汽车刮水器的作用及构成要素

1.汽车刮水器的功用与结构

汽车刮水器的功用是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。汽车刮水器有前风窗刮水器和后风窗刮水器两种。因驱动装置不同，刮水器有真空式、气动式和电动式三种。目前车辆上广泛使用的是电动刮水器。

电动刮水器主要由直流电动机、蜗轮箱、曲柄、连杆、摆杆和刮水片等组成，电动刮水器的结构如图6-1-1所示。

通常电动机和蜗轮箱结合成一体组成刮水器电动机总成，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，使摆臂上的刮水片实现刮水动作。

图6-1-1　电动刮水器的结构

1—底板；2，6—刷架；3，5，7—摆杆；4，8，9—连杆；10—蜗轮；11—蜗杆；12—电动机

2.电动刮水器电动机

电动刮水器电动机有绕线式和永磁式两种。永磁式刮水电动机体积小，质量轻，结构简单，使用广泛。

1）电动刮水器电动机的结构

永磁式电动刮水器电动机主要由外壳、磁铁总成、电枢、电刷安装板、复位开关（铜环及触点）、输出齿轮及蜗轮、输出臂等组成。其结构如图6-1-2所示。

图6-1-2　电动刮水器电动机的结构

1—电枢；2—永久磁铁；3—触点；4—蜗轮；5—电刷；6—铜环

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，摇臂使连杆往复运动，从而带动刮水片左右摆动。电动刮水器的工作状态如图6-1-3所示。

2）电动刮水器电动机的变速原理

为满足实际使用的要求，电动刮水器电动机有低速、高速和间歇三个挡位，且在任意时刻刮水结束后，刮水片均能回到风窗玻璃最下端，即自动复位。

永磁式刮水电动机是利用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，其工作原理如图6-1-4（a）所示，刮水电动机工作时，电枢内所有小线圈同时产生反电动势，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，则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。

图6-1-3　电动刮水器的工作状态

1—刮水片；2—刮水片架；3—刮水臂；4—蜗轮；5—直流永磁电动机；6—摇臂；7—连杆

三刷永磁式刮水电动机工作时，电枢绕组产生的反电动势的方向如图6-1-4（b）所示。当驾驶员将刮水器开关拨向低速时，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，每条支路都有3个线圈串联，其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3个线圈所产生的反电动势，故电动机转速较低；当驾驶员将刮水器开关拨向高速时，蓄电池电压加在电刷B2 和B3 之间。线圈1、2、3、6同在一支路中，其中线圈6与线圈1、2、3的反电动势方向相反，相互抵消后，每条支路变为两个线圈。由于电动机内部的磁场方向和电枢的旋转方向没有变化，所以各线圈内反电动势的方向与低速时相同。但是外加电压只需平衡2个线圈所产生的反电动势，因此电动机的转速升高。

图6-1-4　永磁式刮水器电机的工作原理

（a）工作原理；（b）反电动势的方向

3）刮水电动机的控制电路及自动复位原理

铜环式刮水器自动复位的控制电路如图6-1-5所示。刮水器的开关有3个挡位，它可以控制刮水器的速度和自复位。0挡为复位挡，Ⅰ挡为低速挡，Ⅱ挡为高速挡。4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。复位装置在减速蜗轮嵌有铜环，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他弹性材料制成，一端有触点。由于触点臂具有弹性，所以当蜗轮转动时，触点与蜗轮端面的铜环保持接触。(www.xing528.com)

图6-1-5　铜环式刮水器自动复位的控制电路

1—蜗轮；2—铜环；3—触点；4—触点臂；5—熔丝；6—电源开关；7—电框

当刮水器开关处于Ⅰ挡位置时，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→刮水器开关接线柱②→接触片→刮水器开关接线柱③→搭铁→蓄电池负极，电动机低速运转。

当刮水器开关处于Ⅱ挡位置时，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→刮水器开关接线柱④→接触片→刮水器开关接线柱③→搭铁→蓄电池负极，电动机高速运转。

当刮水器开关退回到0挡时，如果刮水片没有停在规定的位置，由于触点与铜环接触，则电流继续流入电枢。其电路为蓄电池正极→电源开关→熔丝→电刷B3→电枢绕组→电刷B1→刮水器开关接线柱②→接触片→刮水器开关接线柱①→触点臂→触点→铜环→搭铁→蓄电池负极。此时，电动机低速运转至蜗轮旋转到规定位置，即两触点臂都和铜环接触。此时电动机电枢绕组短路。但是，若电枢由于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，刮水器的刮水片停止在规定的位置。

4）刮水电动机的间歇控制

现代汽车刮水器均加装了电子间歇控制系统，使刮水器能按照一定的周期停止和刮水，车辆在小雨或雾天中行驶时，不至于使玻璃上形成发黏的表面，从而使驾驶员获得更好的视野。

电动刮水器的间歇控制可分为可调式和不可调式。

（1）可调式间歇控制电路。

可调式间歇控制电路是指刮水器的控制电路根据雨量的大小自动开闭，并自动调节间歇时间。刮水自动开关与调速控制电路如图6-1-6所示。

图6-1-6　刮水自动开关与调速控制电路

电路中S1、S2 和S3 是被安装在风窗玻璃上的雨量检测电极，雨滴落在两检测电极之间，其阻值相应减小，雨量越大，其阻值越小。

S1 和S3 之间的距离较近，因此，晶体管VT1 首先导通，继电器J1 通电，在电磁吸力作用下，P点闭合，刮水电动机低速运转。当雨量增大时，S1、S2 之间的电阻减小到使晶体管VT2 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，刮水电动机高速运转。

雨停时，检测电阻之间的阻值均增大，晶体管VT1、VT2 截止，继电器复位。刮水电动机自动停止工作。

（2）不可调式间歇控制电路。

不可调式间歇刮水器控制电路如图6-1-7所示，其工作过程如下：

图6-1-7　不可调式间歇刮水器控制电路

1—电动机；2—复位开关；3—继电器；4—间歇开关；5—刮水器开关

当刮水器开关处于间歇挡位置（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，其电路为蓄电池正极→电源开关→熔丝→自动复位开关常闭触点（上）→电阻R1→电容C→搭铁→蓄电池负极，随着充电时间的增长，电容器两端的电压逐渐升高。

当电容器C 两端的电压升高到一定值时，晶体管VT1 和VT2 相继由截止转为导通，从而接通继电器磁化线圈的电路，其电路为蓄电池正极→电源开关→熔丝→电阻R5→晶体管VT2 发射极→晶体管VT2 集电极→继电器磁化线圈J→间歇刮水器开关→搭铁→蓄电池负极。

在电磁力的作用下，继电器常闭触点打开，常开触点闭合，从而接通了刮水器电动机的电路，其电路为蓄电池正极→电源开关→熔丝→电刷B3→电刷B1→刮水继电器常开触点→搭铁→蓄电池负极。此时，电动机低速运转。

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VD，自动复位装置的常开触点迅速放电，此时刮水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VT1 基极电位逐渐降低。

当晶体管VT1 基极电位降低到一定值时，VT1、VT2 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，其电路为蓄电池正极→电源开关→熔丝→电刷B3→电刷B1→继电器常闭触点→搭铁→蓄电池负极。只有刮水片回到原位（不影响驾驶员视线的位置），自动复位开关的常开触点断开，常闭触点闭合，电动机才能停止转动。继而电源将再次向电容器C 充电，重复上述过程，实现刮水器的间歇动作。