汽車發(fā)動機艙內火災風險識別與火災風險評價模型的研究

胡冰川，常耕林，吳剛

（江淮汽車技術中心，安徽 合肥 230601）

汽車發(fā)動機艙內火災風險識別與火災風險評價模型的研究

胡冰川，常耕林，吳剛

（江淮汽車技術中心，安徽 合肥 230601）

汽車火災發(fā)生的機理復雜，造成的后果較為嚴重，汽車發(fā)動機艙內存在較多的火災風險點，是火災發(fā)生的重要部位。為了較為準確得到發(fā)動機艙內存在的火災風險點，將發(fā)動機艙內復雜的結構劃分為電氣系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)等五大系統(tǒng)。通過分析各系統(tǒng)可能存在的火災故障，對發(fā)動機艙內火災風險進行詳盡的識別。定義車輛火災風險由起火概率和火災危害兩個方面決定，組織專家對起火概率以及火災危害進行評分，運用模糊理論分別構建起火概率以及火災危害的模型，根據起火概率以及火災危害模型建立汽車發(fā)動機艙內火災風險等級評價模型。對某款汽車運用該評價模型進行火災風險驗證，得到該車輛火災風險等級。

發(fā)動機艙；火災風險；模糊理論；評價模型；實車驗證

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.017

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-49-04

引言

近年來，隨著中國經濟的高速發(fā)展，汽車開始進入越來越多的普通家庭。2000年后，中國汽車工業(yè)進入高速增長期，其中民用汽車呈井噴一樣的增長。然而我們在享受汽車所帶來的生活便利與經濟發(fā)展的同時，卻不能忽視汽車所帶來的危害。根據消防部門公布的數據，每年全國發(fā)生的各類火災中，汽車火災的發(fā)生數量、造成的財產損失和人員傷亡均呈現逐年遞增的趨勢，2007至2011 年五年間全國每年約發(fā)生1.1～1.3萬起汽車火災，由此引發(fā)的車輛所有者與保險公司、制造商、銷售商以及與物業(yè)管理者，還有保險公司與制造商等等之間的矛盾也越來越突出。

由于汽車結構較為復雜，汽車火災發(fā)生的原因以及位置也是多種多樣。其中，發(fā)動機艙發(fā)生火災的情況較為常見。這主要是由于發(fā)動機艙內空間狹小，整體溫度較高，油電混存。一旦電路出現短路或是油路出現漏油等故障極易形成燃燒。因此，發(fā)動機艙內發(fā)生火災的概率較高，火災風險較大。同時汽車的核心零部件較多安置在發(fā)動機艙內，車輛發(fā)動機艙內發(fā)生失火，即便較小的火災都能帶來較大的財產損失，如果撲救不及時，整車都可能被完全燒蝕。將發(fā)動機艙內復雜的結構劃分為電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)，對以上各系統(tǒng)可能存在的火災風險點進行分類、識別，能夠清晰地得到發(fā)動機艙內火災風險項。組織有經驗的專家對各系統(tǒng)火災風險進行定量分析，運用模糊理論建立火災風險評價模型。通過該火災風險評價模型能夠將汽車火災風險從定性分析轉化為定量分析，較為直觀準確的研究汽車發(fā)動機艙內火災風險。

1、發(fā)動機艙內火災風險的識別

發(fā)動機艙結構復雜，環(huán)境惡劣，主要包括電氣系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)等。各系統(tǒng)在結構上相互交叉，因此，在發(fā)動機艙內存在較多的火災風險點，下面從以下各個系統(tǒng)分別識別發(fā)動機艙內的火災風險點：

1.1 電氣系統(tǒng)

發(fā)動機艙內電氣系統(tǒng)發(fā)生故障，引發(fā)火災的現象較為常見。這是因為發(fā)動機艙內電氣系統(tǒng)結構復雜，包括的零部件較多，各零部件一直處在高溫環(huán)境內且常有電流通過，如果零部件耐熱等級不夠，又或者零部件與周邊環(huán)境出現干涉磨損，同時多數電氣系統(tǒng)所用的材料為可燃材料，一旦電路出現故障，可燃材料易被引燃，用電設備易被燒蝕。

