学习目标
l 掌握汽车各种仪表与报警装置的工作原理。
l 了解各种仪表与报警装置的基本结构组成。
l 掌握电动刮水器的结构和工作原理。
l 了解汽车预热装置的工作情况。
l 了解汽车防干扰装置的特点。
l 掌握汽车开关、保险装置的结构和安装位置等。
汽车仪表
1、仪表的种类和形式
种类：电流表、水温表、发动机机油压力表、燃油表、车速里程表、发动机转速表。
结构：电动式、电热式、磁电式、电子式。
作用：实时监测汽车（发动机）的主要部件（机油、水温、车速）的工作状况，并通过仪表（指示灯）显示出来，以便及时发现和排除可能出现的故障。
形式：常见的汽车使用的仪表结构图如图1-3所示。
图1 桑塔纳汽车仪表板
图2 奥迪汽车仪表板
图3宝来汽车仪表板
2、电流表
作用：指示蓄电池充放电情况和发电机的工作情况。当电流表的指针指向“＋”侧时，表示蓄电池充电；当电流表的指针指向“－”侧时，表示蓄电池放电。
结构：黄铜板条固定在绝缘底板上，两端与接柱1和3相连，下面夹有永久磁铁，磁铁的内侧，在软轴上装有带指针的软钢转子。如图4所示。
图4 电流表的结构
工作情况：没有电流流过电流表时，软钢转子5在永久磁铁的作用下被磁化，转子5磁化后的极性与永久磁铁的极性相反，两者相互吸引，指针保持在中间“0”的位置。 当电流由接柱1通过黄铜板条4流向接柱3时，黄铜板条周围产生磁场，方向与永久磁铁的磁场方向相互垂直，两个磁场产生一个合成磁场。转子带着指针偏转一个角度，转向合成磁场的方向。电流越大，合成磁场的方向越偏，转子带着指针偏转的角度也越大，如果电流反方向通过，指针也反方向偏转。
3、机油压力表
作用：检测发动机润滑系统的机油压力。
结构：由传感器由指示表两部分组成，传感器为圆盒形，内部有可感受机油压力的膜片，膜片的上方为弯曲的弹簧片，弹簧片的一端固定并搭铁，另一端焊有合金触点；另一触点在双金属片上，双金属片上绕有电热线圈，线圈一端接与双金属片，另一端与指示表相连。传感器安装在发动机缸体上，直接感受发动机润滑油的压力。指示表安装在仪表板上，有的汽车还有机油压力过低指示灯或报警器。指示表内装有双金属片，上绕有电热线圈，一端通过接柱9与传感器相连，另一端通过接柱15接电源正极，如图5所示。
1— 油腔；2—膜片；3—弹簧片；4，11—双金属片；5—调节齿轮；6—接触片；7—传感器接线柱；8—校正电阻；9，15—油压表接线柱；10，13—调节齿扇；12—指针；14—弹簧片
图5 机油压力表和传感器
工作情况：机油压力较小时，传感器膜片几乎没有变形，触点间压力小，电流通过不久，温度略有上升，双金属片稍有变形，触点就分开，平均电流小，指针偏转角度小；机油压力升高时，传感器膜片拱曲，触点间压力增大，需要通过较大电流，双金属片的变形才能使触点分开，平均电流大，指针偏转角度大。所以，机油压力越大，触点的压力越大，加热线圈需要更长的通电时间才能使触点打开；而压力低时，只需较短的通电时间就可使触点打开。双金属片为“Π”形，一个为工作臂，另一为补偿臂，它消除外界温度对传感器的影响。安装适应注意外壳上的箭头不应偏出垂直位置300。
4、水温表
作用：指示发动机冷却液工作温度。
结构：由水温传感器和指示表组成，水温传感器的密封套筒内装有双金属片2，上面绕有加热线圈，线圈的一端通过连接片3与接线柱4相连，另一端经固定触点1搭铁，水温低时，双金属片变形小，触点间的压力大，需要较大的电流才能使触点打开。水温高时，双金属片变形大，触点间的压力减小，需要较小的电流便可使触点打开。水温表的指示表与机油压力表结构相同。
