汽车点火线圈及其可靠性研究
2009-12-07 10:53:54
来源：《国际电子变压器》2009年12月刊
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1 引言
随着汽车工业现代化进程的加快，电子制造业正处于蓬勃发展的黄金时期。点火线圈作为汽车点火控制系统的重要组成部件，其指标直接影响汽车的动力学性能及环保性能。中国将逐渐成为点火线圈在全球的制造中心，预计未来几年内点火线圈产量将会超过一千万只。与此同时，国产点火线圈制造和测试设备还比较落后，自动化水平低且智能程度不高，难以满足现代化大规模生产的需要。分析和研究点火线圈制造技术及其加工工艺、品质等方面的可靠性工作，具有重要的现实意义。
2 点火线圈的工作原理
在汽车发动机点火系统中，点火线圈是为点燃发动机汽缸内空气和燃油混合物提供点火能量的执行部件。其主要工作是基于电磁感应的原理，通过电子控制器接收ECU的指令关断和打开点火线圈的初级回路，通过初级线圈绕组的电流作为磁场储存。当初级线圈绕组电流突然被切断（通过功率晶体管断开电路接地端）时，磁场衰减，使次级线圈绕组产生感应电动势，该感应电动势的电压足以使火花塞放电，我们称其为电感放电式点火。另外也有电容放电式(CDI)点火系统。点火线圈可以认为是一种特殊的脉冲变压器，它将蓄电池10-14V的低电压转换成30KV甚至更高的电压。
3 国内外点火系统及点火线圈技术现阶段的研究状态
点火系统前后经历了传统触点式点火系统、半导体辅助点火系统、普通电子点火系统和微机控制点火系统的发展过程。其中的电控点火系统经历了从模拟计算机到数字计算机控制的发展过程，并由单项控制到多项内容的发动机集中控制系统，甚至现在某些汽车上采用了集发动机控制与传动系统控制于一体的动力牵引控制系统。作为汽车电子控制系统一部分的电子点火系统将朝着电子化、智能化方向发展，点火器件将走向小型化、轻型化、集成化与低成本化。
国外电子点火系统已经达到了微计算机化和智能化。如德国博世公司1999年生产的ME7发动机管理系统，能在0.03ms内计算出最佳点火提前角，并驱动晶体管。还有为稀薄燃烧设计的高频点火系统，火花塞可以在很短的时间内(1~2ms)产生多个火花，可以保证稳定点火。
目前国内汽油机点火系统中，电子点火系统己占有较大比例，传统点火系统已处于淘汰的状况，在电子点火系统中，又以霍尔式电子点火系统为主，并且生产基本都是按主机厂要求采用相应的国外标准。而在中、高档轿车中已开始采用微计算机控制的点火系统。我国对汽油发动机计算机控制点火系统的研究始于80年代中期，一些研究单位对汽油喷射系统、点火系统、氧传感器反馈系统等电控项目的研究与开发，取得了一些进展，在一些轿车如国产CA7200小红旗等轿车装用了这些系统。但由于我国汽车工业基础还较薄弱，在电子化程度上与国外先进水平相比，还存在较大的差距。国内主机厂需求的计算机控制的点火系统，大多来自于进口德国博世公司及美国德尔福公司等在华办的合资企业。近来很多研究机构也对电控点火系统进行了研究，如上海交通大学研究了一种新型点火装置。该装置改制了现有点火系统电路中的点火线圈部分，利用电磁谐振原理产生2次脉冲静电电压，使得一次点火即将结束时再次点火而达到燃烧充分，实现了降低排放的目的。
与此同步，汽车点火线圈技术也随之不断发展。当沥青点火线圈的退出历史舞台后，在80年代，我国的汽车点火线圈制造水平还比较低，基本上采用的都是开磁路油浸式结构。现代科学技术的发展以及整个国家机电水平的提高，固体式（干式）点火线圈应运而生，其应用也越来越广泛，逐步取代了油浸式点火线圈。固体式点火线圈的发展至目前为止共经历了三代：
①单点点火线圈(Single-output Coil) 该结构点火线圈较简单，就是一单独的点火线圈，但业内也有人将其与点火电子组件做成一个产品，或与分电器做成一个产品。单头点火线圈产生高压、通过分电器分配给所有的气缸火花塞。目前国内许多车型采用这种线圈。如大众小红旗Audi、奥拓、长安之星等。
