自动灭火系统在机动车发动机舱的应用研究

严晓龙 周建国 周晓蓉

（1.浙江省公安消防总队 2.杭州华神消防科技有限公司）

一、背景

在当今社会的高速发展下，汽车的日渐普及在给人们的生活工作带来极大方便的同时，汽车自燃事故也屡见不鲜，尤其是汽车发动机舱的自燃事故在整个汽车火灾事故中占据极高的比例。因此设计一种适用于汽车发动机舱的自动灭火系统，实现发动机舱火灾的早期快速有效的探测和扑救，对保证司乘人员的生命财产安全具有十分重要和深远的意义。

二、汽车自燃原因分析

1.事故案例

2010年7月21日12时，杭州一辆151路公交车在清泰街中河路口突发自燃。据目击者反映,公交车车尾先是浓烟滚滚，不到2分钟就窜出超过车身1米多高的火苗，随后车窗玻璃全部爆裂。附近一辆3路公交车由于躲避不及，迎头撞上该辆着火的公交车，造成火情索性蔓延。虽然大火终被扑灭，但是起火的公交车已经只剩烧毁后的车架子。

2013年3月9日下午2时，杭州曙光路黄龙饭店门口，一辆行驶中的海马汽车车头突然起火。虽然消防赶到后终于扑灭了大火，但是车龄1年的汽车已然报废。据车主反映车辆上车行驶不到半小时，先是车头引擎盖内有黑烟冒出伴随很浓的烟雾，接着就引擎盖内窜起了火焰，前后不过3分钟左右。

2013年8月7日早上7时，距离杭州市滨江区钱江三桥收费站百米处，一辆大众小轿车发生自燃。消防官兵赶到现场时，小车车头已经燃起了熊熊大火，当时恰逢早高峰，在起火轿车的旁边是缓慢通行的车流，一旦小车发生爆炸，后果将不堪设想。

2014年2月27日17时，宁波330路公交车在晚高峰闹市区行驶中后置发动机舱突然起火，司机听到周围小车鸣喇叭提示后停车，成功疏散30余名乘客。据司机口述，当时没有设备告警，火势在全车蔓延迅速，停车后用尽4～5个手持式灭火器仍无法灭火。消防于10分钟后扑灭火焰，但公交车已全车焦黑只剩空架。

我们看到一桩桩的汽车自燃事故触目惊心，汽车上可燃材料多，汽油遇火即可爆燃，油品、橡胶管、轮胎等均为可燃物品，汽车在行驶中火借风势迅速蔓延，许多自燃事故的后果都是整车全毁。夏季高温极易发生汽车自燃事故，根据杭州日报统计，2013年仅7月份杭州市共计发生汽车自燃事故98起，平均估算每天有3辆汽车自燃。这一系列惨痛的教训一次又一次为我们敲响了机动车消防的警钟。

2.自燃原因与处理方式的误区

（1）电路故障

电路故障是引起汽车自燃的主要原因之一。私家车改装一度成为时尚，很多新购车车主会给车辆添加防盗器、换装车灯或高档音响，改装人员会改变线路或增加保险丝功率，一旦改装过程中线路搭配不合理或线材使用不过关，往往会为夏季汽车自燃埋下隐患。此外，汽车使用年限较长时，管线老化，破损松动，接触不良，汽车在颠簸的行驶中都有可能产生电火花或造成短路打火而引起自燃。

（2）油路故障

机动车发动机舱内布满多种油路管路，分布在发动机的周围，包括汽油、机油、助力转向油、刹车油等。如果这些管路老化或者管路内遇杂质或劣质油品，则有可能造成堵塞导致气压过大引起漏油，而这些油路中所储存的油都是易燃液体，当这些管路发生泄漏时，可燃液体落在发动机的高温部位就很容易引起自燃。

（3）高温条件

高温气候是引发汽车自燃的外在因素之一。夏季高温会加速线路老化，油路破损、渗漏、挥发，引起电路短路并导致自燃。此外，酷暑时节，阳光直射下的车内温度可高达50℃以上，车载物品如香水、打火机等放置不当达到燃点，也会引起汽车起火。

（4）润滑、冷却系统故障

汽车零部件润滑条件变坏或发动机冷却系统出现故障，将使机动车工作状况迅速恶化，磨损加剧，工作温度急剧升高，从而引燃润滑油或渗漏的油品造成自燃。

消防部门曾对机动车自燃事件进行过分析：汽车于行驶状态下发生火灾居多，占70%左右；火灾原因则以发动机舱内电线短路居多，占60%以上。也就是说，发动机舱是多数汽车自燃的起火位置。

不少汽车火灾是可以在起火初期扑灭的，但往往因为当事人心理紧张或缺乏常识而造成不必要的损失，且手动灭火和被动等待消防施救往往延误了最佳的灭火时机。例如，车主自我扑救时，打开引擎盖却导致大量氧气进入助长了火势；又如，车上配备的便携式灭火器未能定期检修或更换，紧急情况下灭火器却成了摆设；这种情况下，等待消防车到达现场扑救，车辆早就在熊熊大火中烧成空壳了。