图6 电热式水温表
工作情况：当电路接通，水温不高时，双金属片2主要依靠加热线圈产生变形，故双金属片2需经较长时间的加热，才能使触点分开。触点打开后，由于四周温度低散热快，双金属片2迅速冷却又使触点闭合。所以水温低时，触点在闭合时间长而断开时间短的状态下工作，使流过水温表加热线圈中的电流平均值增大，双金属片7变形大，带动指针向右偏转，指示低的水温。当水温高时，双金属片2周围温度高，触点的闭合时间短而断开时间长，流过水温表加热线圈的电流平均值小。正常的工作水温应在75-95℃之间。
5、燃油表
作用：指示燃油箱中燃油的存量。
结构：由传感器（浮子）和指示表组成，传感器由可变电阻和浮子组成。浮子在浮在燃油中，直接感受燃油量的变化。随着油量的变化浮子在油箱中的位置发生变化，从而改变了可变电阻的阻值，实现了将非电量转换成电信号。有两个匝数不等的线圈，一个和传感器串联（匝数少），一个和可变电阻并联，两个线圈之间有指针。当可变电阻的值发生变化时，通过两线圈的电流大小发生变化，从而改变指针的计数。如图7所示。
图7 燃油表
工作情况：燃油液面低时，可变电阻的阻值减小，流过串联线圈的电流大，而并联线圈的电流小，故指针指向小数值。而燃油液面高时，可变电阻的阻值增大，流过并联线圈的电流增加，且匝数多，故吸引指针指向满的位置。
6、车速里程表
作用：指示汽车行驶速度和累计行驶里程数。
结构：由车速表(speedometer)和里程表(mileometer)两部分组成。
磁感应式车速里程表结构：车速表由永久磁铁、带有轴及指针的铝罩、罩壳和紧固在车速里程表外壳上的刻度盘等组成。罩壳3是固定的，铝碗2是杯形的，与永久磁铁1及罩壳3间具有一定的间隙，没有机械连接。铝碗2是与指针6一起转动的，在静态时，由于盘形弹簧（游丝）4的作用使指针指在刻度盘0的位上。里程表是由蜗轮蜗杆和计数轮组成的，蜗轮蜗杆和汽车的传动轴之间具有一定的传动比。如图8所示。
图8 磁感应式车速里程表
磁感应式车速里程表工作原理:当汽车直线行驶时，变速器输出轴上的蜗轮、蜗杆以及软轴等带动永久磁铁转动，同时在铝碗上感应出涡流，产生转矩，使铝碗反抗游丝向永久磁铁转动方向转动，带动指针同转一个角度，因为蜗流的强弱与车速正比（车速越高，磁场切割速度越高），所以指针指示的速度也必与汽车的行驶速度成正比。在汽车行驶时，软轴驱动车速里程表的小轴，经三对蜗轮蜗杆带动里程表的第一计数轮转动。第一计数轮上的数字为十分之一公里，每两个相临的计数轮之间，又通过本身的内齿和进位计数轮的传动齿轮，形成⒈10的传动比。这样汽车行驶时，就可以将其行驶里程不断累计起来。
电子式车速里程表的结构：由车速传感器、电子电路、车速表和里程表等组成，如图9、10所示。
图9 电子车速里程表结构框图
A 车速里程传感器 B 里程表计数器 C 电子电路
图10 车速里程表的结构与电路
工作情况：车速传感器由变速器驱动，能够产生正比于汽车行驶速度的电信号。电子电路将车速传感器送来的电信号整形、触发，输出一个与车速成正比的电流信号。车速表是一个磁电式电流表，通过电子电路输出的与车速成正比的电流信号驱动。里程表由步进电机及六位数字的齿轮计数器组成。
7、 发动机转速表
作用：实时显示发动机的运转速度。
种类：机械式和电子式两种，广泛使用电子式。
