BUJIA DE PLASMA DE RADIOFRECUENCIA.

Bujía (1) de encendido, denominada de plasma de radiofrecuencia,

destinada a equipar a una cámara (2) de combustión de un motor de combustión interna, y que comprende:

- un culote (3) anular de eje principal D conformado en un primer material conductor y que posee extremos primero (4) y segundo (5), y una superficie (6) circular de extremo de eje principal de simetría D situada en el primer extremo (4) del culote (3);

- un electrodo (7) central conformado en un segundo material conductor, que se extiende a lo largo del eje principal D y que comprende una porción (8) interna situada en el interior de dicho culote (3) anular y una porción (9) externa situada en el exterior del citado culote (3) anular, más cerca del primer extremo (4) del culote que del segundo extremo (5);

- una pieza (10) eléctricamente aislante de forma anular que se extiende al menos alrededor de la porción (8) interna del electrodo (7) central de forma que se interponga entre el culote (3) y el electrodo (7), recubriendo esta pieza (10) aislante sólo una parte de la porción (9) externa del electrodo (7) central de forma que la parte (16) no recubierta de la porción externa esté en contacto con una mezcla gaseosa que rodea a la bujía;

caracterizada porque la pieza (10) aislante posee un reborde (11) anular que oculta toda la superficie (6) circular de extremo del culote con respecto a la parte (16) no recubierta del electrodo (7)

Bujía de plasma de radiofrecuencia.

El presente invento se refiere, de forma general, a las bujías de plasma de radiofrecuencia.

Más en concreto, el invento se refiere a una bujía de encendido, denominada de plasma de radiofrecuencia, destinada a equipar a una cámara de combustión de un motor de combustión interna, y que comprende:

- un culote anular de eje principal D conformado en un primer material conductor y que posee extremos primero y segundo, y una superficie circular de extremo de eje principal de simetría D situada en el primer extremo del culote;

- un electrodo central conformado en un segundo material conductor, que se extiende a lo largo del eje principal D y que comprende una porción interna situada en el interior del citado culote anular y una porción externa situada en el exterior del citado culote anular, más cerca del primer extremo del culote que del segundo;

- una pieza eléctricamente aislante de forma anular que se extiende al menos alrededor de la porción interna del electrodo central para que se interponga entre el culote y el electrodo, recubriendo dicha pieza aislante sólo una parte de la porción externa del electrodo central con el fin de que la parte de la porción externa no recubierta esté en contacto con una mezcla gaseosa que rodea a la bujía. Del documento DE-C-19723784 se conoce una bujía de este tipo.

El encendido de los motores de combustión interna de gasolina, que consiste en iniciar la combustión de una mezcla aire-gasolina dentro de una cámara de combustión del citado motor, está relativamente bien controlado en los motores actuales.

Sin embargo, para satisfacer las normas de contaminación, los fabricantes de automóviles han desarrollado motores de encendido por chispa aptos para funcionar con mezclas pobres en carburante, es decir, mezclas que presentan un exceso de aire con respecto a la cantidad de carburante inyectado.

No obstante, el encendido de una mezcla pobre en carburante es difícil de controlar. Para eso, y con el fin de aumentar la probabilidad de encendido con éxito, es necesario tener mezclas más ricas en carburante alrededor de la bujía en el momento en que se produce la chispa.

De nuevo, para aumentar la probabilidad de encendido de la mezcla por la bujía, se han desarrollado nuevas bujías con chispa superficial con el fin de producir chispas mayores para solucionar el problema del encuentro espacio-temporal entre la mezcla de carburante y la chispa. Se enciende así un mayor volumen de mezcla y se aumenta entonces enormemente la probabilidad de iniciación de la combustión.

Concretamente, bujías de este tipo se describen en las solicitudes de patente FR97-14799, FR99-09473 y FR00-13821. Las bujías de este tipo generan chispas de grandes tamaños a partir de diferencias de potencial reducidas.

