálicas ligadas à massa e, também, tal disposição poderá ser adotada na produção de velas de ignição multicentelhas, desta Invenção, cujo isolador cerâmico (2) seja de diâmetro menor, como para as motocicletas.
[0063] A Figura 9 mostra, como na Figura 8, resistores divisores (19a e 19b), em posições também desencontradas, mas, com tais resistores em valores diferentes. A finalidade desta disposição é idêntica à da Figura 8.
[0064] A Figura 10 é apenas uma apresentação dos elementos internos de uma vela de ignição tradicional sem quaisquer resistores, para comparação com as variantes de produção desta Invenção, com suas diferentes disposições internas. As partes mostradas são as mesmas da Figuras 3.
[0065] A Figura 11 mostra, para melhor visualização, as partes internas da vela de ignição com um único resistor interno (15), como a da Figura 3.
[0066] Na Figura 12 vêem-se, em separado, as partes internas da velade ignição com dois resistores divisores (18a e 18b) iguais, como na Figura 5.
[0067] Na Figura 13 mostra, em destaque, as partes internas da vela de ignição com dois resistores divisores (19a e 19b) de valores diferentes, como na Figura 6, simbolizados pelos seus tamanhos diferentes. A adoção desta representação facilita a análise e o entendimento do funcionamento da vela de ignição com múltiplos resistores divisores de valores diferentes.
[0068] A Figura 14 apresenta uma variante das Figuras 5 e 12, mas com quatro resistores divisores (18a, 18b, 18c e 18d) de valores iguais. Com isso, haverá também quatro eletrodos centrais (20a, 20b, 20c e 20d) e quatro pontasdos eletrodos centrais (22a, 22b, 22c e 22d). Para a ocorrência das centelhas haverá a necessidade de um ou mais eletrodos massa que cubra todas as pontas dos eletrodos centrais, conforme decisão do projetista. Variantes serão mostradas posteriormente neste Relatório. Como comentado sobre a Figura 5, as centelhas produzidas serão simultâneas, desde que os quatro resistores, presumidamente, têm valores idênticos. A existência de um número maior de resistores divisores poderá exigir, eventualmente, que o circuito de alta tensão, por necessidade de projeto, produza tensão mais alta que para velas de ignição onde exista apenas um ou dois resistores divisores.
[0069] A Figura 15 mostra uma variante das Figuras 6, 7 e 9, com quatro resistores divisores (19a, 19b, 19c e 19d) de valores diferentes. Terá também quatro eletrodos centrais (21a, 21b, 21c e 21d) e quatro pontas dos eletrodos centrais (22a, 22b, 22c e 22d). Esta opção deverá também ter um ou vários eletrodos massa que atendam a todos os eletrodos centrais, sob decisão do projetista. Tais eletrodos serão mostrados mais à frente neste Relatório. Como dito na Figura 6, as centelhas produzidas serão sequenciais, pois os resistores, presumidamente, têm valores diferentes entre si. Como mencionado, por ter maior número de resistores, mesmo que de valores diferentes, poderá ser necessário que o circuito de alta tensão, conforme projeto, produza tensão mais alta que para velas de ignição onde exista apenas um ou dois resistores. Nesta opção deverão ocorrer quatro centelhas, uma após a outra.
[0070] Na Figura 16 tem-se uma combinação das propostas apresentadas nas Figuras 5 e 6 ou 12 e 13, tendo quatro resistores divisores, com os valores iguais nos pares opostos (par 19e com 19g e par 19f com 19h)e valores diferentes entre os pares. Intui-se que haverá centelhas simultâneas nos pares, nas pontas dos eletrodos centrais (22a com 22c e 22b com 22d). Tais centelhas ocorrerão entre pontas de eletrodos centrais opostas, gerando centelhas mais afastadas, visando melhorar a queima da mistura combustível. O projetista poderá, no entanto, optar por uma montagem onde os resistores divisores iguais sejam colocados lado a lado, com centelhas simultâneas também lado a lado, aos pares e também seqüenciais aos pares. Também nesta opção, por ter um número maior de resistores divisores, poderá ser necessário que o circuito de alta tensão, por decisão de projeto, gere tensão mais alta que para velas de ignição onde exista apenas um ou dois resistores internos, o que poderá ser melhor atendido na oferta em motores novos.
[0071] O conjunto da Figura 17 apresenta um hipotético dispositivo, que pode ajudar a melhor entender a teoria base da tecnologia proposta nesta Invenção. As indicações numéricas, com ou sem os sinais ' (linha) ou " (dupla linha), que forem iguais às das Figuras 1, 10 e 17, têm o mesmo nome e a mesma função. Em 17-1 vê-se uma vela de ignição, também hipotética, com dois eletrodos centrais (20'a e 20'b) com suas pontas de eletrodos centrais (22'a e 22'b) e dois eletrodos massa (24'a e 24'b), porém, com um único resistor (15') como ocorre em uma vela de ignição tradicional. Em 31a vê-se uma lente, que amplia, da Figura 18-1 na 18-11, parte da Figura 17-1, onde é possível identificar que, à ocorrência de um único pulso de alta tensão, provindo da bobina de ignição (29 de 17-11), pela aplicação de baixa tensão no conector (30), o mesmo passará pelo borne (28a), pelo cabo de vela de ignição(27a) de 17-1/17-11, chegando ao conector (26a), atingindo o pino terminal (1') através da porca do pino terminal (12'), passando pelo pino condutor (13'), as travas de metal (14'), até a conexão (17') do resistor interno único (15'), que apresenta duas saídas para os eletrodos centrais (20'a e 20'b), com suas pontas dos eletrodos centrais (22'a e 22'b). Assim, ocorrerá uma centelha em apenas uma separação (23'a ou 23'b), dos eletrodos massa (24'a ou 24'b). Esta hipotética vela de ignição pretende demonstrar que, com eletrodos centrais eletricamente unidos na parte que recebe o pulso de alta tensão através de um único resistor, não haverá múltiplas centelhas, mesmo com a existência de múltiplas separações (23'a e 23'b) o que será melhor entendido ao analisar, conjuntamente, a Figura 17-1 e as Figuras 18-1 e 18-11.
