刮水系統(tǒng)燒熔斷絲/繼電器故障分析與解決

李仁明，李永清（湖北省齊星汽車車身股份有限公司技術(shù)中心，湖北 隨州　441300）

刮水系統(tǒng)燒熔斷絲/繼電器故障分析與解決

李仁明，李永清
（湖北省齊星汽車車身股份有限公司技術(shù)中心，湖北 隨州441300）

介紹一起罕見的刮水系統(tǒng)燒熔斷絲/繼電器的故障現(xiàn)象，分析故障產(chǎn)生的原因，并提出解決措施。

刮水電機(jī)；故障分析；復(fù)位電路；熔斷絲；繼電器

從2015年5月起，公司服務(wù)部門陸續(xù)接到用戶反饋某型號(hào)駕駛室存在燒刮水系統(tǒng)熔斷絲現(xiàn)象。公司先后多次派人到現(xiàn)場服務(wù)、查找原因，發(fā)現(xiàn)為燒刮水慢檔繼電器K4和熔斷絲，但換件效果不明顯。往往服務(wù)人員前腳剛走，時(shí)間不長 （下雨后）用戶又反饋該故障再次出現(xiàn)。用戶反應(yīng)強(qiáng)烈！公司安排筆者處理，在現(xiàn)場看到了故障現(xiàn)象，但未能找到合理解釋的原因。因此協(xié)調(diào)刮水電機(jī)、繼電器廠家技術(shù)人員一起趕到現(xiàn)場共同分析，但還是未能找出原因。便將故障刮水電機(jī)、刮水開關(guān)、繼電器、相同原理的試驗(yàn)線束等帶到刮水電機(jī)生產(chǎn)廠，利用其試驗(yàn)設(shè)備和廠家的工程師們一起分析。在試驗(yàn)室故障再現(xiàn)了，但仍未找到故障原因。更換市場上類似的其他品牌國產(chǎn)繼電器、刮水電機(jī)再試驗(yàn)，故障依舊。但該問題必須要解決！否則將直接影響該產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售！回公司后經(jīng)過一個(gè)多月的反復(fù)試驗(yàn)、分析、改進(jìn)，該問題終于得以解決，現(xiàn)整理后與大家分享！

圖1　刮水系統(tǒng)電氣原理圖

1　故障現(xiàn)象

刮水電機(jī)為雙速永磁刮水器電機(jī)，刮水系統(tǒng)電氣原理圖見圖1。

操縱刮水開關(guān)手柄在快、慢檔間快速不停轉(zhuǎn)換時(shí)，突然聽到 “啪”的一聲響，熔斷絲爆了。更換刮水系統(tǒng)熔斷絲后再試，發(fā)現(xiàn)刮水系統(tǒng)不工作。檢查刮水慢檔繼電器K4（以下簡稱K4），拿掉其外殼發(fā)現(xiàn)其常閉觸點(diǎn)已燒黑，刮水快檔繼電器K5（以下簡稱K5）正常。將K4、K5同時(shí)更換新繼電器后 （去掉外殼）再試，還是在刮水開關(guān)快、慢檔間快速轉(zhuǎn)換時(shí)，發(fā)現(xiàn)K4觸點(diǎn)每次轉(zhuǎn)換時(shí)都發(fā)出火花，時(shí)大時(shí)小……突然發(fā)出一次耀眼的大火花，K4的常閉觸點(diǎn)便燒黑了；期間K5的觸點(diǎn)也有小火花，但觸點(diǎn)從未燒黑。每次從試驗(yàn)開始到燒觸點(diǎn)的時(shí)間不等，短的幾秒鐘，長得可能近20min左右，全都是燒的繼電器K4的常閉觸點(diǎn) （圖2）。經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)刮水電機(jī)電樞有問題，但其復(fù)位盤上的簧片觸點(diǎn) （3個(gè)）上潤滑油已發(fā)紅 （圖3），說明有大電流通過跡象，但無觸點(diǎn)燒毀現(xiàn)象。

圖2　慢檔繼電器K4的常閉觸點(diǎn)燒毀

圖3　刮水電機(jī)復(fù)位盤上的簧片觸點(diǎn)

2　刮水系統(tǒng)快慢檔時(shí)的電流路徑

刮水系統(tǒng)在慢檔時(shí)的電流路徑見圖1，快檔時(shí)的電路路徑見圖4。

圖4　刮水系統(tǒng)快檔時(shí)電流路徑圖

從圖1、圖4看不出刮水開關(guān)在快、慢檔間快速轉(zhuǎn)換時(shí)燒繼電器的原因，圖上看不出有何問題。

3　試驗(yàn)分析

公司采用該刮水系統(tǒng)電氣原理有多年歷史，之前從未發(fā)生此故障。經(jīng)了解，該故障是從2015年5月起，為降成本將原進(jìn)口的乙廠繼電器改為國產(chǎn)甲廠繼電器后才出現(xiàn)。我們將不同廠家的刮水電機(jī)、繼電器，按快檔→慢檔→關(guān)→快檔，3秒/每循環(huán)的方法進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果見表1。

