刮水系統燒熔斷絲/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中心，湖北 隨州　441300）

刮水系統燒熔斷絲/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中心，湖北 隨州441300）

介紹一起罕見的刮水系統燒熔斷絲/繼電器的故障現象，分析故障產生的原因，并提出解決措施。

刮水電機；故障分析；復位電路；熔斷絲；繼電器

從2015年5月起，公司服務部門陸續接到用戶反饋某型號駕駛室存在燒刮水系統熔斷絲現象。公司先后多次派人到現場服務、查找原因，發現為燒刮水慢檔繼電器K4和熔斷絲，但換件效果不明顯。往往服務人員前腳剛走，時間不長 （下雨后）用戶又反饋該故障再次出現。用戶反應強烈！公司安排筆者處理，在現場看到了故障現象，但未能找到合理解釋的原因。因此協調刮水電機、繼電器廠家技術人員一起趕到現場共同分析，但還是未能找出原因。便將故障刮水電機、刮水開關、繼電器、相同原理的試驗線束等帶到刮水電機生產廠，利用其試驗設備和廠家的工程師們一起分析。在試驗室故障再現了，但仍未找到故障原因。更換市場上類似的其他品牌國產繼電器、刮水電機再試驗，故障依舊。但該問題必須要解決！否則將直接影響該產品的生產、銷售！回公司后經過一個多月的反復試驗、分析、改進，該問題終于得以解決，現整理后與大家分享！

圖1　刮水系統電氣原理圖

1　故障現象

刮水電機為雙速永磁刮水器電機，刮水系統電氣原理圖見圖1。

操縱刮水開關手柄在快、慢檔間快速不停轉換時，突然聽到 “啪”的一聲響，熔斷絲爆了。更換刮水系統熔斷絲后再試，發現刮水系統不工作。檢查刮水慢檔繼電器K4（以下簡稱K4），拿掉其外殼發現其常閉觸點已燒黑，刮水快檔繼電器K5（以下簡稱K5）正常。將K4、K5同時更換新繼電器后 （去掉外殼）再試，還是在刮水開關快、慢檔間快速轉換時，發現K4觸點每次轉換時都發出火花，時大時小……突然發出一次耀眼的大火花，K4的常閉觸點便燒黑了；期間K5的觸點也有小火花，但觸點從未燒黑。每次從試驗開始到燒觸點的時間不等，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 （圖2）。經檢查未發現刮水電機電樞有問題，但其復位盤上的簧片觸點 （3個）上潤滑油已發紅 （圖3），說明有大電流通過跡象，但無觸點燒毀現象。

圖2　慢檔繼電器K4的常閉觸點燒毀

圖3　刮水電機復位盤上的簧片觸點

2　刮水系統快慢檔時的電流路徑

刮水系統在慢檔時的電流路徑見圖1，快檔時的電路路徑見圖4。

圖4　刮水系統快檔時電流路徑圖

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

3　試驗分析

公司采用該刮水系統電氣原理有多年歷史，之前從未發生此故障。經了解，該故障是從2015年5月起，為降成本將原進口的乙廠繼電器改為國產甲廠繼電器后才出現。我們將不同廠家的刮水電機、繼電器，按快檔→慢檔→關→快檔，3秒/每循環的方法進行了試驗。結果見表1。

表1　使用現用刮水開關A的試驗結果

發現乙廠繼電器確實比甲廠好，之前換另一國內丙廠繼電器也試過，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B（目前該開關在該駕駛室上已被淘汰）時并未出現該問題。便更換成以前的刮水開關B，再次進行試驗。結果見表2。

表2　使用刮水開關B的試驗結果

果然比以前好多了，原因在刮水開關上。

經過檢查，發現刮水開關B在從快檔到慢檔轉換時接慢檔繼電器K4線圈85端的L端與搭鐵一直相通，但現使用的開關在轉換期間斷開了。其余原理相同。通知供應商改進后，試驗結果見表3。