Las bujías con chispas superficiales presentan un dieléctrico (pieza aislante) que separa a los electrodos (siendo un electrodo el culote anular y siendo el otro el electrodo central) en la zona en que la distancia que les separa es menor; se guían así las chispas formadas entre los electrodos sobre la superficie del dieléctrico. Estas bujías amplifican el campo inter-electrodo a la superficie del dieléctrico. Para ello se cargan progresivamente las capacitancias 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/mezcla gaseosa es más fuerte.

Por lo tanto, en este contexto, el presente invento tiene por objeto proporcionar una bujía de encendido que una vez ensamblada en una cámara de combustión permita aumentar la probabilidad de encendido de la mezcla que rodea a la bujía.

Con este fin, la bujía de encendido del invento, por lo demás conforme a la definición genérica que da de ella el preámbulo definido anteriormente, está esencialmente caracterizada porque la pieza aislante posee un reborde anular que oculta toda la superficie circular de extremo del culote con respecto a la parte no recubierta del electrodo.

Con una bujía de este tipo:

- por un lado la distancia que separa el culote de la bujía del electrodo central (siguiendo un camino que pasa por la superficie de la pieza aislante) es particularmente grande puesto que es mayor que la dimensión mínima de la superficie circular de extremo (es decir, el diámetro de esta superficie circular);

- y por otro lado el electrodo central y el culote están separados por la pieza aislante y, por lo tanto, no están uno enfrente del otro.

Estas dos razones hacen que cuando el electrodo y el culote son alimentados para crear una diferencia grande de potencial eléctrico (que varía generalmente entre 5 kV y 35 kV en valores de pico absolutos) no pueda aparecer ningún arco eléctrico entre la superficie circular de extremo de la bujía y el electrodo central.

De forma más general, cuando la bujía de acuerdo con el invento está ensamblada en una cámara de combustión del vehículo, con la parte del electrodo central no recubierta por el aislante situada en el interior de la cámara, y con el culote ensamblado en el espesor de la pared de la cámara, no se puede producir ningún arco eléctrico entre el culote y el electrodo central. En efecto, el acceso al culote partiendo de la parte no recubierta del electrodo central está impedido por la presencia del aislante.

En estas condiciones, la bujía de acuerdo con el invento, cuando se somete a una excitación de radiofrecuencia, es decir a una tensión alterna entre el culote y el electrodo central (siendo por ejemplo la citada tensión alterna superior a 5 kV y teniendo dicha tensión una frecuencia mayor de 1 MHz) forma un plasma ramificado cerca del electrodo central y no un arco eléctrico. Por supuesto, esta tensión y frecuencia dadas están adaptadas para crear un plasma en una mezcla gaseosa que presenta una densidad molar mayor que 5*10^-2 mol/l.

El término plasma o plasma ramificado utilizado en lo que sigue designa la generación simultánea de al menos varias líneas o caminos de ionizaciones en un volumen gaseoso dado, siendo además omnidireccionales sus ramificaciones.

Aunque un plasma de volumen implica el recalentamiento de todo el volumen en el cual debe ser generado, el plasma ramificado sólo necesita el calentamiento en el trayecto de las chispas formadas. De esta manera, para un volumen dado, la energía requerida para un plasma ramificado es netamente menor que la requerida por un plasma de volumen.

El plasma ramificado generado gracias a la bujía de acuerdo con el invento se genera a distancia de la pieza aislante, en dirección a las paredes de la cámara que están situadas enfrente del electrodo central, lo cual permite reducir la probabilidad de generación de un arco con el culote y permite reducir correlativamente el desgaste de los electrodos.

Con respecto al arco eléctrico, el plasma posee la ventaja de que comprende un gran número de caminos de ionizaciones o de chispas en un gran volumen de gas situado alrededor del electrodo central, lo cual aumenta la probabilidad de encendido de la mezcla que contiene carburante.