表1　使用現(xiàn)用刮水開關(guān)A的試驗(yàn)結(jié)果

發(fā)現(xiàn)乙廠繼電器確實(shí)比甲廠好，之前換另一國內(nèi)丙廠繼電器也試過，和甲廠的差不多。但乙廠繼電器比甲廠的貴好幾倍。問題似乎已查出了。但以前使用甲廠繼電器和另一種同原理的刮水開關(guān)B（目前該開關(guān)在該駕駛室上已被淘汰）時(shí)并未出現(xiàn)該問題。便更換成以前的刮水開關(guān)B，再次進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果見表2。

表2　使用刮水開關(guān)B的試驗(yàn)結(jié)果

果然比以前好多了，原因在刮水開關(guān)上。

經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)刮水開關(guān)B在從快檔到慢檔轉(zhuǎn)換時(shí)接慢檔繼電器K4線圈85端的L端與搭鐵一直相通，但現(xiàn)使用的開關(guān)在轉(zhuǎn)換期間斷開了。其余原理相同。通知供應(yīng)商改進(jìn)后，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　使用甲廠JQ202S-AZD1（帶二極管）繼電器的試驗(yàn)結(jié)果

問題解決了，整改有效。

4　原因分析

刮水開關(guān)在快慢檔快速轉(zhuǎn)換過程中L端與搭鐵斷路的情況下，為什么出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象？下面從理論上進(jìn)行分析。

刮水系統(tǒng)不在復(fù)位范圍時(shí)的電流路徑見圖5［1-2］。此時(shí)即為刮水正常的復(fù)位過程狀態(tài)。電流的流動(dòng)方向?yàn)椋篎3（+）→066線→刮水電機(jī)觸點(diǎn)3→刮水電機(jī)復(fù)位銅環(huán)→觸點(diǎn)2→074線→繼電器K4 87a—30→080線→繼電器K5 30—87a→072線→刮水電機(jī)A3低速線圈→搭鐵→蓄電池-……→F3（+）形成回路。此時(shí)電流為刮水電機(jī)低速線圈電流，約2.5A。

刮水系統(tǒng)在復(fù)位范圍時(shí)的電流路徑見圖6。此時(shí)即為刮水正常的復(fù)位制動(dòng)狀態(tài)。電流的流動(dòng)方向?yàn)椋汗嗡姍C(jī)A3低速線圈+→072線→繼電器K5 87a—30→080線→繼電器K4 30—87a→074線→刮水電機(jī)觸點(diǎn)2→刮水電機(jī)復(fù)位銅環(huán)→觸點(diǎn)1→搭鐵→刮水電機(jī)A3低速線圈+形成回路。此時(shí)為刮水電機(jī)能耗制動(dòng)電流，時(shí)間短、瞬間電流大。

刮水開關(guān)在慢、快檔間快速轉(zhuǎn)換時(shí)，其電流流動(dòng)過程為：刮水慢檔工作→刮水復(fù)位過程中 （或制動(dòng)中）→刮水快檔工作。若轉(zhuǎn)換時(shí)刮水為復(fù)位中 （非制動(dòng)狀態(tài)），此時(shí)流過繼電器K4常閉觸點(diǎn)的電流小，繼電器斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧小，不會(huì)燒壞觸點(diǎn)；若轉(zhuǎn)換時(shí)刮水復(fù)位銅環(huán)正好轉(zhuǎn)到制動(dòng)位置，此時(shí)流過繼電器K4常閉觸點(diǎn)的電流大，在觸點(diǎn)大電流斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生較大電弧，對(duì)觸點(diǎn)造成損傷較大，每再經(jīng)歷一次都會(huì)對(duì)觸點(diǎn)造成更大損傷，若干次之后，造成K4常閉觸點(diǎn)燒蝕。若不及時(shí)更換繼電器K4，燒蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)在常開觸點(diǎn)閉合時(shí)導(dǎo)致87、30、87a三個(gè)觸點(diǎn)相通，導(dǎo)致電流經(jīng)：F3（+）→066線→繼電器K4 87—30—87a→074線→刮水電機(jī)觸點(diǎn)2→刮水電機(jī)復(fù)位銅環(huán)→刮水電機(jī)觸點(diǎn)1→搭鐵直接短路，因電路中繼電器K4常閉觸點(diǎn)間燒蝕后電阻最大、發(fā)熱量最大，因此繼電器K4觸點(diǎn)處發(fā)出強(qiáng)烈的電火花將觸點(diǎn)燒毀，同時(shí)將熔斷絲燒斷。刮水電機(jī)復(fù)位銅環(huán)處的觸點(diǎn)因一直與銅環(huán)靠觸點(diǎn)臂彈性緊緊壓在一起，之間電阻較小，因此損壞程度較低，但附近潤滑油已發(fā)紅，說明也曾通過較大電流。這與試驗(yàn)時(shí)繼電器K4觸點(diǎn)燒黑數(shù)量較多、但熔斷絲熔斷較少的情況一致 （因發(fā)現(xiàn)觸點(diǎn)燒黑后就及時(shí)將繼電器更換了）。