②多点点火线圈(Multi-output Coil) 该结构点火线圈主要用于无分电器点火系统中，常见的有4头的、6头的，线圈次级绕组数相应为2组、3组。每个次级绕组上有两个高压头。分别接在火花塞的中央电极上（如四缸机的1， 4缸或2， 3缸），形成回路，由ECU控制分别向初级绕组供电，在其对应的次级绕组感应出高压电，同时向2个气缸点火。这时，一个气缸活塞处在压缩行程的上止点前火花将压缩气体点燃，点火有效；另一个气缸活塞处在排气行程的上止点前，因气缸内是废气，点火无效。这种点火线圈的优点还有：省略了分电器，消除了分火头与侧电极之间的火花，减少了线圈对外界产生的电磁骚扰；消除了分电器内分火头与侧电极之间的能量损失，可大大提高点火能量。
③笔式点火线圈(Pen-style Coil) 因外形像一只笔，该结构点火线圈因而被称作笔式点火线圈。它直接插在气缸上，每缸一只。这种点火线圈省去了分电器分火头与旁电极之间的能量损耗，省去了高压线的能量损耗，又避免了多头点火线圈一组线圈同时向两个缸点火的弊端，所以点火更为可靠。另外，由于它无需分电器，也无需高压线，因而减少了电磁骚扰。这是时下最流行最先进的点火线圈，代表着点火线圈的最新技术。但这种点火线圈直接装在气缸上，环境温度十分高，因而对材料的要求也非常高。目前国内厂家生产这种产品很少。
4 目前国内汽车两种典型结构形式的点火线圈介绍
4.1 开磁路(油浸式、湿式)点火线圈
开磁路式点火线圈一般为罐状结构。这种线圈内部填充物为变压器油，将变压器油密封在点火线圈内部。油浸式点火线圈由于内部介质为液体，具有流动性，因而散热效果较佳。市场上普遍使用的油浸式点火线圈为单头的，但也有的车型使用双头的。结构上将初级线圈绕组放于次极线圈绕组外侧，次级绕组采用分层平绕工艺，层与层之间用聚脂薄膜或电容器纸进行高压绝缘；铁芯采用柱型开放式；用硅油等绝缘物进行绝缘和散热；铁筒外壳带附加电阻。
(1) 组成部件
开磁路油浸式点火线圈在我国曾经被广泛使用。其结构主要由初级线圈绕组、次级线圈绕组、低压接线柱、高压输出端子和高压绝缘填充材料及外壳等组成。从内部结构上看主要包括三个部件。
a. 初级线圈绕组：初级线圈的线径为0.5~1.0mm，较次级线圈粗，且匝数仅150~300圈而已。绕于次级绕组的外侧。初级绕组的正极、负极与外壳上的正极端、负极端相连接；次级绕组的正极与初级绕组的正极连接，负极与外壳上的高压输出端连接。次级绕组线匝数与初级绕组线匝数数比确定了线圈的输出电压。
b.次级线圈绕组：次级线圈为线径0.05~1mm漆包线，匝数2~3万匝。初级线圈绕在次级线圈的外侧，初级线圈和次级线圈的绕线方向相同，故次级线圈所产生的磁通变化与初级线圈完全相同。
c. 导磁体（磁芯）：它以数片硅钢片叠合而成棒状铁芯，次级线圈和初级线圈分别绕在铁芯的外侧。棒状铁芯构成点火线圈的开放式磁路。
(2) 开磁路点火线圈的缺点：
圆筒式油浸式点火线圈的致命弱点是漏油和吸湿。随着密封技术的改善，油浸式点火线圈得到了飞速的发展。总结起来主要有：
a. 开磁路结构，漏磁通较大，转换效率较低；
b. 油浸式绝缘硅油会挥发、吸湿、溢出，造成绝缘下降易击穿；目前大部分制造商已经试着采用干式代替。
c. 生产工艺较复杂，生产现场观赏性差，体积较大。
4.2 闭磁路干式(固体式)点火线圈
众所周知：铁芯的导磁能力约为空气的一万倍，开磁路点火线圈欲获得与闭磁路点火线圈相同的磁通，则其初级线圈非有较大的磁动势（安培匝数）不可。因此，必须采用匝数较多，线径较大的初级线圈；初级线圈的匝数多，如欲获得同样匝数比，则次级线圈的匝数也需增加，所以，开磁路点火线圈的小型化是比较困难的。闭磁路点火线圈呢，磁阻小，能有效降低线圈的磁动势，从而可以实现点火线圈小型化。目前，闭磁路点火线圈已相当小型化，可与点火器合而为一，甚至可与火花塞一体化。经火花塞点燃气缸内的可燃性压缩气体。无论是从结构上还是从输出电压上，闭磁路固体式点火线圈都具有许多优点：磁路闭合，磁力线集中，能量转换效率高；耐压绝缘等级高，散热性好，产品性能、可靠性高；体积较小，较容易获得高输出电压和大点火能量，火花塞点火更可靠，适应了汽车空间的需要，等等。
