汽车雨刮器的结构与工作原理

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挡风玻璃刮水器的作用是清除挡风玻璃上的雨、雪或灰尘，以保证驾驶员良好的视野。 擦窗器的组成及工作原理 挡风玻璃雨刷分为前挡风玻璃雨刷和后挡风玻璃雨刷。由于驱动装置不同，雨刮器有真空、气动、电动三种。目前，电动雨刷在车辆上的应用非常广泛。 电动刮水器主要由DC电机、蜗轮箱、曲柄、连杆、摆杆和刮水片组成，如图4-80所示。 通常，马达和蜗轮箱被集成以形成刮水器马达组件。曲柄、连杆和摆杆可将蜗轮的旋转运动转化为摆臂的往复摆动，使摆臂上的雨刮片实现雨刮动作。 刮水器电动机 刮水器电机有两种类型：绕组型和永磁型。永磁刮水器电机体积小，重量轻，结构简单，应用广泛。 (1)刮水器电机的结构 永磁刮水器电机主要由外壳、磁铁组件、电枢、电刷安装板、复位开关、输出齿轮、蜗轮和输出臂组成。如图4-81所示。 当电机通电时，电枢开始转动，蜗杆带动蜗轮，蜗轮带动摇臂转动，摇臂使拉杆往复运动，从而带动雨刮片左右摆动。如图4-82所示。 (2)刮水器电机的变速原理 为了满足实际使用的要求，雨刮电机有低速、高速、间歇三档，雨刮片可以随时回到挡风玻璃的最低端，即自动复位。 永磁刮水器电机利用三个电刷来改变正负电刷之间的串联线圈数量，实现变速。它的工作原理是： 如图4-83a所示，刮水器电机工作时，电枢中的所有小线圈同时产生反电动势，每个小线圈产生的反电动势相等。电动势的方向与电枢电流的方向相反。如果电枢旋转，施加的电压必须克服反电动势。 当电机速度增加时，反电动势增加。只有当施加的电压等于反电动势时，电枢速度才能稳定。 三永磁刮水器电机工作时，电枢绕组产生的反电动势方向如图4-83b所示。当刮水器开关设置为低速时，蓄电池电压施加在电刷B1和B3之间。在电刷B1和B3之间的两个并联支路中，每个支路中串联四个线圈，支路中的反电动势相等。因为施加的电压需要平衡四个线圈产生的反电动势，所以电机转速低； 当刮水器开关设置为高速时，蓄电池电压施加在电刷B2和B3之间。线圈1、2、3、4和8在同一支路中，其中线圈8和线圈1、2、3和4的反电动势方向彼此相反，使得每个支路变成三个线圈。因为电机内部磁场的方向和电枢的旋转方向都没有改变，所以每个线圈中的反作用电势方向和低速时是一样的。而施加的电压只需要平衡三个线圈产生的反电动势，那么电机的转速就提高了。 刮水器电机控制电路及自动复位原理 图4-84显示了铜环擦拭器的控制电路。雨刮器开关有三个档位，可以控制雨刮器的速度和自复位。0档是复位档，I档是低档，II档是高档。四个端子分别与复位装置、电机低速刷、接地和电机高速刷连接。复位装置在减速蜗轮上嵌有铜环，分为两部分，与电机外壳相连(接地)。接触臂由磷铜片或其他弹性材料制成，一端与触头铆接。因为接触臂具有弹性，当蜗轮转动时 当触点与蜗轮端面上的铜滑环保持接触时。 当刮水器开关处于“I”位置时，电流从蓄电池正极电源开关保险丝电刷B3电枢绕组电刷B1刮水器开关端子 接触片 接地蓄电池负极。马达低速运转。 当刮水器开关处于“II”位置时，电流从蓄电池正极电源开关保险丝电刷B3电枢绕组电刷B2刮水器开关端子 接触片 接地蓄电池负极。马达高速运转。 当雨刮开关回到“0”位置时，如果雨刮片没有停在规定位置，由于触点与铜环接触，电流会继续流入电枢。