（1）蓄電池。大多數的蓄電池安裝在車輛發(fā)動機艙內，由于事故或者裝配不良引起的震動可能會導致蓄電池外殼破裂；極柱的接線部位氧化或松動等造成接觸不良，蓄電池上放置金屬件或蓄電池上方積水等造成極柱間或極柱與車身短路都有可能引起絕緣層起火。

（2）用電設備。在發(fā)動機艙內常見的用電設備可分為發(fā)電機、起動機、空調壓縮機、燈光設備等等。如，發(fā)電機、起動機以及空調壓縮機內部普遍存在著線圈繞組，本身存在著較高的火災風險。又如燈光設備等在特定的環(huán)境中，通電時間較長，發(fā)熱較為嚴重，同時這些設備多是由可燃材料構成，發(fā)生火災的風險性較高。

（3）電器盒。室外電器盒大多數安裝在發(fā)動機艙內，作為整車電源分配的設備，電器盒內存在較多電源分配回路、各種繼電器、保險絲以及連接各用電器的線束，所用材料多為可燃材料，如果電器盒防水保護不周，或者電器盒內保險絲匹配不正確，電器盒內接線柱安裝力矩不足，接觸電阻過大，造成發(fā)熱嚴重，容易造成電器盒的燒蝕。

（4）線束系統(tǒng)。線束系統(tǒng)一般由線束、卡扣、絕緣膠帶、護套、端子、繼電器、保護裝置等組成，發(fā)動機艙內的線束系統(tǒng)是整個車輛最容易引起火災的電氣系統(tǒng)。線束在走向上與周邊環(huán)境發(fā)生干涉都可能引起線束的燒蝕。

1.2 燃油系統(tǒng)

汽車的燃油系統(tǒng)主要由油箱、汽油泵、汽油濾清器、連接油管組成。汽車使用的燃油主要是汽油和柴油。除此之外，發(fā)動機潤滑系統(tǒng)存在的油液還有發(fā)動機油、齒輪液壓油、助力轉向液、制動液、變速箱油、冷卻液等可燃易燃液體。這些油品都具有很高的火災危險性，一旦泄漏很可能被引火源引燃。燃油和潤滑系統(tǒng)的主要火災危險部位是：

（1）輸油管路。油從油箱經燃油泵、燃油濾清器、進油管進入燃燒室，多余的油液通過回油管，碳罐再回到燃油箱。在這個過程中沿路有許多塑料、橡膠或金屬材料的管路，且這些管路之間多為卡扣連接。線與線、管與管間距離都很近，在裝配不良的情況下極易出現干涉磨損的現象；在卡扣松脫造成燃料油泄漏遇到電氣打火或導線短路產生的電火花又或者遇到排氣高溫易引起火災。

（2）噴油器。車輛噴油系統(tǒng)內部壓力達0.2～0.3Mpa，因此較小的泄漏點或接合處微小松動都會引起燃油在發(fā)動機艙內噴射并霧化，迅速形成爆炸性蒸汽混合物，該蒸汽可燃物一旦接觸電弧火花，渦輪增壓器以及排氣歧管等高溫裝置可能引發(fā)汽車火災。

1.3 排氣系統(tǒng)

汽車排氣系統(tǒng)大部分部件裝配在汽車底盤下方。但是排氣歧管與發(fā)動機燃燒室相連接，燃燒室的高溫廢氣經排氣管排出，這樣就使排氣管要承受較高的溫度，因此在發(fā)動機艙內排氣管也是汽車火災的危險點。

1.4 潤滑系統(tǒng)

通常，發(fā)動機油底殼內有3～5L的機油，靠油泵的壓力輸將機油送到需要潤滑的零件或靠發(fā)動機工作時運動濺起的油滴或油霧潤滑。由于連桿變形、彎曲甚至折斷，將氣缸體擊破，可導致機油泄露。發(fā)動機機體組中主要危險源是機油和橡膠。

1.5 冷卻系統(tǒng)