所谓干式点火线圈，是指其内部填充物主要是热固性环氧树脂，耐压绝缘性好，散热性、密封性非常优越。液态环氧树脂于真空环境下脱泡处理好，而后在真空状况下被灌入点火线圈中。经隧道炉加热固化，整个线圈就成为一个固体。固化后的环氧树脂具有高耐热性能和高耐压性能，且能承受冷热、蒸湿(PCT)冲击而不开裂。
闭磁路固体式点火线圈主要由低压线圈绕组、高压线圈绕组、闭磁路铁芯、外壳以及固体填充物等组成（其结构如图4所示）。该点火线圈的铁芯是闭合磁路，大大增强了能量的转换效率，提高了输出电压，使火花塞更容易点火。另外，为减小铁芯引起的涡流损耗，多采用0.35或0.5mm的硅钢片叠成口字或日字型，并开有1.5mm左右的气隙以避免铁芯磁饱和，提高转换效率。
闭磁路固体式点火线圈的高低压骨架采用槽绕结构，使用进口全自动数控绕线机绕制，生产效率高，点火线圈性能参数的一致性好，安全可靠。初级线圈绕组放于铁芯外侧，次级绕组放于初级绕组外侧。为减小无线电干扰，在高压端，有的点火线圈装入很小的陶瓷高压电阻。采用A、B双组分环氧树脂在真空室内高真空状态下进行自动浇灌，采用隧道炉加温，在一定的温度曲线下（按照环氧树脂产品的放热峰设定）进行固化。产品耐压、散热、防腐蚀、绝缘可靠性等非常高，体积也不大。
5 汽车点火线圈可靠性研究
车用点火线圈，是点火系统的重要部件，其性能参数及寿命直接影响到汽车的功率、油耗及可靠性。点火线圈的几个主要性能参数为：a. 次级输出点火电压的峰值；b. 次级输出点火电压的上升率；c. 次级输出点火电压20KV的脉宽时间；d. 次级输出电压振荡幅值衰减比；e. 初级线圈断路电流的峰值；f. 点火线圈的火花能量等。该几个主要性能参数决定了点火线圈的性能，制造工艺决定点火线圈的质量。
下面我们从汽车点火线圈的产品结构开发、配件材料选择及制造过程品质控制中的问题方面进行分析研究。
5.1 产品结构开发
结构开发主要基于点火线圈的绝缘强度。绝缘强度差，则点火线圈往往容易产生放电现象：包外放电及包内放电。包外放电表现为导磁铁芯与高压输出端之间拉弧，使点火线圈次级高压降低，点火能量不足，导致汽车的功率降低直至绝缘层击穿失效。包内放电是线圈内部因有气泡等发生电离打火，通常可用示波器检测出，具体现象为次级波形抖动。长时间内部放电可导致线圈绕组内部击穿，影响点火线圈使用寿命。为此，在结构开发的过程中需要注意以下几点：
a、骨架结构：初、次极骨架均采用圆柱状多槽式结构，互相嵌套。经验数据为：槽宽3.0-4.5mm，槽底与中心之间壁厚1.5mm，槽栅0.7-1.0mm厚。槽式结构使点火线圈总共30KV以上的电压分到各个槽之间，相邻绕线槽之间电压差只有几千伏。靠近高压侧的槽栅加厚至2mm，槽底与中心之间壁厚2mm，以保证二次侧绕组与铁心之间的绝缘耐压强度。槽栅上可增加1.5mm宽开槽，使灌封料能完全渗入绕组间隙之中。
b、安全距离：在高压输出端外加高压护套，采用绝缘强度大的材料，如硅橡胶，这样既增加了绝缘强度，又保证了高压线与线圈高压输出端的配合牢固性，还可避免拉弧。同时在设计尺寸允许的范围内，应尽量加大铁心与高压输出端的距离。另外，高压输出端离外壳的距离不得少于2.5mm，以确保高压和防风罩之间的安全（因防风罩接地）。
5.2 配件材料选择方面
在材料方面影响性能参数的主要是铁芯。铁芯选用0.3毫米左右的硅钢片叠成，铁芯上外有次级与初级线圈。闭磁式点火线圈采用形似“曰”字的铁芯外装配初级线圈，外面再嵌套次级线圈，磁力线由铁芯构成闭合磁路。闭磁式点火线圈的优点是漏磁少，能量损失小，体积小，因此电子点火系统普遍采用闭磁式点火线圈。铁芯尽可能选用高牌号的硅钢片，其磁导率高，铁损小。
