自動滅火系統在機動車發動機艙的應用研究

嚴曉龍 周建國 周曉蓉

（1.浙江省公安消防總隊 2.杭州華神消防科技有限公司）

一、背景

在當今社會的高速發展下，汽車的日漸普及在給人們的生活工作帶來極大方便的同時，汽車自燃事故也屢見不鮮，尤其是汽車發動機艙的自燃事故在整個汽車火災事故中占據極高的比例。因此設計一種適用于汽車發動機艙的自動滅火系統，實現發動機艙火災的早期快速有效的探測和撲救，對保證司乘人員的生命財產安全具有十分重要和深遠的意義。

二、汽車自燃原因分析

1.事故案例

2010年7月21日12時，杭州一輛151路公交車在清泰街中河路口突發自燃。據目擊者反映,公交車車尾先是濃煙滾滾，不到2分鐘就竄出超過車身1米多高的火苗，隨后車窗玻璃全部爆裂。附近一輛3路公交車由于躲避不及，迎頭撞上該輛著火的公交車，造成火情索性蔓延。雖然大火終被撲滅，但是起火的公交車已經只剩燒毀后的車架子。

2013年3月9日下午2時，杭州曙光路黃龍飯店門口，一輛行駛中的海馬汽車車頭突然起火。雖然消防趕到后終于撲滅了大火，但是車齡1年的汽車已然報廢。據車主反映車輛上車行駛不到半小時，先是車頭引擎蓋內有黑煙冒出伴隨很濃的煙霧，接著就引擎蓋內竄起了火焰，前后不過3分鐘左右。

2013年8月7日早上7時，距離杭州市濱江區錢江三橋收費站百米處，一輛大眾小轎車發生自燃。消防官兵趕到現場時，小車車頭已經燃起了熊熊大火，當時恰逢早高峰，在起火轎車的旁邊是緩慢通行的車流，一旦小車發生爆炸，后果將不堪設想。

2014年2月27日17時，寧波330路公交車在晚高峰鬧市區行駛中后置發動機艙突然起火，司機聽到周圍小車鳴喇叭提示后停車，成功疏散30余名乘客。據司機口述，當時沒有設備告警，火勢在全車蔓延迅速，停車后用盡4～5個手持式滅火器仍無法滅火。消防于10分鐘后撲滅火焰，但公交車已全車焦黑只剩空架。

我們看到一樁樁的汽車自燃事故觸目驚心，汽車上可燃材料多，汽油遇火即可爆燃，油品、橡膠管、輪胎等均為可燃物品，汽車在行駛中火借風勢迅速蔓延，許多自燃事故的后果都是整車全毀。夏季高溫極易發生汽車自燃事故，根據杭州日報統計，2013年僅7月份杭州市共計發生汽車自燃事故98起，平均估算每天有3輛汽車自燃。這一系列慘痛的教訓一次又一次為我們敲響了機動車消防的警鐘。

2.自燃原因與處理方式的誤區

（1）電路故障

電路故障是引起汽車自燃的主要原因之一。私家車改裝一度成為時尚，很多新購車車主會給車輛添加防盜器、換裝車燈或高檔音響，改裝人員會改變線路或增加保險絲功率，一旦改裝過程中線路搭配不合理或線材使用不過關，往往會為夏季汽車自燃埋下隱患。此外，汽車使用年限較長時，管線老化，破損松動，接觸不良，汽車在顛簸的行駛中都有可能產生電火花或造成短路打火而引起自燃。

（2）油路故障

機動車發動機艙內布滿多種油路管路，分布在發動機的周圍，包括汽油、機油、助力轉向油、剎車油等。如果這些管路老化或者管路內遇雜質或劣質油品，則有可能造成堵塞導致氣壓過大引起漏油，而這些油路中所儲存的油都是易燃液體，當這些管路發生泄漏時，可燃液體落在發動機的高溫部位就很容易引起自燃。

