的设计一
前言虽然各大汽车厂商和相应的汽车配件商至今都未在汽车发动机进气管防进水的警报和保护方面做相关的研究和产品开发，但鉴于这部分研究所具有的巨大的使用价值和市场潜力，华南农业大学工程学院车辆工程系的吕恩利老师早在一年前就在这个领域进行了研究并申请了专利。经过吕恩利老师的研究已经探索出了解决方案。包括液面高度传感器的设计理论基础；警报提醒方案的基本确定；并且研究探索出了控制发动机强制断火的理论解决方案。因而吕恩利老师在汽车发动机进气管防进水领域的研究具有十分重要的作用，给后面探索解决进气管进水警报和保护问题提供了很好的理论基础，给后面的研究明确了方向，也给模型的制作和产品的设计提供了可行性的理论支持。
笔者的研究和设计是在吕恩利老师研究的基础上进一步深入的，通过对比几种可行的方法寻和论证最佳解决方案。鉴于吕恩利老师在理论上已经做了相应的研究，笔者主要侧重于最实用可行方案的探求；发动机进气管进水报警和保护装置模型的设计和制作；包括这装置工业生产的造型和工艺设计；以及该产品市场化的经济效益和可行性的研究分析。
本设计以寻求最实用可行的解决方案，通过实验模型的设计和制作完成警报和保护装置的工业产品造型设计为目的，并且通过对产品的市场分析论证，预测本产品将来的市场表现。最终通过市场的推广和产
品的普及从而根本上解决汽车在通过深水区域的安全性问题，由此达到减少因发动机进水造成的巨大经济损失的最终目的。
本课题的研究主要是以吕恩利老师的研究作为理论基础和依据。液面高度传感器在燃油表系统的油面高度传感器的理论基础上，通过对比分析电磁式和电阻式油面高度传感器各自的优缺点，探索出更为简单可靠的旋转开关式液面高度传感器。警报显示装置对比警示灯报警和声音报警后，考虑到成本问题和简单化的原则最后选择简单可靠的LED灯提醒设计。而执行强制断火部分则是简单的控制点火线圈电路搭铁而控制发动机断火，由于点火控制器的复杂性而
放弃了通过控制点火控制器工作控制断火的方案。由于涉及的实验主要是装置
的可靠性和误报率的实验，因而用的实验设备也较为简单，主要就是设计制作
的实验模型。实验方法也是通过多次重复实验法验证模型装置的可靠性和误报率。
2汽车发动机进气管防进水报警保护装置设计的基础理论
2.1装置整体设计的基础理论
汽车发动机进气管防进水警报保护装置的总体设计包括三大部分：一是检
测车外液面高度的传感器部分；二是传感器传来的信号处理和相关显示装置部分；三是处理器输出信号到执行相应动作的执行器部分。其基本原理是通过液
面高度传感器检测出车外的液面距离进气管最低位的高度，然后将液面的高度
信号转化成电信号并传输到处理器。处理器接受到传感器传送过来的信号按照
预先设计好的程序处理并输出"报警"、"危险"和"进水"信号到警报显示装置，
通过警示灯或声音信号提醒驾驶员此时涉水的深度和汽车发动机进气管进水的
危险程度。在输出"进水"警报信号的同时还要输出相应的电信号到执行器，执
行器在接受到处理器输送过来的信号后就会实现发动机强制断火动作，强制停
止发动机工作以避免发动机更大的损伤。
另外在发动机被强制断火后，如果危险没有被解除，即车外的水面深度没
下降到安全水位，或车没有离开该涉水的区域时还要保证发动机不能再次启动。由此可以避免在汽车涉水后驾驶员因错误地再次打火而将发动机的损伤扩大化，使汽车涉水的损失降至最低。以下是本套
装置的基础理论示意图：
处理器
执行器
强制断火
不能重启
液面高度传感器
图1汽车发动机进气管防进水报警保护装置原理图
2.2液面高度传感器设计的基础理论
鉴于车外液面(水面)高度的测量和汽车燃油箱的燃油存储量的测量有很大
相似之处，而且燃油液面高度传感器的设计已经有很好的理论基础和实际应用，因而这里的液面高度传感器设计以燃油表系统中的油面高度传感器作为基础理论。油面高度传感器采用可变电阻式，但指示表可采用电磁式和双金属片式两
种[1]。其原理图如下：
汽车涉水图2传感器原理指示图
Ⅰ蓄电池Ⅱ稳压电源Ⅲ指示表Ⅳ燃油传感器
1滑动触点2.厚膜电阻3.浮子4.双金属片
5指针6.电热丝7.表盘
燃油传感器的结构，如上图2所示，主要由传感器盖、密封圈、浮子阀座、厚膜电阻、传感器骨架、滑动触点、出油管、浮子杆、过滤网和浮子等组成[6]。传感器盖和传感器骨架采用高强度塑料制成，其上装有安全浮子阁的固定座.与指示表相连接的接头插座以及与厚膜电阻相连接的导线[8]。此外。在传感器盖上还装有带有滤网的出油管和回油管；在骨架上还装着带有浮子和滑动触点的
浮子杆。滑动触点与安装在骨架上的厚膜电阻相接触。当浮于燃油箱内油面高
度变化而改变位置时，与浮子杆连动的触点即相应改变厚膜电阻接入电路的阻值，从而使燃油表指示出油箱内的存油量。
同理，把传感器放到车外，当汽车涉水水面高度上升时浮子的浮动也会带