一般認為冷卻液不是可燃液體，但是如果冷卻液（乙二醇和水的混合物）發(fā)生泄漏在發(fā)動機頂蓋上聚集，水分因高溫就會逐漸蒸發(fā)，留下的乙二醇就會形成可燃蒸汽，該蒸汽可能被高溫表面，或者被配電器，故障火花塞，風扇或其他的電器設備內部產生的火花點燃。乙二醇是冷卻系統(tǒng)的火災危險源。同時汽車的散熱器和冷卻風扇都會用到聚合物材料，這些產品在一定程度上都是可燃物。

2、發(fā)動機艙內火災風險的評價

2.1 火災風險評價模型

由于汽車結構的特殊性，汽車火災事故誘因多，所涉及的系統(tǒng)復雜。引發(fā)汽車發(fā)生火災的危險源較多，同時火災引起的財產損失，社會影響以及人身安全較為嚴重。目前，行業(yè)內對汽車火災風險點危險性評價的研究較少，多數主機廠對生產的車輛僅從積累的經驗做出定性的評價，這種傳統(tǒng)的評價方式不夠清晰明了，難以很好的得到傳承。本文參考建筑類火災評價體系從模糊評價理論出發(fā)建立車輛火災風險評價模型，對發(fā)動機艙內各系統(tǒng)做出定量的火災危險性評估，該評價模型將火災風險從傳統(tǒng)的定性分析轉化成定量分析，能夠較為清晰、準確地評價車輛火災風險。

參考建筑類火災風險評價標準，定義車輛火災風險由起火概率和火災危害兩個方面決定。即車輛火災風險是車輛起火概率和起火危害性的函數，可表達為：

車輛火災風險 R=f(P,D)

其中P表示車輛起火的概率；D表示車輛起火的危害性。

由于車輛起火概率與起火危害性是較為不確定的因素，因此選擇模糊理論對該起火概率與起火危害性進行數值處理。確定車輛起火概率由起火概率模糊向量與起火概率權重共同決定，車輛起火危害性由危害性模糊向量與危害性權重共同決定，即起火概率可表達為：起火概率P=PW°PA，其中PW為起火概率的權重，PA為起火概率的模糊向量。

車輛起火危害性可表達為：危害性D=DW°DA，其中DW為危害性的權重，DA為危害性的模糊向量。

根據《電氣火災原因技術鑒定方法》GB16840以及車輛火災鑒定經驗，組織專家分別對車輛起火概率模糊向量和對應權重以及起火危害性模糊向量和對應權重進行定量評價，分別構成模糊向量以及對應的權重。

車輛起火概率模糊向量可表達為：

對應的模糊權重可表達為：

對應的起火概率可表達為：

將得到的車輛起火概率P的模糊等級以及車輛起火危害性D的模糊等級構成評價車輛火災風險的模糊向量，得到火災風險的模糊向量為：

組織專家對該模糊向量的權重進行評價，得到權重向量為：RW=［rw1rw2］

則可得到車輛火災風險：

3、案例分析

選擇某一款汽車，組織專家對該車型進行分析，根據上述對發(fā)動機艙內火災風險項的識別，除去人為原因，發(fā)動機艙內起火概率的因素可由電氣系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)、以及冷卻系統(tǒng)等五大系統(tǒng)組成。將起火概率劃分為四個等級：

其中pg1表示系統(tǒng)起火的可能性很大，pg2表示系統(tǒng)起火的可能性較大，pg3表示系統(tǒng)起火的可能性一般，pg4表示系統(tǒng)起火的可能性較小，對應數值為0～1，其中0.75～1表示可能性很大，0.5～0.75表示可能性較大，0.25～0.5表示可能性一般，0～0.25表示可能較?。煌瑫r將火災危害亦劃分為四個等級：

其中hg1特大危害、hg2嚴重危害、hg3一般危害和hg4輕微危害等四個等級。對應數值為0～1，其中0.75～1表示可能性很大，0.5～0.75表示可能性較大，0.25～0.5表示可能性一般，0～0.25表示可能較小。

3.1 起火概率分析

針對所選擇的某車型，組織專家根據上述識別的火災風險項，從電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)等五大系統(tǒng)對發(fā)動機艙內起火概率進行分析。根據實車情況，對以上五大系統(tǒng)起火可能性方面進行實際的打分，具體見表1：

