汽车电气：电动雨刮器、洗涤和除霜装置

为了保证汽车在各种使用条件下挡风玻璃表面干净、清洁，汽车挡风玻璃前都安装了刮水器，有的汽车还安装了风窗清洗装置和除霜装置。

（一）电动雨刮器

1.作用

驾驶员在行车时，遇有雨天、雪天、雾天或扬沙天气时，会造成视线不良，给驾驶安全带来隐患。为了保证在上述不良天气时驾驶员仍具有良好的视线，汽车上都安装有电动雨刮器，有的车上还安装有后风窗雨刮器。电动雨刮器一般具有1～3个橡皮刷，由驱动装置带着来回摆动，以除去挡风玻璃上的水、雪及沙尘等。

2.结构原理

电动雨刮器主要由直流电动机、减速机构、自动停位器、雨刮器开关和杠杆联动机构及刮片等组成。它一般采用连杆机构并设有多个球头活节，转动和换向灵活自如。电动雨刮器的组成如图5-105所示，永磁式电动机11固装在支架12上，连杆3、7、8和摆杆2、4、6组成杠杆联动机构，摆杆2、6上连接有刮片架，刮片架1、5的上端连接橡胶刮片。电动机的旋转运动由轴端的蜗杆10传给蜗轮9并转换为往复运动，蜗轮上的偏心销与连杆8铰接。蜗轮转动时，通过连杆8、7、3带动摆杆4、6、2摆动，挡风玻璃上的刮水片便在刮片架1和5的带动下摆动刮水。

图5-105　电动雨刮器的组成

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

雨刮器电动机按磁场结构不同可分成绕线式和永磁式两种，由于永磁式电动机具有体积小、质量轻和结构简单等特点，故在轿车上得到了广泛的应用。永磁式电动机总成如图5-106所示，它主要由一个永磁式直流电动机，一个蜗轮、蜗杆减速器和一个自动停位器组成。

图5-106　永磁式电动机总成

1—电枢；2—永久磁铁磁极；3—蜗杆；4—蜗轮；5—自动停位器

电枢和电刷等组成，其磁极由铁氧体永久磁铁构成，磁场的强弱不能改变。为了改变电动机转速，采用三刷式电动机，利用3个电刷来改变正、负电刷之间串联的电枢线圈的个数，从而改变电动机的转速。因为直流电动机旋转时，在电枢绕组内同时还产生反电动势，其方向与电枢电流的方向相反。当电枢通电后转速逐渐上升时，其绕组内同时产生一个反电动势，方向与电枢电流的方向相反。电枢转速上升时，反电动势也相应上升，当电枢电流产生的电磁为矩与运转阻力矩平衡时，电枢的转速不再上升而趋于稳定。由于运转阻力矩一定时，电枢稳定运转所需要的电枢电流一定，对应的电枢绕组反向电动势的高低就一定。而电枢绕组反向电动势与转速和正、负电刷之间串联的电枢线圈个数的乘积成正比，电枢绕组反向电动势的高低一定时，转速和正、负电刷之间串联的电枢线圈个数成反比。正、负电刷之间串联的电枢线圈个数越多，转速越低；反之，正、负电刷之间串联的电枢线圈个数越少，转速越高。所以，利用3个电刷改变正、负电刷之间串联的电枢线圈个数可以实现变速，其变速原理如图5-107所示。

图5-107　三刷式电动机电路原理

1—电枢；2—永久磁铁磁极；3—蜗杆；4—蜗轮；5—自动停位器

电动机拆开后，可以看到3个电刷，即正电刷、负电刷和偏置电刷。当电源和正、负电刷接通时，其内部形成两条对称的并联支路，一条支路由线圈1、2、3、4串联组成，另一条支路由线圈5、6、7、8串联组成。由于各线圈反向电动势方向相同，互相叠加，相当于4对线圈串联，电动机以较低转速运转。当电源和负电刷及偏置电刷接通时，其内部形成两条不对称的并联支路，一条支路由线圈1、2、3、4、8串联组成，另一条支路由线圈5、6、7串联组成，其中线圈8和线圈1、2、3、4的反电动势方向相反，互相抵消后，相当于只有3对线圈串联，因而只有转速升高才能使反电动势达到与运转阻力矩相对应的值，形成新的平衡，故此时转速较高。