[0072] Na Figura 17-11 pode-se ver a bobina de ignição (29), já citada no parágrafo anterior, com seu conector de entrada de baixa tensão (30) e seus dois bornes (28a e 28b) de saída. Em um veículo automotor, uma Unidade Eletrônica será responsável por injetar os pulsos adequados na bobina de ignição, para que ela gere pulsos de alta tensão. Dos dois bornes (28a e 28b), saem os cabos (27a e 27b), que alimentarão, simultaneamente, com alta tensão, as duas velas de ignição, em 17-1 (hipotética e equivalente ao modelo tradicional) e em 17-111 (modelo conforme esta Invenção, ainda não produzida).
[0073] A Figura 17-111 apresenta uma vela de ignição (ainda não disponível, portanto, hipotética), conforme esta Invenção, com dois Eletrodos Centrais (20"a e 20"b) com suas pontas de eletrodos centrais (22"a e 22"b) e dois eletrodos massa (24"a e 24"b) e dois resistores internos (18"a e 18"b) de valores iguais (simbolicamente identificados pelos tamanhos também iguais). Em 31b, vê-se uma lente, que amplia, da Figura 18-111, na Figura 18-IV, parteda Figura 17-111, onde é possível perceber que, à ocorrência de um único pulso de alta tensão, provindo da bobina de ignição (29 da Figura 17-11), pela aplicação de um pulso de baixa tensão no conector (30), o mesmo passará pelo borne (28b), pelo cabo de vela de ignição (27b) (Figuras de 17-11/17-111), chegará ao conector (26b), atingirá o pino terminal (1") através da porca dopino terminal (12"), passará pelo pino condutor (13"), pelas travas de metal (14"), chegando, através da conexão (17") aos dois resistores internos (18"a e 18"b), divisores, que têm saídas separadas para os eletrodos centrais (20"a e 20"b) e suas pontas (22"a e 22"b). Centelhas ocorrerão, ao mesmo tempo, em ambas as separações (23"a e 23"b), para os eletrodos massa (24"a e 24"b). Se os resistores internos fossem de valores diferentes, as centelhas também ocorreriam, porém, com pequena diferença de tempo, primeiro onde se encontrar o resistor interno de menor valor, depois onde se encontrar o resistor interno de maior valor. As Figuras 18-111 e 18-IV darão melhor visão do que ocorre na vela de ignição da Figura 17-111, aqui analisada. Cabe destacar que, para produzir múltiplas centelhas de forma adequada, todas as separações dasvelas de ignição desta Invenção devem ter, precisamente, a mesma regulagem de distância, o que também se aplica aos modelos das Figuras 2 e
4. [0074] Em razão das velas de ignição mostradas no arranjo das Figuras 17-1 e 17-111 ainda não existirem, tal teste é apenas hipotético. Mas, ao se usar os conhecimentos de Física, fica possível inferir qual seria o resultado se tais velas de ignição existissem. Devido à não inexistência das referidas velas de ignição, será possível, através do uso de quatro velas de ignição comuns, idênticas, sem os resistores internos (como a da Figura 10), como se verá nos parágrafos seguintes, montar um dispositivo que permitirá a execução de testes reais, confiáveis e equivalentes ao mostrado na Figura 17.
[0075] A Figura 19 mostra o dispositivo de teste que pode ser montado, na prática, que permitirá comprovar a teoria que embasa esta Invenção. Ele usa uma bobina de ignição (29) veicular real. Os Retângulos A e B mostram dois pares de velas de ignição (VI e V2, V3 e V4), de mesmo tipo, sem resistor interno (como a mostrada na Figura 10), com um único eletrodo central e um único eletrodo massa. Tal dispositivo atenderá perfeitamente à proposta de comprovação da teoria base desta Invenção, porém, para maior praticidade de construção e análise instrumental, optou- se pelo dispositivo da Figura 20.
