汽车电气设备原理与检修

引利

一辆一汽大众迈腾1.8T轿车，行驶里程超过8万km，汽车电路发生故障。需要你对电气元件电路的故障进行诊断，确认故障部位并进行维修。

相关知识

一、汽车电气设备组成

汽车电气设备是汽车的重要组成部分，随着人们对汽车在速度、灵活性、专用性、可靠性、自动化程度、安全性、经济性和排放量等方面要求的提高，以及电子工业特别是大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，汽车电气设备发生了巨大的变化，电子装置和微机控制装置得到了大量的应用。机电一体化、高性能和智能化已成为汽车电气设备发展的必然趋势。现代汽车电气设备在车上的分布如图1－1所示（以桑塔纳2000GLS型轿车为例）。

图1－1　现代汽车电气设备在车上的分布

1—双音喇叭；2—空调压缩机；3—硅整流发电机；4—雾灯；5—前照灯；6—转向指示灯；7—空调储液干燥器；8—卸荷继电器；9—电动风扇双速热敏开关；10—风扇电动机；11—进气电预热器；12—怠速电磁切断阀；13—热敏开关；14—机油油压开关；15—起动机；16—火花塞；17—风窗清洗液电动泵；18—冷却液液面传感器；19—分电器；20—点火线圈；21—蓄电池；22—制动液液面传感器；23—倒车灯开关；24—空调、暖风用鼓风机；25—车门接触开关；26—扬声器；27—点火控制器；28—风窗雨刮器电动机；29—中央接线盒；30—前照灯变光开关；31—组合开关；32—空调及风量旋钮；33—雾灯开关；34—后窗电加热器开关；35—危险信号报警灯开关；36—收放机；37—顶灯；38—油箱油面传感器；39—后窗电加热器；40—组合后灯；41—牌照灯；42—电动天线；43—电动后视镜；44—中控门锁；45—电动车窗；46—侧顶灯；47—后盖集中控制锁；48—行李箱灯。

现代汽车的电气设备种类和数量都很多，但总体来说，可以分为三大部分，即电源系统、用电设备和汽车电气线路。

（一）电源系统

电源系统包括稳定的电源系统、持续的电能供应系统，它们都由蓄电池、发电机和调节器组成。蓄电池的作用是当起动发动机时向起动机供电，同时当发电机不工作时向用电设备供电。发电机是汽车上的主要电源，蓄电池是辅助电源。当发电机正常工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。调节器的作用是使发电机的输出电压保持恒定。

（二）用电设备

1.起动系统

可靠的发动机起动系统包括起动机、起动继电器、点火开关和起动保护装置。其作用是提供发动机曲轴的起动转矩，使其达到要求的起动转速，并进入发动机自行运转状态。

2.点火系统

点火系统一般分为传统点火系统、电子点火系统和微机控制点火系统。其主要任务是产生高压电火花以点燃汽油机发动机汽缸内的可燃混合气体。传统点火系统已被淘汰，微机控制点火系统已经普及并逐渐完善化和多样化。

3.照明与信号系统

照明系统是指汽车内外的各种照明灯，包括前照灯、雾灯和示宽灯等。其作用是确保车辆内外一定范围内有合适的亮度；信号系统包括转向灯、倒车灯、制动灯和电喇叭等，其作用是引起行人和车辆的注意，提供安全行车所必需的信号，特别是夜间行车安全所必需的信号。

4.仪表与报警系统

仪表系统包括发动机转速表、水温表、燃油表、机油压力表、车速和里程表等。报警系统包括各种报警指示灯和控制器等。其作用是显示汽车运行参数，并报警运行性机械故障，确保行车和停车的安全。

5.汽车舒适系统

汽车舒适系统包括汽车空调、汽车音响导航和汽车通信等，具有为汽车的驾乘人员提供舒适性的功能。

6.辅助电气系统

辅助电气系统包括电动刮水与洗涤器、电动车窗、电动天窗、电动座椅、电动后视镜、低温起动预热装置、收录机、点烟器等。其作用是提高车辆安全性、舒适性和经济性。

7.汽车电子控制系统

汽车电子控制系统主要是指利用计算机控制的各个系统，包括电控燃油喷射系统、电控点火系统、电控自动变速器、制动防抱死系统、电控悬架系统以及各个电子控制系统之间的车载网络通信等。

