BUJÍA DE GENERACIÓN DE PLASMA DE INDUCTANCIA INTEGRADA.

Bujía (110) que comprende: - dos electrodos (103, 106) de generación de plasma,

o - un resonador serie (61) que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y que comprende: - un condensador (111) provisto de dos bornes, y - un devanado inductivo (112), estando el condensador y el devanado dispuestos en serie, estando los electrodos conectados a los bornes respectivos del condensador, caracterizada porque el citado resonador presenta además un factor de sobretensión comprendido entre 40 y 200

La presente invención se refiere, de manera general, a la generación de plasma en un gas y, más particularmente, a las bujías de generación de plasma de inductancia integrada. La generación de plasma es particularmente utilizada para el encendido gobernado o controlado de motores de combustión interna por los electrodos de una bujía. 5

El encendido de los motores de combustión interna de gasolina, que consiste en iniciar la combustión de una mezcla de aire-combustible en una cámara de combustión del citado motor, está relativamente bien controlada en los motores actuales. En los motores de encendido controlado de inyección indirecta, tradicionalmente una bujía y un dispositivo electrónico aguas arriba permiten generar una chispa capaz de transmitir a la mezcla una energía suficiente para su combustión. La formación de 10 esta descarga necesita tensiones de salto de chispa elevadas (del orden de 30 kV por mm), si bien que se limita el espacio entre electrodos de las bujías a aproximadamente 1 mm, distancia relativamente poco favorable a la iniciación de la combustión.

Para satisfacer las normas de descontaminación, los constructores de automóviles han desarrollado motores de encendido controlado, aptos para funcionar con mezclas de combustible pobres, 15 es decir, que presentan un exceso de aire con relación a la cantidad de combustible inyectado. Estos desarrollos han sido aplicados en particular a los motores de inyección directa, en los cuales la inyección de carburante se efectúa directamente en la cámara de combustión.

Los dispositivos de encendido tradicionales se aplican bastante mal a motores de mezcla pobre y de inyección directa. En efecto, los dispositivos de encendido son entonces muy difíciles de poner a 20 punto. Un frente de llama se propaga correctamente en una mezcla muy pobre (riqueza inferior a 0,3), pero la iniciación de la combustión precisa generalmente riquezas superiores a 0,7 y de preferencia para riquezas próximas a la estequiometría. Es por lo tanto primordial mantener una riqueza suficientemente elevada al nivel del espacio entre electrodos.

Se ha desarrollado por lo tanto la generación de mezclas estratificadas. Por oposición a la 25 mezcla homogénea, en la que la riqueza es globalmente la misma en cualquier punto, una mezcla estratificada presenta una riqueza que disminuye a medida que se aleja de la bujía. La estratificación de la mezcla en la cámara de combustión es obtenida, por ejemplo, guiando el chorro de combustible de manera que el chorro encuentre la bujía en el momento en que se produce la chispa. El guiado del chorro es obtenido particularmente por medio de fenómenos aerodinámicos, generados, por ejemplo, por una 30 forma apropiada del pistón.

Las mezclas estratificadas presentan varios problemas. Es delicado hacer coincidir el instante de la chispa y la presencia en la proximidad del espacio entre electrodos de una nube de mezcla que presente una riqueza próxima a 1, en un entorno de mezcla globalmente pobre. Además, la mezcla situada alrededor de la bujía en el momento de producirse la chispa presenta importantes defectos de 35 homogeneidad de la riqueza, variables con el tiempo, que no garantizan la iniciación de la combustión en el momento en el que se produce la chispa. El tamaño y la dirección de la chispa de las bujías usuales implican entonces una tasa de fallos de encendido incompatible con las exigencias de rendimiento y de contaminación actuales. Por otra parte, el chorro de combustible incide con frecuencia de manera directa en la bujía, lo que origina un ensuciamiento del aislante de la bujía. Este ensuciamiento favorece las 40 corrientes de fuga entre el electrodo central y la masa. La generación de chispas es afectada, ya que la chispa es cortocircuitada por una trayectoria carbonosa de pequeña impedancia, que reduce la diferencia de potenciales entre los electrodos de la bujía.

