小型汽車火災危險源實驗驗證研究

吳剛，胡冰川，杜家勝

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

小型汽車作為代步工具給人民生活提供了便捷，但小型汽車火災頻發也帶來了一系列的安全問題。電氣系統、燃油系統以及排氣系統是小型汽車火災發生頻率較高的系統。同時，外部火源也是常見的火災原因之一。對這幾種危險源開展實驗驗證研究，對于深入識別危險源具有重要意義。

1 電氣系統火災危險性實驗驗證

1.1 燈具的火災危險性實驗

1.1.1 行李箱燈溫度測量

實驗所用的行李箱燈額定功率10W，額定電壓12V，使用紅外熱像儀測量燈罩外正常工作溫度為62℃，取掉燈罩測試燈泡表面溫度為184℃。如果燈泡直接裸露，需要關注燈泡周邊有沒有易燃部件。

1.1.2 霧燈溫度測量

對于鹵素類的大燈或者霧燈等功率較大的燈具來說，相應的燈泡外表面溫度也更高！霧燈額定功率55W，燈泡外表面工作溫度達到667℃。燈泡一旦脫落，將造成極大風險。

1.2 小電流線束短路的火災危險性實驗

單個喇叭的工作電流為3.8A，回路配有15A 的保險（兩個喇叭共用一個保險）。將線束剝開，選出其中的兩根細小的單根銅絲搭鐵短路，兩根細銅絲熔斷，喇叭的保險熔斷。將保險換為銅線直接連接，將整個喇叭線束搭鐵，實驗時有打火現象，還有少量煙氣冒出，15A 保險的上級30A 的大保險熔斷。霧燈線束短路與喇叭線束短路原理相同，短路時也有火花冒出，保險也會很快熔斷。

1.3 大電流線束短路的火災危險性實驗

測量發電機線在車輛怠速時的電流值約為56A，將發電機線的絕緣層剝開與車架進行搭鐵短路，反應比較劇烈，釋放出大量的火花，將導線外的波紋管引燃，但由于波紋管具有一定的阻燃性，且短路點位置沒有可燃物分布，所以沒有起火。

啟動機電源線絕緣層剝掉，與附近的鐵質支架直接搭鐵短路，火花四射，釋放出較高的能量，導線外的波紋管在一定時間后突然起火，形成穩定燃燒，此時由于蓄電池虧電嚴重沒有繼續形成大電流，環境的開放性使熱量沒法蓄積，而且有外來氣流干擾（發蓋打開了），波紋管有較好的阻燃性，火焰沒有引燃周圍可燃物，在波紋管燃燒一定時間后熄滅。

1.4 散熱風扇堵轉的火災危險性實驗

將散熱風扇與外接穩壓電源直接連接，外接直流電源設置為13.5V，風扇正常工作電流為12.5A，用外力使風扇完全堵死不轉，電機的工作電壓不斷下降，電流不斷上升，工作電流最大達到35A，此時風扇電機冒出大量白煙，風扇正面區域的最高溫度達到186℃。堵轉30min 后將外力撤去后風扇仍能旋轉，此時工作電壓為8.7V，電流為30A，說明電機內部分線路已經損壞。

更換新的風扇電機，不完全堵死（即卡滯非堵死的狀態），風扇工作3min 后開始過熱并產生煙氣，持續工作5min 后風扇完全停止工作，工作電流達到30A，風扇電機最高溫度為193℃。

整個實驗過程是在空曠的空間內進行的，且環境溫度遠低于發動機艙內的實際工作溫度，電機產生的熱量很容易散去，沒法形成集聚，故未出現引燃周圍可燃物的情況。

1.5 實驗結果與討論

（1）對于燈泡周邊的零部件來說，需要確認燈泡與其距離是否足夠。同時，燈泡固定結構需要穩定可靠，大功率燈泡脫落將會造成較大火災風險。

（2）由于線束回路中一般都設計有保險，只要保險與導線匹配合理，當發生小電流回路短路時，保險都會及時熔斷。因此，小電流線束短路起火的火災危險性相對較小。

（3）大電流（發電機、啟動機等）電源線短路產生明火，存在較大火災風險。由于大電流回路的保險容量較大（甚至沒有保險），短路時保險很難及時熔斷。因此，相對小電流回路來說，大電流回路如遇到短路時火災風險要大得多。

（4）散熱風扇這類大功率電機負載，一旦其出現堵轉現象，電機不能正常工作，電機附近溫度持續上升，直至冒煙，電機失效。試驗測試電機堵轉時有近200K 的溫升，若實車發生堵轉時，火災危險性將會較高。

2 燃油系統火災危險性實驗驗證

通過模擬車輛燃油泄漏的故障模式，研究漏油后油氣濃度隨燃油泄漏量的變化，同時研究電火花的打火點與燃油泄漏點距離與油蒸氣濃度變化對引燃起火的影響，驗證燃油系統火災危險性。

2.1 實驗的過程及方法

為模擬油管漏油的工況，將油軌快插前端的管路破壞，當車輛上電時，管路燃油小股拋物線狀噴出，使用高壓包模塊（工作電壓7.4V，輸出電壓60kV，輸出電弧1cm-2.5cm）作引火源放在漏油點附近，觀察發艙內油蒸氣能否被引燃。

高壓包點火點距離漏油點間距小于10cm，將油管扎破，油管持續漏油狀態十幾秒，在發蓋敞開的情況下油蒸氣被點燃起火，起火時油氣濃度在3%-3.5%。調整點火點與漏油點的間距為15cm，點火持續一定時間后，油蒸氣被引燃，引燃時油氣濃度在3.5%-4%。繼續調整打火點與漏油點的間隔距離至25cm，連續打火二十分鐘，油氣濃度最高值超過3.9%，漏油點附近始終沒有被點燃。