动浮子杆的移动，改变厚膜电阻接入电路的阻值从而得到水面距离进气管高度
的电信号。
2.3警报提醒装置设计的基础理论
警报提醒装置的设计可以有两个方面的设计，一是通过不同颜的指示灯
在仪表板上显示达到提醒驾驶员的目的，二是通过声音提醒装置的设计，通过
语音提示语来提醒驾驶员所经区域的水面高度和危险程度，还可以设计提示音提示驾驶员该采取什么措施避险。采用指示灯报警只需要根据不同液面高度信号经过处理器识别和处理输出所需电流到相应的指示灯，然后驾驶员根据不同指示的亮判别汽车涉水的水面深度从而采取相应的应对措施。而通过声音提醒的报警装置设计需要录音所需的提示音，并通过存储器存储起来，处理器在分析处理了水面高度传感器输送过来的电信号后输出相应的信号，报警装置再根据处理器发出的信号掉出并读取存储的相应的提示音。由此提示驾驶员汽车涉水的深度，并根据涉水的不同深度采取不同的措施处理。
2.4发动机进水后强制断火设计的基础理论
一旦汽车涉水时发动机进气管不小心进水了或者即将要进水，此时只有强制发动机断火使发动机不再
运转从而保护发动机，才能避免发动机损伤的扩大[7]。强制使发动机断火停止工作的最简单和直接的措施就是控制点火系统的点火工作。要使点火系统不点火有两个主要的方法：一是控制点火控制器的工作来控制发动机的断火；二是可以通过切断点火系统的搭铁线控制发动机断火。
由于现在汽车几乎全部都是使用电子点火系统，因而现代汽车点火控制器几乎都使用功率三极管组成的开关电路来控制点火系统的点火通断和点火时刻控制。要强制控制发动机断火，只要根据水面高度传来的信号经处理器判断计算和处理，再根据需要输出断火控制信号给执行器，通过控制点火控制器的功率三极管的通断即可达到强制断火的控制。
而对于控制火系统搭铁的方法则更为简单，只需要处理器输出强制断火信号给执行器，然后执行机构根据该信号控制一个继电器的工作切断点火线圈的搭铁线就可以实现发动机的断火。这个原理在使用霍尔式电子点火系统的汽车上的停车断电保护领域已经有应用，而且工作可靠。
3文献综述
3.1汽车发动机进气管进水存在的问题和研究历史
夏天许多地方会下大雨，造成路面积水，低洼路段积水会很深，汽车通过时应注意绝对不能让水进入发动机进气管，以免水被吸入发动机气缸内。因此
平时要了解所驾汽车进气管口的离地高度，做到心中有数，进气口一定要高于
水面，并考虑到即使有水浪、水花也能确保水不会进入进气管，有的汽车的进
气口虽然较高，但进气管有一段向下弯曲的，如果进气管上有接头，那么要防
止水从接头处进入，空气滤清器是进气管的一部分，也要防止水从空气滤清器
中进入，发动机气缸是只允许吸入气体，而不允许吸入液体的，因为液体一般
不可压缩，如果水进入气缸，在压缩行程中，因不能压缩，活塞不能上行，活
塞连杆就会被顶弯甚至顶断，发动机就报废了[3]。所以要绝对防止水吸入气缸，否则后果严重。有的汽车在通过积水路段后，发动机动力明显下降，一直不能
恢复，那么极有可能是活塞连杆顶弯了。通过积水路面一定要减速慢行，这样
可防止溅起水花、涌起水浪，以免影响其它车辆及行人，也防止水溅到点火系
统部件上，在减速慢行时，万一水被吸入气缸，因此时油门小发动机动力小，
会马上熄火，不至造成严重后果。如果高速通过，虽然能冲过积水路段，但万
一水被吸入气缸，因高速时发动机动力强劲，那么活塞连杆被顶弯甚至断裂的
情况就不可避免了。如果车在积水路段中熄火抛锚，不要试图重新起动，因为
此时熄火不是点火部件碰到了水就是气缸吸进了水，都不能重新起动成动，如
果是因气缸进水而熄火，重新起动反而会带来更严重后果。唯一的办法是把车
挂空档推(拉)出积水区，对一些电器部件要及时作干燥处理，卸下火花塞后才
能重新起动。
当然除了要保证汽车发动机进气管不碰到水面，还要保证汽车其他电器不
要进水或被水淹，否则还会对汽车电器造成短路或烧坏等损失。
既然汽车发动机进气管进水对汽车有如此大的损伤，给车主带来如此大的损失，汽车发动机进气管防进水报警和保护装置的设计和应用就十分重要了。但实事上对于进气管防止进水方面的研究历史并不长，虽然汽车发展到现在已经有
一百多年的历史了，而且伴随着内燃机在汽车上的运用，汽车进气管进水的隐
患就一直存在，但汽车发动机进气管防止进水管防止进水的研究历史相比却很短。处于成本等方面的考虑，汽车生产厂家及其零部件厂商并未在这个领域投
入研究和开发。
笔者所查到的资料在这个方面的研究还是始于华南农业大学工程学院车辆
工程系的吕恩利老师。由于考虑到汽车发动机进气管进水会给汽车发动机导致
曲柄连杆弯曲、断裂，发动机缸体开裂甚至报废等巨大损失，给车主带来巨额
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