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汽车雨刮器的结构与工作原理

09-02 15:06:04

风窗雨刮器的作用是用来清除风窗玻璃上的雨水、雪或尘土，以保证驾驶员良好的能见度。

风窗雨刮器的组成和工作原理
风窗雨刮器有前风窗雨刮器和后风窗雨刮器之分。因驱动装置不同，雨刮器有真空式、气动式和电动式三种。目前车辆上广泛使用的是电动雨刮器。

电动雨刮器主要由直流电动机、蜗轮箱、曲柄、连杆、摆杆和雨刮片等组成，如图4-80所示。

通常电动机和蜗轮箱结合成一体组成雨刮器电机总成，曲柄、连杆和摆杆等杆件可以将蜗轮的旋转运动转变为摆臂的往复摆动，使摆臂上的雨刮片实现雨刮动作。

雨刮电动机
雨刮电动机有绕线式和永磁式两种。永磁式雨刮电动机体积小，质量轻，结构简单，使用广泛。
（1）雨刮电动机的结构

永磁式雨刮电动机主要由外壳、磁铁总成、电枢、电刷安装板、复位开关、输出齿轮及蜗轮、输出臂等组成。如图4-81所示。

电动机电枢通电即开始转动，以蜗杆驱动蜗轮，蜗轮带动摇臂旋转，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）雨刮电动机的变速原理
为满足实际使用的要求，雨刮电动机有低速、高速和间歇三个档位，且在任意时刻雨刮结束后，雨刮片均能回到挡风玻璃最下端，即自动复位。
永磁式雨刮电动机是利用3个电刷来改变正负电刷之间串联线圈的个数实现变速的，其工作原理是：

如图4-83a所示，雨刮电动机工作时，在电枢内所有小线圈中同时产生反电动势，每个小线圈都产生相等的反电动势，电动势的方向与电枢电流的方向相反。若要电枢转动，外加电压必须克服反电动势的作用。
当电动机转速升高时，反电动势增大，只有当外加电压等于反电动势时，电枢的转速才能稳定。

三刷永磁式雨刮电动机工作时，电枢绕组产生的反电动势的方向如图4-83b所示。当将雨刮器开关拨向L低速时，则蓄电池电压加在电刷B1 和B3之间，在电刷B1 和B3 之间的两条并联支路中，每条支路中各有四个线圈串联，反电动势的大小与支路中反电动势的大小相等。由于外加电压需要平衡4个线圈所产生的反电势，故电动机转速较低;

当将雨刮器开关拨向H高速时，则蓄电池电压加在电刷B2 和B3之间。线圈1、2、3、4、8同在一条支路中，其中线圈8与线圈1、2、3、4的反电动势方向相反，相互抵消后，使每条支路变为3个线圈。由于电动机内部的磁场方向和电枢的旋转方向没有变化，所以各线圈内反动势的方向与低速时相同。但是，外加电压只需平衡3个线圈所产生的反电势，因此电动机的转速升高。

雨刮电动机的控制电路及自动复位原理
如图4-84所示为铜环式雨刮器的控制电路。雨刮器的开关有3个档位，它可以控制雨刮器的速度和自复位。0档为复位档，Ⅰ档为低速档，Ⅱ档为高速档。四个接线柱分别接复位装置、电动机低速电刷、搭铁、电动机高速电刷。复位装置是在减速蜗轮上嵌有铜环，铜环分为两部分，与电动机的外壳相连（搭铁）。触点臂用磷铜片或其它弹性材料制成，一端铆有触点。由于触点臂具有弹性，因此当蜗轮转动
时，触点与蜗轮端面的铜滑环保持接触。
当雨刮器开关处于“Ⅰ”档位置时，电流从蓄电池的正极→电源开关→熔丝→电刷B3→电枢绕组→电刷B1→雨刮器开关接线柱②→接触片→雨刮器开关接线柱③→搭铁→蓄电池负极。电动机以低速运转。
当雨刮器开关处于“Ⅱ”档位置时，电流从蓄电池的正极→电源开关→熔丝→电刷B3→电枢绕组→电刷B2→雨刮器开关接线柱④→接触片→雨刮器开关接线柱③→搭铁→蓄电池负极。电动机以高速运转。