在材料方面影响可靠性的有：塑料件、漆包线，灌封材料、磁钢等。
a、高压侧骨架采用PPO材料。其可塑性、韧性、阻燃性都很好；耐压值20KV/mm；耐高温138℃以上。
b、初级侧骨架、外壳采用PBT工程塑料。具有易成型、表面光洁性好，灌封后的滴流物比较容易去除的特点；耐压值可在18KV/mm以上，耐高温值＞130℃。合适的供应商有上海GE公司的点火线圈专用PPO（灰色）、PBT（黑色）。
c、高压侧漆包线一般采用QZY-2/180、线径为0.04-0.08mm的聚氨脂漆包铜圆线，漆皮耐压可达1600V。
d、灌封材料采用点火线圈专用双组分环氧树脂。其具有粘度低、渗透性好的特点；固化后耐热性、防水性、硬度和阻燃性均比较好；耐压值达25KV/mm。一般选用无锡东润的9600GA/GB树脂。
e. 磁钢必须选用耐高温（工作温度大于150℃）的烧结钕铁硼，否则在夏季或工作时间偏长的情况下线圈容易因温升过高而击穿。
5.3 制造过程中的品质控制
在结构设计和零部件材料良好的情况下，应重视制程中的品质控制。主要是工序工艺安排应合理科学，尽量减少人为因素的影响。制程的关键是线圈的绕制、装配、堆放及点火线圈的真空灌封工序等的质量控制。
a、线圈绕制(Coil Winding)：初级线圈漆包线线径较粗，一般是Φ0.5-0.9mm，但圈数精度要求高，不允许有1圈误差，且过线要一致，注意保持安全，电压差不能超过300V；同时次级线圈由于漆包线很细，张力一般只有5-10g，高速绕制时很难控制；漆包线过线路径必须相当顺滑，无阻碍，否则容易受伤或断线，造成产品缺陷报废。因此，绕制线圈应使用多头自动绕线机。全自动绕制机，使绕阻的匝数误差、绕制的紧密程度控制的很严格，同时防止了人为对漆包线的损伤（汗渍的腐蚀等）。应用多头自动绕线机的一致性及工作效率远高于手工操作。
b、线圈初装（Primary Assembly）：又称为高低压结合工序。次级线圈绕组两端的焊接比较困难，必须保证不能虚焊、免受外部应力。同时要注意环境清洁无尘及干燥。焊接时避免裸手（手汗）直接触及线圈绕组带来污染。焊接完毕后放入专用周转盘，防止线圈挤压，积尘，碰伤等。
c、点火线圈的灌封(Resin Castting)工序。环氧树脂粘度不能太大，太大流动性不良，影响树脂渗透。厂家生产点火线圈的灌封工艺各不相同，所以对真空度、温度及粘度要求有所不同，但要保证真空度、温度，降低粘度，保证点火线圈灌封有良好的含浸度。另外，在兼顾生产效率的情况下要尽可能加大空包预抽真空和灌封后保真空的时间，通常前者不少于60秒，后者不少于25秒。
当采用全自动真空灌封设备生产时，务必严密监控配比情况，同时环氧树脂填充料和固化剂混和后要充分搅拌，单组分抽真空脱泡7-8小时。灌封采用真空灌注设备，灌注室真空度一般应控制在4-6mbar。空包预抽真空度小于1mbar，保压真空度5-7mbar。
点火线圈灌封固化通常采用“三阶梯固化法”，隧道炉的温度根据所用环氧树脂的化学反应放热峰设定。固化炉中产品不可人为强行取出，要待固化隧道炉自然流出后（达室温）取出，以消除应力，防止点火线圈内部出现裂纹。
以上探讨的是基于硅钢片铁芯的点火线圈。对于磁芯式的点火线圈，其磁芯采用软磁铁氧体材料。空间结构上还应注意初级“+”、“-”接线端及磁芯与高压输出端的距离，增大绝缘强度。过程品质控制等内容基本如前所述。
6 汽车点火线圈的技术发展趋势
随着稀薄燃烧技术的应用以及点火系统的不断变革，汽车整车制造商对汽车点火线圈的结构和性能提出了更高的要求。为适应发动机高压缩比、稀混合气的特殊要求以及在低温、高速、火花塞积炭等恶劣条件下，也能够提供足够的点火能量，因此提出了高能点火系统及高能点火线圈。
目前各点火线圈制造商大多将初级电阻设计得很小，由以前的1.5Ω左右下降到0.5~0.8Ω左右，有的甚至下降到0.3Ω，这样初级输入电流就可以增大。另外，初级电感
