前言
點火系統中比起可靠性及搭載性要求更加嚴格的追求、從原來的配電盤配電系統出開始,隨著電子配電系統DLI的變遷,90年代后半期開始引擎缸體內配置棒狀線圈的S-DLI系統變成了主流。
棒狀線圈作為S-DLI系統的X X而被開發出來的,如圖Fig.1所示火花塞上的插頭腔體內放置了棒狀矩形線圈。
火花塞的安裝孔有插孔的內徑,受安裝工具的限制,世界統一標準標準尺寸為直徑23。棒狀線圈的開發,其局限性在于圓筒空間放置盡可能小的線圈,所以對線圈小型化的技術要求成為必要,致力于產品開發、生產技術開發和材料開發同步進行(下期總結)。
另外,此產品的引擎缸體內為了放置大量的產品,要求產品的標準化,特別是能生產高速傳輸線的加工技術,設備開發同時努力研究。
上述這些成果,此公司作為世界先驅把棒狀線圈商品化,自1997年開始生產以來,到2003年末累計生產數量超過1億個以上。
下面開始介紹產品小型化的生產技術以及生產系統。
2、支持棒狀線圈的生產技術
棒狀線圈的結構,直徑23的截面要求配置同心的電磁回路部品(鐵心、1次線圈、2次線圈等),為了內部絕緣用環氧樹脂進行真空注塑,線圈上部安裝了電子控制點火時機的小型火花塞(Fig.3)
矩形線圈是從12V電池電壓開始產生30kV以上高壓,可以接受的環境溫度范圍可從-40~~130度。
棒狀線圈開發的課題,為了確保和以前的線圈都具有同樣的性能(2次發生電壓、提供能量)和耐用性,以及外徑直徑23以下的小型化的實現,就要求開發的產品在設計技術、生產技術的全部都要達到極限。
本次開發的主要技術要素如圖Fig.4所示,其中2次線圈斜向重復繞線、圓柱形積層骨架等生產技術運用,使產品小型化有了更大的可能。
2.1、2次線圈斜向重復繞線
通過2次線圈和1次線圈比,來實現高壓(30kV以上),2次線圈一般必須要0.045的細線繞15000圈以上,這樣2次線圈的開始端和結束端存在著30kV以上的電壓差,原來都是往繞線的縫隙里灌樹脂,復數槽進行分割,每槽內每層的圈數減少了,層間電位也就相應降低了,絕緣設計就相對成功了。
棒狀線圈的分隔槽廢止以后,開發出了斜向重復繞線的技術。斜向重復繞線比起斜向堆積繞線每層得圈數少了,層間的電位差變低了;這種方式沒有分隔槽,不會有槽壁且能滿足耐壓的品質要求,;并且原來每小槽繞完都要停下來,現在實現了繞線的連續性,也提高了生產效率。
反之,此種繞線斜向重復堆積的過程中也伴隨著塌陷的可能,要穩定的繞線技術來保證繞線品質以及開發品質保證技術(Tabie1)
2.1.1、繞線傾斜角度設定
如Fig5所示,斜向重復繞線的傾斜角度過小,1層的圈數就會變多,耐壓設計的余量要求就會變嚴格;反之,傾斜角度過大
繞線崩塌可能性就變大,繞線穩定性變差,由于兩者的矛盾關系,傾斜角度設定成為重要的設計系數。輸出性能30kV的時候,電線不被大幅度被覆蓋,且確保耐壓設計的余量,最小傾斜角度理論上13度,需要開發13度以上斜向繞線且不塌陷的穩定的制造技術。
另、作為矩形線圈的特征,為使2次線圈內的火花塞側 電位產生以及火花塞側層間電位差降低,采用了低壓側開始繞線到高壓側逐漸縮徑的結構。
2.1.2、繞線品質的穩定性(防止繞線崩塌、塌陷)