表1

得到表1的數據即為，起火概率的模糊矩陣，即：

針對于該款車型，結合市場調查，確定發(fā)動機艙內五大系統(tǒng)系統(tǒng)起火概率的權重為：

即該汽車發(fā)動機艙發(fā)生火災的概率很大的屬度為18 % ，較大的隸屬度為28% ，一般的隸屬度為38% ，較小的為隸屬度為16%。

3.2 起火危害分析

由于車輛是一種作為載人或是載貨的交通工作，價格較為昂貴，一旦發(fā)生火災不僅對乘員的人身、財產造成威脅同時對交通以及周邊環(huán)境等社會因素造成影響。因此，通過專家從財產損失，人身傷害以及社會影響三個方面對該款車輛發(fā)動機艙起火危害性進行評價。具體數據見表2：

表2

得到表二的數據即為該車發(fā)動機艙起火危險性模糊矩陣，即：

根據市場調差以及數據統(tǒng)計確定發(fā)艙內發(fā)生火災對財產損失、社會影響以及人生傷害三個方面產生危害的權重為：

因此，發(fā)動機艙起火危害性D′=DW ?DA

即該汽車發(fā)動機艙發(fā)生火災的危害很大的隸屬度為14 %，較大的隸屬度為28%，一般的隸屬度為48%，較小的為隸屬度為10%。

3.3 發(fā)動機艙火災風險的綜合評價

把汽車發(fā)動機艙內火災風險亦分為四個等級，記為:

FG=［fg1fg2fg3fg4］，其中，fg1為極高風險，fg2為高度風險，fg3為中等風險，fg4為低度風險。車輛發(fā)動機艙內火災風險R由發(fā)動機艙內起火概率與起火危害兩方面的因素共同決定。得到，發(fā)動機艙內火災風險評價數據為表3所示：

表3

得到表三的數據即為該車輛發(fā)動機艙火災風險的模糊矩陣，即：

確定發(fā)動機艙內火災概率以及火災危害性的權重分別為0.6，0.4，則可得火災風險模糊矩陣對應的權重矩陣為：

按照最大原則，取發(fā)動機艙內火災風險R為0.38，屬于第三等級風險，說明該車輛發(fā)動機艙內火災風險表現為中等風險。同時，從數據中可以看出火災風險屬于第二等級的風險數據R為0.27，同樣表現較高，因此該款車在正常使用情況下發(fā)生火災的風險表現為中等，該車輛較為安全，但是存在著發(fā)生火災風險的隱患。

4、結論

本文通過電氣系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)對發(fā)動機艙內火災風險點進行了詳盡的識別，對可能存在的火災風險模式進行了分析。同時運用模糊理論分析方法建立了汽車發(fā)動機艙內火災風險等級評價模型。通過專家評分與模糊計算將發(fā)動機艙內火災風險等級定量化。對國內某款汽車運用該等級模型進行火災風險驗證，得到該款汽車的發(fā)動機艙內火災風險等級，但是該方法對專家打分和個人經驗依賴過強，在實際運用中，還需要進一步的修正完善。

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The study on the identification and evaluation model of the fire risk in engine cabin

Hu Bingchuan, Chang Genglin, Wu Gang
（JAC Technology Center, Anhui Hefei 230601）

The vehicle fire has various complex reason and the consequences are more severe. In the engine cabin, there have lots of fire risk points. In order to get the accuracy points of fire risk in engine cabin, the complex structures in the engine cabin are divided into electrical system, fuel system, exhaust system, lubricating system, cooling system. By analyzing the probable existing fire failure, the fire risk was detailed identified in the engine cabin. Define the vehicle fire risk is decided by two aspects of fire probability and fire hazards. Experts are organized to grade the fire probability and fire hazards. And the models of the fire probability and the fire hazards are built by using fuzzy theory. According to the fire probability model and the fire hazards model, the evaluation model of fire risk grade in the engine cabin has built. One of vehicle was chosen to test the fire risk by using the evaluation model, and the grade of the vehicle fire risk was got.

engine cabin; fire risk; fuzzy theory; evaluation model; vehicle test

U463.8

A

1671-7988(2016)10-49-04

胡冰川，男，就職于安徽江淮汽車技術中心。當前研究方向：汽車火災。