随着汽车工业现代化进程的加快，电子制造业正处于蓬勃发展的黄金时期。点火线圈作为汽车点火控制系统的重要组成部件，其指标直接影响汽车的动力学性能及环保性能。中国将逐渐成为点火线圈在全球的制造中心，预计未来几年内点火线圈产量将会超过一千万只。与此同时，国产点火线圈制造和测试设备还比较落后，自动化水平低且智能程度不高，难以满足现代化大规模生产的需要。分析和研究点火线圈制造技术及其加工工艺、品质等方面的可靠性工作，具有重要的现实意义。
2 点火线圈的工作原理
在汽车发动机点火系统中，点火线圈是为点燃发动机汽缸内空气和燃油混合物提供点火能量的执行部件。其主要工作是基于电磁感应的原理，通过电子控制器接收ECU的指令关断和打开点火线圈的初级回路，通过初级线圈绕组的电流作为磁场储存。当初级线圈绕组电流突然被切断（通过功率晶体管断开电路接地端）时，磁场衰减，使次级线圈绕组产生感应电动势，该感应电动势的电压足以使火花塞放电，我们称其为电感放电式点火。另外也有电容放电式(CDI)点火系统。点火线圈可以认为是一种特殊的脉冲变压器，它将蓄电池10-14V的低电压转换成30KV甚至更高的电压。
3 国内外点火系统及点火线圈技术现阶段的研究状态
点火系统前后经历了传统触点式点火系统、半导体辅助点火系统、普通电子点火系统和微机控制点火系统的发展过程。其中的电控点火系统经历了从模拟计算机到数字计算机控制的发展过程，并由单项控制到多项内容的发动机集中控制系统，甚至现在某些汽车上采用了集发动机控制与传动系统控制于一体的动力牵引控制系统。作为汽车电子控制系统一部分的电子点火系统将朝着电子化、智能化方向发展，点火器件将走向小型化、轻型化、集成化与低成本化。
国外电子点火系统已经达到了微计算机化和智能化。如德国博世公司1999年生产的ME7发动机管理系统，能在0.03ms内计算出最佳点火提前角，并驱动晶体管。还有为稀薄燃烧设计的高频点火系统，火花塞可以在很短的时间内(1~2ms)产生多个火花，可以保证稳定点火。
目前国内汽油机点火系统中，电子点火系统己占有较大比例，传统点火系统已处于淘汰的状况，在电子点火系统中，又以霍尔式电子点火系统为主，并且生产基本都是按主机厂要求采用相应的国外标准。而在中、高档轿车中已开始采用微计算机控制的点火系统。我国对汽油发动机计算机控制点火系统的研究始于80年代中期，一些研究单位对汽油喷射系统、点火系统、氧传感器反馈系统等电控项目的研究与开发，取得了一些进展，在一些轿车如国产CA7200小红旗等轿车装用了这些系统。但由于我国汽车工业基础还较薄弱，在电子化程度上与国外先进水平相比，还存在较大的差距。国内主机厂需求的计算机控制的点火系统，大多来自于进口德国博世公司及美国德尔福公司等在华办的合资企业。近来很多研究机构也对电控点火系统进行了研究，如上海交通大学研究了一种新型点火装置。该装置改制了现有点火系统电路中的点火线圈部分，利用电磁谐振原理产生2次脉冲静电电压，使得一次点火即将结束时再次点火而达到燃烧充分，实现了降低排放的目的。
与此同步，汽车点火线圈技术也随之不断发展。当沥青点火线圈的退出历史舞台后，在80年代，我国的汽车点火线圈制造水平还比较低，基本上采用的都是开磁路油浸式结构。现代科学技术的发展以及整个国家机电水平的提高，固体式（干式）点火线圈应运而生，其应用也越来越广泛，逐步取代了油浸式点火线圈。固体式点火线圈的发展至目前为止共经历了三代：
①单点点火线圈(Single-output Coil) 该结构点火线圈较简单，就是一单独的点火线圈，但业内也有人将其与点火电子组件做成一个产品，或与分电器做成一个产品。单头点火线圈产生高压、通过分电器分配给所有的气缸火花塞。目前国内许多车型采用这种线圈。如大众小红旗Audi、奥拓、长安之星等。