当将雨刮器开关退回到“0”档时，如果雨刮片没有停在规定的位置，由于触点与铜环相接触，则电流继续流入电枢。其电路为：蓄电池正极→电源开关→熔断丝→电刷B3→电枢绕组→电刷B1→接线柱②→接触片→接线柱①→触点臂→铜环→搭铁。此时，电动机以低速运转至蜗轮旋转到规定位置，即触点臂3、5都和铜环7接触。此时电动机电枢绕组短路。但是，若电枢由于其惯性而不能立刻停下来，则电枢绕组通过触点臂与铜环接触而构成回路，电枢绕组产生感应电流，产生制动扭矩，电动机将迅速停止转动，雨刮器的雨刮片停止在规定的位置。

雨刮电动机的间歇控制

现代汽车雨刮器上均加装了电子间歇控制系统，使雨刮器能按照一定的周期停止和雨刮，如此在小雨或雾天中行驶时，不至于使玻璃上形成发粘的表面，从而使驾驶员获得更好的视线。

电动雨刮器的间歇控制可分为可调式和不可调式。

如图4-85所示不可调式间歇控制电路的一种，其工作过程如下：

当雨刮器开关处于间歇档位置（开关处于“0”位，且间歇开关闭合）时，电源将通过自动复位开关向电容C充电，其电路为：蓄电池“+”→电源开关→熔断丝→自动复位开关常闭触点（上）→电阻R1→电容C→搭铁→蓄电池“-”，随着充电时间的增长，电容器两端的电压逐渐长升高。

当电容器C两端的电压升高到一定值时，晶体管T1和T2先后相继由截止转为导通，从而接通继电器磁化线圈的电路，其电路为：蓄电池“+”→电源开关→熔断丝→电阻R5→晶体管T2→继电器磁化线圈→间歇雨刮器开关→搭铁→蓄电池“-”。

在电磁力的作用下，继电器常闭触点打开，常开触点闭合，从而接通了雨刮器电动机的电路，其电路为：蓄电池“+”→电源开关→熔断丝→B3→B1→雨刮继电器常开触点→搭铁→蓄电池“-”，此时，电动机将低速运转。

当复位装置将自动复位开关的常开触点（下）接通时，电容器C通过二极管D，自动复位装置的常开触点迅速放电，此时雨刮电动机的通电回路不变，电动机继续转动。随着放电时间的增长，晶体管T1基极电位逐渐降低。

当晶体管T1基极电位降低到一定值时，T1、T2由导通转为截止，从而切断了继电器磁化线圈的电路，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处于闭合状态，电动机仍将继续转动，其电路为：蓄电池“+”→电源开关→熔断丝→B3→B1→继电器常闭触点→搭铁→蓄电池“-”。只有当雨刮片回到原位（不影响驾驶员视线位置），自动复位开关的常开触点断开，常闭触点闭合，电动机方能停止转动。继而电源将再次向电容器C充电，重复上述过程。实现雨刮器的间歇动作。

可调式间歇控制电路是指雨刮器的控制电路是根据雨量的大小自动开闭，并自动调节间歇时间。

如图4-86所示为雨刮自动开关与调速控制电路。

电路中S1 、S2和S3是安装在风窗玻璃上的流量检测电极，雨滴落在两检测电极之间，其阻值相应的减小，流量越大，其阻值越小。

S1和S3之间的距离较近，因此，晶体管T1首先导通，继电器J1通电，在电磁吸力作用下，P点闭合，雨刮电动机低速运转。当雨量增大时，S1 、S2之间的电阻减小到使晶体管T2也导通，于是继电器J2通电，在电磁吸力的作用下，A点断开，B点接通，雨刮电动机高速运转。

雨停时，检测电阻之间的阻值均增大，晶体管T1、T2截止，继电器复位。雨刮电动机自动停止工作。

档风玻璃洗涤装置
档风玻璃洗涤装置与雨刮器配合使用，可以使汽车档风玻璃雨刮器更好的完成雨刮工作，并获得更好的雨刮效果。
档风玻璃洗涤装置的组成

如图4-87所示，档风玻璃洗涤装置主要由贮液罐、洗涤泵、输液管、喷嘴等组成。

洗涤泵一般由永磁电动机和离心叶片泵组装成为一体，喷射压力可达70～88KPa。

洗涤泵一般直接安装在贮液罐上，在离心泵的进口处设置有滤清器。洗涤泵的喷嘴安装在档风玻璃的下面，其喷嘴方向可以根据使用情况调整，喷水直径一般为0.8～1.0mm，能够使用洗涤液吐喷射在档风玻璃的适当位置。洗涤泵的连续工作时间不应超过1min。对于雨刮和洗涤分别控制的汽车，应先开启洗涤泵，再接通雨刮器。喷水停止后，雨刮器应继续刮动3～5次，以便达到良好的清洁效果。

