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,给驾驶员的安全行车带来隐患。为了保证在上述不良天气时驾驶员仍具有良好的视线,汽车上都安装有刮水器。两箱汽车上还装有后风窗刮水器。 为了提高汽车在雨天和雪天行驶时驾驶员的能见度,专门设置了风窗玻璃刮水器。刮水器有真空式、气动式和电动式三种。目前,真空式和气动式已被淘汰,电动式刮水器则应用较广,因此下面重点介绍电动式刮水器。 1.电动式刮水器构造和工作原理。 电动式刮水器,由电动机和一套传动机构组成,如图10-1所示。刮水器电动机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、右刮水器臂8做往复摆动运动,带动刮水器橡胶片7刷去风窗玻璃上的雨水、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(见图10-2),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。 (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,由直流电动机电压平衡方程可得转速公式为
双速刮水器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10-3所示。
电刷B3为高低速公用电刷。电刷B1用于低速,电刷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3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e,其方向与电枢电流的方向相反。如要使用电枢旋转,外加电压必须克服反电动势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刷式电动机旋转时,电枢绕组所产生的反电动势如图10-3(b)所示。当开关拨向L时,电源电压已加在电刷B1和B2之间。在电刷B1、B3之间有两条并联支路,一条是由线圈①、⑥、⑤串联起来的支路,另一条是线圈②、③、④串联起来的支路,即在电刷B1、B3间有两条支路,各3个线圈。这三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3个线圈串联的反电动势e与电源电压U平衡,故转速较低当开关拨向H时,电源电压加在电刷B2和B3之间,从图10-3(b)可见。电枢绕组一条由4个线圈②、①、⑥、⑤串联,另一条由2个线圈③、④串联。其中线圈②的反电动势与线圈①、⑥、⑤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,两个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。
2.刮水电动机的自动复位装置。
当刮水器停止工作时,为了避免刮水片停在风窗玻璃中间,影响驾驶员的视线,要求刮水器橡胶片能够自动复位,不管在什么时候切断电源,刮水器橡胶片都能自动停止在风窗玻璃的下部。图10-4为刮水器橡胶片自动复位装置的示意图在减速蜗轮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“1”挡(低速挡)时,电流从蓄电池正极→电源开关1→熔断器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→电源开关1→熔断器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,如果刮水器橡胶片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→熔断器2→电刷B2→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,形成的回路如图10-4(b)所示,电动机以低速运转直至蜗轮旋转到图10-4(a)所示的特定位置,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,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,使橡胶片复位到风窗玻璃的下部。
3.电动刮水器间歇控制。
间歇式电动刮水器是普通电动刮水器的改进型刮水器,汽车在毛毛细雨或雾天、小雪天气中行驶时,如按前述的刮水器速度(哪怕是低速)进行刮拭,风窗玻璃上的微量水分和灰尘就会形成发黏的覆盖层。因此,不仅不能将风窗玻璃刮拭干净,反而会使玻璃模糊不清,留下污斑,影响驾驶员的视线。因此,现代汽车上一般都增设了电子间歇控制系统(见图10-5)。
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,即每刮一次停止2~12s,这样,可使驾驶员获得良好的视野。下面介绍几种实用电路。
(1)无稳态方波发生器。图10-5为VT1、VT2组成无稳态多谐振荡器,其工作原理与闪光器相同。R1、C1决定继电器K通电吸合时间,R2、C2决定K的断电时间。当刮水器开关在“0”挡位置时,刮水器电动机电枢被电刷B3、B2和自停触点(即图10-4(a)中的4、6)和K的常闭触点短路,电动机不转动。此时,若接通间歇开关,则VT1导通,VT2截止,K通电动作,常开触点闭合,此时刮水器电动机低速运转。当C1充电到一定值后,VT2导通,VT1迅速截止,K断电,常闭触点闭合。但此时自停触点通过铜环搭铁,刮水器电动机继续运转,直到刮水器臂到达风窗玻璃下部,自停触点上部闭合(见图10-5),电枢短路制动而停止。当C2充电到VT1导通电压时,VT1导通,VT2截止,K动作,常开触点闭合,又重复上述过程。
由上述可知,只要VT1导通时间足够长(1~2s),刮水器电动机转过自停位置后,即使VT截止,雨刮器电动机也会继续转动,使刮水器橡胶片刮拭一次,调整R2、C2的值,则可调间歇时间。
(2)互补间歇振动电路。当刮水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(见图10-6)。当C两端电压增加到一定值时,VT1导通,VT2也随之导通,继电器K通电,常闭触点断开,常开触点闭合,刮水器电动机运转。此时的电路为蓄电池正极→电刷B3→电刷B1→刮水器开关→K的常开触点→搭铁→蓄电池负极。
当刮水器电动机转动使自停触点与下边接触时(见图10-4(b)),C便通过VD迅速放电,此时刮水器电动机仍继续运转。C放电,使VT1的基极电位降低,从而使VT1、VT2转为截止状态,K中的电流中断,常闭触点闭合。但由于这时自停触点与VT1接触,故刮水器电动机仍继续转动,直到刮水器橡胶片摆回原位,自停触点接通为止,电动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,使刮水器橡胶片间歇动作。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刮水器只摆动一次。
(3)集成电路电子间歇振荡电路。图10-7是用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K通电,常开触点闭合,刮水器电动机运转。经过一定时间后,电路翻转,3端输出低电位,继电器K断电,常开触点断开,常闭触点闭合,此时,刮水器电动机继续运转,直至自停开关闭合,刮水器橡胶片停在原始位置。