Las nuevas bujías de chispa de superficie producen chispas más grandes para tratar el problema del encuentro espacio-temporal. Se enciende de ese modo un volumen de mezcla superior. La 45 probabilidad de iniciación de la combustión es entonces ampliamente aumentada en un motor de inyección directa de encendido controlado y mezcla estratificada. Dichas bujías son particularmente descritas en las solicitudes de patente FR 2771558, FR 2796767 y FR 2816119. Las bujías de ese tipo generan chispas de tamaño importante a partir de diferencias de potenciales reducidas. Las bujías de chispas de superficie presentan un dieléctrico que separa los electrodos en la zona en que la distancia 50 que los separa es la más pequeña; se guían así las chispas formadas entre los electrodos sobre la superficie del dieléctrico. Estas bujías amplifican el campo entre electrodos en la superficie del dieléctrico. Se cargan para ello progresivamente las capacidades elementales formadas por el dieléctrico y un electrodo subyacente. Las bujías generan una chispa que se propaga a lo largo de la superficie del aislante en las zonas en que el campo eléctrico en el aire es el más fuere. Un dispositivo de encendido de 55 motor tradicional, acoplado a dichas bujías, genera típicamente chispas que presentan una longitud de 4 mm con tensiones de salto de chispa comprendidas entre 5 y 25 kV. Cuando la bujía presenta globalmente una simetría de revolución alrededor de su eje principal, la descarga tiene una probabilidad de aparición sensiblemente idéntica en cualquier lugar alrededor del aislante. Por el contrario, las bujías tradicionales generan un arco eléctrico que se produce sistemáticamente en un mismo volumen 60 extremadamente reducido. Este procedimiento de encendido por generación de plasma presenta todavía inconvenientes. Se produce particularmente un paso del arco siguiendo una única línea. La iniciación de

la combustión no es de ese modo óptima. El documento US-B-6550463 describe una bujía de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Existe por lo tanto un cuidado, que la invención se propone satisfacer, para crear una bujía de generación de plasma que resuelva uno o varios de estos inconvenientes.

La invención se dirige así a una bujía que comprende: 5

- dos electrodos de generación de plasma,

- un resonador serie que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y que comprende:

o un condensador provisto de dos bornes, y

o un devanado inductivo, estando dispuestos en serie el condensador y el devanado,

estando los electrodos conectados a los bornes respectivos del condensador, caracterizada 10 porque el citado resonador presenta por otra parte un factor de sobretensión comprendido entre 40 y 200.

La expresión plasma ramificado utilizada en lo que sigue designa la generación simultánea de al menos varias líneas o caminos de ionización en un volumen dado, estando además sus ramificaciones en todas direcciones.

Así como un plasma de volumen implica el recalentamiento de todo el volumen en el cual debe 15 ser generado, el plasma ramificado no precisa más que el calentamiento en el trayecto de las chispas formadas. De ese modo, para un volumen dado, la energía requerida para el plasma ramificado es netamente inferior a la requerida para un plasma de volumen.

La invención permite reducir las capacidades parásitas internas de una bujía de generación de plasma y obtener así una bujía que forma un resonador serie que presenta un coeficiente de sobretensión 20 elevado. Esta bujía permite mantener una tensión de radiofrecuencia entre sus electrodos para la generación de un plasma.

De manera general, se entenderá en lo que sigue por densidad elevada, cualquier densidad molar superior a 2,5 * 10-3 mol/L. Se denominará densidad de combustión cualquier densidad molar de gas superior a 5 * 10-2 mol/L. Se designará por streamer una punta de ionización positiva que se propaga 25 desde el ánodo.