[0076] A Figura 20 mostra o dispositivo de teste, efetivamente montado na prática, que permitiu comprovar a teoria que embasa essa Invenção. Nesta solução, a bobina de ignição (29 da Figura 19) foi substituída por uma "Usina Eletrônica" (29a), usada em fogões domiciliares, disponível no mercado e que produz centelhas adequadas ao nosso teste. Os Retângulos A e B também mostram, nesta Figura, dois pares de velas de ignição (VI e V2, V3 e V4), idênticas, do tipo sem resistor interno (como a mostrada na Figura 10), com umúnico eletrodo central e um único eletrodo massa. As numerações que forem iguais às das Figuras 1, 10 e 17, têm o mesmo nome e a mesma função. No Retângulo A, 27c é um resistor, com valor adotado de cerca de 4,7 kOhms, ligado, através do cabo (27a) e do borne (28a), à "Usina Eletrônica" (29a); 33a, 33b e 33c são as ligações do resistor às porcas dos pinos terminais (1) das velas de ignição VI e V2; 33h, 33i e 33g são as ligações à massa das referidas velas de ignição. No Retângulo B, 27d e 27e são resistores, cujos valores adotados variam entre cerca de 3,3 kiloohm e 6,8 kiloohm, observando que essa margem permite simular diversos resistores internos, iguais ou diferentes, para diversas simulações; 33d e 33e são as ligações dos resistores (27d e 27e)às porcas dos pinos terminais (1) das velas de ignição V3 e V4; 33f é a ligação dos referidos resistores (27d e 27e) ao cabo (27b) e ao borne (28b) da "Usina Eletrônica" (29a); 33j e 33k são as ligações à massa das referidas velas de ignição ao fio massa (33g) da "Usina Eletrônica" (29a); 331 é uma chave do tipo botão, normalmente aberta, em que um plugue (33 n), a ser conectado à rede elétrica, vai ligado, através de um dos terminais, à "Usina Eletrônica" (29a) e dooutro terminal vai à citada chave (331). Ao ser premida a chave botão (331), a "Usina Eletrônica" (29a) será alimentada, gerando pulsos que provocarão descargas elétricas simultâneas de alta tensão nos bornes (28a e 28b), que atravessarão todos os resistores (27c, 27d e 27e), indo às porcas dos pinos terminais, e daí, até as pontas dos eletrodos centrais (9) das quatro velas de ignição citadas. Os anéis metálicos Cl, C2, C3 e C4 são captadores de sinais para análise, opcional, por osciloscópio através dos terminais Tl, T2, T3 e T4. Os parágrafos seguintes relatarão como foi realizado, na prática, o teste comas quatro velas de ignição do referido dispositivo de teste.
[0077] Para melhor entender a proposta do referido dispositivo de teste, cabe esclarecer que, na Figura 19, as duas velas do Retângulo A funcionam como a única vela de ignição da Figura 17-1. Tal arranjo visa mostrar não ser possível obter centelhas múltiplas, a partir de um único pulso de alta tensão, seforem usados eletrodos centrais múltiplos diretamente unidos, sem adequada separação elétrica por resistores. O mesmo efeito também ocorre onde há um único eletrodo central, mas dois ou mais eletrodos massa, como nas Figuras 2e 4. As velas de ignição do Retângulo B atuam como a única vela de ignição daFigura 17-111, que, de fato, se trata da vela de ignição básica, proposta nesta Invenção, como se vê, por exemplo, nas Figuras 5, 6, 7, 8 e 9, bem como nas representações internas visíveis nas Figuras 12, 13, 14, 15 e 16.
[0078] Montado o dispositivo da Figura 20, com descrição em parágrafos anteriores, com o cuidado preliminar de ajustar, à mesma medida, os espaços entre as pontas dos eletrodos centrais e dos eletrodos massa de todas as velasde ignição (VI, V2, V3 e V4), passou-se aos testes dos efeitos das altas tensões nas quatro velas de ignição.
[0079] Os resultados dos testes poderão ser melhor entendidos observando- se a Figura 21. Ao ser premida a chave de botão (331) a "Usina Eletrônica" (29a) será alimentada e disparará pulsos seguidos e de alta tensão através dos bornes (28a e 28b), enquanto a referida chave estiver premida, a uma cadência de cerca de 5 pulsos por segundo. Convém não deixar a chave premida por mais de 2 ou 3 segundos, para não queimar a citada "Usina Eletrônica" (29a). Caso queira dar um único pulso isolado durante os testes, basta pressionar e soltar, rapidamente, a chave de botão (331).
[0080] Como se observa na Figura 21 A, as velas VI e V2, que simulam o funcionamento de uma vela de ignição tradicional (Figuras 2 e 4) com um único eletrodo central (no caso, são dois, mas, unidos, eletricamente através de33a, 33b e 33c, da Figura 20) e dois eletrodos massa (10), só irão produzir umaúnica centelha (no exemplo, em VI), exatamente naquela separação em que a corrente elétrica identificar o menor trajeto elétrico. Essa "escolha" elétrica de um dos caminhos sempre ocorrerá, por mais parecidos sejam as separações 11 das duas velas de ignição (VI e V2).
[0081] Na Figura 21 B, já podemos identificar que ocorreram centelhas em ambas as velas de ignição (V3 e V4), independentemente de quantas vezes ou de qual forma seja premida a chave de botão (331). O dispositivo da Figura 20, como já informado, foi realmente montado e veio a comprovar que a teoria em que se baseia a presente Invenção, é sólida e justifica, pela sua originalidade, atividade inventiva e pela sua ampla aplicação industrial, que seja feito e deferido o seu regular pedido de depósito, de forma a trazer os amplos benefícios aos motores atuais ou futuros, com aumento na potência, diminuição do consumo de combustível e redução da poluição ambiental.