汽车自燃的原因层出不穷，防不胜防，早发现早扑救是降低损失的唯一途径，因此，发生自燃后通过自动灭火系统对发动机舱进行自动探测并快速灭火，对保护生命和财产意义重大。

三、自动灭火系统在发动机舱内的应用

1.自动灭火系统构成

（1）火灾探测

在传统的自动气体灭火系统领域，采用的是消防报警设备的联动方式，当探测到保护区内的烟温信号后，通过气体灭火设备控制主机自动启动灭火装置。然而由于机动车发动机舱的空间局限性，采用传统的火灾探测方式和联动启动方式并不具备实际的操作性。因此在机动车发动机舱建议采用独立的报警和联动元件，目前常用的有火灾探测线束（俗称“热敏线”）或者温度开关。

火灾探测线束（俗称“热敏线”）启动和探测火灾方式为，当保护区内的温度上升至设定值175℃时，火灾探测线束会直接给予灭火装置启动热信号。由于该种方式是属于无源启动，不需要增设电源或者依靠其他探测元件，在实际安装上具有很好的便捷性，目前该种启动方式已经被普遍应用。

温度开关的启动和探测火灾方式为，当保护区内的温度上升至 设 定 值 时（85℃ 、105℃ 或135℃），通过连接的电源，自动给予12V或12V以上的电源启动信号即可实现有源自动灭火。由于该种方式属于有源启动，需要增设线路，所以在安装上相较前者具有一定的复杂性，但是由于温度开关的温度值域较为广泛，通过机动车发动机舱的火灾临界温度点的设定，可实现火灾的信号预警以及该类火灾的极早期扑救，将火势控制在萌芽状态，真正实现火灾的早期预防和控制。

（2）自动灭火装置

自动灭火装置是集火灾探测、自动灭火于一体，在保护区发生火灾时通过探测器自动启动释放灭火剂，实施灭火的一种灭火方式。其工作原理是当火情发生后，保护区域所处的环境温度就会上升，当温度升到设定值时，装置的热敏元件动作，随即引起灭火装置的控制机构动作，释放灭火剂进行灭火。

目前应用于机动车发动机舱内的自动灭火装置主要有储压或非储压式超细干粉自动灭火装置、微型热气溶胶自动灭火装置、微型高压气体灭火装置以及细水雾灭火装置。

超细干粉自动灭火装置所使用的灭火剂属于干粉类，能在火灾现场通过探测元件探测到保护区温度异常后自动感应启动，瞬间高速喷射超细干粉灭火剂。该类灭火方式适用于扑救可燃液体、气体、电器或喷溢式恶性火灾。但由于干粉灭火剂的特性，在灭火结束后，灭火剂沉降物较难清理，因此对于保护区具有一定的污染。

超细干粉自动灭火装置的工作原理为当灭火装置接收到启动信号后，灭火装置壳体内瞬间爆破，灭火剂由破口打入火场，扑灭明火。鉴于超细干粉灭火装置启动时是通过壳体内的瞬间高压来冲破壳体喷射干粉灭火剂，其喷射瞬间所产生的高压冲击力有可能对设备或人员造成二次伤害，以往新闻不乏此类报道。

微型热气溶胶自动灭火装置采用热气溶胶为灭火剂，平时以固态形式储存于灭火装置内，探测元件探测到保护区温度异常后，则自发启动装置进行灭火。灭火剂以气体状态释放，能在防护区空间内形成各方向均一的气体浓度，以全淹没的方式迅速充满空间，将火焰扑灭。由于灭火剂为常压气体，不会对保护区造成伤害或污染，同时灭火剂的固态常压形式储存具有较高的稳定性。

热气溶胶灭火剂是一种由氧化剂、还原剂、燃烧速度控制剂和粘合剂组成的固体混合物。通过电（热）启动后，经过自身的氧化还原反应使反应产物经冷却凝集呈溶胶状态。热气溶胶灭火药剂经过燃烧化学反应,所产生的灭火气体中既有固体又有气体。气体中大部分为N2、CO2和水蒸气,固体部分为钾和锶等金属氧化物固体微粒，微粒直径一般小于1微米，较大的粒表面可以高效吸收并中和火焰中的燃烧自由基,从而达到化学抑制灭火作用。而由灭火气体包裹着的固体颗粒形成的气溶胶,可以长时间悬浮,绕过障碍物,散布到保护区空间各个角落,以一种全淹没的方式高效无死角的灭火。灭火完成后，气溶胶随空气流动而消散，不会对设备造成污染。

微型高压气体灭火装置，其所使用的灭火剂分别有二氧化碳灭火气体、七氟丙烷灭火气体或者烟烙尽IG541混合灭火气体，这几种灭火剂都能够迅速有效地扑灭A、B、C类火灾，但均为高压灭火气体，其加压贮罐的贮存方式无法适应汽车发动机舱长期高温、颠簸振动的环境。因此在使用上具有一定的局限性。