更換點火源為脈沖點火裝置，點火裝置輸出電壓為22kV，放電距離大于9mm，放電頻率大于6hz。打火點離漏油點間距為10cm，工作一段時間，泄漏點處起火燃燒，起火時油氣濃度在3%-3.5%。將點火距離調整為25cm，也沒有將油蒸氣點燃。發艙內漏油起火，起火點一般為打火點處，即點火點處的油氣濃度達到爆炸極限的濃度，遇到電火花時即可以被點燃，點燃后迅速蔓延。

2.2 實驗結果與討論

當發動機艙內出現燃油泄漏，無論使用高壓包點火裝置還是電子脈沖點火裝置，當漏油點離點火裝置較近以及油蒸氣濃度達到一定值時，都會引起車輛火災。實際工況中，發動機艙無論是機械摩擦起電、石子撞擊火花還是線束短路的火花都無法完全避免，因此，燃油系統一旦泄漏將存在巨大火災安全隱患！

3 排氣系統火災危險性實驗驗證

3.1 排氣管溫度測定

某小型汽車在750r/min 的轉速下怠速10min 后，測量排氣歧管溫度最高點可達到416℃。同一小型汽車在2000r/min的轉速下5min 后排氣歧管最高溫度達到619℃。3500r/min的轉速下5min 后溫度最高點可達到750℃，三元催化器附近最高溫度也超過了500℃，第二消音器與排氣尾管處的溫度也超過350℃。當轉速增加到4000r/min 時，排氣歧管最高溫度達到794℃。

3.2 排氣管油液噴灑引燃實驗

將車輛轉速穩定在2000r/min，待溫度穩定后，依次潑灑機油、變速箱油、制動液、汽油，觀察燃燒現象。噴灑機油后，油液遇到炙熱表面后立即起火燃燒。將變速箱油潑灑至炙熱表面先冒出大量白煙，然后起火。制動液噴灑到排氣歧管表面立刻起火，且火焰呈現綠色。汽油噴灑到排氣歧管表面只有大量的煙氣產生，沒有起火。

將車輛運行工況變為怠速狀態，穩定后依次潑灑上述油液到排氣歧管附近的炙熱表面，實驗均冒煙未起火。

3.3 實驗結果與討論

在較高轉速的情況下，發動機排氣系統的溫度很高，當實驗車輛轉速增加到4000r/min 時，排氣歧管最高溫度達到794℃，如果是渦輪增壓車型，其排氣系統的溫度會更高！小型汽車中常見的機油、變速箱油以及制動液等油液，遇到排氣高溫時，很容易起火！

4 外部火源危險性實驗驗證

4.1 座椅引燃實驗

在主駕駛座椅靠背位置，點燃一張卷起來的報紙，關閉車門，報紙被點燃后迅速燃燒，在燃燒過程中座椅的底部和靠背的外層皮革被燒穿，進而引燃里層的海綿，并持續燃燒。

4.2 后備箱地墊引燃實驗

在后備箱內放置少許雜草和一張報紙，將其引燃后，關閉后備箱蓋。燃燒物被點燃后，形成了持續的燃燒，將后備箱的地板燒透，形成一個孔洞，并蔓延至下部的海綿等可燃物。

4.3 后視鏡引燃實驗

用打火機點燃后視鏡，10s 左右后視鏡開始形成穩定燃燒。后視鏡燒損后，打開車門，發現有大量煙氣，說明后視鏡基座處已經燒損，有煙氣直接進入駕駛室。

4.4 其他部位的引燃實驗

用打火機點燃前保險杠和后保險杠的突出位置，15s 未點燃，只有持續點燃30s 以上時保險杠才可以形成持續燃燒，說明前后保險杠具有一定的阻燃性。點燃尾燈需要14s，尾翼需要16s，翼子板內襯在10s 左右點燃并形成持續燃燒。

4.5 實驗結果與討論

實驗證明，一張報紙的點火能量足以將皮革座椅的靠背和底部引燃，并且形成持續燃燒。一方面說明車內的密封性不能保證火焰自熄，同時也說明座椅阻燃性較差。這很好地說明了實際案例中抽過煙的煙頭遺落在座椅上形成火災的案例。對于外飾，10s 就能點燃后視鏡。而實際案例中，很多在節假日期間，出現一些后視鏡燃燒的案例，就可以由該實驗予以說明。

5 汽車材料氧指數測定

根據上述外部火源實驗，發現小型汽車上的很多零部件阻燃性較差。而GB8410－2006《汽車內飾材料的燃燒特性》只要求內飾材料的阻燃性能在相關測試條件下水平燃燒速度 不大于100mm/min。但是，關于小型汽車材料的氧指數沒有任何硬性要求。

為了進一步確認小型汽車材料的阻燃性，選定常見內外飾零件的材料進行氧指數測定，測試標準按照GB/T2406.2- 2009 執行。測試結果見表1。

表1 氧指數測定結果

目前，普通小型汽車的材料無氧指數的具體要求，參考GB24407-2012《專用校車安全技術條件》，氧指數要大于等于22%，從測試結果看，大部分內外飾的阻燃性較差。

6 結論

電氣線路短路（尤其是大電流回路短路）、大功率電機堵轉等情況下存在較大火災風險。當發動機艙內出現燃油泄漏，油蒸氣濃度達到一定值時，遇到電火花會引起車輛火災。汽車上的機油、變速箱油、制動液等油液遇到排氣高溫會發生火災。

同時，小型汽車的大部分材料的氧指數都小于22%，說明現有的小型汽車材料的阻燃性能較差，在材料選型方面需要予以改善。