[0082] O fundamento para a ocorrência de múltiplas centelhas, a partir de um único pulso de alta tensão, quando a vela de ignição é construída com resistores divisores, conforme esta Invenção, é que esses resistores provocam certa separação elétrica entre os diversos eletrodos centrais, um do outro, ou uns dos outros, através da queda de tensão nesses resistores, impedindo que a ocorrência de uma centelha em um dos eletrodos centrais reduza, demasiadamente, a tensão nos demais eletrodos centrais. Esta disposição de resistores é conhecida como Divisor de Corrente. Sem esses resistores internos, a ocorrência de uma centelha em um dos eletrodos centrais inibiria, imediatamente, à semelhança de um curto-circuito, a ocorrência de centelha nos demais eletrodos centrais. A queda de tensão em cada resistor divisor deverá ser suficiente para compensar prováveis diferenças de rigidez dielétrica dentro do cilindro, sob alta pressão, entre as diversas separações existentes nas velas de ignição baseadas nesta Invenção. Evidentemente que o fabricantede velas de ignição que adotar esta Invenção deverá adequar o projeto dessas velas às especificações exigidas pelas indústrias de motores de combustão interna, visando atender, corretamente, a cada uma delas. Porém, essas e outras variações nos projetos, não afetam a aplicabilidade, cobertura e direitos da tecnologia exposta e reivindicada para esta Invenção.
[0083] Pelo que aqui foi exposto, sem esgotar todas as variantes e possibilidades, dentro do mesmo conceito inventivo, serão apresentadas sugestões de montagem de velas de ignição desta Invenção, com diversos e variados eletrodos centrais e também com diversos e variados eletrodos massa. Não importando a disposição que seja apresentada, ressalte-se que, a ocorrência de múltiplos eletrodos centrais associados a dois ou mais resistores, na configuração de divisores de corrente, estará contemplada pela inovadora tecnologia apresentada por esta Invenção.
[0084] A Figura 22 apresenta várias opções de vela de ignição (que, para melhor visualização, estão sem os eletrodos massa), mostradas pelo lado das pontas dos eletrodos centrais, como proposto nesta Invenção, com múltiplos eletrodos centrais, fazendo-se a comparação com uma vela de ignição tradicional (22-1), com uma ponta de um único eletrodo central (9). Em 22-11 tem-se uma vela de ignição, conforme esta Invenção, com dois eletrodos centrais, representados por suas pontas (22a e 22b). Em 22-111 tem-se uma vela de ignição, também conforme esta Invenção, com três eletrodos centrais, representados por suas pontas (22a, 22b e 22c). Em 22- IV tem-se uma vela de ignição, ainda conforme esta Invenção, com quatro eletrodos centrais, também representados por suas pontas (22a, 22b, 22c e 22d). Pela Figura 22, bem como observando-se as Figuras 5 a 9, pode-se verificar que, excetuando-se a inclusão de eletrodos centrais adicionais, conforme esta Invenção, tais velas de ignição, não terão diferenças externas significativas para uma vela de ignição tradicional. Esta característica permitirá que, na quase totalidade dos casos, as velas de ignição tradicionais possam ser simplesmente substituídas por velasde ignição com múltiplos eletrodos centrais, como propostas nesta Invenção, permitindo que esses motores usufruam das vantagens advindas da viabilidadede serem produzidas múltiplas centelhas em cada cilindro, a partir de um único pulso de alta tensão, a cada explosão. Esta significante vantagem beneficiará tanto novos motores quanto os motores já em uso, obtendo aumento expressivo no rendimento dos mesmos, refletindo em funcionamento mais estável, aumento da potência, maior economia de combustível e menor poluição ambiental. Tais benefícios ocorrerão tanto em veículos automotores quanto em quaisquer outras aplicações que utilizem motores de combustão interna, como motores estacionários, motos, aviões, caminhões, navios, etc.
[0085] A Figura 23 apresenta diversas opções de eletrodos massa, visando atender às velas de ignição, desta Invenção, com múltiplos eletrodos centrais. Para comparação, em 23-1 tem-se, novamente, uma vela de ignição tradicional, com uma única ponta (9) de seu eletrodo central e seu eletrodo massa (10a). As velas de ignição tradicionais podem vir com outros eletrodos massa, como dois, três ou até quatro, porém, a existência desses múltiplos eletrodos massa não permite que múltiplas centelhas ocorram a partir de um único pulso de alta tensão. De 23-11 a 23-VIII vêm- se velas de ignição, com variados eletrodos massa. Em 23-11, têm-se dois eletrodos massa (24a e 24b), para permitir a ocorrência de duas centelhas com as pontas dos eletrodos centrais. Em 23-111 pode-se observar que haverá apenas um único eletrodo massa (24e), em forma de ponte, que servirá às duas pontas dos eletrodos centrais (22a e 22b). Em 23-IV pode-se observar a existência de um único eletrodo massa (24f), porém, seu maior alongamento, permitirá que cubraambas as pontas dos eletrodos centrais (22a e 22b). Em 23-V é mostrada uma vela de ignição, com três pontas (22a, 22b e 22c) de eletrodos centrais, conforme esta Invenção, cujo único eletrodo massa (24g) tem a forma de anel, parcialmente transparente, para melhor visualização da montagem. Em 23-VI está a mesma opção de 23-V, porém, com o eletrodo massa (24g), na forma deanel, não transparente, mas sólido. Em 23-VII vê-se uma vela de ignição, com um único eletrodo massa (24g), conforme apresentado em 23-V e 23- VI, porém, com quatro pontas dos seus eletrodos centrais (22a, 22b, 22c e 22d). Em 23-VIII, pode-se identificar uma vela de ignição, também com quatro pontasdos seus eletrodos centrais (22a, 22b, 22c e 22d), porém, com a ocorrência de um eletrodo massa (24a, 24b, 24c e 24d) para cada uma das referidas pontas. Independentemente da quantidade ou forma dos eletrodos massa, se a vela de ignição contiver dois ou mais resistores na configuração de divisores de corrente, recebendo, ao mesmo tempo, o pulso de alta tensão, como descrito nesta Invenção, para produzir múltiplas centelhas simultaneamente ou em sequência, estará sendo identificada, perfeitamente, como uma vela de ignição que adota a tecnologia exposta e reivindicada nesta Invenção.