②多点点火线圈(Multi-output Coil) 该结构点火线圈主要用于无分电器点火系统中，常见的有4头的、6头的，线圈次级绕组数相应为2组、3组。每个次级绕组上有两个高压头。分别接在火花塞的中央电极上（如四缸机的1， 4缸或2， 3缸），形成回路，由ECU控制分别向初级绕组供电，在其对应的次级绕组感应出高压电，同时向2个气缸点火。这时，一个气缸活塞处在压缩行程的上止点前火花将压缩气体点燃，点火有效；另一个气缸活塞处在排气行程的上止点前，因气缸内是废气，点火无效。这种点火线圈的优点还有：省略了分电器，消除了分火头与侧电极之间的火花，减少了线圈对外界产生的电磁骚扰；消除了分电器内分火头与侧电极之间的能量损失，可大大提高点火能量。
③笔式点火线圈(Pen-style Coil) 因外形像一只笔，该结构点火线圈因而被称作笔式点火线圈。它直接插在气缸上，每缸一只。这种点火线圈省去了分电器分火头与旁电极之间的能量损耗，省去了高压线的能量损耗，又避免了多头点火线圈一组线圈同时向两个缸点火的弊端，所以点火更为可靠。另外，由于它无需分电器，也无需高压线，因而减少了电磁骚扰。这是时下最流行最先进的点火线圈，代表着点火线圈的最新技术。但这种点火线圈直接装在气缸上，环境温度十分高，因而对材料的要求也非常高。目前国内厂家生产这种产品很少。
4 目前国内汽车两种典型结构形式的点火线圈介绍
4.1 开磁路(油浸式、湿式)点火线圈
开磁路式点火线圈一般为罐状结构。这种线圈内部填充物为变压器油，将变压器油密封在点火线圈内部。油浸式点火线圈由于内部介质为液体，具有流动性，因而散热效果较佳。市场上普遍使用的油浸式点火线圈为单头的，但也有的车型使用双头的。结构上将初级线圈绕组放于次极线圈绕组外侧，次级绕组采用分层平绕工艺，层与层之间用聚脂薄膜或电容器纸进行高压绝缘；铁芯采用柱型开放式；用硅油等绝缘物进行绝缘和散热；铁筒外壳带附加电阻。
(1) 组成部件
开磁路油浸式点火线圈在我国曾经被广泛使用。其结构主要由初级线圈绕组、次级线圈绕组、低压接线柱、高压输出端子和高压绝缘填充材料及外壳等组成。从内部结构上看主要包括三个部件。
a. 初级线圈绕组：初级线圈的线径为0.5~1.0mm，较次级线圈粗，且匝数仅150~300圈而已。绕于次级绕组的外侧。初级绕组的正极、负极与外壳上的正极端、负极端相连接；次级绕组的正极与初级绕组的正极连接，负极与外壳上的高压输出端连接。次级绕组线匝数与初级绕组线匝数数比确定了线圈的输出电压。
b.次级线圈绕组：次级线圈为线径0.05~1mm漆包线，匝数2~3万匝。初级线圈绕在次级线圈的外侧，初级线圈和次级线圈的绕线方向相同，故次级线圈所产生的磁通变化与初级线圈完全相同。
c. 导磁体（磁芯）：它以数片硅钢片叠合而成棒状铁芯，次级线圈和初级线圈分别绕在铁芯的外侧。棒状铁芯构成点火线圈的开放式磁路。
(2) 开磁路点火线圈的缺点：
圆筒式油浸式点火线圈的致命弱点是漏油和吸湿。随着密封技术的改善，油浸式点火线圈得到了飞速的发展。总结起来主要有：
a. 开磁路结构，漏磁通较大，转换效率较低；
b. 油浸式绝缘硅油会挥发、吸湿、溢出，造成绝缘下降易击穿；目前大部分制造商已经试着采用干式代替。
c. 生产工艺较复杂，生产现场观赏性差，体积较大。
4.2 闭磁路干式(固体式)点火线圈
众所周知：铁芯的导磁能力约为空气的一万倍，开磁路点火线圈欲获得与闭磁路点火线圈相同的磁通，则其初级线圈非有较大的磁动势（安培匝数）不可。因此，必须采用匝数较多，线径较大的初级线圈；初级线圈的匝数多，如欲获得同样匝数比，则次级线圈的匝数也需增加，所以，开磁路点火线圈的小型化是比较困难的。闭磁路点火线圈呢，磁阻小，能有效降低线圈的磁动势，从而可以实现点火线圈小型化。目前，闭磁路点火线圈已相当小型化，可与点火器合而为一，甚至可与火花塞一体化。经火花塞点燃气缸内的可燃性压缩气体。无论是从结构上还是从输出电压上，闭磁路固体式点火线圈都具有许多优点：磁路闭合，磁力线集中，能量转换效率高；耐压绝缘等级高，散热性好，产品性能、可靠性高；体积较小，较容易获得高输出电压和大点火能量，火花塞点火更可靠，适应了汽车空间的需要，等等。