自动停位器能保证雨刮器开关在任何时刻断幵时，雨刷臂都能自动停在挡风玻璃的底部，使之不影响驾驶员的视线，其电路原理如图5-108所示。当电源开关闭合后，雨刮器开关不论是处在Ⅰ挡还是Ⅱ挡，电动机都可按要求运转。当雨刮器开关由Ⅰ挡或Ⅱ挡变成0挡时，自动停位器中的自动复位触片7可能处在自动复位滑片9处，也可能处在自动复位滑片8处。当自动复位触片7处在自动复位滑片9处时，电流从电刷4流人电动机，经电刷10→雨刮器开关→自动复位触片7→自动复位滑片9→搭铁，形成回路。此时，电动机继续转动。随着电动机转动，当自动复位触片7和自动复位滑片8接触时，电动机所在电路中无搭铁点，不能和电源构成通路，且此时电刷4→电刷10→雨刮器开关→自动复位触片7→自动复位滑片8→自动复位触片6→电刷4，又构成另一闭合回路。原电流突然消失，此回路中便产生一个反向电流（楞次定律），该反向电流使电动机克服原来的惯性迅速停止。因此，无论雨刮器开关在何时关闭，只有自动停位器中的自动复位触片7和自动复位滑片8接触时电动机才能停止运转，而此时必然是雨刷臂处在挡风玻璃的底部。

图5-108　永磁式双速雨刮器控制电路

1—蓄电池；2—电源开关；3—溶丝；4、10、11—电刷；5—永久磁铁；6、7—自动复位触片；8、9—自动复位滑片；12—雨刮器开关

当汽车在濛濛细雨或浓雾天气行驶时，因挡风玻璃上形成的是哈气或细小的雨滴，这时适合雨刷器间歇动作。因此，很多汽车的雨刷器电路中设置了间歇继电器，在遇到上述天气时驾驶员便可将雨刷器开关打到间歇挡，雨刷器在间歇继电器控制下每5～8s动作一次。

间歇继电器可分成机械式和电子式两大类。机械式间歇继电器主要由时间继电器、一对常开触点和一对常闭触点组成。时间继电器线圈通电后常开触点闭合，常闭触点断开，用这两对触点接通和断开不同的电路。而时间继电器的线圈通电后很快又自动断开，常开触点此时断开，常闭触点此时闭合，电路状态发生变化，再配合自动停位器，最终使雨刷器每隔几秒钟以低速摆动一次，实现间歇动作。

同步间歇利水器控制电路如图5-109所示，电路中电阻R、电容C、二极管VD组成间歇时间控制电路，调整其参数可改变间歇时间的长短。当开关置“0”挡，且间歇开关闭合时，电流由蓄电池“+”→点火开关→熔丝→复位开关“上”触点（常闭）→电阻R→电容C→搭铁→R→蓄电池“-”形成充电回路；使电容C两端电压上升，达到一定值时，VT1导通，VT2随之导通。继电器J中有电流通过，回路为：蓄电池“+”→点火开关→熔丝→R4→VT2→继电器间歇开关→搭铁→蓄电池“-”；继电器磁化线圈通电使其常闭触点断开（实线位置），常开触点闭合（虚线位置）刮水电动机电路被接通，回路为：蓄电池“+”→点火开关→熔丝→公共电刷B3→电枢→低速电刷B1→刮水开关“0”位→继电器常开触点→搭铁→蓄电池“-”形成供电回路；使刮水电动机低速工作。当复位开关常闭触点被复位装置顶开至常开“下”触点时，电容C→电阻R→复位开关“下”触点→搭铁；快速放电，一段时间后，VT1截止，VT2截止，继电器断电，其触点复位，但这时电动机仍运转，回路为：蓄电池“+”→点火开关→熔丝→公共电刷B3→电枢→低速电刷B1→刮水器开关“0”位→继电器常闭触点→复位开关常开触点→搭铁→蓄电池“-”，只有当复位开关常开触点被复位装置顶回至常闭“上”位置时电动机才停止。电容C再次充电，重复周期开始。