（3）高溫條件

高溫氣候是引發汽車自燃的外在因素之一。夏季高溫會加速線路老化，油路破損、滲漏、揮發，引起電路短路并導致自燃。此外，酷暑時節，陽光直射下的車內溫度可高達50℃以上，車載物品如香水、打火機等放置不當達到燃點，也會引起汽車起火。

（4）潤滑、冷卻系統故障

汽車零部件潤滑條件變壞或發動機冷卻系統出現故障，將使機動車工作狀況迅速惡化，磨損加劇，工作溫度急劇升高，從而引燃潤滑油或滲漏的油品造成自燃。

消防部門曾對機動車自燃事件進行過分析：汽車于行駛狀態下發生火災居多，占70%左右；火災原因則以發動機艙內電線短路居多，占60%以上。也就是說，發動機艙是多數汽車自燃的起火位置。

不少汽車火災是可以在起火初期撲滅的，但往往因為當事人心理緊張或缺乏常識而造成不必要的損失，且手動滅火和被動等待消防施救往往延誤了最佳的滅火時機。例如，車主自我撲救時，打開引擎蓋卻導致大量氧氣進入助長了火勢；又如，車上配備的便攜式滅火器未能定期檢修或更換，緊急情況下滅火器卻成了擺設；這種情況下，等待消防車到達現場撲救，車輛早就在熊熊大火中燒成空殼了。

汽車自燃的原因層出不窮，防不勝防，早發現早撲救是降低損失的唯一途徑，因此，發生自燃后通過自動滅火系統對發動機艙進行自動探測并快速滅火，對保護生命和財產意義重大。

三、自動滅火系統在發動機艙內的應用

1.自動滅火系統構成

（1）火災探測

在傳統的自動氣體滅火系統領域，采用的是消防報警設備的聯動方式，當探測到保護區內的煙溫信號后，通過氣體滅火設備控制主機自動啟動滅火裝置。然而由于機動車發動機艙的空間局限性，采用傳統的火災探測方式和聯動啟動方式并不具備實際的操作性。因此在機動車發動機艙建議采用獨立的報警和聯動元件，目前常用的有火災探測線束（俗稱“熱敏線”）或者溫度開關。

火災探測線束（俗稱“熱敏線”）啟動和探測火災方式為，當保護區內的溫度上升至設定值175℃時，火災探測線束會直接給予滅火裝置啟動熱信號。由于該種方式是屬于無源啟動，不需要增設電源或者依靠其他探測元件，在實際安裝上具有很好的便捷性，目前該種啟動方式已經被普遍應用。

溫度開關的啟動和探測火災方式為，當保護區內的溫度上升至 設 定 值 時（85℃ 、105℃ 或135℃），通過連接的電源，自動給予12V或12V以上的電源啟動信號即可實現有源自動滅火。由于該種方式屬于有源啟動，需要增設線路，所以在安裝上相較前者具有一定的復雜性，但是由于溫度開關的溫度值域較為廣泛，通過機動車發動機艙的火災臨界溫度點的設定，可實現火災的信號預警以及該類火災的極早期撲救，將火勢控制在萌芽狀態，真正實現火災的早期預防和控制。

（2）自動滅火裝置

自動滅火裝置是集火災探測、自動滅火于一體，在保護區發生火災時通過探測器自動啟動釋放滅火劑，實施滅火的一種滅火方式。其工作原理是當火情發生后，保護區域所處的環境溫度就會上升，當溫度升到設定值時，裝置的熱敏元件動作，隨即引起滅火裝置的控制機構動作，釋放滅火劑進行滅火。