（三）汽车电气线路

任何电气设备和电控装置要想获得电源供电，汽车电气线路的连接必不可少。汽车电气线路主要包括中央接线盒、保险装置、继电器、电线束、插接件和电路开关等，它使得全车电路构成一个统一的整体。它们的选用和装配将直接影响用电设备的运行情况。

二、汽车电气系统特点

（一）两个电源

汽车电气系统有两个供电电源，即蓄电池和发电机。蓄电池是辅助电源，在汽车未运行时向有关用电设备供电；发电机是主电源，当发动机转速达到规定的发电转速后，开始向有关用电设备供电，同时对蓄电池进行充电。两者互补可以有效地使用电设备在不同的情况下都能正常工作，同时也延长了蓄电池的供电时间。

（二）直流电

现代汽车发动机是靠电力起动机起动的，直流串励式电动机必须由蓄电池供给直流电，而向蓄电池充电又必须用直流电源，所以汽车电气系统为直流系统。

（三）低压电源

汽车电气系统的额定电压主要有12V和24V。汽油车普遍采用12V电源，柴油车多采用24V电源（一般由两个12V蓄电池串联而成）。在汽车运行中，一般12V系统的电压为14V，24V系统的电压为28V。

（四）单线制

单线连接是汽车线路的特殊性，它是指汽车上所有电气设备的正极均采用一根导线相互连接，而所有的负极则直接或间接通过导线或车身金属部分相连，即搭铁。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发经导线流入用电设备后，再由电气设备自身或负极导线搭铁，通过车架或车身流回电源负极而形成回路。由于单线制导线用量少，线路清晰，接线方便，因此在现代汽车中应用较广。

（五）并联连接

并联连接是指汽车上的各种用电设备都采用并联方式与电源系统连接，各个用电设备都由串联在其支路上的专用开关控制，互不产生干扰。采用并联连接的优点是，当汽车运行中某一支路的用电设备损坏时，并不影响其他支路用电设备的正常工作。

（六）负极搭铁

在单线制中，蓄电池的一个电极需连接至车架上，也称为搭铁。蓄电池的负极接车架称为负极搭铁；反之，则称为正极搭铁。负极搭铁有利于火花塞点火，对车架金属的化学腐蚀较轻，对无线电干扰较小。我国标准规定传统燃料型汽车线路统一采用负极搭铁。

三、汽车电气基础元件

现代汽车中的电气设备繁多，电路密集。汽车电路中除电源和用电设备外，还包括导线、插接器、保险装置和控制装置（开关或继电器）等电路组件。这些电路组件的选用和装配将直接影响用电设备的性能，具备单个电路组件的知识不仅能够帮助汽车维修人员进行正确地故障诊断，还有助于指导客户在使用中进行有效的维护和保养。

（一）保险装置

每个电路在电源与用电设备之间均配备有一个或多个电路保护装置。当电路中流过超过规定的过大电流时，汽车电路保险装置能够切断电路，从而防止烧坏连接导线和用电设备，并把故障限制在最小范围内。汽车上的保险装置主要有熔断器、易熔线和电路断路器，或是这三种装置的综合应用。

1.熔断器

熔断器的材料是铅锡合金，一般装在玻璃管中或直接装在熔断器盒内。熔断器在电路中起保护作用。当电路中流过超过规定的过大电流时，熔断器的熔丝自身发热并熔断，从而切断电路，防止烧坏电路的连接导线和用电设备，并把故障限制在最小范围内。

熔断器按结构可分为玻璃管式、片式、金属丝式、瓷芯式和平板式等多种形式，其中片式熔断器应用最为广泛。

片式熔断器如图1－2所示，由壳体、接线端子和熔断部分组成，壳体透明用于观察熔断部分是否断开。片式熔断器具有规定的电流值和颜色编码。保险外壳体上的小孔可以很方便地检查电压降、工作电压或导通性。

