点火线圈结构与环氧树脂的匹配性

杨净斌，刘 辉

（1.深圳市健科电子有限公司，广东 深圳 518081；2.无锡凯米克电子材料有限公司，江苏 无锡 214100）

点火线圈结构与环氧树脂的匹配性

杨净斌1，刘 辉2

（1.深圳市健科电子有限公司，广东 深圳 518081；2.无锡凯米克电子材料有限公司，江苏 无锡 214100）

介绍汽车用点火线圈的发展，新一代点火线圈的结构设计要点，以及所使用的环氧树脂灌封料的要求。

点火线圈；环氧树脂；结构和工艺

点火线圈是汽车点火系统的一个重要零部件，特别是在汽油发动机系统，它能按照设定的程序、点火顺序和点火时间持续脉冲点火，确保发动机有持续动力产生。

点火线圈早期是油浸式结构，主要应用在分电器结构点火系统。到20世纪90年代，随着电子技术的不断发展和新材料的应用，开始采用电子点火系统或者电喷点火系统，使点火线圈的性能和可靠性得以大幅提升，其中环氧树脂扮演了非常重要的角色。由于采用了环氧树脂作为填充料，点火线圈在点火性能、绝缘性能、散热性能、机械性能等方面有明显提高，点火线圈结构也更趋小型化。

要确保点火线圈产品的可靠性，从结构设计、环氧灌注、工艺操作、材料本身、散热效果等多方面考虑，本文重点讨论点火线圈结构与环氧树脂工艺性有关的问题。

1 点火线圈及其结构

1.1 结构

目前应用较多的点火线圈主要是2种结构型式：笔式点火线圈和顶置式点火线圈。点火线圈外形图如图1所示，剖视图如图2所示。

图2 点火线圈剖面图

1.2 性能特点

点火线圈工作时，输出高电压，并点燃发动机气缸内汽油。点火线圈内部高压击穿是主要的失效模式之一，因此，如何确保产品性能要求（产生足够的电压）和耐久性能（可靠性），是点火线圈产品的关键点。要确保点火线圈的性能和耐久性，需要做到：①优化结构设计；②环氧树脂作为填充料，同时起到绝缘和支持固定作用。

2 环氧树脂材料

环氧树脂材料以环氧树脂为基础材料，辅以适当的填充料、固化剂和微量添加剂，种类很多，应用也广泛。它具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能，且具有收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点。主要由环氧树脂（提供电绝缘性、反应性）、二氧化硅（提供机械特性、导热性）、氢氧化铝（提供阻燃性）、酸酐类（或胺类，提供电绝缘性、反应性）固化剂和一些微量添加剂构成，经过一定时间的真空加热反应，形成了均匀的高分子材料。在使用时只要将成分按规定的比例混合，经过加热硬化后便具有了优良的综合性能。

用于点火线圈的环氧树脂的一般要求：①优秀的电气绝缘性能，点火线圈用环氧灌封树脂在常温时的介电强度可达25 kV/mm以上，体积电阻率可达1.8×108MΩ·m。②优秀的机械特性，点火线圈树脂的抗弯强度在130 N/mm2以上。③良好的柔韧性和热老化性能，确保产品在恶劣环境中的使用寿命。

3 点火线圈的结构设计

3.1 铁心

铁心在点火线圈中主要起导磁作用，一般选用硅钢片迭压而成。由于铁心材料硅钢片与塑料和环氧树脂的热膨胀系数不同，在点火线圈工作时，由于铁心热膨胀导致环氧树脂开裂，造成点火线圈绝缘性能降低而击穿，因此在设计时，需在铁心表面增加一层缓冲材料，如在铁芯表面包橡胶、包塑料或采用热缩套管等。铁心热膨胀问题解决了，还需要考虑铁心的散热效果，增加铁心表面缓冲材料，会对铁心散热效果有影响。

铁心制造工艺也需要保证。铁心尖角设计尽量避免，生产时模具冲压、迭压方向一致，毛刺大小要控制。铁心零部件结构尖角、毛刺，易造成电场畸变，放电起始电压降低，同时尖角对绝缘层容易产生刮伤。