[0086] A Figura 24 compara, com uma vela de ignição tradicional (24-1) ecom uma vela de ignição conforme esta Invenção (24-11), uma variante (24-111), onde os eletrodos centrais apresentam pontas (22e e 22f), curvadas em direção à lateral, onde estão os dois eletrodos massa (24e e 24f), objetivando produzir centelhas mais afastadas que nas configurações já mostradas, para que tais centelhas ofereçam mais eficiência na explosão da mistura combustível, desde que, as queimas dessa mistura, com esta disposição, partirão de dois pontos mais separados dentro dos cilindros, favorecendo a rapidez dessa queima, pois a explosão da mistura ocorrerá em pontos bem distintos. O arranjo mais afastado das duas centelhas terá um efeito próximo ao de duas velas de ignição no mesmo cilindro, porém, com apenas uma única vela de ignição. Como mostrado nos parágrafos 4 e 5, a fabricante Alfa Romeo criou a tecnologia "Twin Spark", que utiliza duas velas de ignição em cada cilindro, o que demonstrou aumentar, consideravelmente, o desempenho dos motores. Porém, a colocação de duas velas de ignição em um mesmo cilindro apresenta dificuldades técnicas importantes, devido tanto à limitação de espaçodentro dos cilindros quanto à complexidade dos circuitos externos de ignição. Com o emprego das velas de ignição desta Invenção, em especial a mostrada na Figura 24-111 e outras variantes que apresentaremos em parágrafos posteriores, todos os benefícios de duplas ou múltiplas centelhas em um mesmo cilindro, poderão ser obtidos com apenas uma única vela de ignição, em cada cilindro, que utilize a tecnologia aqui apresentada.
[0087] Da mesma forma, derivando-se do modelo da Figura 24-111, a Figura 25- I mostra outro tipo de vela de ignição, usando a tecnologia base proposta por esta Invenção, onde os eletrodos massa são suprimidos e substituídos por um anel unido à rosca de fixação da vela de ignição. Esta configuração não permite, em princípio, o eventual ajuste da distância de separação entre as pontas dos eletrodos centrais (22e e 22f) e o eletrodo massa (24g). Tal dificuldade poderá ser sanada mudando-se a geometria das pontas dos eletrodos centrais de reta, para curva, porém, o uso de metais nobres, notadamente no ponto de ocorrência das centelhas no anel e nas pontas dos eletrodos centrais, como ocorre em algumas velas de ignição tradicionais mais elaboradas, poderá estender ou até eliminar a necessidade de ajustes nos espaços ou separações entre as pontas dos eletrodos centrais e os pontos de ocorrência de centelhas nos eletrodos massa, desde que, a eventual substituição das velas de ignição, de qualquer tecnologia, é sempre mais aconselhável que efetuar ajuste nas referidas separações.
[0088] Ainda na Figura 25, são apresentadas diversas vistas da disposição dos múltiplos eletrodos centrais, através de suas pontas (22e e 22f, na Figura 25-11), instalados no isolador de cerâmica (25). As ilustrações 25-111, 25-IV e 25-V, mostram outras disposições dessa opção da vela de ignição com, respectivamente, três eletrodos centrais (22e, 22f e 22g), quatro eletrodoscentrais (22e, 22f, 22g e 22h) e com seis eletrodos centrais (22e, 22f, 22g, 22h,22i e 22j). As possibilidades são muitas, dependendo apenas do projetista.
[0089] A Figura 26 mostra uma opção de projeto das velas de ignição mostradas na Figura 25, visando contornar a questão da impossibilidade de ajuste na separação entre as pontas dos eletrodos centrais e os respectivos eletrodos massa. A lente, em 26-11, permite identificar que uma parte do anel, no eletrodo massa (24h), é formado por uma ranhura que permite ajustar, paraum padrão, suas separações para as pontas do eletrodo central (22e e 22f).
[0090] A Figura 27, entre várias possibilidades, apresenta outra opção da vela de ignição de múltiplas centelhas, conforme esta Invenção, onde os eletrodos centrais (22e e 22f) são dobrados e alongados, em direção ao anel do eletrodo massa (24g), de tal forma que a centelha ocorra através de uma separação longitudinal entre a ponta do eletrodo central (22e e 22f) e o anel do citado eletrodo massa (24g). Eventualmente, esta disposição permitirá algum ajuste da separação dos eletrodos centrais (22e e 22f) para o anel do eletrodo massa (24g), dado que os referidos eletrodos centrais poderão ser ligeiramente afastados ou aproximados do anel, devendo, no entanto, ter um projeto que permita esse ajuste sem danificar o isolante cerâmico.
[0091] A Figura 28 sugere a adoção de uma Barreira Isolante (34), que pode ser necessária, especialmente nas velas de ignição em que os resistores divisores sejam de valores diferentes, devido à possibilidade, neste caso, de ocorrer alta diferença de potencial elétrico entre as diversas pontas dos eletrodos centrais, provocando, eventualmente, centelhas entre essas pontas. Poderão ser também necessárias se as distâncias das separações das pontas para os eletrodos massa forem iguais ou maiores que entre as próprias pontas.