所谓干式点火线圈，是指其内部填充物主要是热固性环氧树脂，耐压绝缘性好，散热性、密封性非常优越。液态环氧树脂于真空环境下脱泡处理好，而后在真空状况下被灌入点火线圈中。经隧道炉加热固化，整个线圈就成为一个固体。固化后的环氧树脂具有高耐热性能和高耐压性能，且能承受冷热、蒸湿(PCT)冲击而不开裂。
闭磁路固体式点火线圈主要由低压线圈绕组、高压线圈绕组、闭磁路铁芯、外壳以及固体填充物等组成（其结构如图4所示）。该点火线圈的铁芯是闭合磁路，大大增强了能量的转换效率，提高了输出电压，使火花塞更容易点火。另外，为减小铁芯引起的涡流损耗，多采用0.35或0.5mm的硅钢片叠成口字或日字型，并开有1.5mm左右的气隙以避免铁芯磁饱和，提高转换效率。
闭磁路固体式点火线圈的高低压骨架采用槽绕结构，使用进口全自动数控绕线机绕制，生产效率高，点火线圈性能参数的一致性好，安全可靠。初级线圈绕组放于铁芯外侧，次级绕组放于初级绕组外侧。为减小无线电干扰，在高压端，有的点火线圈装入很小的陶瓷高压电阻。采用A、B双组分环氧树脂在真空室内高真空状态下进行自动浇灌，采用隧道炉加温，在一定的温度曲线下（按照环氧树脂产品的放热峰设定）进行固化。产品耐压、散热、防腐蚀、绝缘可靠性等非常高，体积也不大。
5 汽车点火线圈可靠性研究
车用点火线圈，是点火系统的重要部件，其性能参数及寿命直接影响到汽车的功率、油耗及可靠性。点火线圈的几个主要性能参数为：a. 次级输出点火电压的峰值；b. 次级输出点火电压的上升率；c. 次级输出点火电压20KV的脉宽时间；d. 次级输出电压振荡幅值衰减比；e. 初级线圈断路电流的峰值；f. 点火线圈的火花能量等。该几个主要性能参数决定了点火线圈的性能，制造工艺决定点火线圈的质量。
下面我们从汽车点火线圈的产品结构开发、配件材料选择及制造过程品质控制中的问题方面进行分析研究。
5.1 产品结构开发
结构开发主要基于点火线圈的绝缘强度。绝缘强度差，则点火线圈往往容易产生放电现象：包外放电及包内放电。包外放电表现为导磁铁芯与高压输出端之间拉弧，使点火线圈次级高压降低，点火能量不足，导致汽车的功率降低直至绝缘层击穿失效。包内放电是线圈内部因有气泡等发生电离打火，通常可用示波器检测出，具体现象为次级波形抖动。长时间内部放电可导致线圈绕组内部击穿，影响点火线圈使用寿命。为此，在结构开发的过程中需要注意以下几点：
a、骨架结构：初、次极骨架均采用圆柱状多槽式结构，互相嵌套。经验数据为：槽宽3.0-4.5mm，槽底与中心之间壁厚1.5mm，槽栅0.7-1.0mm厚。槽式结构使点火线圈总共30KV以上的电压分到各个槽之间，相邻绕线槽之间电压差只有几千伏。靠近高压侧的槽栅加厚至2mm，槽底与中心之间壁厚2mm，以保证二次侧绕组与铁心之间的绝缘耐压强度。槽栅上可增加1.5mm宽开槽，使灌封料能完全渗入绕组间隙之中。
b、安全距离：在高压输出端外加高压护套，采用绝缘强度大的材料，如硅橡胶，这样既增加了绝缘强度，又保证了高压线与线圈高压输出端的配合牢固性，还可避免拉弧。同时在设计尺寸允许的范围内，应尽量加大铁心与高压输出端的距离。另外，高压输出端离外壳的距离不得少于2.5mm，以确保高压和防风罩之间的安全（因防风罩接地）。
5.2 配件材料选择方面
在材料方面影响性能参数的主要是铁芯。铁芯选用0.3毫米左右的硅钢片叠成，铁芯上外有次级与初级线圈。闭磁式点火线圈采用形似“曰”字的铁芯外装配初级线圈，外面再嵌套次级线圈，磁力线由铁芯构成闭合磁路。闭磁式点火线圈的优点是漏磁少，能量损失小，体积小，因此电子点火系统普遍采用闭磁式点火线圈。铁芯尽可能选用高牌号的硅钢片，其磁导率高，铁损小。
在材料方面影响可靠性的有：塑料件、漆包线，灌封材料、磁钢等。
