汽车刮水器及风窗设备

学习目标

1. 能够熟练说明汽车刮水器的作用、 组成及工作原理。

2. 能够熟练说明风窗洗涤设备的组成及工作原理。

3. 能够熟练说明挡风玻璃除霜器的作用、 组成及工作原理。

4. 能够独立对汽车刮水器、 风窗洗涤设备及除霜设备进行检修、 故障诊断及排除。

任务分析

驾驶员在开车的过程中， 必须随时掌握前进方向的路况及环境， 所以挡风玻璃对于驾驶员安全行驶非常重要。 挡风玻璃洁净才能看清前面的路况； 雨天要清除雨水才能看清前面的路况； 冬季要清除挡风玻璃上面的霜才能看清前面的路况， 所以掌握这些装置的作用、组成、 工作过程及检修情况对于行车安全非常重要。 这里主要介绍刮水器及风窗设备的作用、 组成、 工作原理、 检修、 故障诊断及排除情况。

基础知识

一、 刮水器

1. 刮水器的作用

清扫挡风玻璃上的雨水、 雪或尘土， 保证汽车在雨雪天时， 驾驶员有良好的视线， 确保行驶安全。

2. 电动式刮水器组成及工作原理

刮水器基本构成如图7-41所示。 刮水器由电动机和一套传动机构组成， 电动机3旋转时， 通过蜗杆、 蜗轮减速， 使与蜗轮上的曲柄4相连的拉杆5做往复运动， 通过和拉杆相连的左、 右雨刷臂8做往复摆动， 带动雨刷橡胶片刷去挡风玻璃上的雨水、 雪或灰尘。

1) 刮水器电动机的结构

刮水器电动机现多用永磁式电动机， 如图7-42所示。 它的磁极为铁氧体永久磁铁。 铁氧体具有陶瓷的脆性、 硬性和不耐冲击的特点， 但它不易退磁， 且价廉， 所以在汽车上得了到广泛使用。

图7-41 刮水器基本构成

1—刮水器雨刷支架；2—刮水器轴颈；3—刮水器电动机；4—曲柄；5—拉杆；6—防护盖；7—雨刷片；8—雨刷臂

图7-42 刮水器电动机总成

1—永磁直流电动机；2—蜗轮蜗杆减速器；3—刮水器电动机输出轴

2) 变速原理

刮水器的变速原理是利用直流电动机的变速原理实现的。 雨刷电动机通常采用改变两电刷间串联的导体数的方法对其进行调速， 如图7-43所示。

图7-43 双速雨刷电动机的工作原理

(a) 结构原理； (b) 电路原理1—电枢绕组；2—永久磁铁；3—换向器；4—反电动势

图7-44所示为自动复位式刮水器的电路图，电刷B3为高低速共用电刷。B1用于低速， B2用于高速，B2与B1相差60°。电枢采用对称叠绕式。永磁式三刷电动机，是利用三个电刷来改变正负电刷之间串联的线圈数实现变速的。 当直流电动机工作时， 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。 如要使电枢旋转， 外加电压必须克服反电势E的作用， 即U＞E。 当电枢转速上升时， 反电动势也相应上升。 只有当外加电压U几乎等于反电动势E时， 电枢的转速才趋于稳定。

3. 两速式刮水器

三刷电动机旋转时， 电枢绕组所产生的反电动势如图7-43 (b) 所示。 当开关拨向L时[如图7-43(b)]，电源电压已加在B3和B2之间，在电刷B1和B3之间有两条并联支路:一条是由线圈①⑥⑤串联起来的支路；另一条是线圈②③④串联起来的支路，即在电刷B1、B3间有两条支路，各3个线圈。这两个线圈产生的全部反电动势与电源电压平衡后，电动机便稳定旋转。 由于有三个线圈串联的反电动势与U平衡， 故转速较低。