信号取得方式：从点火系获取脉冲电压信号(汽油机通常采取此方式)；从发动机的转速传感器获得转速信号；从发电机获取转速信号。
电路：如图11所示。
图11 桑塔纳汽车发动机转速表电路
工作情况：当点火控制器使初级电路导通时，三极管VT处于截止状态，电容C2被充电。其充电电路为：蓄电池正极→R3→C2→VD2→蓄电池负极，构成回路。当点火控制器使初级电路截止时，三极管VT的基极得正电位而导通，此时C2便通过导通的三极管VT、电流表A和VD1构成放电回路，从而驱动电流表。当发动机工作时，初级电路不断的导通、截止，其导通、截止的次数与发动机转速成正比。所以当初级电路不断地导通、截止时，对电容C2不断地进行充放电，其放电电流平均值与发动机转速成正比，于是将电流平均值标定成发动机转速。可见,发动机的转速越高，电容器充放电次数越多，电流的平均值越大，转速表指示的值越大。
报警装置
1、报警装置的作用
使驾驶员随时掌握汽车的工作状况，确保行车的安全，提高车辆的可靠性。
2、汽车报警装置的种类
通常由相应的传感器和报警显示装置组成，报警显示装置通常是报警灯。
3、常见的报警装置
制动低压报警、真空度报警灯、机油压力过低报警装置、冷却水温度过高报警装置、燃油储存量过小报警、制动液不足报警、蓄电池液面过低报警、制动灯断线报警、空气滤清器堵塞报警、轮胎气压过低报警、充电指示灯、机油粗滤器指示灯、正时皮带定时更换指示灯、阻风门关闭报警灯、低真空度警告蜂鸣器、手制动系统警告灯等。
4、常见报警装置的表示方法
报警装置通常是在仪表板中通过发光二极管进行显示的，各种报警显示图形如图12所示。
图12 报警显示图形
辅助电器
1、 风窗刮水器
作用：清除挡风玻璃上的雨水,雪或灰尘，确保驾驶员有良好的视线。
要求：应具有高速、低速和间歇工作的三种方式运行，并可以自动复位。
种类：
按使用动力：气动式、真空式和电动式（广泛采用）
按电机结构：线绕式和永磁式
永磁式电动刮水器的组成：由直流永磁电动机、传动机构和刮水片等三部分组成，如图13所示。
1,5—刷架；2,4,6—摆杆；3,7,8—拉杆；9—蜗轮；10—蜗杆；11—电动机；12—底板
图13 电动刮水器
永磁式电动刮水器的结构特点：永磁式电动机的磁场是永久磁铁，电枢绕组通电后，产生转矩将电能转换成机械能。采用三个电刷。该电机与普通电机不同之处在于其有三个电刷，其中电刷B1为低速电刷，B2高速电刷，B3为公用电刷。当开关置于不同档位时，电机运转的速度是不同的。如图14示。
图14永磁式电动刮水器
基本工作情况：接通刮水器开关，电源经过电刷给电机的电枢绕组供电，电机运转。通过传动机构带动刮水片来回摆动，实现风窗刮水功能。
调速方法：通过改变电枢绕组的磁通量(永久磁铁和电枢绕组通电后产生的磁通的合成)实现变速的.磁通增加，转速降低，反之转速提高。置刮水器开关于“H”档时，电流从蓄电池正极→刮水器开关→B2电刷→电枢绕组（两个并联，个数不相等）→B1电刷→蓄电池负极。由于两绕组的个数不相等，有一部分电枢绕组产生的磁场互相抵消，产生的合成磁场减少，使电路的磁通量下降，电机以较高的转速运转。置刮水器开关于“L”档时，电流从蓄电池正极→刮水器开关（L）→B1电刷→电枢绕组（两个并联，个数相等）→B3电刷→→蓄电池负极。由于两绕组的个数相等，电流方向相同，产生的磁场方向一致，电机以较低的转速运行。