[0092] A Figura 29, dentro do mesmo conceito inventivo, mostra outra inovadora variante de fabricação das velas de ignição, conforme esta Invenção, onde os resistores divisores (18'a e 18'b) são unidos, neste caso, diretamente, através do topo (17'”) dos referidos resistores, a um único eletrodo central e às pontas (22e e 22f), com tantas separações quantos forem os resistores, permitindo também, com esse arranjo, a produção de múltiplas centelhas. Esta montagem tem a grande vantagem de simplificar a produção das velas de ignição baseadas nesta Invenção por ter, como nas velas de ignição tradicionais, um único eletrodo central. No entanto, cabe o desafio de produzir resistores divisores com características físicas que lhes permitam resistir às severas condições de temperatura e pressão dentro do cilindro, durante as explosões da mistura combustível. A Figura 29-1 apresenta a versão descrita, onde os resistores divisores (18'a e 18'b) têm valores iguais, produzindo, portanto, centelhas simultâneas. A Figura 29-11 mostra a versão descrita em que os resistores divisores (19'a e 19'b), por terem valores diferentes, permitema produção de centelhas em rápida seqüência, como já explicado em diversos parágrafos anteriores. Ressalte-se que, apesar de serem apresentados apenasdois resistores divisores, esta versão também admite quaisquer quantidades dos referidos resistores, conforme decisão do projetista. Na Figura 29-111 os resistores divisores (19"a e 19”b) são protegidos pelo isolante cerâmico (25), que avança sobre os mesmos, cobrindo- os, de forma a dar maior capacidadede resistir às referidas condições extremas de temperatura e pressão.
[0093] A Figura 30, com apresentação semelhante ao descrito acima, se diferencia em que o topo (17'” na Figura 29) dos resistores divisores é excluído, sendo substituído por uma ligação direta dos resistores divisores(18'a e 18'b, 19'a e 19'b, bem como 19”a e 19" b) ao único eletrodo central (13). Cabe observar que a posição de união dos resistores divisores (18'a e 18'b, 19'a e 19'b, bem como 19”a e 19"b) com o único eletrodo central (13) deve ser determinada de forma a que os mesmos tenham valores iguais, como na Figura 30-1, ou valores diferentes, como na Figura 30-11. Na Figura 30-111 vê-se que, como na Figura 29-111, também é possível estender o isolante cerâmico (25), para que cubra os referidos resistores divisores, dando-lhe mais proteção para melhor suportar as já citadas condições de elevadas pressões e temperaturas. Esta versão das velas de ignição, conforme esta Invenção, vencidos os desafios de produção dos resistores divisores para suportar as referidas altas pressões e temperaturas dentro do cilindro durante as explosõesda mistura de combustível, se mostra como a opção mais vantajosa, pela simplicidade de produção, em relação a todas as demais. Por outro lado, será possível oferecer esta montagem dos resistores divisores com quaisquer tipos de eletrodos massa, como apresentados em diversos parágrafos anteriores, propiciando uma gama de opções bastante expressiva.
[0094] A Figura 31 apresenta uma opção, com implementação mecânica mais fácil, desde que a parte do Dispositivo de Ignição Multicentelhas (ou Vela de Ignição Multicentelhas), contida no isolante cerâmico, praticamente, não sofrerá alteração. Os resistores de mesmo valor (18"a e 18"b, na Figura 31-1) eos resistores de valores diferentes (19"'a e 19"'b, na Figura 31-11) estarão montados como parte dos eletrodos massa, fazendo a divisão de corrente através dos mesmos. Os eletrodos das pontas 22e e 22f estão unidos, diretamente, ao pino condutor (13). Do lado massa, os resistores (18"a e 18"b, 19"'a e 19"'b) estão montados na lateral massa, onde fica a rosca (7) do dispositivo, tendo pontas metálicas (24j e 24k) na parte livre desses resistores, que suportarão as centelhas que ocorrerão no espaço para as pontas (22e e 22f) localizadas nos eletrodos que partem do isolador cerâmico (25). Apesar deser de construção mais fácil em relação às demais variantes apresentadas, esta opção exigirá tecnologia especial no desenvolvimento dos resistores (18"ae 18"b, 19"'a e 19"'b), pois deverão resistir às altíssimas temperaturas epressões que ocorrem na câmara de combustão, sem alterarem suas características e sem se desprenderem ou soltarem pedaços, o que poderia, irremediavelmente, vir a danificar os pistões e cilindros do motor a combustão.
[0095] Ainda em relação à Figura 31, podem-se observar, em I, que os resistores (18"a e 18"b) estão com tamanhos semelhantes, representando terem valores iguais, o que indica que as centelhas produzidas nesta opção (I) ocorrerão ao mesmo tempo. Já na Figura-I I, vê-se que os resistores (19"'a e 19"'b) têm tamanhos muito diferentes, indicando terem valores também diferentes, onde as centelhas produzidas, nesta opção (I), não ocorrerão ao mesmo tempo, mas em rápida sequência, da mesma forma que ocorreria se osresistores estivessem montados no lado do isolador cerâmico (25).
[0096] A Figura 32 ilustra a teoria que embasa a presente Invenção, relativamente aos modelos cujos resistores (18 e 19, em seus variados índices)estão montados do lado do isolador cerâmico (2 e 25). Identifica-se, na Figura 32-1, o pino (1) onde é aplicada a alta tensão, o pino condutor (13), os resistores de valores iguais (18a e 18b), os eletrodos (20a e 20b) alojados dentro do isolador cerâmico (2 e 25) e suas pontas (23a e 23b), os eletrodos massa (24a e 24b) e o aterramento, através da rosca (7) do dispositivo. Simbolicamente, observa-se que ambas as setas inferiores são de mesmo tamanho, indicando que as correntes, bem como as quedas de tensão, em ambos os resistores (18a e 18b), são semelhantes.