片式熔断器的保险片颜色与最大允许电流值，如表1－1所示。

图1－2　片式熔断器

表1－1　片式熔断器的保险片颜色与最大允许电流值

熔断器一般安装在仪表附近或发动机舱室的熔断器盒内，常与继电器组装在一起，构成全车电路的中央接线盒（又称为熔断器盒），如图1－3所示。各熔断器按编号排列，便于检修时识别。

特别提示

片式熔断器根据其容量大小用颜色编码，其额定电流值标示在塑料封套的上端。熔断器在使用中应注意以下四点。

（1）熔断器熔断后，必须找到真正的故障原因，彻底排除故障；

（2）更换熔断器时，一定要与原规格相同；

（3）熔断器支架与熔断器接触不良会产生电压降并发热，故安装时要保证良好的接触；

（4）如果不能找到具有相同电流负荷的熔断器，则可采用比原保险丝额定电流低的熔断器代替。

知识链接

中央接线盒

中央接线盒是多功能电子化控制器件，它几乎将全车的熔断器、电路断电器和继电器集中为一体，是整车电气、电子线路的控制中心。使用中央接线盒，能实现集中供电、减少接线回路、简化线束、减少插接件、节省空间，以及减轻整车质量等。

中央接线盒由中央接线盒盖、中央接线盒座及配电盒主体组成，在中央接线盒盖上标有各熔断丝和继电器的位置及功能说明。中央接线盒总成一般安装在散热良好、方便插接的地方，大多安装在车辆前风窗玻璃外左下角、发动机舱盖的下面，或安装在乘室内驾驶员腿上方的护罩夹层中。

与中央接线盒对接的线束插接件对接插拔力要求很严格，同时还要保证接触电阻几乎为零。线束与其对接的护套及端子一般是专用器件，用颜色加以区分，防止造成误插。

图1－3所示为桑塔纳轿车的中央接线盒反面布置图，其上标有线束和导线插接位置的代号及连接点的数字号，主要线束的插接件代号有A、B、C、D、E、G、H、K、L、M、N、P、R，其中P插座为电源插座。查找时，只要根据电路图中导线与中央接线盒区域中下框线的交点代号，就能了解其导线在全线束中的哪个插头上。

图1－3　桑塔纳轿车的中央接线盒反面布置图

A—连接仪表板线束，插件颜色为蓝色；B—连接仪表板线束，插件颜色为红色；C—连接发动机室左边线束，插件颜色为黄色；D—连接发动机室右边线束，插件颜色为白色；E—连接车辆后部线束，插件颜色为黑色；G—连接单个插头；H—连接空调节器系统线束，插件颜色为棕色；K，M，R—空位；L—连接喇叭／双音喇叭线束，插件颜色为灰色；N—连接单个插头；P—连接单个插头（主要用于蓄电池火线与中央线路板“30”的连接，中央线路板“30”与点火开关“30”接线柱连接）。

2.易熔线

易熔线是截面大小一定，可长时间通过额定电流的一种铜芯或合金导线，如图1－4所示。它相当于一种大容量的熔断器，通常安装在电源和有大电流流过的电气之间的线路中，保护较大范围的汽车电路。

图1－4　易熔线

目前，市面上有一种可快速更换的熔断器——丝束型熔断器（30～60A），它已逐渐发展到可取代易熔线的作用。

特别提示

（1）绝对不允许换用比规定容量大的易熔线；

（2）易熔线熔断后，可能是主要电路发生短路，因此需要仔细检查，彻底排除隐患；

（3）不能和其他导线绞合在一起。

（二）继电器

一般情况下，汽车上操纵开关的触点容量较小，不能直接控制工作电流较大的用电设备，常采用继电器来控制它的接通与断开。继电器可以起到自动接通或切断一对或多对触点，达到用小电流控制大电流的作用，从而减小控制开关的电流负荷，保护电路中的控制开关，如进气预热继电器、空调继电器、喇叭继电器和中间继电器等。

1.继电器结构与工作原理

继电器主要由外壳、线圈、触点、接线端子和续流装置等组成，如图1－5所示。当控制开关闭合后，电流流过电磁线圈使其产生电磁吸力，在电磁力的作用下，继电器触点闭合，被控电路接通。在活动臂上有回位弹簧，控制开关断开后依靠弹簧拉力使触点保持闭合。

