點火線圈燒損故障淺析及解決方案

吳 霞，胡承建

（神龍汽車有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

1 故障現(xiàn)象

江蘇鹽城明德汽車有限公司反饋一輛東風(fēng)標(biāo)致301，由神龍汽車有限公司生產(chǎn)，購車日期：2014年1月16日，故障日期：2015年6月10日，配備EC5自然吸氣發(fā)動機(jī)，故障里程：17 204 km?？蛻舴从?，車輛在行駛中突然熄火。經(jīng)過4S店專業(yè)技術(shù)人員維修，發(fā)現(xiàn)該車點火線圈有輕微燒損。

2 故障分析

1）讀取故障碼 使用診斷儀器讀取故障碼，根據(jù)故障代碼判斷，發(fā)動機(jī)電控單元 （CMM）、智能控制盒 （BSI）和電子穩(wěn)定系統(tǒng) （ESP）均報出不同的故障。其中，發(fā)動機(jī)電控單元報點火線圈控制故障與4S專業(yè)人員描述一致，如圖1所示。

2）故障件檢查 將點火線圈拆卸下來后，發(fā)現(xiàn)其表面有燒損的現(xiàn)象。根據(jù)電氣原理圖，檢查點火線圈對應(yīng)的熔斷絲，該熔斷絲已經(jīng)燒斷。用萬用表測量點火線圈連接器插針的電源端 （Pin5）與搭鐵端 （Pin6），發(fā)現(xiàn)2個端口短路。剖開連接器殼體，發(fā)現(xiàn)電源端 （Pin5）已經(jīng)燒斷。點火線圈電氣接口定義如下：Pin1為發(fā)動機(jī)氣缸1信號端；Pin2為氣缸2信號端；Pin3為氣缸3信號端；Pin4為氣缸4信號端；Pin5為供電端；Pin6為搭鐵端，如圖2所示。

3）點火線圈原理及結(jié)構(gòu) 在汽車發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)中，點火線圈是為點燃發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)空氣和燃油混合物提供點火能量的執(zhí)行部件。其主要工作是基于電磁感應(yīng)的原理，通過電子控制器接收發(fā)動機(jī)電控單元 （CMM）的指令關(guān)斷和打開點火線圈的初級回路，通過初級繞組的電流作為磁場儲存。當(dāng)初級繞組電流突然被切斷時，磁場衰減，使次級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該感應(yīng)電動勢的電壓足以使火花塞放電。

圖2 點火線圈插接件端口定義

點火線圈結(jié)構(gòu)主要包括控制線、電容、線圈模塊、連接器、連接器插針、金屬導(dǎo)軌、殼體、電阻和橡膠護(hù)套等，如圖3所示。

圖3 點火線圈結(jié)構(gòu)圖

4）故障原因分析 故障件檢查顯示，點火線圈插接件的電源端 （Pin5）與搭鐵端 （Pin6）短接。為了查明真正的原因，分析工程師決定利用X光評估零件底座區(qū)域的品質(zhì)，如圖4所示。X光分析顯示出2個關(guān)鍵點：①點火線圈連接器與殼體之間有很小的空隙；②連接器插針的電源端與搭鐵端之間 （俯視圖）在可見的空隙位置出現(xiàn)短接。經(jīng)過深入分析，點火線圈在高低溫工作時會通過空隙吸入潮氣，這樣導(dǎo)致連接器插針的電源端與搭鐵端之間短接。

圖4 點火線圈X光顯示圖

點火線圈的連接器與殼體之間有空隙，其主要原因是殼體底座的生產(chǎn)方式為覆模工藝，造成殼體底座與連接器之間出現(xiàn)脫開現(xiàn)象。根據(jù)點火線圈的外殼注塑工藝文件，殼體內(nèi)熱流道溫度大于230℃，但是成型的連接器在注塑模具腔外的實際溫度僅有80℃，二者之間不可能完全熔合。如果需要這兩者完全熔合，那么連接器溫度需要達(dá)到殼體內(nèi)熱流道的溫度，但是這個要求在二次覆模 （連接器供應(yīng)商先將連接器和插針一起注塑形成成型件提供給點火線圈供應(yīng)商）工藝時很難實現(xiàn)，點火線圈殼體注塑見圖5。

圖5 點火線圈殼體注塑圖

3 解決方案

點火線圈在二次覆模時易產(chǎn)生空隙，同時其在高低溫?zé)岘h(huán)境下吸入的潮氣在空隙內(nèi)堆積會使插針短接。供應(yīng)商針對此問題提出4種解決方案：①將點火線圈的連接器與殼體二次覆膜工藝改為一次覆膜工藝，整體注塑，避免出現(xiàn)不能熔合的問題；②在連接器與殼體空隙處外圍一圈開槽，然后在槽中添加防水的密封膠，防止潮氣進(jìn)入空隙；③在殼體內(nèi)部插針之間部位開槽，然后灌封樹脂，降低進(jìn)入縫隙的潮氣引起插針短接的風(fēng)險；④修改連接器的模具，在連接器插針的針腳和外邊沿一周增加箭頭型凸臺，減小點火線圈殼體底座與連接器之間產(chǎn)生空隙，降低因潮氣進(jìn)入產(chǎn)生插針短接的風(fēng)險。

根據(jù)供應(yīng)商的方案介紹資料分析，方案①的修改周期長，費用高；方案②、③修改周期長，而且費用需要待估算；相比前面3種方案，方案④的修改周期短，其周期只有其它方案的一半，費用也低，而且該方案經(jīng)過驗證后，其樣件能滿足要求。整車廠根據(jù)這4個方案的特點，以及當(dāng)前售后故障問題解決的緊急性需求，最終采用方案④。

方案④的具體操作過程如下：修改連接器的模具，在連接器的插針針腳和邊沿處增加箭頭型凸臺，其3D示意圖如圖6所示，圖6中①②③為增加的凸臺。增加凸臺后，點火線圈殼體底座注塑后的剖面空隙效果如圖7所示，將其更改前后的狀態(tài)進(jìn)行對比，空隙明顯變小。改后的點火線圈樣件在原先測試要求的基礎(chǔ)上，增加空氣熱沖擊、循環(huán)連潮濕接頭后電性能測試、冰水熱沖擊后電性能測試、X光分析等新的測試要求，經(jīng)過驗證，滿足測試要求。

圖6 修改連接器模具增加凸臺3D示意圖

圖7 修改連接器模具前后空隙對比圖

4 分析小結(jié)

點火線圈是汽車點火系統(tǒng)的重要器件，其工作性能的好壞直接影響到火花塞火花的強弱，繼而影響發(fā)動機(jī)的燃燒情況。本次點火線圈的燒損直接導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火，其原因是連接器中的插針短路。如果點火線圈采用二次覆膜的工藝，其殼體與連接器之間會容易產(chǎn)生空隙；同時，點火線圈在高低溫工作時會通過空隙吸入潮氣，從而導(dǎo)致連接器內(nèi)部插針短接。為避免出現(xiàn)這種狀況，產(chǎn)品設(shè)計工程師在零件開發(fā)階段可以優(yōu)先考慮整體注塑的方案，降低零件燒損失效的風(fēng)險。