雨刷器和风窗洗涤设备

1. 雨刷器

(1)雨刷器的作用。

雨刷器可以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)电动式雨刷器组成、工作原理。

雨刷器基本构成如图6.1所示。 雨刷器由电动机和一套传动机构组成，电动机3旋转时，通过蜗轮蜗杆减速，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，带动雨刷橡胶片刷清扫挡风玻璃上的雨水、雪或灰尘。

图6.1 雨刷器基本构成

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

1)雨刷器电动机的结构。 雨刷电动机现多用永磁式电动机，如图6.2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，所以在汽车上得到广泛使用。

图6.2 雨刷器电动机总成

1—永磁直流电动机；2—涡轮蜗杆减速器；3—雨刷器电动机输出轴

2)变速原理。 雨刷器的变速原理是利用直流电动机的变速原理实现的，由直流电动机电压平衡方程式可得转速公式为:

式中 U——电动机端电压；

Ia——过电枢绕组中的电流；

Ra——电枢绕组的电阻；

K——常数；

Z——正、负电刷间串联的导体数；

Ф——磁极磁通。

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6.3所示。

图6.3 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6.4为自动复位式雨刷器的电路图，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。

图6.4 自动复位式雨刷器的电路图

(a)电枢短路制动；(b)雨刮电机继续转动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

(3)双速式雨刷器

三刷式电动机旋转时，电枢绕组所产生的反电动势，如图6.3(a)所示。 当开关拨向L时，如图6.3(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6.3(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，要求雨刷器片自动复位，不管在什么时候切断电源，雨刷器的橡皮刷都能自动停止在挡风玻璃的下部，如图6.4所示。

在减速蜗轮8(由尼龙制成)上，嵌有铜环，其中较大的一片铜环9与电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，把雨刷器开关拉到“Ⅰ”挡(低速挡)时，电流从蓄电池正极→开关1→熔断丝2→B3电刷→电枢绕组→B1电刷→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。

当雨刷器开关拉到“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。

当雨刷器开关推到“0”挡(停止)时，如果雨刷器橡皮刷没有停到规定位置时，由于触点与铜环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，如图6.4(b)所示，电动机以低速运转，直至蜗轮旋转到的特定位置，如图6.4(a)所示，电路中断。 由于电枢的惯性，电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，电枢绕组产生很大的反电动势，产生制动力矩，电机迅速停止转动，使橡皮刷复位到挡风玻璃的下部。

(4)间歇式雨刷器。

汽车在毛毛细雨或雾天、小雪天气中行驶时，如按前述的雨刷器速度(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。 因此，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，现代汽车上雨刷器都增设间歇控制功能的旋钮，如图6.5所示。 在遇到上述情况时，开动间歇开关，使雨刷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6.5 间歇式雨刷器调节旋钮

下面介绍几种实用电路:

1)无稳态方波发生器。如图6.6所示，T1、T2组成无稳态多谐振荡器，其工作原理与闪光器相同。R1、C1决定J通电吸合时间，R2、C2决定J的断电时间。当雨刮开关在“0”挡位置时，雨刷电动机电枢被B3、B2电刷和自停触点与继电器J的常闭触点短路，即图6.4(a)中的3、5，电动机不转动。此时，若接通间歇开关，则T1导通，T2截止，J通电动作，常开触点闭合，此时雨刷电机低速运转。当C1充电到一定值后，T2导通，T1迅速截止，J断电，常闭触点闭合。但此时自停触点通过铜环搭铁，雨刷电机继续运转，直到雨刮臂到达挡风玻璃下部，自停触点上部闭合，如图6.4(a)所示，电枢短路制动而停止，当C2充电到T1导通电压时，T1导通，J2截止，J动作，常开触点闭合，又重复上述过程。

图6.6 电子间歇控制系统

1—雨刷电机；2—雨刷器开关；3—间歇刮水开关；4—继电器；5—自停开关R1＝2kΩ R2＝100KΩ R3＝680Ω R4＝51Ω C1＝C2＝100μF T1＝T2—CS9012

由上述可知，只要T1导通时间足够长(1～2s)，雨刷电机转过自停位置后，即使T1截止，雨刮电机也会继续转动，使雨刮橡胶刮拭一次，调整R2、C2的值，则可调间歇时间。

