汽车电器构造解析及案例分析

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：电动式风窗刮水器的自动复位装置永磁式刮水器的自动复位装置如图7-3所示。刮水器开关具有三个档位：0、Ⅰ和Ⅱ。因此，目前的轿车以及部分载货汽车上都安装有风窗玻璃清洗装置，该装置同刮水器配合使用，使汽车风窗刮水器系统更加完善，驾驶人的视线更加清晰。

1.风窗刮水器

为保证汽车在雨天、雪天、雾天或沙尘天气时驾驶人具有良好的视线，确保其行驶安全，在汽车的前风窗玻璃上装有刮水器，部分汽车在后风窗玻璃上也装有刮水器。汽车上使用的刮水器根据其动力的不同可分为真空式、气动式和电动式三种。由于电动风窗刮水器具有动力大、工作可靠、容易控制、不受发动机工况影响等优点，因此，在现代汽车上得到广泛使用。

（1）电动风窗刮水器的基本结构电动风窗刮水器的基本结构如图7-1所示，它主要由永磁式直流电动机、蜗轮、连杆、支架、摆杆及刮水架等组成。蜗轮与电动机通过蜗杆合装在一起，并固定在底板上，蜗轮的旋转运动通过曲柄、连杆、摆杆等转变成为刮片架的左右往复摆动，然后带动刮水片运动除去风窗玻璃上的雨水、积雪或灰尘。

图7-1 电动风窗刮水器结构原理图

1—支架 2、6—刮片架 3、5、7—摆杆 4、8、9—连杆 10—蜗轮 11—蜗杆 12—永磁式直流电动机

（2）刮水电动机的变速原理刮水片的摆动速度取决于直流电动机的转速，若电动机转速越快其摆动的速度就越快，而永磁式直流电动机的转速是通过3个电刷来改变正、负电刷之间串联线圈的个数来实现的，如图7-2所示。在直流电动机工作时，在电枢内同时产生反电动势，其方向与电枢电流的方向相反。当电枢转速逐渐上升时，反电动势也相应上升，只有当外加电压等于反电势时（忽略电枢电压降），电枢的转速才能稳定。其变速原理如下：

当开关拨至低速档时，如图7-2a所示，电源电压U加在B₁和B₃电刷之间，B₁、B₃相隔180°，串联电路①、⑥、⑤与串联电路②、③、④组成两条并联电路，电流流经两条并联电路组成回路。两线圈（导体）产生的反电动势与电源电压平衡，使电动机稳定在某一较低转速运转。

当开关拨至高速档时，如图7-2b所示，电源电压U加在B₂和B₃电刷之间，B₂、B₃相隔60°，串联电路②、①、⑥、⑤与串联电路③、④组成两条并联电路，由于线圈②和线圈①、⑥、⑤的绕线方向相反，线圈②产生的电动势与线圈①反电动势互相抵消，只有两个线圈的反电动势与电源电压平衡，故反电动势较小，电动机产生较高的转速。由上可知，并联回路中串联线圈（导体）数目减少，能使电动机转速升高。

（3）电动式风窗刮水器的自动复位装置永磁式刮水器的自动复位装置如图7-3所示。刮水器开关主要控制刮水器的刮水速度和复位。刮水器开关具有三个档位：0、Ⅰ和Ⅱ。4个接线柱：①接线柱接复位装置；②接线柱接电动机的低速电刷；③接线柱搭铁；④接线柱接电动机高速电刷。0档为复位档，I档为低速档，Ⅱ档为高速档。复位装置安装在减速蜗轮上，嵌有集电环，分为两部分，其中集电环8与电动机外壳相连（为搭铁）。触点臂用磷铜片或其他弹性材料制成，在触点臂一端分别铆有触点。利用触点臂的弹性，蜗轮转动时，触点与蜗轮的端面和集电环保持接触。永磁式刮水器的自动复位原理如下：

当刮水器开关置于0档时，如果刮水片没有停在规定的位置，由于触点7与集电环8接触，则电流继续流入电枢，其工作电路为：蓄电池正极→电源总开关→熔丝→电动机电刷B₁→电枢绕组→电刷B₃→刮水器开关接线柱②→刮水器开关接线柱①→触点臂6→触点7→集电环8→蓄电池负极构成回路，电动机以低速运转，如图7-3b所示，直至蜗轮转到图7-3a所示的位置时，触点7通过集电环10与触点11连通，将电动机电枢绕组短路。同时，电动机因惯性不能立即停转，以发电机方式运行，产生很大的反电动势，产生制动力矩，使电动机迅速停止，将刮水片停在指定的位置。

图7-2 永磁式刮水电动机的调速原理

a）低速档电路原理图 b）高速档电路原理图

图7-3 永磁式刮水器的自动复位装置原理图

a）复位电路 b）复位原理

1—电源总开关 2—熔丝 3—电枢 4—永久磁铁 5—刮水器开关 6、12—触点臂 7、11—触点 8、10—集电环 9—蜗轮

（4）电动式风窗刮水器的间歇控制汽车遇到毛毛细雨或雾天天气条件时，如果刮水器还按照原来那样的速度进行工作，风窗玻璃上的微量水分和灰尘就会形成发黏的表面，这不仅不能将风窗玻璃刮拭干净，而且还会留下污迹或斑点使玻璃模糊不清，使驾驶人的视线更加模糊，同时还会引起刮水片的颤动而损害玻璃。因此大多数汽车都装备有间歇刮水电子控制器，即在遇到上述天气时，接通间歇刮水开关，使刮水器刮片摆动1～2次之后，按一定周期停止（2～12s）后再摆动，使驾驶人能获得更好的视线。

