车用自动灭火装置的设计

冯加轩

摘要：本文通过对车辆起火原因和车辆结构特点以及车内燃烧物质进行分析，然后根据灭火要求设计出自动灭火装置。自动灭火装置主要是将灭火系统加入到汽车构造中，减少车辆自燃引起的危害。通过感烟探测器、火焰探测器监测汽车是否发生自燃。若探测器检测到燃烧信号，灭火控制器控制车上的灭火装置开启，实现迅速灭火，减少车辆自燃的危害。

Abstract： This paper analyzes the cause of the vehicle fire and the characteristics of the vehicle's structure， as well as the burning material inside the vehicle， and then designs the automatic fire extinguishing device according to the requirements of extinguishing the fire. Automatic fire extinguishing device is mainly to add the fire extinguishing system into the construction of the car， to reduce the damagecaused by vehicle spontaneous combustion. Monitor the car forspontaneous combustion with smoke detectors and flame detectors.If the detector detects the combustion signal， the fire control controller controls the fire extinguishing device on thevehicle to be turned on， so as to achieve rapid fire extinguishing and reduce the risk of vehicle self-ignition.

关键词：自动灭火装置;起火原因;灭火剂;灭火设计

Key words： automatic fire extinguishingdevice;cause of fire;fire extinguishing agent;fire extinguishing design

1  项目研究背景

随着汽车保有量的增加，汽车造成的火灾也在逐年增加。在全球火灾发生总数量中，交通工具火灾占总量的21%左右，其中汽车火灾占18%左右，其他交通工具占3%左右。根据统计发现，汽车火灾主要发生在发动机舱，一旦汽车发动机着火，扑救的黄金时间及其短暂，如果不能在火灾初期扑灭，火势形成一定规模后很难再进行扑救。现在很多车辆没有配备车载灭火装置，用手持灭火器对起火的汽车发动机舱进行灭火，当发动机舱打开后，会助长火势，增加灭火的难度，因此在发动机舱内设置自动灭火装置，可以第一时间探测到火灾，并进行扑灭，有效的减少了汽车火灾造成的经济损失及人员伤亡。

2  汽车着火原因分析及常用的灭火方法

2.1 汽车着火原因分析

汽车发生火灾大部分是由于车辆燃油系统故障和电气线路设备故障以及违章操作所引起，少部分是由于吸烟、使用明火不当引起。其分为以下四种情况。

①供油系统容器和管路破裂或管路松动引起漏油而造成火灾;

②汽车电路系统在正常情况下火灾危险性较小，但会因电路某处故障、老化短路而引发火灾;

③人为放火造成的火灾;

④车辆燃烧物质的构成。

汽车可燃物质主要有油气类、固体可燃物（橡胶组件）、可能带电的火灾。一旦着火可能属于A、B、C三类火灾的混合型，也可能属电气设备引发火灾，但低压电源对人体无致命危险。

2.2 汽车常用的灭火方法

汽车相应的灭火基本方法有隔离、窒息、冷却三种，也称为物理灭火，另外还有一种化学抑制，也称化学灭火。

①水灭火（冷却）：水主要起冷却作用。水可用于扑救一般固体物质火灾。

②泡沫灭火剂：泡沫灭火剂主要起隔离作用，大量泡沫覆盖在着火物体上使之与空气隔离，覆盖在可燃液体表面还抑制蒸发，因含水也有一定冷却作用。

③干粉灭火剂：干粉灭火剂主要起化学抑制作用。可扑灭B、C类火灾外还可扑灭A类火灾，灭火范围广，干粉灭火剂电绝缘性能好，干粉灭火剂使用残留物难以清除干净，有腐蚀性会造成污损。无毒或低毒，但喷出的粉雾有窒息作用。

④二氧化碳灭火剂：二氧化碳主要起窒息作用。缺点：空气中二氧化碳浓度超过4%会刺激眼睛、咽喉，令人头痛;达8%会令人呼吸困难、呕吐、麻木、神志错乱，只能停留几分钟;达到10%则1分钟内失去知觉。

由以上四种方法对照可知，在汽车上安装自动灭火装置，较为理想的灭火方法是泡沫灭火剂灭火。

3  汽车自动灭火系统的方案研究

3.1 系统功能设计要求

①自动探测功能，利用汽车火灾发生的特点，主要是电路系统造成的火灾，选择感烟探测器，或者火焰探测器。

②预警功能，在火灾发生后，应能收到信号，并对信号进行分级处理，通过报警信号灯进行报警。

③灭火功能，在确认火灾后，应能手动或自动控制灭火剂的释放进行灭火。车在行驶过程中，可以采用手動灭火。车在停止时，可以采用自动灭火。

3.2 常用的灭火装置对比

目前常用的自动灭火装置主要是按照充装灭火剂的不同，进行划分主要为水基型、气体型以及干粉型。

①水基型是指充装以水为基础的灭火剂，常用的有纯纯水型，泡沫型以及水基添加剂型。其中泡沫型可以用于扑灭A类和B类火灾，主要用于扑救石油及石油产品等非水溶性物质的火灾。水基添加型内充装的灭火剂通过在春水中添加少量的有机物或无机物改进纯水的流动性能、分散性能、湿润性能和附着性能等，主要适合扑救A类、B类火灾。

