刮水系统烧熔断丝/继电器故障分析与解决

李仁明，李永清（湖北省齐星汽车车身股份有限公司技术中心，湖北 随州　441300）

刮水系统烧熔断丝/继电器故障分析与解决

李仁明，李永清
（湖北省齐星汽车车身股份有限公司技术中心，湖北 随州441300）

介绍一起罕见的刮水系统烧熔断丝/继电器的故障现象，分析故障产生的原因，并提出解决措施。

刮水电机；故障分析；复位电路；熔断丝；继电器

从2015年5月起，公司服务部门陆续接到用户反馈某型号驾驶室存在烧刮水系统熔断丝现象。公司先后多次派人到现场服务、查找原因，发现为烧刮水慢档继电器K4和熔断丝，但换件效果不明显。往往服务人员前脚刚走，时间不长 （下雨后）用户又反馈该故障再次出现。用户反应强烈！公司安排笔者处理，在现场看到了故障现象，但未能找到合理解释的原因。因此协调刮水电机、继电器厂家技术人员一起赶到现场共同分析，但还是未能找出原因。便将故障刮水电机、刮水开关、继电器、相同原理的试验线束等带到刮水电机生产厂，利用其试验设备和厂家的工程师们一起分析。在试验室故障再现了，但仍未找到故障原因。更换市场上类似的其他品牌国产继电器、刮水电机再试验，故障依旧。但该问题必须要解决！否则将直接影响该产品的生产、销售！回公司后经过一个多月的反复试验、分析、改进，该问题终于得以解决，现整理后与大家分享！

图1　刮水系统电气原理图

1　故障现象

刮水电机为双速永磁刮水器电机，刮水系统电气原理图见图1。

操纵刮水开关手柄在快、慢档间快速不停转换时，突然听到 “啪”的一声响，熔断丝爆了。更换刮水系统熔断丝后再试，发现刮水系统不工作。检查刮水慢档继电器K4（以下简称K4），拿掉其外壳发现其常闭触点已烧黑，刮水快档继电器K5（以下简称K5）正常。将K4、K5同时更换新继电器后 （去掉外壳）再试，还是在刮水开关快、慢档间快速转换时，发现K4触点每次转换时都发出火花，时大时小……突然发出一次耀眼的大火花，K4的常闭触点便烧黑了；期间K5的触点也有小火花，但触点从未烧黑。每次从试验开始到烧触点的时间不等，短的几秒钟，长得可能近20min左右，全都是烧的继电器K4的常闭触点 （图2）。经检查未发现刮水电机电枢有问题，但其复位盘上的簧片触点 （3个）上润滑油已发红 （图3），说明有大电流通过迹象，但无触点烧毁现象。

图2　慢档继电器K4的常闭触点烧毁

图3　刮水电机复位盘上的簧片触点

2　刮水系统快慢档时的电流路径

刮水系统在慢档时的电流路径见图1，快档时的电路路径见图4。

图4　刮水系统快档时电流路径图

从图1、图4看不出刮水开关在快、慢档间快速转换时烧继电器的原因，图上看不出有何问题。

3　试验分析

公司采用该刮水系统电气原理有多年历史，之前从未发生此故障。经了解，该故障是从2015年5月起，为降成本将原进口的乙厂继电器改为国产甲厂继电器后才出现。我们将不同厂家的刮水电机、继电器，按快档→慢档→关→快档，3秒/每循环的方法进行了试验。结果见表1。

表1　使用现用刮水开关A的试验结果

发现乙厂继电器确实比甲厂好，之前换另一国内丙厂继电器也试过，和甲厂的差不多。但乙厂继电器比甲厂的贵好几倍。问题似乎已查出了。但以前使用甲厂继电器和另一种同原理的刮水开关B（目前该开关在该驾驶室上已被淘汰）时并未出现该问题。便更换成以前的刮水开关B，再次进行试验。结果见表2。

表2　使用刮水开关B的试验结果

果然比以前好多了，原因在刮水开关上。

经过检查，发现刮水开关B在从快档到慢档转换时接慢档继电器K4线圈85端的L端与搭铁一直相通，但现使用的开关在转换期间断开了。其余原理相同。通知供应商改进后，试验结果见表3。