[0097] Continuando para a Figura 32-11, pode-se identificar o pino (1) onde é aplicada a alta tensão, o pino condutor (13), os resistores de valores diferentes (19a e 19b), os eletrodos (21a e 21b) alojados dentro do isolador cerâmico (2 e 25) e suas pontas (23a e 23b), os eletrodos massa (24a e 24b) e o aterramento, através da rosca (7) do dispositivo. Simbolicamente, observa-se que as setas inferiores são de tamanhos diferentes, o que indica que ascorrentes, bem como as quedas de tensão, em ambos os resistores (19a e 19b), são também diferentes.
[0098] A Figura 33 ilustra a teoria que embasa a presente Invenção, relativamente aos modelos cujos resistores (18 e 19, em seus variados índices)estão montados do lado dos eletrodos massa (24), como se vê na Figura 31. Identifica-se, na Figura 33-1, o pino (1) onde é aplicada a alta tensão, o pino condutor (13) que neste caso, será semelhante ao modelo da Figura 10, sem resistor, indo diretamente a duas ou mais pontas (22e e 22f ou seguintes), conforme projeto. Os resistores, de valores iguais (18"a e 18"b), dispõem de pontas (24j e 24k), onde ocorrerão as centelhas, simultaneamente, para as pontas opostas (22e e 22f). Os referidos resistores (18"a e 18"b) estão montados no anel de massa, onde se encontra a rosca (7) do dispositivo (ou vela de ignição). De forma simbólica, observa-se que ambas as setas superiores aos resistores, são de mesmo tamanho, indicando que as correntes, bem como as quedas de tensão, nesses resistores, são semelhantes.
[0099] Continuando para a Figura 33-11, pode-se identificar o pino (1) onde é aplicada a alta tensão, o pino condutor (13) e suas pontas (22e e 22f). Em seguida vêem-se, as pontas (24j e 24k) seguidas dos resistores (19"'a e 19"'b) de valores diferentes. Tais resistores (19"'a e 19"' b) estão montados no anel massa, onde está a rosca (7) do dispositivo. Simbolicamente, observa-se que as setas inferiores são de tamanhos diferentes, o que indica que as correntes, bem como as quedas de tensão, em ambos os resistores (19a e 19b), são também diferentes. Nesta montagem, em razão das diferenças nos valores dos resistores, as centelhas ocorrerão em rápida sequência.
[0100] Ao viabilizar a produção da presente Invenção, tornando-a atrativa à indústria, seja de veículos automotores, motocicletas ou de motores estacionários e de todos os demais motores derivados dessas aplicações, dentro do mesmo conceito inventivo, apresentou-se diversas soluções eficazes, econômicas, de fácil implementação e manutenção, que permitirão a melhoria substancial no rendimento dos referidos motores, com baixíssimo investimento, seja na indústria quanto pelos proprietários de veículos ou equipamentos providos de motores a combustão interna. Para isso, esta Invenção, como já referido, poderá ser oferecida tanto como parte integrante dos motores a combustão interna dos novos veículos e equipamentos como, por se tratar de peça que necessita, periodicamente, de substituição, ser ofertada pelo mercado de peças de reposição, para substituir, vantajosa mente, as versões tradicionais das velas de ignição, por modelos derivados desta Invenção.
[0101] Para viabilizar a execução da presente Invenção, tornando-a atrativaà indústria, seja de veículos automotores, motocicletas ou de motores estacionários e todos os demais motores derivados dessas aplicações, buscou-se aqui, dentro do mesmo conceito inventivo, apresentar soluções eficazes e econômicas. Assim, esta Invenção, "DISPOSITIVO DE IGNIÇÃO MULTICENTELHAS", poderá ser incluída nos novos veículos ou equipamentos que utilizem motores a combustão interna, como acessório original de fábrica, bemcomo ser ofertada como item de reposição, a ser disponibilizado pela indústria de autopeças, com vistas a substituir, com todas as vantagens aqui detalhadas, as velas de ignição originais, permitindo que tais motores passem a usufruir de melhor rendimento, em razão da melhoria das explosões das misturas combustíveis, resultando em aumento da potência e redução tanto do consumo de combustível quanto da poluição ambiental. Desta forma, além de poder participar amplamente do mercado de peças originais de fábrica, esta Invenção poderá abrir um novo e amplo mercado para a indústria de fabricação de velas de ignição e dispositivos equivalentes que objetivem a produção de ignição.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo de ignição multicentelhas, caracterizado por produzir, em razão de sua construção, múltiplas centelhas, a partir de um único pulso de alta tensão, aplicado em seu pino terminal (1 com 12), que será encaminhado a dois ou mais eletrodos centrais (20a e seguintes; 21a e seguintes) e aos respectivos resistores (18a e seguintes. 19a e seguintes), montados dentro do isolador cerâmico, sendo partes integrantes desse dispositivo, em montagem como divisores de corrente, acarretando centelhas em todas as folgas (23a e seguintes) existentes entre os eletrodos centrais (20a e seguintes; 21a e seguintes) e massa (24, 24a e seguintes), provocando a ignição e a explosão da mistura combustível.
