阮鵬

（神龍汽車有限公司采購部，湖北 武漢 430056）

點(diǎn)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(diǎn)火線圈是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中的一個(gè)重要執(zhí)行器，其故障會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)。介紹了神龍汽車有限公司使用的幾種類型的點(diǎn)火線圈。詳細(xì)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(chǎn)生裂紋，從而造成點(diǎn)火線圈次級電壓偏低、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)的故障。并提供了改善措施和經(jīng)驗(yàn)反饋，這對后續(xù)點(diǎn)火線圈的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和品質(zhì)管理具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

點(diǎn)火線圈；抖動(dòng)；初級線圈骨架；樹脂裂紋

點(diǎn)火線圈是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中的一個(gè)重要執(zhí)行器。它的功能是將整車12V低壓通過線圈內(nèi)部的磁場感應(yīng)，變成35 kV以上的高壓電輸出給火花塞，由火花塞在氣缸內(nèi)點(diǎn)燃油氣混合氣，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的做功過程［1］。點(diǎn)火時(shí)間是通過發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元ECU來控制的。

當(dāng)初級線圈接通電源后，隨著電流的增長線圈四周產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的磁場，鐵心儲(chǔ)存了磁場能；當(dāng)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(huì)感應(yīng)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(gè)線圈的匝比越大，則次級線圈感應(yīng)出來的電壓越高。

1 點(diǎn)火線圈類型

目前汽車上使用的點(diǎn)火線圈按其外形設(shè)計(jì)，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(dòng)機(jī)中，TU5JPK（1.6L自然吸氣）是緊湊式結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)；正在開發(fā)的EB6.2（1.2L渦輪增壓、歐Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)）是頂置式結(jié)構(gòu)。具體外觀參考圖1點(diǎn)火線圈外形結(jié)構(gòu)。

圖1 點(diǎn)火線圈外形結(jié)構(gòu)

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

2 點(diǎn)火線圈樹脂擊穿故障分析

針對EC5軌道式點(diǎn)火線圈出現(xiàn)的樹脂擊穿故障進(jìn)行分析。

法雷奧生產(chǎn)的EC5軌道式點(diǎn)火線圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由線圈模塊、金屬導(dǎo)軌、EMC電容、殼體、導(dǎo)線、樹脂、橡膠護(hù)套等零部件組裝而成。圖2為EC5點(diǎn)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(diǎn)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(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速狀態(tài)下抖動(dòng)。更換點(diǎn)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(yīng)商Autowin（原供應(yīng)商Microspire）和新增樹脂二級供應(yīng)商南通住友原供應(yīng)商日本住友）的申請獲得批準(zhǔn)，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(diǎn)火線圈經(jīng)供應(yīng)商檢測后發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的樹脂有裂紋，造成絕緣泄露，次級電壓偏低。經(jīng)過排查，我們發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)火線圈的生產(chǎn)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(chǎn)的，也有日本住友生產(chǎn)的，但所有故障件使用的初級線圈全部是Autowin生產(chǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用Autowin初級線圈的點(diǎn)火線圈內(nèi)部鐵心上有樹脂粘連的現(xiàn)象，但使用Microspire初級線圈的點(diǎn)火線圈卻沒有。解剖結(jié)果對比見圖4。得出結(jié)論：Autowin初級線圈的使用改變了點(diǎn)火線圈樹脂的表現(xiàn)。

圖4 解剖結(jié)果對比圖

通過DOE交叉試驗(yàn)結(jié)果，我們排除了點(diǎn)火線圈生產(chǎn)工廠、初級線圈供應(yīng)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(hào)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(chǎn)出來的產(chǎn)品存在差異，導(dǎo)致該故障的產(chǎn)生。

2.4 故障原因深入分析

1）Dupont Crastin LW9320原材料導(dǎo)致點(diǎn)火線圈內(nèi)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(dǎo)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(dāng)外部溫度從高溫到低溫的沖擊過程中，線圈內(nèi)部的T磁芯因?yàn)槠洳馁|(zhì)的關(guān)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(huì)導(dǎo)致初級線圈無法在T磁芯處滑動(dòng)，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(nèi)部有約束力，一旦該約束力超過了應(yīng)力極限，樹脂就會(huì)產(chǎn)生裂紋，造成絕緣泄漏，次級電壓偏低。原因推導(dǎo)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(huì)增加，同時(shí)樹脂溫度變化時(shí)內(nèi)部承受的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)增加。但由于機(jī)械應(yīng)力的產(chǎn)生是呈正態(tài)分布的，絕大多數(shù)零件內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力都不超過極限應(yīng)力值，這些零件是不會(huì)失效的；而少數(shù)零件內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力會(huì)超過應(yīng)力極限值，從而產(chǎn)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(yīng)商，即使用Microspire初級線圈和日本住友樹脂來生產(chǎn)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(jīng)驗(yàn)反饋

1）對于點(diǎn)火線圈所有產(chǎn)品變更，在認(rèn)可前需要增加零件解剖以進(jìn)行變更前后的對比。

2）在每班進(jìn)行的產(chǎn)品審核基礎(chǔ)上實(shí)施加強(qiáng)型產(chǎn)品審核，增加5個(gè)循環(huán)的熱沖擊試驗(yàn)，以增加樹脂擊穿問題的探測度。試驗(yàn)條件為：140℃溫度下運(yùn)行2h，然后降低至-40℃溫度下運(yùn)行2h構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，共運(yùn)行5個(gè)循環(huán)。

3）所有原材料變更，要求二級供應(yīng)商提供足夠多的技術(shù)規(guī)范，并解釋變更前后差異點(diǎn)。針對那些差異點(diǎn)尋找適當(dāng)?shù)尿?yàn)證方法，同時(shí)關(guān)鍵的零部件不能同時(shí)做變更［2］。

3 結(jié)束語

以上詳細(xì)說明了點(diǎn)火線圈樹脂擊穿這個(gè)典型故障的原因以及解決措施，此案例對從事點(diǎn)火線圈開發(fā)和品質(zhì)管理工作的工程師具有很強(qiáng)的借鑒和參考作用。特別是均符合圖紙要求、相同牌號(hào)的原材料，因?yàn)椴煌瑥S家采用的配方不同，生產(chǎn)的產(chǎn)品有如此大的差異，值得所有塑料零件在選材時(shí)考慮。

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

［2］黃濤，宋仲康.點(diǎn)火線圈初級電感和初級儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)測試方法［J］.武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，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(dòng)機(jī)火花塞、點(diǎn)火線圈、電機(jī)、電控單元和電磁閥等零件的供應(yīng)商品質(zhì)管理工作。