当开关拨向H时，电源电压加在B2和B3之间，如图7-43 (b) 所示。电枢绕组一条由4个线圈②①⑥⑤串联， 另一条由两个线圈③④串联。 其中线圈②的反电动势与线圈①⑥⑤的反电动势方向相反， 互相抵消后， 变为只有两个线圈的反电动势与电源电压平衡，因而只有转速升高使反电动势增大， 才能得到新的平衡， 故此时转速较高。 可见， 两电刷间的导体数减少， 就会使电动机的转速升高， 这就是永磁式三刷电动机变速的原理。

另外， 为了不影响驾驶员的视线， 要求刮水器片自动复位， 不管何时切断电源， 刮水器的橡皮刷都能自动停止在挡风玻璃的下部。 如图7-44所示为刮水器自动复位装置。

图7-44 自动复位装置

(a) 电枢短路制动； (b) 雨刮电动机继续转动1—电源开关；2—熔断丝；3、5—触点臂；4、6—触点；7、9—铜环；8—蜗轮；10—电枢；11—永久磁铁

在减速蜗轮8 (由尼龙制成) 上， 嵌有铜环， 其中较大的一片9与电动机外壳相连接而搭铁， 触点臂3、5用磷铜片制成 (有弹性)， 其一端分别铆有触点与蜗轮端面或铜片接触。

当电源开关1接通，把刮水器开关拉到 “Ⅰ” 挡 (低速挡) 时， 电流从蓄电池正极→开关1→熔断丝2→电刷B3→电枢绕组→电刷B1→接线柱②→接触片→接线柱③→搭铁→蓄电池负极， 形成回路， 电动机以低速运转。

当刮水器开关拉到“Ⅱ” 挡时，电流从蓄电池正极→开关1→熔断丝2→电刷B3→电枢绕组→电刷B2→接线柱④→接触片→接线柱③→搭铁→蓄电池负极，形成回路，电动机以高速运转。

当刮水器开关推到 “0” 挡 (停止) 时， 如果刮水器橡皮刷没有停到规定位置， 触点与铜环9接触，则电流继续流入电枢，其电路为蓄电池正极→开关1→熔断丝2→电刷B3→电枢绕组→电刷B1→接线柱②→接触片→接线柱①→触点臂5→铜环9→搭铁→蓄电池负极， 形成回路， 电动机以低速运转， 直至蜗轮旋转到特定位置， 电路中断； 由于电枢的惯性， 电动机不可能立即停止转动， 电动机以发电机方式运行； 因为此时电枢绕组通过触点臂3、5， 与铜环7接通而短路， 所以电枢绕组产生很大的反电动势， 产生制动力矩， 电动机迅速停止转动， 使橡皮刷复位到挡风玻璃的下部。

4. 间歇式刮水器

汽车在毛毛细雨或雾天、 小雪天气中行驶时， 如果按前述的刮水器速度 (哪怕是低速)进行刮拭， 那么挡风玻璃上的微量水分和灰尘就会形成发黏的覆盖层， 这样， 不仅不能将挡风玻璃刮拭干净， 反而会使玻璃模糊不清， 留下污斑， 影响驾驶员的视线。 因此， 现代汽车上刮水器都增设有间歇控制功能的旋钮， 如图7-45所示。 在遇到上述情况时， 开动间歇开关， 使刮水器按一定周期自动停止和刮拭， 即每刮水一次停止2～12s， 这样， 可使驾驶员获得良好的视野。

图7-45 间歇式刮水器调节旋钮

这里介绍一下集成电路电子间歇振荡电路。

图7-46所示是用NE555集成电路连接成的振荡器，充电时间为R1C1，放电时间为R2C1。当间歇开关闭合时，电路输出高电位，继电器J通电，常开触点闭合，雨刷电动机运转。 经过一定时间后， 电路翻转，3端输出低电位， J断电， 常开触点断开， 常闭触点闭合， 此时， 雨刷电动机继续运转， 直至自停触点闭合， 雨刷片停在原始位置。

