點火線圈樹脂擊穿故障分析

阮鵬

（神龍汽車有限公司采購部，湖北 武漢 430056）

點火線圈樹脂擊穿故障分析

阮鵬

（神龍汽車有限公司采購部，湖北 武漢 430056）

點火線圈是汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)中的一個重要執(zhí)行器，其故障會導致發(fā)動機怠速抖動。介紹了神龍汽車有限公司使用的幾種類型的點火線圈。詳細解析了初級線圈骨架原材料的差異使樹脂在溫度降低的過程中熱形變產生裂紋，從而造成點火線圈次級電壓偏低、發(fā)動機怠速抖動的故障。并提供了改善措施和經驗反饋，這對后續(xù)點火線圈的設計驗證和品質管理具有較強的指導意義。

點火線圈；抖動；初級線圈骨架；樹脂裂紋

點火線圈是汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)中的一個重要執(zhí)行器。它的功能是將整車12V低壓通過線圈內部的磁場感應，變成35 kV以上的高壓電輸出給火花塞，由火花塞在氣缸內點燃油氣混合氣，從而實現(xiàn)發(fā)動機的做功過程［1］。點火時間是通過發(fā)動機電控單元ECU來控制的。

當初級線圈接通電源后，隨著電流的增長線圈四周產生一個很強的磁場，鐵心儲存了磁場能；當ECU控制初級線圈電路斷開后，初級線圈的磁場迅速衰減，次級線圈就會感應出很高的電壓。初級線圈的磁場消失速度越快，電流斷開瞬間的電流越大，兩個線圈的匝比越大，則次級線圈感應出來的電壓越高。

1 點火線圈類型

目前汽車上使用的點火線圈按其外形設計，一般分為緊湊式（Compact）、軌道式（Rail）、筆式（Pencil）、頂置式（Top Plug）4種類型。在神龍汽車有限公司開發(fā)的發(fā)動機中，TU5JPK（1.6L自然吸氣）是緊湊式結構；EC（1.6L／1.8L自然吸氣）／EW（2.0L／2.3L自然吸氣）系列是軌道式結構；EB（1.2 L渦輪增壓）和EP（1.6 L／1.8 L渦輪增壓）系列是筆式結構；正在開發(fā)的EB6.2（1.2L渦輪增壓、歐Ⅵ排放標準）是頂置式結構。具體外觀參考圖1點火線圈外形結構。

圖1 點火線圈外形結構

全球比較著名的點火線圈供應商有法雷奧（Valeo）、德爾福（Delphi）、艾爾多（Eldor）、博格華納（Borg Warner）等。

2 點火線圈樹脂擊穿故障分析

針對EC5軌道式點火線圈出現(xiàn)的樹脂擊穿故障進行分析。

法雷奧生產的EC5軌道式點火線圈的內部結構主要由線圈模塊、金屬導軌、EMC電容、殼體、導線、樹脂、橡膠護套等零部件組裝而成。圖2為EC5點火線圈爆炸圖。其中線圈模塊主要由初次級骨架、初次級繞線、高低壓端子、T磁芯和C磁芯等零部件裝配而成。圖3為EC5線圈模塊爆炸圖。

圖2 EC5點火線圈爆炸圖

圖3 EC5線圈模塊爆炸圖

2.1 故障現(xiàn)象描述

2016年1 月在神龍汽車有限公司武漢一廠總裝車間出現(xiàn)3起零公里故障。整車裝配完畢下線檢測時發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機在怠速狀態(tài)下抖動。更換點火線圈后，故障消失。

2.2 故障原因判定

2015年7 月，法雷奧提出的新增初級線圈二級供應商Autowin（原供應商Microspire）和新增樹脂二級供應商南通住友原供應商日本住友）的申請獲得批準，變更后的零件在2015年12月中下旬開始大批量使用。

此次零公里故障點火線圈經供應商檢測后發(fā)現(xiàn)其內部的樹脂有裂紋，造成絕緣泄露，次級電壓偏低。經過排查，我們發(fā)現(xiàn)故障點火線圈的生產批次集中在2015年12月中下旬。故障件使用的樹脂既有南通住友生產的，也有日本住友生產的，但所有故障件使用的初級線圈全部是Autowin生產的。因此，故障原因鎖定在Autowin初級線圈上。

2.3 故障原因初步分析

從故障件的解剖結果發(fā)現(xiàn)，使用Autowin初級線圈的點火線圈內部鐵心上有樹脂粘連的現(xiàn)象，但使用Microspire初級線圈的點火線圈卻沒有。解剖結果對比見圖4。得出結論：Autowin初級線圈的使用改變了點火線圈樹脂的表現(xiàn)。