Otras particularidades y ventajas de la invención se desprenderán de claramente de la lectura de la descripción que sigue, que está dada a modo de ejemplo no limitativo y con referencia a las figuras. Estas figuras muestran: 30

- Figura 1, un esquema de funcionamiento de una bujía de encendido por chispa de superficie;

- Figura 2, la representación de los campos aplicados y de la chispa generada entre los electrodos de la bujía durante la iniciación del encendido;

-...

1. Bujía (110) que comprende:

- dos electrodos (103, 106) de generación de plasma,

o - un resonador serie (61) que presenta una frecuencia de resonancia superior a 1 MHz y que comprende: 5

- un condensador (111) provisto de dos bornes, y

- un devanado inductivo (112), estando el condensador y el devanado dispuestos en serie, estando los electrodos conectados a los bornes respectivos del condensador, caracterizada porque el citado resonador presenta además un factor de sobretensión comprendido entre 40 y 200.

2. Bujía según la reivindicación 1, caracterizada porque el resonador serie comprende un único devanado 10 inductivo (112).

3. Bujía según la reivindicación 2, caracterizada porque el devanado inductivo presenta un eje y está constituido por una pluralidad de espiras superpuestas según el eje.

4. Bujía según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende además una sonda (139) de medición de la corriente que atraviesa el devanado, que consiste en un 15 arrollamiento que rodea radialmente al devanado.

5. Bujía según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende además un blindaje (132) conectado a una masa y que rodea el devanado inductivo (112).

6. Bujía según la reivindicación 5, caracterizada porque el blindaje y la bobina inductiva tienen globalmente una forma cilíndrica y porque la relación entre sus diámetros respectivos está comprendida 20 entre 2,45 y 3.

7. Bujía según la reivindicación 5 o la 6, caracterizada porque el blindaje y la bobina inductiva están separados por un manguito de aislamiento (133) de un material que presenta un coeficiente dieléctrico superior a 1.

8. Bujía según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque la superficie exterior 25 (132) del manguito de aislamiento está metalizado y constituye el blindaje.

9. Bujía según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque el blindaje comprende un bucle conductor.

10. Bujía según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el devanado inductivo (112) está arrollado en torno a un elemento macizo (134) constituido por un material que 30 presenta un coeficiente dieléctrico superior a 3.

11. Bujía según la reivindicación 7 o la reivindicación 10, caracterizada porque uno de los citados materiales de aislamiento presenta una tensión de salto de chispa superior a 20 kV/mm.

12. Bujía de efecto de punta según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende un aislante (100) que separa los dos electrodos, siendo uno de los electrodos (106) 35 un electrodo central, siendo el segundo electrodo un electrodo de masa (103), y porque el electrodo central (106) comprende una parte puntiaguda que sobresale axialmente con respecto a un extremo axial del aislante (100) y con respecto al electrodo de masa (103).

13. Sistema de generación de plasma, caracterizado porque comprende:

- una bujía según al menos una de las reivindicaciones precedentes; 40

- un generador adaptado a hacer resonar una estructura que comprende una inductancia (L) y una capacidad (C) a una frecuencia superior a 1 MHz con una tensión en los bornes del condensador superior a 5 kV, estando el citado resonador de la bujía conectado a la salida del citado generador y estando los electrodos de la citada bujía separados por un aislante.

14. Sistema de generación de plasma según la reivindicación 13, caracterizado porque el generador de 45 tensión comprende:

- una alimentación de baja tensión (3) que genera una tensión continua inferior a 1000V,

- un amplificador de radiofrecuencia (5), que amplifica la tensión continua y que genera una tensión alterna a la frecuencia gobernada por el mando de conmutación (4).

15. Procedimiento de generación de plasma entre los electrodos de una bujía según una cualquiera de 50 las reivindicaciones 1 a 12, que comprende una etapa de aplicación de una tensión alterna que presenta una frecuencia superior a 1 MHz, y una amplitud entre crestas superior a 5 kV entre los electrodos de la bujía.