图7-46 集成电路间歇振荡器

1—雨刷电动机；2—刮水器开关；3—间歇刮水开关；4—继电器；5—自停开关

刮水器虽然能够实现间歇控制， 但不能随雨量的变化及时调整刮水频率。 近年出现了雨滴感知型刮水器， 其能根据雨量的大小自动调节刮水器的刮水频率， 使驾驶员始终保持良好的视线。

二、 挡风玻璃洗涤设备

1. 挡风玻璃洗涤设备的作用

汽车在灰尘较多的环境中行驶时， 会使一些灰尘飘落在挡风玻璃上而影响驾驶员的视线。 为此许多汽车的刮水系统中增设了洗涤装置， 必要时向挡风玻璃表面喷洒专用洗涤液或水， 在刮片配合下， 保持挡风玻璃表面洁净。

2. 挡风玻璃洗涤设备的组成

它由洗涤液罐、 电动泵、 聚氯乙烯软管、 刮水器开关、 三通、 喷嘴等组成， 如图7-47所示。 电动泵由永磁直流电动机和离心式叶片泵组成一体 (如图7-48所示)， 喷射压力约700～880kPa。 喷嘴安装在挡风玻璃下面， 其喷嘴方向可以调整， 使水喷射在挡风玻璃的适当位置。 电动泵连续工作时间一般不超过1min， 且应先开动电动泵， 后开动刮水器。 在喷水停止后， 刮水器应继续刮3～5次， 这样配合使用才能达到良好的洗涤效果。 所以洗涤器的电路， 一般都是与刮水器开关联合工作的。

图7-47 挡风玻璃清洗器

1—喷嘴；2—输液管；3—接头；4—箱盖；5—储液罐；6—洗涤泵；7—衬垫

图7-48 洗涤器电动机与洗涤液泵总成

1—进液口；2—叶轮；3—泵体；4—出水口；5—永磁直流电动机

3. 挡风玻璃洗涤设备的控制电路

图7-49所示为日本 “卡罗拉” 汽车玻璃洗涤器和刮水器配合使用电路。

当关闭刮水器电时，开关S3在位置“0” 挡，刮水器的复位开关S2和继电器J的常闭触点使M2电枢短路，这时电容器C经继电器线圈，D5、R6、R7充电。玻璃洗涤器开关S1接通，电动泵M1起动，开始向挡风玻璃喷水。电容器C经电阻R7和开关S1放电。当接通S1时，继电器J的绕组经二极管D4和S1搭铁形成回路，继电器J动作，常开触点闭合。当打开刮水器开关时，S3处于1挡。继电器J绕组的电感引起一定的延时，电流流经继电器闭合触点和电阻R4、R3、R2组成的分压器，使T1导通，所以只有在S1关闭时，电流才能流经继电器J。当切断开关S1时，放电电容器经电阻R6和R7重新充电；当C的电压充到足够使T2导通时，T2导通，这时在由R1、R3、R2组成的分压器网络下部，经导通的T2补充一个电阻R1，使T1的基极电位低于门限值，T1截止，继电器J断电，刮水器电动机M2停止工作。由电容器C和电阻R6及R7组成的延迟网络，决定切断电动机M2的延迟时间。二极管D1、D2和D3起保护作用。

图7-49 “卡罗拉” 挡风玻璃洗涤器和电子雨刮器电路

1—刮水器开关；2—刮水器电动机；3—复位开关；4—洗涤泵；5—洗涤器开关

三、 挡风玻璃除霜除雾装置

在装有空调或暖风装置的车上， 可以通过风道向前面及侧面挡风玻璃吹热风以加热玻璃， 防止水分凝结。 对后挡风玻璃的除霜， 常常是用电热丝加热实现的， 如图7-50所示。