2.继电器的分类

一般继电器按外形分为圆形、方形和长方形；按插脚数目分为三脚、四脚和五脚等，(www.xing528.com)

图1－5　典型继电器基本组成

（a）常开型继电器；（b）常闭型继电器；（c）复合型继电器

如图1－6所示；按触点不工作时的状态分为常开型、常闭型和开闭混合型。继电器线圈通电后，所有触点转换到相反的状态。

图1－6　继电器的种类

（a）三脚；（b）四脚；（c）五脚

继电器标称电压有12V和24V两种，线圈电阻一般分别为65～85Ω和200～300Ω。不同标称电压的继电器不能换用。其常见外形与内部电路如图1－7所示。

图1－7　继电器的常见外形与内部电路

（a）外形；（b）内部电路

特别提示

（1）继电器的每个插脚都有标号，与中央接线盒正面板的继电器插座的插孔标号相对应；

（2）要想在原车上安装额外的电子附件，直接接入已有的电路中可能会使保险装置或配线过载，采用继电器扩展可有效解决这一问题；

（3）继电器的工作电压有12V和24V两种，使用时应注意与电气系统相匹配，不能互换使用。

（三）汽车开关

汽车开关是用来控制汽车上各种电气控制装置电路通断的电气装置。汽车电气开关有组合开关和单体开关，现代汽车多采用组合开关，用于提高汽车的性能和乘坐舒适性，若采用单体开关，则开关数量较多且汽车内部布置会很乱。因此，现代汽车将很多功能相近的控制系统的开关组合在一起，如灯光系统组合开关、音响组合开关、空调组合开关和司机位门组合开关等。图1－8所示为日产轿车组合开关的挡位。

图1－8　日产轿车组合开关的挡位

汽车开关在电路图中的表示方法有很多，常见的表示方法有结构图表示法、表格表示法和图形符号表示法等。点火开关在电路中的表示方法如图1－9所示。

（四）插接器

1.插接器的分类

插接器又称为连接器，就是我们通常所说的插头与插座，用于线束与线束或导线与导线间的连接。插接器是现代汽车电路中简单但不可缺少的元件。插接器的结构如图1－10所示。插接器的插头由表面镀锡（或镀银）的黄铜片制成，有柱状（针状）和片状两类。插接器的护套由塑料或橡胶制成。

图1－9　点火开关的结构及表示方法

（a）结构图表示法；（b）表格表示法；（c）图形符号表示法

图1－10　插接器的结构

1—插座；2—护套；3—导线；4—倒刺；5—锁止机构；6—插头。

插接器的种类较多，有单路、双路和多路等，图1－11所示为多路插接器的插头及插座。

2.插接器的拆卸

插接器导线常因大气侵蚀或电火花而发生蚀损，或因振动而使其断裂。而保持导线良好，修复损坏线头是基本作业（即把插接器拆卸下来），所以插接器的拆卸工作非常重要。

图1－11　多路插接器的插头及插座

（a）14路插接器的插头及插座；（b）6路插接器的插头及插座

当拆卸插接器时，须压下锁止机构，切不可直接猛拉电线，如图1－12所示。

图1－12　插接器的拆卸方法

若发现插头、插座损坏或锈蚀严重，应用螺丝刀自插口端伸入撬开锁止机构，拉出线头，如图1－13所示。对锈蚀严重的线头，可用细砂纸除去锈层，若有损坏应立即更换。

图1－13　插接器的分解

1—插接器；2—锁止机构。

特别提示

插头与插座所对应导线的粗细、颜色、符号一般是完全对应的，安装时应注意观察。当需要分开插接器时，应先压下锁止机构，使锁扣脱开，然后再将其拉开。拆、装插接器时绝对禁止用力猛拉导线，以防止拉坏闭锁装置或导线。

为清楚地表示连接器中各导线的情况，连接器内的导线插脚通常都有编号，以便在进行电路的检查时，尽快找到连接器中的各条导线。插座与插头的编号方法不同，通常插座编号顺序为从左上至右下，插头则为从右上至左下。

（五）导线与线束

1.导线

车用连接导线按承受电压高低分为低压导线和高压导线，其中低压导线按用途又可分为普通低压导线和低压电缆线，如图1－14所示。除起动机与蓄电池的连接线、蓄电池搭铁线采用低压电缆线之外，其他情况均采用普通低压导线。高压导线是一种用于汽油机点火系统线路的电缆线。