表3　使用甲廠JQ202S-AZD1（帶二極管）繼電器的試驗結果

問題解決了，整改有效。

4　原因分析

刮水開關在快慢檔快速轉換過程中L端與搭鐵斷路的情況下，為什么出現上述故障現象？下面從理論上進行分析。

刮水系統不在復位范圍時的電流路徑見圖5［1-2］。此時即為刮水正常的復位過程狀態。電流的流動方向為：F3（+）→066線→刮水電機觸點3→刮水電機復位銅環→觸點2→074線→繼電器K4 87a—30→080線→繼電器K5 30—87a→072線→刮水電機A3低速線圈→搭鐵→蓄電池-……→F3（+）形成回路。此時電流為刮水電機低速線圈電流，約2.5A。

刮水系統在復位范圍時的電流路徑見圖6。此時即為刮水正常的復位制動狀態。電流的流動方向為：刮水電機A3低速線圈+→072線→繼電器K5 87a—30→080線→繼電器K4 30—87a→074線→刮水電機觸點2→刮水電機復位銅環→觸點1→搭鐵→刮水電機A3低速線圈+形成回路。此時為刮水電機能耗制動電流，時間短、瞬間電流大。

刮水開關在慢、快檔間快速轉換時，其電流流動過程為：刮水慢檔工作→刮水復位過程中 （或制動中）→刮水快檔工作。若轉換時刮水為復位中 （非制動狀態），此時流過繼電器K4常閉觸點的電流小，繼電器斷開時產生的電弧小，不會燒壞觸點；若轉換時刮水復位銅環正好轉到制動位置，此時流過繼電器K4常閉觸點的電流大，在觸點大電流斷開瞬間會產生較大電弧，對觸點造成損傷較大，每再經歷一次都會對觸點造成更大損傷，若干次之后，造成K4常閉觸點燒蝕。若不及時更換繼電器K4，燒蝕嚴重時會在常開觸點閉合時導致87、30、87a三個觸點相通，導致電流經：F3（+）→066線→繼電器K4 87—30—87a→074線→刮水電機觸點2→刮水電機復位銅環→刮水電機觸點1→搭鐵直接短路，因電路中繼電器K4常閉觸點間燒蝕后電阻最大、發熱量最大，因此繼電器K4觸點處發出強烈的電火花將觸點燒毀，同時將熔斷絲燒斷。刮水電機復位銅環處的觸點因一直與銅環靠觸點臂彈性緊緊壓在一起，之間電阻較小，因此損壞程度較低，但附近潤滑油已發紅，說明也曾通過較大電流。這與試驗時繼電器K4觸點燒黑數量較多、但熔斷絲熔斷較少的情況一致 （因發現觸點燒黑后就及時將繼電器更換了）。

若刮水開關在快、慢檔轉換時接刮水慢檔繼電器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，其常開觸點一直結合，因此不會出現觸點斷開而燒蝕的現象。

圖5　刮水系統在快慢檔轉換過程中電流路徑圖（不在復位范圍時）

圖6　刮水系統在快慢檔轉換過程中電流路徑圖（在復位范圍時）

5　復位電路上增加二極管的嘗試

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

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

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

此時電機線圈產生的感應電動勢形成的電流趨勢被二極管隔斷，不能形成能耗制動電流，斷電后電機只能靠系統摩擦阻力和慣性綜合制動。因系統制造、裝配差異，每臺駕駛室的刮水阻力不完全一致，試驗時發現復位時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。

刮水系統可以短期內正常工作，生產時在我公司內的電氣調試時間很短，并沒有發現該故障。該故障太隱蔽，且從理論上不容易解釋清楚。主機廠、供應商、我公司技術中心、服務公司等技術人員多次反復分析過都未發現控制原理有什么不對。筆者也是經過了將近1個月的分析、反復試驗后才發現進而解決的。我公司已及時對市場上的相關產品進行了更換。

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，高級工程師，長期從事汽車駕駛室與整車電氣系統的設計與制造工作。

［1］劉春暉.汽車電氣設備檢修與技術詳解 ［M］.北京：機械工業出版社，2015：266-269.

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