另外还有细水雾灭火装置，其通过高压喷水产生水微粒进行灭火，利用其高效吸热、快速窒息、阻隔热辐射的特点可迅速降低火场温度，实现快速排氧窒息灭火，并抑制火灾蔓延。

由于细水雾灭火方式安全环保高效，在消防领域得以逐步应用，但因需要配备加压水泵、净水储水设备和精细水喷头等设备，配置于狭小的发动机舱的空间合理性尚待商榷。

2.几类自动灭火系统的特性对比

总的来说，这几种灭火系统在正常待命工作时都能够迅速有效地扑灭汽车发动机舱火灾，但二氧化碳为高压灭火气体，其贮存方式无法适应汽车发动机舱长期高温、颠簸振动的环境，且贮存容器受使用年限限制需三年年检；细水雾灭火方式虽然安全环保高效，但需要配备加压水泵和细喷头等设备，且灭火后可能对设备造成水渍污染并且影响电路系统的绝缘性；超细干粉灭火方式已有一些应用实例，但目前其储存体积更适用于后置式发动机舱，且灭火后其沉降物附着于发动机舱设备之上较难清理；而气溶胶灭火剂体积小、效率高、性能稳定，所产生的灭火气体属于常压气体，无需贮瓶无需管网，特别适用于小空间的灭火，具有良好的经济性和适用性，是汽车发动机舱自动灭火的首选灭火剂类型。

几类自动灭火器特性对比表

3.应用前景

自燃是交通运输工具中存在的最大安全隐患之一，目前对于汽车火灾的控制和扑救方式仍然停留在以便携式灭火设备为主，而针对汽车发动机舱内的自动灭火装置的应用不够广泛；一旦发生汽车自燃，发动机舱内火势控制不住，有可能引发油箱等更大的火势，短时间就可能造成严重后果。因此，通过自动探测第一时间发现火势，并快速有效地扑灭火情非常重要。

对于汽车发动机舱这一相对密闭又设备密集的空间来说，微型热气溶胶自动灭火装置的灭火作用有着独特的优势：

（1）灭火效能

微型热气溶胶自动灭火装置在设备启动后，在10～15s时间内灭火气体即可充斥于整个发动机舱，气体可以绕过障碍物到达一些比较隐蔽甚至缝隙很小的设备内部进行全淹没式的灭火，抗复燃能力好。由于其灭火效能极高，足以满足汽车发动机舱内自动检测快速灭火的要求，防止火势蔓延。

（2）适应性

微型热气溶胶自动灭火装置体积小，灵活轻便，不需压力容器，无论是前置还是后置发动机舱都可适用；其耐高低温范围-40度至90度，能适应发动机高速运转时舱内的高温环境。

（3）安全性

微型热气溶胶自动灭火装置常压存放，其化学和物理的稳定性，确保在汽车颠簸行进的过程中，灭火系统的耐振动性能；气溶胶无毒无污染，灭火后无水渍、沉降少，不会对发动机舱内的精密设备造成二次污染；该装置常温常压保存，储运安全，没有统高压气罐或管网的泄漏和爆炸之忧。

（4）环保性

微型热气溶胶自动灭火装置启动之后所产生的灭火气体为白色热气溶胶气体，其主要成分为锶盐氧化物，经国家权威机构检测对人体无毒无害。其臭氧损耗值（ODP）、温室效应潜能值（GWP）以及合成物在大气中存留寿命值（ALT）等三项重要环境指标均为0（数值越小，则对环境影响越小）。此外，气溶胶灭火气体于灭火完成后随空气流通而消散，灭火后沉降少，无需特别清理。

（5）经济性

热气溶胶灭火剂常温常压储丰，体积小，重量轻，无需管网和压力钢瓶，使用期间不需要维护成本，做到一次安装，长期受益。

四、结论

综上所述，微型热气溶胶自动灭火装置不仅具有良好的灭火效能，而且无毒无污染、经济安全、性能稳定、不损坏仪器设备，非常适合于车载自动灭火系统的应用。为交通运输行业提供全新的安全保障。在当下研发汽车发动机舱气溶胶自动灭火系统并投入生产和市场应用，使之成为未来保障行车安全、防止火灾蔓延的重要配置之一，对于汽车自燃后防止火情蔓延、确保人身安全、降低经济损失，将起到举足轻重的作用,为交通运输行业提供全新的安全保障。

[1]GB50370-2005气体灭火系统设计规范［S］．

[2]GA499.1-2010，气溶胶灭火系统第1部分:热气溶胶灭火装置［S］

[3]刘爱华．超细微粒灭火剂灭火浓度测量方法研究[D]．南京，南京理工大学，2006.6

[4]吴际璋.关于汽车自燃原因的分析[J]．汽车维修与保养，2009.6

(本栏目编辑 冯晓宇)