电动式风窗刮水器的间歇控制按间歇时间是否可调节分为可调节型和不可调节型，下面以集成间歇控制电路为例介绍其工作原理。

集成间歇振荡电路原理如图7-4所示，将刮水开关置于0档时，集成电路将输出高电位，使继电器电磁线圈通电，在电磁吸力的作用下，常闭触点打开，常开触点（虚线）闭合，刮水电动机运转，其工作电路为：蓄电池正极→电源开关→熔丝→B₃→B_l→刮水开关→继电器常开触点→搭铁→蓄电池负极。同时自动复位开关e的常闭触点打开，常开触点（虚线）闭合。一定时间后，电路开始输出低电位，使继电器电磁线圈断电，继电器复位，常开触点打开，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，其工作电路为：蓄电池正极→电源开关→熔丝→B₃→B₁→刮水开关→继电器常闭触点→复位开关的常开触点→搭铁→蓄电池负极。只有当刮水片回到起始位置时，自动复位开关的常开触点刀打开，常闭触点刀闭合，电动机才能停止转动。

图7-4 集成间歇振荡电路原理图

1—间歇开关 2—复位开关 3—电动机 4—刮水开关

2.清洗装置

风窗刮水器只适用于雨水天气，当车辆处于干燥，风窗玻璃出现泥土和尘埃时，若使用刮水器进行干刮，这不仅很难刮净杂物，而且还会划伤玻璃。因此，目前的轿车以及部分载货汽车上都安装有风窗玻璃清洗装置，该装置同刮水器配合使用，使汽车风窗刮水器系统更加完善，驾驶人的视线更加清晰。

（1）清洗器的基本结构风窗玻璃清洗器的结构如图7-5所示，主要由储液罐、清洗器电动机、清洗器水泵、水管和喷嘴等组成。

清洗器水泵由微型永磁式高速电动机和离心叶片水泵组成，其叶片转子固定在水泵轴上，水泵轴用联轴器与清洗器电动机轴连接。出水软管用胶管分别与发动机盖上的4个喷嘴连接。当电动机空载转动时，其转速可达20000r/min，喷射压力高达70～80kPa。在清洗器中，电动机是全封闭的，其工作制度为短时额定工作制。

清洗泵喷嘴安装在风窗玻璃的下面，其喷射方向可以根据使用情况进行调整，喷水直径一般为Φ0.8～1.0mm。清洗器水泵的连续工作时间不应超过1min，对于刮水和洗涤配合使用的汽车，应先开清洗装置，再接通刮水器。喷水停止后，刮水器应继续刮动3～5次，以便达到更好的清洁效果。

储液罐由塑料制成，内装洗涤液。洗涤液一般由水或水与适量的添加剂组成，添加剂有助于清洁或降低冰点。如在水中加入5%的氯化钠（食盐），则可提高洗涤液的清洁能力，有些车辆经常出入寒冷地带，为防止洗涤液结冰，可在水中加入50%的乙二醇等。

（2）清洗器的工作原理当清洗器电动机电枢电路接通时，电枢轴转动，通过联轴器带动水泵轴和泵转子一同旋转，水泵转子利用离心力的作用将储液罐内的清洗液泵入出水软管，并经风窗玻璃前端的喷嘴喷向风窗玻璃。此时，刮水器配合清洗器的工作，刮水片同时摆动，从而将风窗玻璃上的尘土等杂物刮洗干净。

使用清洗器时，应当首先接通清洗泵，然后接通刮水器。当储液罐内无洗涤液时，不要接通清洗泵空转，以免损坏清洗器电动机。

图7-5 清洗器的基本结构图

1—储液罐盖 2—清洗器电动机 3—电枢 4—永久磁铁 5—电动机壳体 6—集电环 7—电刷架 8—电刷 9—法兰盘 10—水泵固定盘 11—储液罐 12—电动机轴 13—联轴器 14—水泵轴 15—水泵壳 16—水泵转子 17—滤清器 18—接头 19—出水软管

3.风窗玻璃除霜装置

在温度较低的环境下，车辆风窗玻璃容易结霜，再加上车室内的水蒸气也易凝结于风窗玻璃上，霜层会严重影响驾驶人的视线，所以应及时的对其进行清除。对于前、侧风窗玻璃上的霜层通常是在汽车空调系统的风道中加设除霜器风门，利用空调系统中产生的暖气达到清除结霜的目的。同时，由于在汽车行驶中，前、侧风窗玻璃上的风速较大，也可以达到除霜的效果。

在有空调及暖风装置的汽车上，前面及侧面的风窗玻璃可以用暖风加热除霜，后风窗玻璃一般采用电热丝加热除霜，如图7-6所示。在后风窗玻璃内表面均匀地镀有很多很窄的导电膜，形成电热丝。在玻璃两侧有汇流条，各焊有一个接线柱，其中一接线柱用来供电，另一接线柱搭铁。需要时接通电路，即可对后风窗玻璃进行加热，功率一般为50～100W。除霜器的电阻一般具有正温度系数特性，温度低时阻值减小，电流增大；温度高时阻值增大，电流减小。因此除霜器自身具有一定的自动调节功能。

图7-6 后风窗玻璃的除霜装置

1—蓄电池 2—点火开关 3—熔丝 4—除霜器开关及指示灯 5—除霜器（电热丝）

汽车电器构造解析及案例分析

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