表3　使用甲厂JQ202S-AZD1（带二极管）继电器的试验结果

问题解决了，整改有效。

4　原因分析

刮水开关在快慢档快速转换过程中L端与搭铁断路的情况下，为什么出现上述故障现象？下面从理论上进行分析。

刮水系统不在复位范围时的电流路径见图5［1-2］。此时即为刮水正常的复位过程状态。电流的流动方向为：F3（+）→066线→刮水电机触点3→刮水电机复位铜环→触点2→074线→继电器K4 87a—30→080线→继电器K5 30—87a→072线→刮水电机A3低速线圈→搭铁→蓄电池-……→F3（+）形成回路。此时电流为刮水电机低速线圈电流，约2.5A。

刮水系统在复位范围时的电流路径见图6。此时即为刮水正常的复位制动状态。电流的流动方向为：刮水电机A3低速线圈+→072线→继电器K5 87a—30→080线→继电器K4 30—87a→074线→刮水电机触点2→刮水电机复位铜环→触点1→搭铁→刮水电机A3低速线圈+形成回路。此时为刮水电机能耗制动电流，时间短、瞬间电流大。

刮水开关在慢、快档间快速转换时，其电流流动过程为：刮水慢档工作→刮水复位过程中 （或制动中）→刮水快档工作。若转换时刮水为复位中 （非制动状态），此时流过继电器K4常闭触点的电流小，继电器断开时产生的电弧小，不会烧坏触点；若转换时刮水复位铜环正好转到制动位置，此时流过继电器K4常闭触点的电流大，在触点大电流断开瞬间会产生较大电弧，对触点造成损伤较大，每再经历一次都会对触点造成更大损伤，若干次之后，造成K4常闭触点烧蚀。若不及时更换继电器K4，烧蚀严重时会在常开触点闭合时导致87、30、87a三个触点相通，导致电流经：F3（+）→066线→继电器K4 87—30—87a→074线→刮水电机触点2→刮水电机复位铜环→刮水电机触点1→搭铁直接短路，因电路中继电器K4常闭触点间烧蚀后电阻最大、发热量最大，因此继电器K4触点处发出强烈的电火花将触点烧毁，同时将熔断丝烧断。刮水电机复位铜环处的触点因一直与铜环靠触点臂弹性紧紧压在一起，之间电阻较小，因此损坏程度较低，但附近润滑油已发红，说明也曾通过较大电流。这与试验时继电器K4触点烧黑数量较多、但熔断丝熔断较少的情况一致 （因发现触点烧黑后就及时将继电器更换了）。

若刮水开关在快、慢档转换时接刮水慢档继电器K4线圈85端的L端与搭铁一直相通，刮水慢档继电器线圈一直通电，其常开触点一直结合，因此不会出现触点断开而烧蚀的现象。

图5　刮水系统在快慢档转换过程中电流路径图（不在复位范围时）

图6　刮水系统在快慢档转换过程中电流路径图（在复位范围时）

5　复位电路上增加二极管的尝试

在刮水开关快、慢档转换时接刮水慢档继电器K4线圈85端的L端与搭铁断路的情况下，在其复位电路上增加一只二极管，也可解决烧继电器触点和烧熔断丝问题，刮水系统也能复位，但是刮水片从进入复位状态到完全停下的时间较正常要长，复位位置也发生了变化 （不在前挡风玻璃下缘），用户会有抱怨，具体电流路径见图7，其复位位置发生变化的原因见图8。

图7　增加二极管后、刮水系统低档在快慢档转换过程中电流路径图 （不在复位范围时）

图8　增加二极管后、刮水系统低档在快慢档转换过程中电流流向趋势图 （在复位范围时）

此时电机线圈产生的感应电动势形成的电流趋势被二极管隔断，不能形成能耗制动电流，断电后电机只能靠系统摩擦阻力和惯性综合制动。因系统制造、装配差异，每台驾驶室的刮水阻力不完全一致，试验时发现复位时刮刷片停下的位置不完全一致。因此前期该方案被否决了，最后才查出了真正的原因。

刮水系统可以短期内正常工作，生产时在我公司内的电气调试时间很短，并没有发现该故障。该故障太隐蔽，且从理论上不容易解释清楚。主机厂、供应商、我公司技术中心、服务公司等技术人员多次反复分析过都未发现控制原理有什么不对。笔者也是经过了将近1个月的分析、反复试验后才发现进而解决的。我公司已及时对市场上的相关产品进行了更换。

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，湖北天门人，高级工程师，长期从事汽车驾驶室与整车电气系统的设计与制造工作。

［1］刘春晖.汽车电气设备检修与技术详解 ［M］.北京：机械工业出版社，2015：266-269.

［2］周建平.汽车电气设备构造与维修［M］.北京：人民交通出版社，2005：144-146.（编辑心翔）