目前應用于機動車發動機艙內的自動滅火裝置主要有儲壓或非儲壓式超細干粉自動滅火裝置、微型熱氣溶膠自動滅火裝置、微型高壓氣體滅火裝置以及細水霧滅火裝置。

超細干粉自動滅火裝置所使用的滅火劑屬于干粉類，能在火災現場通過探測元件探測到保護區溫度異常后自動感應啟動，瞬間高速噴射超細干粉滅火劑。該類滅火方式適用于撲救可燃液體、氣體、電器或噴溢式惡性火災。但由于干粉滅火劑的特性，在滅火結束后，滅火劑沉降物較難清理，因此對于保護區具有一定的污染。

超細干粉自動滅火裝置的工作原理為當滅火裝置接收到啟動信號后，滅火裝置殼體內瞬間爆破，滅火劑由破口打入火場，撲滅明火。鑒于超細干粉滅火裝置啟動時是通過殼體內的瞬間高壓來沖破殼體噴射干粉滅火劑，其噴射瞬間所產生的高壓沖擊力有可能對設備或人員造成二次傷害，以往新聞不乏此類報道。

微型熱氣溶膠自動滅火裝置采用熱氣溶膠為滅火劑，平時以固態形式儲存于滅火裝置內，探測元件探測到保護區溫度異常后，則自發啟動裝置進行滅火。滅火劑以氣體狀態釋放，能在防護區空間內形成各方向均一的氣體濃度，以全淹沒的方式迅速充滿空間，將火焰撲滅。由于滅火劑為常壓氣體，不會對保護區造成傷害或污染，同時滅火劑的固態常壓形式儲存具有較高的穩定性。

熱氣溶膠滅火劑是一種由氧化劑、還原劑、燃燒速度控制劑和粘合劑組成的固體混合物。通過電（熱）啟動后，經過自身的氧化還原反應使反應產物經冷卻凝集呈溶膠狀態。熱氣溶膠滅火藥劑經過燃燒化學反應,所產生的滅火氣體中既有固體又有氣體。氣體中大部分為N2、CO2和水蒸氣,固體部分為鉀和鍶等金屬氧化物固體微粒，微粒直徑一般小于1微米，較大的粒表面可以高效吸收并中和火焰中的燃燒自由基,從而達到化學抑制滅火作用。而由滅火氣體包裹著的固體顆粒形成的氣溶膠,可以長時間懸浮,繞過障礙物,散布到保護區空間各個角落,以一種全淹沒的方式高效無死角的滅火。滅火完成后，氣溶膠隨空氣流動而消散，不會對設備造成污染。

微型高壓氣體滅火裝置，其所使用的滅火劑分別有二氧化碳滅火氣體、七氟丙烷滅火氣體或者煙烙盡IG541混合滅火氣體，這幾種滅火劑都能夠迅速有效地撲滅A、B、C類火災，但均為高壓滅火氣體，其加壓貯罐的貯存方式無法適應汽車發動機艙長期高溫、顛簸振動的環境。因此在使用上具有一定的局限性。

另外還有細水霧滅火裝置，其通過高壓噴水產生水微粒進行滅火，利用其高效吸熱、快速窒息、阻隔熱輻射的特點可迅速降低火場溫度，實現快速排氧窒息滅火，并抑制火災蔓延。

由于細水霧滅火方式安全環保高效，在消防領域得以逐步應用，但因需要配備加壓水泵、凈水儲水設備和精細水噴頭等設備，配置于狹小的發動機艙的空間合理性尚待商榷。

2.幾類自動滅火系統的特性對比

總的來說，這幾種滅火系統在正常待命工作時都能夠迅速有效地撲滅汽車發動機艙火災，但二氧化碳為高壓滅火氣體，其貯存方式無法適應汽車發動機艙長期高溫、顛簸振動的環境，且貯存容器受使用年限限制需三年年檢；細水霧滅火方式雖然安全環保高效，但需要配備加壓水泵和細噴頭等設備，且滅火后可能對設備造成水漬污染并且影響電路系統的絕緣性；超細干粉滅火方式已有一些應用實例，但目前其儲存體積更適用于后置式發動機艙，且滅火后其沉降物附著于發動機艙設備之上較難清理；而氣溶膠滅火劑體積小、效率高、性能穩定，所產生的滅火氣體屬于常壓氣體，無需貯瓶無需管網，特別適用于小空間的滅火，具有良好的經濟性和適用性，是汽車發動機艙自動滅火的首選滅火劑類型。