自动复位：关掉刮水器开关，若雨刮片没有停到规定的位置时，系统会自动使刮水片回到规定的位置上。其结构特点如图14所示，在刮水器的蜗轮的绝缘片上，装有复位触点和互相分开的导电铜片，通过该导电铜片实现自动复位。关掉刮水器开关后，若刮水片未回到规定位置，此时触点6与铜环9接触，继续接通永磁电机的电路，电机继续以低速旋转，当运行到规定的位置时，触点与铜环9分离，而与铜环7相接触，切断了电机的电路。但此时电机在惯性作用下，仍然保持运转。由于电路切断，电机变成发电机模式运转，电枢产生制动力矩，使电机迅速停下来，保持刮雨片停到规定的位置上。
图15自动复位原理
间歇刮水运行：在小雨或雾天行驶时，刮水器能按一定的周期停止和刮水，即刮水一次停止2-12s时间，通常是电子控制电路实现的，其电路如图15所示。其工作情况是当刮水器开关位于“I”档（低速档）并接通间歇开关时，电源向电容C充电，待其上电压达到某一值时，三极管导通，接通继电器电路，使电机导电而旋转。C同时放电，当C上的电压不足以维持三极管导通时，三极管截止，继电器断电，触点打开，电机停转，重新向电容器C充电。可见，电容器C充电即为电机停转时间，放电为刮水时间。如果刮水片未停到规定位置时，复位开关停在下的位置，继续接通电机电路，直到停到规定的位置时，复位开关回到上的位置处，从而实现了自动复位。
图16间歇刮水电路
2、 洗涤装置
作用：及时清除风窗玻璃上的尘土和污垢，保证驾驶员有良好的视线。
组成：由洗涤缸、电动泵、软管、三通接头和喷嘴等组成，如图16所示。
图16 洗涤装置
工作情况：接通洗涤开关，洗涤泵将洗涤液喷入挡风玻璃上，再接通雨刮电路，用雨刮将污物清除掉。现代汽车的洗涤装置基本都实现了与刮水器电路的联动，即当接通洗涤电路后，会自动接通刮水器间歇刮水电路，将风窗玻璃上的水刮去。
刮水与洗涤控制电路：图17所示的为桑塔纳轿车的刮水与洗涤控制电路。
图18 刮水与洗涤控制电路
3、 除霜装置
作用：在冬季低于0℃的环境下行车时，挡风玻璃上容易结霜，从而妨碍了驾驶员的视线，必须进行清除。
实现方法：
装有空调的汽车，通过挡风玻璃下面的暖气通风管吹风来防止结霜。
在挡风玻璃之间夹入电阻丝，给电阻供电加热挡风玻璃来防止结霜。或在挡风玻璃中镀上透明而又导电的氧化铟，通电后可加热到70-90℃，防止结霜，如图19所示。
图19 除霜装置
4、 预热装置
作用：冬季气温低，空气温度达不到着火温度，造成起动困难，为保证起动迅速可靠，通过预热装置来加热进入气缸中的空气。
种类：
（1）电热塞式
结构：主体是用铁镍铝合金制成的螺旋形电阻丝2，电阻一端焊在中心螺杆9上，另一端焊在用耐热不锈钢制成的发热体钢套的底部。螺杆和外壳5之间用瓷质绝缘体7隔开，钢套1与电阻丝之间，填充具有一定绝缘性能和导热性好、耐高温的氧化铝，如图20所示。
图20 电热塞式
工作情况：电热塞安装在汽缸盖上，各缸电热塞中心螺杆用导线接于电源。发动机起动前；接通电热塞开关。电流经蓄电池“＋”、电阻丝、中心螺杆、蓄电池负极。由于电流经电阻丝，电阻丝和发热体钢套则发热变红，用来加热气缸内的空气，达到顺利起动的目的。
（2）电磁式火焰预热器
结构：装在发动机的进气歧管上，主要由电磁铁和发火装置组成。电磁铁铁心中有孔，燃油在需要的时候可以从孔中喷出。该加热装置常用于柴油机中，如图21所示。
图21 电磁式预热装置