若刮水開關(guān)在快、慢檔轉(zhuǎn)換時(shí)接刮水慢檔繼電器K4線圈85端的L端與搭鐵一直相通，刮水慢檔繼電器線圈一直通電，其常開觸點(diǎn)一直結(jié)合，因此不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)斷開而燒蝕的現(xiàn)象。

圖5　刮水系統(tǒng)在快慢檔轉(zhuǎn)換過程中電流路徑圖（不在復(fù)位范圍時(shí)）

圖6　刮水系統(tǒng)在快慢檔轉(zhuǎn)換過程中電流路徑圖（在復(fù)位范圍時(shí)）

5　復(fù)位電路上增加二極管的嘗試

在刮水開關(guān)快、慢檔轉(zhuǎn)換時(shí)接刮水慢檔繼電器K4線圈85端的L端與搭鐵斷路的情況下，在其復(fù)位電路上增加一只二極管，也可解決燒繼電器觸點(diǎn)和燒熔斷絲問題，刮水系統(tǒng)也能復(fù)位，但是刮水片從進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)到完全停下的時(shí)間較正常要長，復(fù)位位置也發(fā)生了變化 （不在前擋風(fēng)玻璃下緣），用戶會(huì)有抱怨，具體電流路徑見圖7，其復(fù)位位置發(fā)生變化的原因見圖8。

圖7　增加二極管后、刮水系統(tǒng)低檔在快慢檔轉(zhuǎn)換過程中電流路徑圖 （不在復(fù)位范圍時(shí)）

圖8　增加二極管后、刮水系統(tǒng)低檔在快慢檔轉(zhuǎn)換過程中電流流向趨勢圖 （在復(fù)位范圍時(shí)）

此時(shí)電機(jī)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢形成的電流趨勢被二極管隔斷，不能形成能耗制動(dòng)電流，斷電后電機(jī)只能靠系統(tǒng)摩擦阻力和慣性綜合制動(dòng)。因系統(tǒng)制造、裝配差異，每臺(tái)駕駛室的刮水阻力不完全一致，試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)復(fù)位時(shí)刮刷片停下的位置不完全一致。因此前期該方案被否決了，最后才查出了真正的原因。

刮水系統(tǒng)可以短期內(nèi)正常工作，生產(chǎn)時(shí)在我公司內(nèi)的電氣調(diào)試時(shí)間很短，并沒有發(fā)現(xiàn)該故障。該故障太隱蔽，且從理論上不容易解釋清楚。主機(jī)廠、供應(yīng)商、我公司技術(shù)中心、服務(wù)公司等技術(shù)人員多次反復(fù)分析過都未發(fā)現(xiàn)控制原理有什么不對(duì)。筆者也是經(jīng)過了將近1個(gè)月的分析、反復(fù)試驗(yàn)后才發(fā)現(xiàn)進(jìn)而解決的。我公司已及時(shí)對(duì)市場上的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了更換。

Fault Analysis and Solution of Wiper System Fuse/Relay

LI Ren-ming，LI Yong-qing
（Hubei Qixing Automobile Body Co.，Ltd.，Suizhou 441300，China）

A rare failure phenomenon of wiper system fuse/relay burnt is introduced here.The failure cause is analyzed and the solution is proposed.

wiper motor；failure analysis；reset circuit；fuse；relay

U463.855

B

1003-8639（2016）02-0033-04

2015-11-19；

2015-12-08

李仁明 （1969-），男，湖北天門人，高級(jí)工程師，長期從事汽車駕駛室與整車電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造工作。

［1］劉春暉.汽車電氣設(shè)備檢修與技術(shù)詳解 ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015：266-269.

［2］周建平.汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修［M］.北京：人民交通出版社，2005：144-146.（編輯心翔）