笔式和顶置式点火线圈代表目前2种比较先进的结构。顶置式铁心磁路封闭，磁场损失小，笔式点火线圈采用开磁路的“I”型铁心，顶置式点火线圈的点火能量要比笔式线圈高。从铁心性能方面来考虑，顶置式铁心封闭磁路是一种较好的结构。

点火线圈工作时，铁心上感应有较高电压，这时铁心应与点火模块或其它低压器件保持适当电气间隙。例如，笔式点火线圈在铁心两端加橡胶垫片，既能起到热胀冷缩的缓冲作用，又能保持适当的电气间隙。

3.2 塑料件

点火线圈的塑料件一般包括有外壳、插座、初级骨架和次级骨架等。塑料材料的选择主要考虑以下2个方面：①耐温要求。点火线圈工作时，温度较高，所以在选择塑料件材料时，要保证工作时的耐温要求，能够经受冷热冲击试验的考核；②耐压要求。点火线圈要产生高压，能够点燃发动机气缸内的燃油，所以，无论是塑料件、环氧树脂，还是漆包线等，都要求有较好的耐电压性能。和环氧树脂结合好，也能有效提高耐电压性能。

次级骨架内，不允许有气孔。气孔会影响塑料件的绝缘强度，造成电压击穿现象，这与塑料件结构设计、注塑工艺有很大关系。通常在注塑过程中，做首件检查时，增加这个过程是必要的，可以保证塑料件的致密性和绝缘强度要求。

设计时，为确保环氧树脂厚度均匀性，环氧树脂不要大块，大面积环氧也容易产生开裂现象。

如何确保塑料件和环氧树脂结合良好，本文介绍一种工艺方法，即等离子（Plasma）工艺。其基本原理是：通过等离子工艺，在塑料件表面形成微观上的凹凸不平，有利于环氧树脂填充，提高环氧树脂与塑料件的结合程度，防止环氧树脂与塑料件产生分层造成电压击穿。图3为等离子工艺前后塑料件表面的放大效果图。

图3 塑料件表面的放大效果图

对于等离子工艺效果，可以采用达因测试（DYNE Test）方法，通过达因笔（Marker pens）检查塑料件的表面能量，以此判断它是否会与环氧树脂结合良好。

4 环氧选型及灌封工艺

前文已介绍点火线圈所用环氧树脂的要求，还需要有合适的环氧灌注工艺，才能保证环氧树脂的性能符合要求。

选择合适的环氧树脂，从环氧树脂的玻璃态转化温度（Tg值）、线性、膨胀系数、击穿电压等方面综合考虑。

采用合理的环氧树脂灌封工艺，从产品去潮、产品灌注、产品固化3个方面考虑。

1）被灌注产品首先要经过去潮工序，目的是除掉产品内的水气，同时，保持与环氧灌封料匹配的温度，有利于环氧树脂渗透，保证灌封效果。

2）产品灌注过程，要注意产品灌注时的真空度要求。真空度太高，环氧树脂内的酸酐易挥发；真空度太低，环氧树脂绝缘效果会受到影响。

3）产品固化，必须按照不同型号环氧树脂所指定的温度曲线进行固化。一般来讲，有一个低温渗透阶段，一个升温阶段和一个高温固化阶段。固化结束后段，固化温度应缓慢下降，防止环氧树脂温度突然下降造成环氧树脂开裂。

另外，环氧树脂灌封机灌内应定期检查，防止环氧树脂沉降，影响环氧比例和固化效果。

5 结束语

点火线圈是汽车发动机的重要零部件之一，它的使用性能和可靠性非常关键。如何设计和生产出具有高可靠性的点火线圈产品，是我们追求的目标。

（编辑 杨 景）

Compatibility Study on Ignition Coil Structure and Epoxy Resin

YANG Jing-bin1， LIU Hui2
(1. Shenzhen Jianke Electronics Co.， Ltd.， Shenzhen 518081；2. Wuxi Kaimike Electronic Materials Co.， Ltd.， Wuxi 214100， China)

This article introduces development history of ignition coil， design key points of the new-generation ignition coil structure as well as its requirements on epoxy resin.

ignition coil；epoxy resin；structure and technique

U463.642

B

1003-8639（2017）07-0068-02

2017-05-31

杨净斌（1964-），男，湖南华容人，工程师，主要从事汽车发动机点火系统的研究、汽车产品质量体系的开发和维护工作。