幾類自動滅火器特性對比表

3.應用前景

自燃是交通運輸工具中存在的最大安全隱患之一，目前對于汽車火災的控制和撲救方式仍然停留在以便攜式滅火設備為主，而針對汽車發動機艙內的自動滅火裝置的應用不夠廣泛；一旦發生汽車自燃，發動機艙內火勢控制不住，有可能引發油箱等更大的火勢，短時間就可能造成嚴重后果。因此，通過自動探測第一時間發現火勢，并快速有效地撲滅火情非常重要。

對于汽車發動機艙這一相對密閉又設備密集的空間來說，微型熱氣溶膠自動滅火裝置的滅火作用有著獨特的優勢：

（1）滅火效能

微型熱氣溶膠自動滅火裝置在設備啟動后，在10～15s時間內滅火氣體即可充斥于整個發動機艙，氣體可以繞過障礙物到達一些比較隱蔽甚至縫隙很小的設備內部進行全淹沒式的滅火，抗復燃能力好。由于其滅火效能極高，足以滿足汽車發動機艙內自動檢測快速滅火的要求，防止火勢蔓延。

（2）適應性

微型熱氣溶膠自動滅火裝置體積小，靈活輕便，不需壓力容器，無論是前置還是后置發動機艙都可適用；其耐高低溫范圍-40度至90度，能適應發動機高速運轉時艙內的高溫環境。

（3）安全性

微型熱氣溶膠自動滅火裝置常壓存放，其化學和物理的穩定性，確保在汽車顛簸行進的過程中，滅火系統的耐振動性能；氣溶膠無毒無污染，滅火后無水漬、沉降少，不會對發動機艙內的精密設備造成二次污染；該裝置常溫常壓保存，儲運安全，沒有統高壓氣罐或管網的泄漏和爆炸之憂。

（4）環保性

微型熱氣溶膠自動滅火裝置啟動之后所產生的滅火氣體為白色熱氣溶膠氣體，其主要成分為鍶鹽氧化物，經國家權威機構檢測對人體無毒無害。其臭氧損耗值（ODP）、溫室效應潛能值（GWP）以及合成物在大氣中存留壽命值（ALT）等三項重要環境指標均為0（數值越小，則對環境影響越小）。此外，氣溶膠滅火氣體于滅火完成后隨空氣流通而消散，滅火后沉降少，無需特別清理。

（5）經濟性

熱氣溶膠滅火劑常溫常壓儲豐，體積小，重量輕，無需管網和壓力鋼瓶，使用期間不需要維護成本，做到一次安裝，長期受益。

四、結論

綜上所述，微型熱氣溶膠自動滅火裝置不僅具有良好的滅火效能，而且無毒無污染、經濟安全、性能穩定、不損壞儀器設備，非常適合于車載自動滅火系統的應用。為交通運輸行業提供全新的安全保障。在當下研發汽車發動機艙氣溶膠自動滅火系統并投入生產和市場應用，使之成為未來保障行車安全、防止火災蔓延的重要配置之一，對于汽車自燃后防止火情蔓延、確保人身安全、降低經濟損失，將起到舉足輕重的作用,為交通運輸行業提供全新的安全保障。

[1]GB50370-2005氣體滅火系統設計規范［S］．

[2]GA499.1-2010，氣溶膠滅火系統第1部分:熱氣溶膠滅火裝置［S］

[3]劉愛華．超細微粒滅火劑滅火濃度測量方法研究[D]．南京，南京理工大學，2006.6

[4]吳際璋.關于汽車自燃原因的分析[J]．汽車維修與保養，2009.6

(本欄目編輯 馮曉宇)