a、高压侧骨架采用PPO材料。其可塑性、韧性、阻燃性都很好；耐压值20KV/mm；耐高温138℃以上。
b、初级侧骨架、外壳采用PBT工程塑料。具有易成型、表面光洁性好，灌封后的滴流物比较容易去除的特点；耐压值可在18KV/mm以上，耐高温值＞130℃。合适的供应商有上海GE公司的点火线圈专用PPO（灰色）、PBT（黑色）。
c、高压侧漆包线一般采用QZY-2/180、线径为0.04-0.08mm的聚氨脂漆包铜圆线，漆皮耐压可达1600V。
d、灌封材料采用点火线圈专用双组分环氧树脂。其具有粘度低、渗透性好的特点；固化后耐热性、防水性、硬度和阻燃性均比较好；耐压值达25KV/mm。一般选用无锡东润的9600GA/GB树脂。
e. 磁钢必须选用耐高温（工作温度大于150℃）的烧结钕铁硼，否则在夏季或工作时间偏长的情况下线圈容易因温升过高而击穿。
5.3 制造过程中的品质控制
在结构设计和零部件材料良好的情况下，应重视制程中的品质控制。主要是工序工艺安排应合理科学，尽量减少人为因素的影响。制程的关键是线圈的绕制、装配、堆放及点火线圈的真空灌封工序等的质量控制。
a、线圈绕制(Coil Winding)：初级线圈漆包线线径较粗，一般是Φ0.5-0.9mm，但圈数精度要求高，不允许有1圈误差，且过线要一致，注意保持安全，电压差不能超过300V；同时次级线圈由于漆包线很细，张力一般只有5-10g，高速绕制时很难控制；漆包线过线路径必须相当顺滑，无阻碍，否则容易受伤或断线，造成产品缺陷报废。因此，绕制线圈应使用多头自动绕线机。全自动绕制机，使绕阻的匝数误差、绕制的紧密程度控制的很严格，同时防止了人为对漆包线的损伤（汗渍的腐蚀等）。应用多头自动绕线机的一致性及工作效率远高于手工操作。
b、线圈初装（Primary Assembly）：又称为高低压结合工序。次级线圈绕组两端的焊接比较困难，必须保证不能虚焊、免受外部应力。同时要注意环境清洁无尘及干燥。焊接时避免裸手（手汗）直接触及线圈绕组带来污染。焊接完毕后放入专用周转盘，防止线圈挤压，积尘，碰伤等。
c、点火线圈的灌封(Resin Castting)工序。环氧树脂粘度不能太大，太大流动性不良，影响树脂渗透。厂家生产点火线圈的灌封工艺各不相同，所以对真空度、温度及粘度要求有所不同，但要保证真空度、温度，降低粘度，保证点火线圈灌封有良好的含浸度。另外，在兼顾生产效率的情况下要尽可能加大空包预抽真空和灌封后保真空的时间，通常前者不少于60秒，后者不少于25秒。
当采用全自动真空灌封设备生产时，务必严密监控配比情况，同时环氧树脂填充料和固化剂混和后要充分搅拌，单组分抽真空脱泡7-8小时。灌封采用真空灌注设备，灌注室真空度一般应控制在4-6mbar。空包预抽真空度小于1mbar，保压真空度5-7mbar。
点火线圈灌封固化通常采用“三阶梯固化法”，隧道炉的温度根据所用环氧树脂的化学反应放热峰设定。固化炉中产品不可人为强行取出，要待固化隧道炉自然流出后（达室温）取出，以消除应力，防止点火线圈内部出现裂纹。
以上探讨的是基于硅钢片铁芯的点火线圈。对于磁芯式的点火线圈，其磁芯采用软磁铁氧体材料。空间结构上还应注意初级“+”、“-”接线端及磁芯与高压输出端的距离，增大绝缘强度。过程品质控制等内容基本如前所述。
6 汽车点火线圈的技术发展趋势
随着稀薄燃烧技术的应用以及点火系统的不断变革，汽车整车制造商对汽车点火线圈的结构和性能提出了更高的要求。为适应发动机高压缩比、稀混合气的特殊要求以及在低温、高速、火花塞积炭等恶劣条件下，也能够提供足够的点火能量，因此提出了高能点火系统及高能点火线圈。
目前各点火线圈制造商大多将初级电阻设计得很小，由以前的1.5Ω左右下降到0.5~0.8Ω左右，有的甚至下降到0.3Ω，这样初级输入电流就可以增大。另外，初级电感
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