图7-50 电热式后窗除霜电路原理

1—接蓄电池；2—熔断器；3—开关/事实上是继电器；4—供电接线柱；5—后窗电栅；6—搭铁接线柱；7—熔断器；8—接点火开关

后挡风玻璃除霜器一般是在玻璃成型过程中， 将很细的电阻丝烧结在玻璃表面上。 它由一组平行的含银陶瓷电阻丝组成， 在玻璃两侧有汇流条， 各焊有一个接线柱， 其中一个用来供电， 另一个是搭铁接线柱。 这种除霜器的工作电流较大， 因此电路中除设有开关外，有的还设有一个定时继电器。 这种继电器在通电10min后即能自动断电， 如霜还没有除净，驾驶员可再次接通开关， 但在此之后每次只能通电5min。 除霜器的电阻随温度的变化而变化， 具有正温度系数。 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调节功能。 当然， 如果是雾气， 它同样可以起到除雾的功能，所以在轿车和面包车上得到了广泛的应用。

实施与考核

一、 技能学习

1. 刮水器开关和挡风玻璃洗涤设备开关的使用注意事项

(1) 当车窗洗涤液停止喷出时， 应释放开关杆， 使洗涤电动机断电， 否则应在无车窗洗涤的状态下操纵开关杆， 洗涤电动机将会受损伤。

(2) 用刮水器刷除挡风玻璃上的灰尘会损伤挡风玻璃与刮水器的橡胶刮水片。 因此，在使用刮水器前， 应以洗涤液喷湿挡风玻璃。

2. 刮水器及挡风玻璃洗涤设备的拆装

以帕萨特B5的风玻璃刮水系统为例介绍挡风玻璃刮水、 洗涤装置的拆装。 具体方法和步骤如下:

1) 前挡风玻璃刮水器电动机的拆卸

为了能够拆卸带有连杆和刮水器电动机的刮水器框架， 必须拆卸刮水器摇臂和风道。此外， 在散热器左边拆开控制单元的保护罩， 并且向前压。

在拆卸刮水器摇臂之前， 应确保刮水器电动机在停止位置， 只有这样， 在安装时才可以正确地调整刮水器摇臂的终端偏差。

(1) 拆卸刮水器摇臂。 使用一把一字旋具， 撬开并移开黑色的罩盖， 拧松六角螺母M8 (如图7-51所示的箭头)， 但不用完全旋出， 稍微移动刮水器摇臂， 一直到它们松动时为止， 完全旋出六角螺母， 并且把刮水器摇臂取下来。

(2) 拆卸风道。 风道是安置在正面玻璃板之下的钢板边缘上， 并且使用两个钢板卡钉和一个十字槽头螺钉固定的。 向前拔出左边钢板卡板， 如图7-52所示的箭头； 向前拔出中间钢板卡板， 如图7-53所示的箭头； 旋出十字槽头螺钉 (如图7-54所示的箭头) 并且谨慎地向上移开风道； 为了能够拆除控制单元保护罩的盖子， 必须旋出自锁螺钉， 如图7-55所示的箭头； 拧开保护罩中的六角螺母， 如图7-56所示的箭头； 拧开防护罩上的六角螺母，如图7-57所示的箭头； 从橡胶支座中取出保护罩， 并旋压防护罩。

(3) 拆卸带有连杆和刮水器电动机的刮水器框架。 拔出刮水器电动机上的插头， 旋出六角螺栓M6 (如图7-58所示的箭头)， 并且拆下垫圈， 此时， 完整地取出刮水器框架。

图7-51 拆卸刮水器摇臂

图7-52 拆卸风道 (一)

图7-53 拆卸风道 (二)

图7-54 拆卸风道 (三)

图7-55 拆卸风道 (四)

图7-56 拆卸风道 (五)

图7-57 拆卸风道 (六)