图1－14　各种导线结构

（a）低压导线；（b）高压导线；（c）屏蔽导线

1）低压导线

（1）普通低压导线。

普通低压导线为铜质多丝软线，如图1－14（a）所示。按外皮绝缘包层的材料不同可分为QFR型（聚氯乙烯－丁腈复合绝缘包层）和QVR型（聚氯乙烯绝缘包层）。

低压导线的选用主要根据用电设备的工作电流，一般原则为：长时间工作的用电设备可选用实际载流量为60%的导线，短时间工作的用电设备可选用实际载流量为60%～100%的导线。同时，还应考虑电路中的电压降和导线发热等情况，以免影响用电设备的电气性能和超过导线的允许温度。为保证导线有足够的机械强度，规定其标称截面积最小不能小于0.5mm2。低压导线的允许载流量如表1－2所示。

表1－2　低压导线的允许载流量

特别提示

导线标称截面积和导线线芯的几何面积不同，它是根据规定换算方法得到的。

为了便于维修，汽车线束中的导线常以不同的颜色加以区分并标注在电路图中。其中，线径在4mm2以上的导线采用单色，而线径在4mm2以下的导线均采用双色，搭铁线均为黑色。

汽车低压导线的颜色与代号依据国家标准制定。低压导线的颜色和代号如表1－3所示，双色导线的颜色由两种颜色配合组成。汽车电气各系统导线的主色代号如表1－4所示。

表1－3　低压导线的颜色和代号

表1－4　汽车电气各系统导线主色代号

双色线的颜色有两种，主色条纹与辅助色条纹沿圆周表面的比例为3∶1～5∶1。双色线的标注第一组字母指的是绝缘材料的基本色（主色），第二组字母指的是彩色标号线的颜色（辅助色），如图1－15所示。例如：1.5BR／Y的导线表示导线的截面积1.5mm2，基本色为棕色并带有黄色的彩色标号线。

图1－15　双色线的标注示意

（2）蓄电池搭铁电缆线。

蓄电池搭铁电缆线是由铜丝编织而成的扁形软铜线。国产汽车常用的搭铁线长度有300mm、450mm、600mm、760mm等。

（3）起动电缆线。

起动电缆线用来连接蓄电池与起动机开关的主接线柱，截面积有25mm2、35mm2、50mm2、70mm2等多种规格，允许电流为500～1000A。为保证起动机正常工作，并发出足够功率，线路上每100A的电压降不得超过0.1～0.15V。

2）高压导线

高压导线如图1－14（b）所示，它是一种用于汽油机点火系统线路的电缆线，其表面带有橡胶绝缘层，耐压性能好，但线芯截面积很小。国产汽车的高压导线有铜芯线和阻尼线，为了降低火花塞产生的电磁波干扰，目前，国产汽车中已广泛使用高压阻尼线。高压阻尼线的制造方法和结构有多种，常用的有金属阻丝式和塑料芯导线式。国产高压导线的型号与规格如表1－5所示。

表1－5　国产高压导线的型号和规格

特别提示

高压导线的绝缘性能是主要指标，其耐压应高于15kV。

3）屏蔽导线

屏蔽导线如图1－14（c）所示，也称为同轴射频电缆，它能将导线与外界的磁场隔离，避免导线受外界磁场干扰，主要用于点火信号线、无线电天线连接线和氧传感器信号线等。

2.线束

各系统线束通过插接器连接起来，构成整车线束。由于长度关系或为了装配方便，一些汽车的线束分成车头线束（包括仪表、发动机、前灯光总成、空调、蓄电池）、车尾线束（尾灯总成、牌照灯、行李箱灯）和篷顶线束（车门、顶灯、音响喇叭）等。线束上各端头都会打上标志数字和字母，标明导线的连接对象，以便于正确连接到对应的电线和电气装置上。各线束都由塑料粘带或塑料波纹管包裹。汽车线束之间、线束与电气件之间的连接采用插接器。插接器用塑料制成，由插头和插座组成。图1－16所示为某车型发动机线束。

图1－16　发动机线束