②常见的气体灭火装置内根据充装的灭火剂的不同主要分为二氧化碳、惰性气体、洁净气体以及热气溶胶。其中惰性奇特灭火剂是由氮气、氩气、二氧化碳按照一定比例混合而成的气体，最常见主要由有G-541混合气体灭火剂、洁净气体灭火剂。

二氧化碳灭火剂在常温常压条件下为气态，一般储存于高压气瓶中，适合扑灭A类、B类、C类、E类火灾。

七氟丙烷灭火剂通常呈液态储存于高压气瓶中，适宜扑灭A类、B类、C类、E类火灾。但七氟丙烷灭火剂以及其分解产物对人体会产生不良影响。

IG-541混合气体灭火剂一般储存在高压瓶中，适宜扑灭A类、B类、C类、E类火灾。

气溶胶灭火剂根据热气溶胶发生剂中的硝酸盐含量不同分为K型或S型热气溶胶，其中K型热气溶胶，由于含有大量易吸湿的钾离子，会形成一种导电物质对电器设备造成较大损坏，不适用于扑灭汽车发动机舱的火灾，S型热气溶胶，由于含有大量不易吸湿的锶离子，不会形成导电物质，不会对电器设备造成损坏，适用于扑灭汽车发动机舱火灾。

③干粉型灭火装置根据干粉灭火剂种类不同可以分为普通干粉（BC类），多用途干粉（ABC类）型，专用干粉（D类专用）型，以及超细干粉型。普通干粉适合扑灭B类、C类火灾，多用途干粉灭火剂适合扑灭A类、B类、C类、E类火灾。

3.3 自动灭火系统的可行性分析

①在火灾预警方面，采用了温度与红外双传感器复合探测，在复杂的行驶环境中，例如夏天高温、扬尘较多的路面、环境光较强的白天等容易误判火灾的行驶环境，依旧能够准确的判断是否发生火灾和及时发出预警。

②在控制方面，利用感温传感器进行检测，当温度达到设定值时，将信号传给控制模块组合，由控制模块启动预警，再通过手动或自动控制灭火器上的电磁阀开启，实现灭火。

4  自动灭火装置的方案设计

4.1 控制设计

通过在发动机附近加装感烟探测器、火焰探测器，在燃油管路附近加装燃油浓度监测报警器，用来检测汽车是否发生漏油或自燃。另外，在车架上加装气体灭火装置，如二氧化碳灭火器、泡沫灭火器等。灭火器通过电磁阀控制，喷头设在发动机周围线路较多的部位，以及燃油管路的周围。当探测器检测到车辆发生自燃后，将信号传给灭火控制器，控制器发出报警信号。持续一段时间后，发动机自动熄火。控制器打开灭火器上的电磁阀，灭火剂喷出，实现迅速的灭火，这样可以最大程度的减少车辆自燃引起的损失。（如图1所示）

4.2 电路设计

根据消防设备设计要求和国家类似车辆灭火装置设计标准，车辆自动灭火装置应当使用独立电路，在车辆熄火并关闭点火开关的情况下也能正常工作。汽車火灾报警控制器的电源模块具有主电源和备电源两种选择，主电源使用汽车蓄电池提供+12V电源经过转换电路变成系统正常工作的的+5V电压，备用电源使用充电宝提供的+5V电压，当主电源断电或故障时，系统能够完成自动切换，使用备用电源。自动灭火装置应当安装手动开关，且按下手动开关时，即使烟感开关不动作也能启动灭火装置。为了防止因用户吸烟触发自动灭火装置，感烟报警器独立安装，不作为启动条件串联进控制电路。烟感开关安装在空调出风口里面近出风口位置，少量烟雾会被出风口微风吹散，不触发开关，烟雾浓度稍大时触发开关。

5  自动灭火装置的调试

使用车架模拟实车，采用二氧化碳灭火器，在车头位置设置火情，如图2所示。在火情出现5s后，感烟探测器发出信号，控制器发出报警，手动控制报警按钮，触发灭火器电磁阀，灭火剂喷出，2s内实现灭火。调试结果符合设计要求。

6  结束语

进入到新能源车与智能车时代后，汽车安全引起了广泛的重视。汽车自燃从本质上在各种类型的车辆上均有可能发生。对于使用年限较久的车辆尤为需要引起重视。该装置可以实现从发现火情，到报警，再到自动灭火的功能。但在管道设置、灭火控制器的功能设置等方面还有待改善，另外，也可以与互联网联通，实现报警功能，这也是今后改进的方向。

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