电路为：蓄电池正极电源开关保险丝电刷B3电枢绕组电刷B1端子 接触片端子 接触臂铜环接地。此时，电机低速运转，直到蜗轮旋转到指定位置，即接触臂3和5都与铜环7接触。此时，电机的电枢绕组短路。但如果电枢因惯性不能立即停止，电枢绕组会通过接触臂接触铜环形成回路，电枢绕组会产生感应电流和制动力矩，使电机迅速停止转动，雨刮器的雨刮片停在指定位置。 刮水器电机的间歇控制 现代汽车刮水器都装有电子间歇控制系统，使刮水器在一定周期内停止刮水，这样在小雨或雾天行驶时，玻璃上就不会形成粘性表面，从而使驾驶员获得更好的视野。 电动刮水器间歇控制可分为可调式和不可调式。 如图4-85所示，其中一个不可调间歇控制电路的工作原理如下： 当刮水器开关处于间歇位置时(开关处于“0”位置，间歇开关闭合)，电源将通过自动复位开关对电容C充电。其电路为：电池“电源开关保险丝自动复位开关常闭触点(上)电阻R1电容C接地电池“-”。随着充电时间的增加，电容两端的电压逐渐升高。 当电容器C两端的电压上升到某一值时，晶体管T1和T2相继截止到导通，从而接通继电器磁化线圈的电路。电路为：蓄电池电源开关保险丝电阻R5晶体管T2继电器磁化线圈间歇雨刷开关接地蓄电池-。 在电磁力的作用下，继电器的常闭触点打开，常开触点闭合，从而完成刮水器电机的电路。电路为：蓄电池电源开关保险丝B3B1雨刮继电器常开触点接地蓄电池"-"。此时，电机将低速运行。 当复位装置接通自动复位开关的常开触点(下)时，电容C会通过二极管D快速放电，此时雨刮器电机的通电电路不会发生变化，电机会继续转动。随着放电时间的增加，晶体管T1的基极电位逐渐降低。 当晶体管T1的基极电位下降到一定值时，T1和T2导通截止，从而切断继电器磁化线圈的电路，使继电器复位，常开触点断开，常闭触点闭合。 此时，由于自动复位开关的常开触点闭合，电机会继续转动，其电路为：蓄电池电源开关保险丝B3B1继电器常闭触点接地蓄电池-。只有当雨刮片回到原来的位置(不影响驾驶员视线位置)时，自动复位开关的常开触点打开，常闭触点闭合，电机才能停止转动。然后电源再给电容C充电，重复上述过程。实现雨刮器的间歇动作。 可调间歇控制电路是指雨刮器控制电路根据雨量大小自动开闭，自动调节间歇时间。 如图4-86所示，为刮水器自动开关和速度控制电路。 S1、S2和S3电路是安装在挡风玻璃上的流量检测电极。当雨水落在两个检测电极之间时，它们的电阻相应减小。流量越大，阻力越小。 S1和S3相对较近，因此晶体管T1首先导通，继电器J1通电。在电磁引力的作用下，P点闭合，雨刮电机低速运转。当降雨量增加时，S1和S2之间的电阻减小，晶体管T2导通，因此继电器J2通电。在电磁引力的作用下，A点关闭，B点开启，雨刮电机高速运转。 当雨停时，检测电阻器之间的电阻值增加，晶体管T1和T2关断，继电器复位。刮水器电机自动停止工作。 挡风玻璃清洗装置 挡风玻璃清洗装置与刮水器配合使用，可以使汽车的挡风玻璃刮水器更好地完成刮水器的工作，获得更好的刮水效果。 挡风玻璃清洗装置的组成 如图4-87所示，挡风玻璃清洗装置主要由储液罐、清洗泵、输液管、喷嘴等组成。 洗涤泵一般由永磁电机和离心叶片泵组成，喷射压力可达70 ~ 88 kPa。 一般洗涤泵直接安装在储液箱上，在离心泵的入口处设置过滤器。