图7-58 拆卸带有连杆和刮水器的框架

(4) 从刮水器框架中拆卸和安装电动机。 如图7-59所示， 使用大的一字旋具撬出连杆， 拆下六角螺母M8， 拆除曲柄， 拧开刮水器电机的三个固定螺母M6， 拆下雨刷电动机。将刮水器电动机移动到停止位置， 为此， 把插头连接上， 并且短促地操作 (控制) 用于刮水的开关。 重新拔出插头， 并且使用固定螺栓M6 (拧紧力矩为8N·m) 固定刮水器电动机。 装上曲柄， 并对准成一条线； 拧紧六角螺母M8 (拧紧力矩为20N·m)， 并重新把拉杆旋压到曲柄上。

2) 尾部刮水器电动机的拆卸

拆卸刮水器摇臂； 向上翻开罩盖； 拧松六角螺母SW13， 如图7-60所示的箭头； 向上翻开刮水器摇臂， 并且通过在圆锥中旁侧的运动拧松刮水器摇臂； 旋出六角螺母， 并且拆除刮水器摇臂； 拔出刮水器电动机上的插头， 拔出洗涤喷嘴用的软管， 旋出六角螺母SW10 (如图7-61所示的箭头)， 拆卸刮水器电动机。

图7-59 从刮水器框架中拆卸刮水器电动机

图7-60 拆卸汽车尾部刮水器

3) 在安装刮水器电动机时应注意的事项

如图7-62所示， 衬垫应装在汽车尾部玻璃内； 挡风玻璃刮水、 洗涤装置的装配注意按上述相反顺序进行。

图7-61 拆卸尾部刮水器电动机

图7-62 安装汽车尾部刮水器电动机

3. 刮水器及挡风玻璃洗涤装置的故障分析

刮水器及挡风玻璃洗涤设备的主要故障是刮水器不回位、 刮水器不工作、 挡风玻璃洗涤装置不工作。

1) 刮水器不回位

(1) 故障现象: 刮水器不回位或不规则回位。

(2) 故障原因: 调速器件与配线束连接不紧； 电动机上的摇臂松动； 电动机轴损坏；电动机和仪表板开关之间的线束连接不正常； 转向柱上的开关损坏。

(3) 故障排除方法: 该故障的检测及排除方法可按图7-63所示进行。

2) 刮水器不工作

(1) 故障现象: 打开刮水器开关后， 刮水器不动。

(2) 故障原因: 刮水器电路保险丝熔断； 刮水器电动机故障； 刮水器开关故障； 配线或接地故障。

(3) 故障排除方法: 更换保险丝； 检修或更换刮水器电动机。

3) 挡风玻璃洗涤装置不工作

(1) 故障现象: 电动机不运转， 或电动机运转但不能抽液或抽液不够。

(2) 故障原因: 电动机引线连错； 电动机不转； 保险丝烧断； 配线束搭铁不良； 清洗器开关损坏。

(3) 故障排除方法: 该故障的检测及排除方法可按图7-64所示进行。

图7-63 刮水器不回位的故障诊断与排除步骤

图7-64 挡风玻璃洗涤器不工作的故障诊断与排除步骤

二、 任务实施与考核

1. 学生完成工作单的填写

每4个学生组合为一组， 各组分别对汽车刮水器及挡风玻璃洗涤设备进行拆卸及故障排除。 在充分掌握上述知识与技能的前提下， 完成工作单 (在配套教学资源包下载)。

2. 教师完成考核表的填写

学生根据汽车刮水器及挡风玻璃洗涤设备检修、 拆装及故障排除实训项目填写工作单。教师根据完成的情况完成考核表 (在配套教学资源包下载)。

思考与练习

1. 汽车刮水器的作用如何?

2. 汽车刮水器的组成装置有哪些?

3. 汽车两速式刮水器是如何工作的?

4. 汽车间歇式刮水器是如何工作的?

5. 汽车挡风玻璃洗涤设备的作用如何?

6. 汽车挡风玻璃洗涤设备的组成装置有哪些?

7. 汽车挡风玻璃洗涤设备是如何工作的?

8. 汽车刮水器的拆卸步骤是什么?

9. 汽车刮水器及挡风玻璃洗涤设备常见故障有哪些? 如何进行诊断?