图5-109　同步间歇雨刮器控制电路

（二）洗涤装置

1.作用

汽车在风沙或尘土较多的环境中行驶时，会由于灰尘落在挡风玻璃上而影响驾驶员的视线。因此很多汽车的刮水系统中安装了洗涤装置，必要时向挡风玻璃喷水或专用清洗液（北方地区冬季不宜用水，以免冻裂储液罐或输液管），在雨刮器的配合下，保持挡风玻璃洁净。(www.xing528.com)

2.结构原理

风窗洗涤装置的组成如图5-110所示，主要由储液罐、清洗泵、输液管、三通、喷嘴及清洗开关等组成。

图5-110　风窗洗涤装置

储液罐一般由塑料制成，内盛清洗液或水。有些储液罐上装有液面位置传感器，用以监视储液罐中清洗液的液位。清洗泵就是喷水电动机，实际上是由一个小型直流电动机和一个小型离心式水泵共同构成的。

它工作时可以将洗液加压至70～88kPa，通过输液管及三通送到喷嘴，然后喷洒到挡风玻璃表面。喷嘴安装在挡风玻璃下面（发动机盖上后方），其喷射方向可以调整，使洗液喷射到合适位置。

清洗泵连续工作的时间一般不超过1min。使用时应先打开清洗泵再打开雨刮器，以避免雨刮器在挡风玻璃上“干刮”。在喷水停止后，雨刮器应继续刮3～5次，这样配合使用才能达到良好的使用效果。所以，清洗装置的电路一般与雨刮器开关联合动作。

常用的洗涤液是清水，为了能刮掉风窗玻璃上的油、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储液罐、喷嘴等塑料件的开裂。冬季使用洗涤器时，为了防止洗涤液的冻结，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，可使结冰温度下降到-20℃以下。如冬季不用洗涤器时，应将洗涤管中的水倒掉。

3.风窗玻璃洗涤装置的控制电路

桑塔纳2000洗涤装置的控制电路如图5-111所示。从图5-111中可以看出，刮水器控制开关有5个挡位，分别为复位停止挡、间歇挡、低速挡、高速挡和点动挡。通常在刮水器操纵手柄上F挡为点动挡，L挡为低速刮水挡，H挡为高速刮水挡。

图5-111　桑塔纳2000洗涤装置的控制电路

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放电回路，其电流为：蓄电池正极→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→蓄电池负极。在电磁吸力的作用下，中间继电器触点闭合，为刮水电动机的工作做好准备。

将刮水器开关拨到F挡（即点动挡）时，蓄电池将通过刮水器开关、间歇继电器常闭触点向刮水电动机放电，其电流为：蓄电池正扱→中间继电器触点→熔丝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→搭铁→蓄电池负极，此时电动机以低速运转。当驾驶员的手离开刮水器开关时，开关将自动回到“0”位，如果此时刮水片处在影响驾驶员视线的位置上，自动复位装置的常闭触点打开，常开触点闭合，刮水电动机电枢内继续有电流通过，其电流为：蓄电池正极→中间继电器触点→熔丝S11→复位装置的常开触点→刮水器开关53e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→搭铁→蓄电池负极，故电动机仍以低速运转，只有当自动复位装置处在指定位置时，刮水电动机方可停止运转。

当将刮水器开关拨到1挡（低速挡）时，蓄电池仍然是通过中间继电器、刮水器开关、间歇继电器、电刷B1和B3向刮水电动机放电（放电回路与点动时相同），电动机以42～52r/min的转速低速运转。