清洗泵的喷嘴安装在挡风玻璃下，其喷嘴方向可以根据使用情况进行调整。水雾的直径一般为0.8 ~ 1.0 mm，可将洗涤液喷洒在挡风玻璃的适当位置。洗涤泵的连续工作时间不应超过1分钟。对于刮水器和洗涤分开控制的汽车，应先开启洗涤泵，再开启刮水器。停止喷水后，擦拭器应继续刮3 ~ 5次，以达到良好的清洁效果。 常用的洗涤液是硬度小于205ppm的清水。 为了刮掉挡风玻璃上的油和蜡，可以在水中加入少量的清洁剂和防锈剂。洗洁精的除垢效果很好，但会使挡风玻璃密封条、雨刮条变质，还会造成车身油漆变色，储液罐、喷嘴等塑料件开裂。冬天使用洗涤器时，为了防止洗涤液结冰，要添加甲醇、异丙醇、乙二醇等防冻剂。应加入，再加入少量的洗涤剂和防锈剂，即低温洗涤液能使凝固温度下降到-20以下。如果冬天不使用洗涤器，应将洗涤管中的水倒掉。 挡风玻璃刮水电路，如图4-88所示，是桑塔纳的刮水电路。 桑塔纳刮水器控制开关有五个档位，即复位停止档、间歇档、低档、高档和点动档。通常标注为：f为间歇，LO为低，HI为高。 其工作原理如下： 当点火开关打开时，从电池到中间继电器磁化线圈的电路接通。电流路径为：蓄电池点火开关30端子点火开关X端子中间继电器磁化线圈接地蓄电池“-”。在电磁吸力的作用下，中间继电器的触点闭合，为刮水器电机的运行做准备。 当刮水器控制开关置于F位置时，蓄电池将通过刮水器开关和间歇继电器的常闭触点向刮水器电机供电，其电流通路为： 蓄电池中间继电器触点保险丝S11刮水器开关53a接线柱刮水器开关53接线柱间歇继电器常闭触点电刷B1电刷B3接地蓄电池“-”。此时，电机低速运行。当手离开刮水器开关时，开关将自动回到“0”位置。此时，如果雨刮片处于影响驾驶员视线的位置，自动复位装置的常闭触点打开，常开触点闭合，电流继续流过雨刮电机的电枢。 其电流通路为：蓄电池中间继电器触点保险丝S11复位装置常开触点刮水器开关53e端子刮水器开关53端子间歇继电器常闭触点电刷B1电刷B3接地蓄电池“-”。所以电机还是低速运转，直到雨刮片到了挡风玻璃的下端。 当刮水器控制开关设置为1档时，刮水器电机低速运行。它当前的路径是： 蓄电池中间继电器触点保险丝S11刮水器开关53a接线柱刮水器 它当前的路径是： 蓄电池中间继电器触点保险丝S11刮水器开关53a接线柱刮水器开关53b接线柱电刷B2电刷B3接地蓄电池“-”。 当刮水器开关设置在J位置时，电子间歇继电器开始工作。它的触点不断地打开和关闭。当间歇继电器的常闭触点断开，常开触点闭合时，蓄电池对电机的放电电路如下： 蓄电池中间继电器触点保险丝S11间歇继电器常开触点电刷B1电刷B3接地蓄电池"-",电机低速运转。当间歇继电器断电，其触点复位(常闭触点闭合，常开触点断开)时，电机停止运行。 当洗涤开关打开时(刮水器开关向上)，洗涤泵控制电路打开，其电流路径为： 蓄电池中间继电器触点保险丝S11清洗开关清洗泵V5接地蓄电池-。位于发动机盖上的两个喷嘴同时向挡风玻璃喷射清洗液。同时接通刮水器间歇继电器的控制电路，其电流通路为： 蓄电池中间继电器触点保险丝S11清洗开关刮水器间歇继电器接地蓄电池“-”。于是雨刮电机工作，带动雨刮片刮去潮湿的灰尘和污垢。 当驾驶员松开手柄时，开关会自动回到原来的位置，切断清洗泵的控制电路，停止清洗液从喷嘴喷出，自动复位开关工作后雨刮电机会将雨刮片停在挡风玻璃下。