工作情况：起动时，将开关置于预热档上，电阻丝和线圈同时通电，打开燃油阀门，同时电阻丝加热，燃油经阀门流向加热的电阻丝，而产生火焰，预热进气歧管中的空气从而改善发动机的起动性能。
（3）陶瓷热敏电阻式
结构：上海桑塔纳等汽油车使用的进气预热装置，它安装在进气管的下方，加热器制成多针状，以增大散热面积，加热器通电后其表面温度可达到180°左右，混合气吹进时即被预热。当未蒸发的燃油通过时可受热蒸发，从而获得更好的混合气。加热器的发热元件是具有正温度系数的PTC电热陶瓷材料，因其具有随温度升高阻值增大的特性，可使加热温度得到自动控制，并节省电能。加热过程由温度开关自动控制，如图22所示。
图22 陶瓷式预热装置
工作情况：当冷却水温度低于55-65℃时，温控开关闭合，接通预热装置电路，使混合器预热器发热，加热混 合气。当温度高于上述温度，温控开关自动关断。
5、 防干扰装置
汽车的干扰源：点火装置、发电设备、各种开关、及小型电机等，最严重的干扰来自点火系。
干扰的传播方式：
传导干扰：电磁波通过汽车导线直接传播(干扰车内的无线电设备);
幅射干扰：电磁波通过空气传播（干扰车内外的无线电设施）；
汽车防干扰的措施：
（1）加装阻尼电阻或采用阻尼高压线：
方法：在点火装置的高压电路中串入阻尼电阻或采用阻尼高压线。
原理：通过阻尼电阻削弱电火花产生的高频振荡。
效果：阻尼电阻越大，抑制的效果越明显。但过大会影响跳火的能量。
要求：阻尼电阻要尽可能靠近干扰源安装。阻尼电阻不能用于低压电路。
（2）加装电容器
方法：在可能产生干扰的地方加装电容器（如在触点间、电极间并联电容器）。
原理：电容器的容抗与频率成反比，频率越高，容抗越小，以此来短路高频信号。
（3）加装屏蔽层
方法：将可能产生无线电干扰的装置用无缝隙的导电外壳密封起来。
原理：将产生的无线电信号屏蔽，不让其向外发射，以此来减小无线电干扰。
效果：此方法防干扰效果最好，但成本较高。
开关保险
1、点火开关
作用：用于控制点火电路、发电机的励磁电路、仪表电路、起动机继电器和一些辅助电器电路。
种类：
三档式：三档式点火开关共有0、Ⅰ和Ⅱ（或LOCK、ON、START），不同档位时控制的电路如图23所示。
图23 三档式点火开关
其中：30-接蓄电池 P-接停车灯 X-接卸荷工作电源 15-接点火电器 50-接起动机 SU-接蜂鸣器电源
四档式：四档式点火开关广泛使用，共有0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（或LOCK、ACC、ON、START）四个档位，其中ACC是电气附件元件工作档，如图24所示。
图24 四档式点火开关
2、照明开关
作用：控制大灯、小灯、示宽灯等灯光的照明，结构如图25所示。
图25 照明开关
3、组合开关
作用：组合开关广泛用于轿车中，将各种不同功能的电气开关组装在一个组合体内，安装在汽车的转向柱上，具有控制前照灯、前照灯远近光、超车信号、前小灯、尾灯、停车灯、转向信号灯、刮水器、洗涤器等功能，操作灵活、使用方便。
结构：如图26所示。该开关通过不同的手柄和同一手柄不同的运动方式，实现对大灯的远近光切换、转向灯电路和刮水、洗涤电路的控制。
图26 组合开关
4、保险装置
作用：保险丝通常都集中安装在一个固定的盒中，国产汽车装在中央接线盒中，进口汽车保险装置通常装在保险盒内。并在盒盖上标有记号，便于维修。
结构：如图27所示。
图27 中央保险丝盒