Una diferencia entre un arco eléctrico y un plasma ramificado es que:

- el arco está constituido por una única cadena de moléculas de gas ionizadas que se extiende directamente entre los electrodos y permite transferir electrones desde un electrodo hacia el otro para reducir la diferencia de potencial eléctrico existente entre estos electrodos puestos en tensión mientras que;

- el plasma producido de acuerdo con el invento es un conjunto de múltiples cadenas de moléculas ionizadas de gas que se extienden de forma desordenada alrededor del electrodo excitador y que provienen del citado electrodo. Estas múltiples cadenas permiten transferir electrones de forma alternativa entre el citado electrodo y el aire situado cerca de él y viceversa.

La formación de una chispa es iniciada por el arrancamiento al medio (mezcla gaseosa) de algunos electrones sometidos a un campo eléctrico importante. Durante la aplicación de una gran tensión entre los electrodos, los electrones de un electrodo son acelerados por las fuerzas electrostáticas generadas entre los electrodos y chocan con la mezcla gaseosa que contiene el aire. La porción del electrodo que sufre el campo electrostático más importante (generalmente una esquina de un electrodo o una punta cercana al...

1. Bujía (1) de encendido, denominada de plasma de radiofrecuencia, destinada a equipar a una cámara (2) de combustión de un motor de combustión interna, y que comprende:

- un culote (3) anular de eje principal D conformado en un primer material conductor y que posee extremos primero (4) y segundo (5), y una superficie (6) circular de extremo de eje principal de simetría D situada en el primer extremo (4) del culote (3);

- un electrodo (7) central conformado en un segundo material conductor, que se extiende a lo largo del eje principal D y que comprende una porción (8) interna situada en el interior de dicho culote (3) anular y una porción (9) externa situada en el exterior del citado culote (3) anular, más cerca del primer extremo (4) del culote que del segundo extremo (5);

- una pieza (10) eléctricamente aislante de forma anular que se extiende al menos alrededor de la porción (8) interna del electrodo (7) central de forma que se interponga entre el culote (3) y el electrodo (7), recubriendo esta pieza (10) aislante sólo una parte de la porción (9) externa del electrodo (7) central de forma que la parte (16) no recubierta de la porción externa esté en contacto con una mezcla gaseosa que rodea a la bujía;

caracterizada porque la pieza (10) aislante posee un reborde (11) anular que oculta toda la superficie (6) circular de extremo del culote con respecto a la parte (16) no recubierta del electrodo (7).

2. Bujía (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie (6) circular de extremo del culote está apoyada contra una superficie (12) complementaria de apoyo del reborde (11) de la pieza (10) aislante.

3. Bujía (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque la pieza (10) aislante posee un espesor mínimo (e) situado en el interior del citado culote (3), y el reborde (11) de la pieza (10) aislante posee un espesor (E) del reborde mayor o igual a la mitad de dicho espesor mínimo (e).

4. Bujía (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la superficie (6) circular de extremo tiene la forma de un disco piano perforado en su centro.

5. Bujía (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el culote (3), la pieza (10) eléctricamente aislante, y el electrodo (7) central son piezas de revolución que tienen por eje de simetría común el eje principal D.

6. Bujía (1) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque el culote (3) anular tiene la forma de un tubo cilíndrico que comprende en el primer extremo (4) del culote un chaflán (13) interno que hace contacto con la superficie (6) circular de extremo, estando este chaflán (13) interno en contacto contra un chaflán (14) complementario conformado sobre una porción de la pieza (10) aislante.

7. Bujía (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el chaflán (13) interno tiene una sección transversal, según un plano paralelo al eje principal D, de forma redondeada.

8. Bujía (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque el reborde (11) anular comprende un extremo distante del culote anular en cuya periferia exterior está realizado un chaflán (15) periférico redondeado, coaxial con respecto al eje principal D.

9. Bujía (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la parte (16) no recubierta del electrodo comprende una punta (17).

10. Bujía (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la pieza aislante es de cerámica.