2)互补间歇振动电路。 当雨刷器开关置于断开位置(“0”挡)，间歇开关置于接通位置时，电源便向C充电的电路如图6.7所示。当C两端电压增加到一定值时，T1导通，T2也随之导通，继电器J通电，常闭触点打开，常开触点闭合，雨刷电机运转。 此时的电路为蓄电池正极→B3→B1→雨刷器开关→J的常开触点→搭铁→蓄电池负极。

图6.7 互补间歇振动电器

1—雨刷电机；2—雨刷器开关；3—间歇刮水开关；4—继电器；5—自停开关

当雨刷电机转动使自停触点与下边接触时，如图6.4(b)所示位置，图6.7中电容器C便通过D迅速放电，此时雨刷电机仍继续运转。电容C放电，使T1的基极电位降低，从而使T1， T2转为截止状态，J中的电流中断，常闭触点闭合。但由于这时自停触点与T1接触，故雨刷电机仍继续转动，直到刮水橡皮刷摆回原位，自停触点接通为止，电机才因电枢短路而停止。 接着电源又通过自停触点向C充电，重复上述过程，使雨刷器橡皮刷间歇动作。 其停歇时间长短取决于R1、C的充电时间常数。并且由上述工作原理可知，这种电路保证每个停歇周期内，雨刷只摆动一次。

3)集成电路电子间歇振荡电路，如图6.8所示。 用NE555集成电路接成的振荡器，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，雨刷电机继续运转，直至自停触点闭合，雨刷片停在原始位置。

图6.8 集成电路间歇振荡电路

1—雨刷电机；2—雨刷器开关；3—间歇刮水开关；4—继电器；5—自停开关

2. 挡风玻璃洗涤设备

汽车在灰尘较多的环境中行驶时，会造成一些灰尘飘落在挡风玻璃上影响驾驶员的视线。为此许多汽车的刮水系统中增设了清洗装置，必要时向挡风玻璃表面喷洒专用清洗液(俗称玻璃水)或水，在刮片配合下，保持挡风玻璃表面洁净。

(1)组成。

挡风玻璃洗涤设备由洗涤液罐、电动泵、聚氯乙烯软管、雨刷器开关、三通管、喷嘴等组成，如图6.9所示。

图6.9 挡风玻璃洗涤器

1—喷嘴；2—输液管；3—接头；4—箱盖；5—储液罐；6—清洗泵；7—衬垫

电动泵由永磁直流电动机和离心式叶片泵组成一体，如图6.10所示，喷射压力700～880k Pa。 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，如图6.11所示。 电动泵连续工作时间一般不超过1min，且应先开动电动泵，后开动雨刷器。在喷水停止后，雨刷器应继续刮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，一般都是与雨刷器开关联合工作的。

图6.10 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

图6.11 挡风玻璃清洗装置结构及喷嘴调整

1—储液罐；2—密封圈；3—洗涤泵；4—软管；5—软管护套；6—喷嘴a＝345mm b＝300mm c＝320mm d＝420mm

(2)控制电路。

如图6.12所示，为日本“卡罗拉”挡风玻璃洗涤器和雨刷器配合使用电路。

当关闭雨刷器时，开关S3在位置“0”挡，雨刷器的复位开关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启动，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。当打开雨刷器开关时，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，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，雨刷器电动机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6.12 “卡罗拉”挡风玻璃洗涤器和电子雨刮器电路

1—雨刷器开关；2—雨刷器电机；3—复位开关；4—洗涤泵；5—洗涤器开关

(3)雨滴感知型刮水系统。

雨刷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。 雨滴感知型雨刷器能根据雨量的大小自动调节雨刷器的刮水频率，使驾驶员始终保持良好的视线。

雨滴感知型雨刷器主要由雨滴传感器、间歇刮水放大器、雨刷器电机组成，如图6.13所示。雨滴传感器的作用是将雨量的大小转变为与之相对应的电信号，其结构如图6.14所示。

图6.13 雨滴感知型刮水系统

图6.14 雨滴传感器结构图

1—阻尼橡胶；2—压电元件；3—振动片(不锈钢)；4—上盒(不锈钢)；5—集成电路；6—电容器；7—衬垫；8—线束套筒；9—线束；10—电路板；11—下盒(不锈钢)；12—密封件

3. 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，常常是利用电热丝加热实现的，如图6.15所示。

图6.15 电热式后窗除霜电路原理图

1—接蓄电池；2，7—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；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。 在轿车和面包车上应用广泛。