斜向重復繞線對于旋轉的骨架來說,線嘴往復運動的同時還要以一定的節距同時向前運動,才能達到所期望的形狀。為達到繞線的外徑靠近傾斜面上端較大,下端較小的效果,1層的繞線層在繞線過程中線速度會發生較大變化,因此線張力控制也會發生相應變化,繞線的整列性就很難保證。
另外、斜繞重復繞線的過程中,繞線的斜面也容易崩塌,特別是斜面出現明顯的凹凸部分時,后續繞線凸起部分的斜面下側非常容易塌陷。(Fig.6)
像原來的繞線方式一樣返回起點時如果沒有槽壁,斜面下端側返回時,繞線骨架表面滑掉,從而影響整列性。
綜上所述,要保證穩定的繞線品質需要滿足三個條件:
①張力變化的抑制;
②繞線凹凸的平坦化;
③骨架表面防止滑線的制造技術。
首先、①對應張力變化的抑制,張力的設定安置了帶剎車的2段張力設置,一方面大張力變化通過釣魚竿的形式緩和了,另一方面微小的張力變化通過3個輪子的方式吸收掉了,上面的組合把張力變化的幅度減少了1/3
其次、②繞線凹凸的平坦化,繞線的節距加大呈螺旋狀繞線,防止繞線呈波浪狀重合,節距設定在線徑的2倍以上,繞線的凹凸狀況就能得到充分的解決。
最后、③骨架表面防止滑線對應,骨架的周邊僅僅沿著繞線方向設計些邊角,當然不能破壞絕緣層的程度設計些凹凸狀的問題就解決了。
有了上述條件13000r/min以上的高速繞線而不亂、穩定的斜向重復繞線成為了可能(Fig7)。
2.1.3、斜向重復繞線的品質保證
繞線亂容易引起2次線圈間的絕緣不良,從而導致棒狀線圈機能不良的危險,保證那怕是一個不良品的流出都是很必要的。
另外,為了確認有無繞線坍塌的出現,安裝了光線傳感器和繞線同時移動的機構,繞線過程中實時監測線材是否坍塌到容許范圍以外。(Fig.8)
2.2圓柱形積層骨架
磁場中部品為節約空間全部配置成同心圓柱狀,進而導入了圓柱形積層硅鋼片鐵心的制造技術。
以往的積層骨架只是將期望數量的同一尺寸的薄鋼板在模具軋制的一般的制造,這必然變成四角形截面,對于圓形的搭載空間來講,其有效的面積比例(占積率)最多也就60%,現在考慮將一片片寬度不同的鋼片積層在一起,確立了圓柱形鐵心的制造技術,和前面相比占積率達到95%以上,實現了產品大幅度的小型化(Fig.9)。
制造工程的概述如圖Fig.10所示
首先、第1步將帶狀鋼板開始裁剪成寬度不同的復數的帶狀鋼板,第2步、再根據所定的長度切斷成1套的短柵鋼板,第3步、將上面的短柵鋼板擺放到階梯狀的保持臺上,第4步、押出治具向保持臺方向作相對移動,使相鄰的短柵鋼板壓合依次有層次感,重合堆疊時為防止滑塌,在上述的階梯狀保持臺上加上鉤持治具,在擠壓時保持適當的受力角度。第5步、堆疊好的短柵鋼板整形成近圓柱狀態,兩端面用YAG激光熔接固定就完成了。
上述一連串的步驟,自動化實現起來可以確保很高效的生產性能。
以上是說明斜向重復繞線的像圓柱形鐵心,以及樹脂骨架的薄壁長,小空間內的火花塞和線圈間的阻抗熔接等制造技術的導入,更重要的是插頭空間內可放置小型棒狀線圈已經實現了
制造技術導入后,棒狀線圈的步驟概述如Fig.11所示。
3 .生產系統
生產線如Fig.12所示的那樣,從部品加工開始、組裝、到檢查實現了的高速全自動化生產系統??梢詫崿F高生產性和品質保證。本自動化系統從1998年正式量產開始,到2003年年末僅在三大體系(日本、歐州、北美)年產量約3500萬支/年。