当将刮水器开关拨到2挡（高速挡）时，蓄电池向电动机的放电回路为：蓄电池正极→中间继电器触点→熔丝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→搭铁→蓄电池负极，此时刮水电动机以62～80r/min的转速高速运转。

当自动复位装置切断电动机电路，由于旋转惯性使电动机不能立即停下来时，电动机将以发电机运行而发电，由楞茨定律可知，电枢绕组中所产生的感应电动势的方向与外加电压的方向相反，通过刮水器开关、自动复位常闭触点构成回路，其电流为：电刷B1→间歇继电器常闭触点→刮水器开关53接线柱→刮水器开关53e接线柱→自动复位装置的常闭触点→电刷B3，电枢绕组中即会产生反电磁力矩（制动力矩），刮水电动机迅速停止运转，使刮水片复位到风窗玻璃的下部。

当将刮水器开关拨到J（间歇）位置时，电子式间歇继电器投入工作，使其触点不断地开闭。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：蓄电池正极→中间继电器触点→熔丝S11→间歇继电器的常开触点→电刷B1→电刷B3→搭铁→蓄电池负极，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，电动机将停止运转。在此过程中，自动复位装置的工作与制动力矩的产生与上述相同。在间歇继电器的作用下，刮水电动机每6s使曲柄旋转一周。

当将洗涤开关接通时（将刮水器开关向上扳动），洗涤泵控制电路接通，其电流为：蓄电池正极→中间继电器触点→熔丝S11→洗涤开关→洗涤泵V5→搭铁→蓄电池负极。位于发动机盖上的两个喷嘴同时向风窗玻璃喷射洗涤液。与此同时，也接通了刮水器间歇继电器的控制电路，其电流为：蓄电池正极→中间继电器触点→熔丝S11→洗涤开关→刮水器间歇继电器→搭铁→蓄电池负极，于是刮水电动机工作，驱动刮水片刮掉已经湿润的尘土和汚物。当驾驶员松开控制手柄时，开关将自动复位，切断洗涤泵的控制电路。喷嘴停止喷射洗涤液，刮水电动机在自动复位开关起作用后，将刮水片停靠在风窗玻璃的下方。

（三）除霜装置

1.作用

在较冷的季节，车窗玻璃上会凝结上一层霜、雾、雪或冰，从而影响驾驶员的视线。为了避免水蒸气凝结，很多汽车都设置了除霜（雾）装置，需要时可以对风窗玻璃加热。

2.结构原理

在有空调及暖风装置的汽车上，前面及侧面的玻璃可以用暖风加热除霜，后面的玻璃一般采用电热丝加热除霜，如图5-112所示。在后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，其中一个用以供电，另一个是搭铁线接线柱。需要时接通电路，即可对其进行加热，其功率一般为50～100W。除霜器的电阻一般具有正温度系数特性，即温度低时阻值减小，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5-112　自动后除霜器控制盒

除霜装置的工作过程如下。

（1）除霜开关置于“关”位置。控制电路及指示灯电路断开，除霜装置及除霜指示灯均不工作。

（2）除霜开关置于“手动”位置。继电器线圈可经手动开关直接搭铁，继电器触点闭合，使除霜电路及指示灯接通，除霜装置及指示灯均工作。

（3）除霜开关置于“自动”位置。如果霜层凝结到一定厚度时，传感器电阻值减小到某一设定值以下。控制器即可使继电器线圈的电流经控制电路而搭铁，继电器闭合，于是，由点火开关“IG”挡来的电源电压经继电器到除霜电热丝构成回路，另外经分路到仪表上的电流使指示灯点亮，表示除霜装置正在工作。当玻璃上结霜减少到某一程度后，传感器电阻值增大，控制电路切断继电器线圈回路，触点断开，电热丝断电，除霜装置停止工作，同时指示灯熄灭。