常用的洗涤液是硬度不超过205ppm的清水。

为能刮掉档风玻璃上的油、蜡等物，可在水中添加少量的去垢剂和防锈剂。强效洗涤液的去垢效果好，但会使风窗密封条和刮片胶条变质，还会引起车身喷漆变色以及贮液罐、喷嘴等塑料件的开裂。冬季使用洗涤器时，为了防止洗涤液的结冰，应添加甲醇、异丙醇、甘醇等防冻剂，再加少量的去垢剂和防锈剂，即成为低温洗涤液，可使凝固温度下降到-20℃以下。如冬季不用洗涤器时，应将洗涤管中的水倒掉。

档风玻璃雨刮器电路，如图4-88所示为桑塔纳汽车雨刮器电路。

桑塔纳汽车雨刮器控制开关有5个档位，分别为复位停止档、间歇档、低速档、高速档和点动档。通常的标记为：F为间歇档、LO为低速档、HI为高速档。
其工作原理如下：
将点火开关置于“ON”，接通了蓄电池向中间继电器磁化线圈的电路，其电流通路为：蓄电池“+”→点火开关30接线柱→点火开关X接线柱→中间继电器磁化线圈→搭铁→蓄电池“-”。在电磁吸力的作用下，中间继电器触点闭合，为雨刮器电动机的工作进行准备。

将雨刮器控制开关拨到f档时，蓄电池将通过雨刮器开关、间歇继电器常闭触点向雨刮电动机供电，其电流通路为：

蓄电池“+”→中间继电器触点→熔断丝S11→雨刮器开关53a接线柱→雨刮器开关53接线柱→间歇继电器常闭触点→电刷B1→电刷B3→→搭铁→蓄电池“-”。此时电动机以低速运转。当手离开雨刮器开关时，开关将自动回到“0”位。如果此时雨刮片处在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，雨刮电动机电枢内继续有电流通过。

其电流通路为：蓄电池“+”→中间继电器触点→熔断丝S11→复位装置的常开触点→雨刮器开关53e接线柱→雨刮器开关53接线柱→间歇继电器常闭触点→电刷B1→电刷B3→→搭铁→蓄电池“-”。故电动机仍以低速运转，直至雨刮片处在档风玻璃的下端。

将雨刮器控制开关拨到1档时，雨刮电动机以低速运转。其电流路径为：

蓄电池“+”→中间继电器触点→熔断丝S11→雨刮器开关53a接线柱→雨刮器开关53接线柱→间歇继电器常闭触点→电刷B1→电刷B3→→搭铁→蓄电池“-”。

将雨刮器开关拨至2档时，雨刮电动机以高速运转。

其电流路径为：

蓄电池“+”→中间继电器触点→熔断丝S11→雨刮器开关53a接线柱→雨刮器开关53b接线柱→电刷B2→电刷B3→→搭铁→蓄电池“-” 。

将雨刮器开关拨至j位置时，电子式间歇继电器投入工作。其触点不断地开闭。当间歇继电器的常闭触点打开，常开触点闭合时，蓄电池向电动机的放电回路为：

蓄电池“+”→中间继电器触点→熔断丝S11→间歇继电器的常开触点→电刷B1→电刷B3→→搭铁→蓄电池“-”，电动机低速运转。当间歇继电器断电，其触点复位（常闭触点闭合，常开触点打开）时，电动机停止运转。

当将洗涤开关接通时（将雨刮器开关向上扳动），洗涤泵控制电路接通，其电流通路为：

蓄电池“+” →中间继电器触点→熔断丝S11→洗涤开关→洗涤泵V5→搭铁→蓄电池“-”。位于发动机盖上的两个喷嘴同时向风窗玻璃喷射清洗液。与此同时，也接通了雨刮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→熔断丝S11→洗涤开关→雨刮器间歇继电器→搭铁→蓄电池“-”.于是雨刮电动机工作，驱动雨刮片刮掉已经湿润的尘土和污物。

当驾驶员松开手柄时，开关将自动回位，切断洗涤泵的控制电路，喷嘴停止喷射清洗液，雨刮电动机在自动复位开关起作用后，将雨刮片停靠在挡风玻璃的下方。