圖4 解剖結果對比圖

通過DOE交叉試驗結果，我們排除了點火線圈生產工廠、初級線圈供應商裝配工藝和初級線圈骨架注塑等差異因素，發(fā)現(xiàn)Autowin初級線圈使用的骨架原材料（Dupont Crastin LW9320）與Microspire初級線圈（DSM Arnite TV4）不同。雖然這2種材料的牌號都是PBT-GF20，均符合圖紙要求，但由于原材料廠家采用的配方不同，生產出來的產品存在差異，導致該故障的產生。

2.4 故障原因深入分析

1）Dupont Crastin LW9320原材料導致點火線圈內部T磁芯處有樹脂粘連的原因是：DupontCrastin LW9320是一款含有SAN（苯乙烯／丙烯腈共聚物）樹脂添加劑的PBT-GF20塑料，但DSM Arnite TV4原材料中不含該添加劑。SAN添加劑的作用是降低注塑過程中的翹曲量，并增加環(huán)氧樹脂的粘附性，從而增加了樹脂與T磁芯的粘連性。

2）樹脂和T磁芯粘連導致其開裂的原因是：T磁芯的熱膨脹系數(shù)與樹脂、初級線圈塑料骨架的熱膨脹系數(shù)差異較大。當外部溫度從高溫到低溫的沖擊過程中，線圈內部的T磁芯因為其材質的關系溫度變化較小，收縮量不大；而初級線圈塑料骨架和樹脂的收縮量相對較大。如果有粘連則會導致初級線圈無法在T磁芯處滑動，粘連部位的初級線圈塑料骨架和樹脂無法正常收縮，只能和T磁芯收縮量保持相同。這種收縮量使得樹脂內部有約束力，一旦該約束力超過了應力極限，樹脂就會產生裂紋，造成絕緣泄漏，次級電壓偏低。原因推導可參考樹脂裂紋原理分析，見圖5。

圖5 樹脂裂紋原理分析

3）只有少數(shù)零件失效的原因：根據(jù)以上原理的分析，可以看出所有使用Autowin初級線圈的零件，樹脂與T磁芯的粘連性都會增加，同時樹脂溫度變化時內部承受的機械強度會增加。但由于機械應力的產生是呈正態(tài)分布的，絕大多數(shù)零件內部的機械應力都不超過極限應力值，這些零件是不會失效的；而少數(shù)零件內部的機械應力會超過應力極限值，從而產生裂紋。

2.5 改善措施

將初級線圈和樹脂切換成變更前的供應商，即使用Microspire初級線圈和日本住友樹脂來生產零件。自從切換后在零公里和售后均未再出現(xiàn)同樣故障。

2.6 經驗反饋

1）對于點火線圈所有產品變更，在認可前需要增加零件解剖以進行變更前后的對比。

2）在每班進行的產品審核基礎上實施加強型產品審核，增加5個循環(huán)的熱沖擊試驗，以增加樹脂擊穿問題的探測度。試驗條件為：140℃溫度下運行2h，然后降低至-40℃溫度下運行2h構成一個循環(huán)，共運行5個循環(huán)。

3）所有原材料變更，要求二級供應商提供足夠多的技術規(guī)范，并解釋變更前后差異點。針對那些差異點尋找適當?shù)尿炞C方法，同時關鍵的零部件不能同時做變更［2］。

3 結束語

以上詳細說明了點火線圈樹脂擊穿這個典型故障的原因以及解決措施，此案例對從事點火線圈開發(fā)和品質管理工作的工程師具有很強的借鑒和參考作用。特別是均符合圖紙要求、相同牌號的原材料，因為不同廠家采用的配方不同，生產的產品有如此大的差異，值得所有塑料零件在選材時考慮。

［1］葉建國.點火線圈絕緣技術的發(fā)展［J］.汽車科技，1999（3）：59-62.

［2］黃濤，宋仲康.點火線圈初級電感和初級儲能動態(tài)測試方法［J］.武漢汽車工業(yè)大學學報，1997，19（6）：8-10.

（編輯 張每文）

Ignition Coil Resin Breakdown Issue Analysis

RUAN Peng

（Purchasing department，Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Corporation，Wuhan 430056，China）

Ignition coil is an important component in the engine ignition system，whose issue may cause engine idling shaking.This article introduces some types of ignition coils used in DPCA，and analyzes the engine idling shaking and coil lower secondary voltage issues caused by the difference in primary coil frame raw material，which lead to hot deformation crack when the temperature decreasing.Relevant solutions and experience feedback are then provided，which are valuable guidance for the ignition coils design validation and quality management.

ignition coil；shake；primary coil frame；resin crack

U463.642

A

1003－8639（2017）02－0053－03

2016-07-29；

2016-12-05

阮鵬（1982-），男，湖北武漢人，工程師，主要從事發(fā)動機火花塞、點火線圈、電機、電控單元和電磁閥等零件的供應商品質管理工作。