2. Dispositivo de ignição multicentelhas, caracterizado por produzir, em razão de sua construção, múltiplas centelhas, a partir de um único pulso de alta tensão, aplicado em seu pino terminal (1 com 12), que será encaminhado a um único eletrodo central (13'”), ao qual estarão ligados dois ou mais resistores (18'a e 18'b; 19'a e 19'b), montados próximo à extremidade inferior do isolador cerâmico, sendo partes integrantes desse dispositivo, em montagem como divisores de corrente, cada um com sua ponta (22e e 22f) de ignição ligadas às extremidades afastadas desses resistores (18'a e 18'b; 19'a e 19'b), onde serão geradas centelhas, em todas as folgas (23a e seguintes) existentes entre tais pontas e os eletrodos massa (24g), provocando a ignição e a explosão da mistura combustível.
3. Dispositivo de ignição multicentelhas, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por ter seus resistores divisores de corrente com quaisquer valores de resistência elétrica.
4. Dispositivo de ignição multicentelhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado por conter blindagens metálicas (42a e 42b) envolvendo partes do isolador cerâmico (2 e 25).
5. Dispositivo de ignição multicentelhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado por poder ser produzido com anel lateral (24, 24a a 24h) como eletrodo massa.
6. Dispositivo de ignição multicentelhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado por conter barreiras isolantes (34) adicionais ao isolante cerâmico (25), para prover isolação adicional entre as diversas pontas (22a e seguintes) de ignição.
7. Dispositivo de ignição multicentelhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por poder ter qualquer de suas partes metálicas produzidas em metais nobres.
8. Dispositivo de ignição multicentelhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado por conter dois ou mais resistores, atuando como divisores de corrente, de quaisquer valores, montados como parte dos eletrodos massa, contendo pontas de ignição ligadas aos mesmos.
PCT/BR2022/050309 2021-08-17 2022-08-05 Dispositivo de ignição multicentelhas WO2023019332A1 (pt)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR102021016253A BR102021016253A8 (pt) 2021-08-17 2021-08-17 Dispositivo de ignição multicentelhas
BR1020210162538 2021-08-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023019332A1 true WO2023019332A1 (pt) 2023-02-23

Family

ID=83394770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BR2022/050309 WO2023019332A1 (pt) 2021-08-17 2022-08-05 Dispositivo de ignição multicentelhas

Country Status (2)

Country Link
BR (1) BR102021016253A8 (pt)
WO (1) WO2023019332A1 (pt)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956664A (en) * 1975-03-06 1976-05-11 Ford Motor Company Multiple air gap spark plug
US4308487A (en) * 1980-01-30 1981-12-29 Feaster James L Dual internal electric spark plug
JP2005100754A (ja) * 2003-09-24 2005-04-14 Denso Corp 内燃機関用点火プラグ
US7023127B2 (en) * 2003-04-01 2006-04-04 Denso Corporation Multi-point spark plug
US7098581B2 (en) * 2003-09-15 2006-08-29 Cleeves James M Spark plug
CN201478690U (zh) * 2009-04-29 2010-05-19 宋永交 可提升点火效能之火星塞
US8659216B2 (en) * 2011-10-20 2014-02-25 Fram Group Ip Llc Spark plug assembly for enhanced ignitability

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956664A (en) * 1975-03-06 1976-05-11 Ford Motor Company Multiple air gap spark plug
US4308487A (en) * 1980-01-30 1981-12-29 Feaster James L Dual internal electric spark plug
US7023127B2 (en) * 2003-04-01 2006-04-04 Denso Corporation Multi-point spark plug
US7098581B2 (en) * 2003-09-15 2006-08-29 Cleeves James M Spark plug
JP2005100754A (ja) * 2003-09-24 2005-04-14 Denso Corp 内燃機関用点火プラグ
CN201478690U (zh) * 2009-04-29 2010-05-19 宋永交 可提升点火效能之火星塞
US8659216B2 (en) * 2011-10-20 2014-02-25 Fram Group Ip Llc Spark plug assembly for enhanced ignitability

Also Published As

Publication number Publication date
BR102021016253A8 (pt) 2022-08-23
BR102021016253A2 (pt) 2022-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7299785B1 (en) Embedded igniter system for internal combustion engines
JP5045286B2 (ja) 内燃機関の点火装置
EP3107162B1 (en) Ignition plug and ignition device
JPS5842620Y2 (ja) プラズマ式点火装置
US6807933B2 (en) Multiple sparking ignition device
WO2023019332A1 (pt) Dispositivo de ignição multicentelhas
US3504141A (en) Rotary distributor
US2243269A (en) Electric current distributor
JPS61145367A (ja) 火花点火式内熱機関用点火装置
US20050215160A1 (en) Higher-performance spark plug and ramrod engine ignition system using piezo-electric enhancement components
US1364262A (en) Spark-plug
JP2013243239A (ja) 内燃機関用の点火装置
JP7479986B2 (ja) 内燃エンジン
US1270437A (en) Spark-plug.
US3339535A (en) Distributor cap attachment
US1461300A (en) Spark plug
US1331282A (en) Spark-plug
US1579916A (en) Explosion telltale for internal-combustion engines
US1337329A (en) Distributer for high-tension igniting devices
US20090079318A1 (en) Spark Plug
US3879628A (en) Spark plug
US1624785A (en) Spark plug
US1342553A (en) Ctjetis h
JP2001082306A (ja) 火花点火装置
JPS6017271A (ja) 機関点火装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22857161

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE