汽车发动机舱内火灾风险识别与火灾风险评价模型的研究

胡冰川，常耕林，吴刚

（江淮汽车技术中心，安徽 合肥 230601）

汽车发动机舱内火灾风险识别与火灾风险评价模型的研究

胡冰川，常耕林，吴刚

（江淮汽车技术中心，安徽 合肥 230601）

汽车火灾发生的机理复杂，造成的后果较为严重，汽车发动机舱内存在较多的火灾风险点，是火灾发生的重要部位。为了较为准确得到发动机舱内存在的火灾风险点，将发动机舱内复杂的结构划分为电气系统，燃油系统，排气系统，润滑系统以及冷却系统等五大系统。通过分析各系统可能存在的火灾故障，对发动机舱内火灾风险进行详尽的识别。定义车辆火灾风险由起火概率和火灾危害两个方面决定，组织专家对起火概率以及火灾危害进行评分，运用模糊理论分别构建起火概率以及火灾危害的模型，根据起火概率以及火灾危害模型建立汽车发动机舱内火灾风险等级评价模型。对某款汽车运用该评价模型进行火灾风险验证，得到该车辆火灾风险等级。

发动机舱；火灾风险；模糊理论；评价模型；实车验证

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

近年来，随着中国经济的高速发展，汽车开始进入越来越多的普通家庭。2000年后，中国汽车工业进入高速增长期，其中民用汽车呈井喷一样的增长。然而我们在享受汽车所带来的生活便利与经济发展的同时，却不能忽视汽车所带来的危害。根据消防部门公布的数据，每年全国发生的各类火灾中，汽车火灾的发生数量、造成的财产损失和人员伤亡均呈现逐年递增的趋势，2007至2011 年五年间全国每年约发生1.1～1.3万起汽车火灾，由此引发的车辆所有者与保险公司、制造商、销售商以及与物业管理者，还有保险公司与制造商等等之间的矛盾也越来越突出。

由于汽车结构较为复杂，汽车火灾发生的原因以及位置也是多种多样。其中，发动机舱发生火灾的情况较为常见。这主要是由于发动机舱内空间狭小，整体温度较高，油电混存。一旦电路出现短路或是油路出现漏油等故障极易形成燃烧。因此，发动机舱内发生火灾的概率较高，火灾风险较大。同时汽车的核心零部件较多安置在发动机舱内，车辆发动机舱内发生失火，即便较小的火灾都能带来较大的财产损失，如果扑救不及时，整车都可能被完全烧蚀。将发动机舱内复杂的结构划分为电气系统、燃油系统、排气系统、润滑系统以及冷却系统，对以上各系统可能存在的火灾风险点进行分类、识别，能够清晰地得到发动机舱内火灾风险项。组织有经验的专家对各系统火灾风险进行定量分析，运用模糊理论建立火灾风险评价模型。通过该火灾风险评价模型能够将汽车火灾风险从定性分析转化为定量分析，较为直观准确的研究汽车发动机舱内火灾风险。

1、发动机舱内火灾风险的识别

发动机舱结构复杂，环境恶劣，主要包括电气系统，燃油系统，排气系统，润滑系统以及冷却系统等。各系统在结构上相互交叉，因此，在发动机舱内存在较多的火灾风险点，下面从以下各个系统分别识别发动机舱内的火灾风险点：

1.1 电气系统

发动机舱内电气系统发生故障，引发火灾的现象较为常见。这是因为发动机舱内电气系统结构复杂，包括的零部件较多，各零部件一直处在高温环境内且常有电流通过，如果零部件耐热等级不够，又或者零部件与周边环境出现干涉磨损，同时多数电气系统所用的材料为可燃材料，一旦电路出现故障，可燃材料易被引燃，用电设备易被烧蚀。

（1）蓄电池。大多数的蓄电池安装在车辆发动机舱内，由于事故或者装配不良引起的震动可能会导致蓄电池外壳破裂；极柱的接线部位氧化或松动等造成接触不良，蓄电池上放置金属件或蓄电池上方积水等造成极柱间或极柱与车身短路都有可能引起绝缘层起火。

（2）用电设备。在发动机舱内常见的用电设备可分为发电机、起动机、空调压缩机、灯光设备等等。如，发电机、起动机以及空调压缩机内部普遍存在着线圈绕组，本身存在着较高的火灾风险。又如灯光设备等在特定的环境中，通电时间较长，发热较为严重，同时这些设备多是由可燃材料构成，发生火灾的风险性较高。

（3）电器盒。室外电器盒大多数安装在发动机舱内，作为整车电源分配的设备，电器盒内存在较多电源分配回路、各种继电器、保险丝以及连接各用电器的线束，所用材料多为可燃材料，如果电器盒防水保护不周，或者电器盒内保险丝匹配不正确，电器盒内接线柱安装力矩不足，接触电阻过大，造成发热严重，容易造成电器盒的烧蚀。

（4）线束系统。线束系统一般由线束、卡扣、绝缘胶带、护套、端子、继电器、保护装置等组成，发动机舱内的线束系统是整个车辆最容易引起火灾的电气系统。线束在走向上与周边环境发生干涉都可能引起线束的烧蚀。

1.2 燃油系统

汽车的燃油系统主要由油箱、汽油泵、汽油滤清器、连接油管组成。汽车使用的燃油主要是汽油和柴油。除此之外，发动机润滑系统存在的油液还有发动机油、齿轮液压油、助力转向液、制动液、变速箱油、冷却液等可燃易燃液体。这些油品都具有很高的火灾危险性，一旦泄漏很可能被引火源引燃。燃油和润滑系统的主要火灾危险部位是：

（1）输油管路。油从油箱经燃油泵、燃油滤清器、进油管进入燃烧室，多余的油液通过回油管，碳罐再回到燃油箱。在这个过程中沿路有许多塑料、橡胶或金属材料的管路，且这些管路之间多为卡扣连接。线与线、管与管间距离都很近，在装配不良的情况下极易出现干涉磨损的现象；在卡扣松脱造成燃料油泄漏遇到电气打火或导线短路产生的电火花又或者遇到排气高温易引起火灾。

（2）喷油器。车辆喷油系统内部压力达0.2～0.3Mpa，因此较小的泄漏点或接合处微小松动都会引起燃油在发动机舱内喷射并雾化，迅速形成爆炸性蒸汽混合物，该蒸汽可燃物一旦接触电弧火花，涡轮增压器以及排气歧管等高温装置可能引发汽车火灾。

1.3 排气系统

汽车排气系统大部分部件装配在汽车底盘下方。但是排气歧管与发动机燃烧室相连接，燃烧室的高温废气经排气管排出，这样就使排气管要承受较高的温度，因此在发动机舱内排气管也是汽车火灾的危险点。

1.4 润滑系统

通常，发动机油底壳内有3～5L的机油，靠油泵的压力输将机油送到需要润滑的零件或靠发动机工作时运动溅起的油滴或油雾润滑。由于连杆变形、弯曲甚至折断，将气缸体击破，可导致机油泄露。发动机机体组中主要危险源是机油和橡胶。

1.5 冷却系统

一般认为冷却液不是可燃液体，但是如果冷却液（乙二醇和水的混合物）发生泄漏在发动机顶盖上聚集，水分因高温就会逐渐蒸发，留下的乙二醇就会形成可燃蒸汽，该蒸汽可能被高温表面，或者被配电器，故障火花塞，风扇或其他的电器设备内部产生的火花点燃。乙二醇是冷却系统的火灾危险源。同时汽车的散热器和冷却风扇都会用到聚合物材料，这些产品在一定程度上都是可燃物。

2、发动机舱内火灾风险的评价

2.1 火灾风险评价模型

由于汽车结构的特殊性，汽车火灾事故诱因多，所涉及的系统复杂。引发汽车发生火灾的危险源较多，同时火灾引起的财产损失，社会影响以及人身安全较为严重。目前，行业内对汽车火灾风险点危险性评价的研究较少，多数主机厂对生产的车辆仅从积累的经验做出定性的评价，这种传统的评价方式不够清晰明了，难以很好的得到传承。本文参考建筑类火灾评价体系从模糊评价理论出发建立车辆火灾风险评价模型，对发动机舱内各系统做出定量的火灾危险性评估，该评价模型将火灾风险从传统的定性分析转化成定量分析，能够较为清晰、准确地评价车辆火灾风险。

参考建筑类火灾风险评价标准，定义车辆火灾风险由起火概率和火灾危害两个方面决定。即车辆火灾风险是车辆起火概率和起火危害性的函数，可表达为：

车辆火灾风险 R=f(P,D)

其中P表示车辆起火的概率；D表示车辆起火的危害性。

由于车辆起火概率与起火危害性是较为不确定的因素，因此选择模糊理论对该起火概率与起火危害性进行数值处理。确定车辆起火概率由起火概率模糊向量与起火概率权重共同决定，车辆起火危害性由危害性模糊向量与危害性权重共同决定，即起火概率可表达为：起火概率P=PW°PA，其中PW为起火概率的权重，PA为起火概率的模糊向量。

车辆起火危害性可表达为：危害性D=DW°DA，其中DW为危害性的权重，DA为危害性的模糊向量。

根据《电气火灾原因技术鉴定方法》GB16840以及车辆火灾鉴定经验，组织专家分别对车辆起火概率模糊向量和对应权重以及起火危害性模糊向量和对应权重进行定量评价，分别构成模糊向量以及对应的权重。

车辆起火概率模糊向量可表达为：

对应的模糊权重可表达为：

对应的起火概率可表达为：

将得到的车辆起火概率P的模糊等级以及车辆起火危害性D的模糊等级构成评价车辆火灾风险的模糊向量，得到火灾风险的模糊向量为：

组织专家对该模糊向量的权重进行评价，得到权重向量为：RW=［rw1rw2］

则可得到车辆火灾风险：

3、案例分析

选择某一款汽车，组织专家对该车型进行分析，根据上述对发动机舱内火灾风险项的识别，除去人为原因，发动机舱内起火概率的因素可由电气系统，燃油系统，排气系统，润滑系统、以及冷却系统等五大系统组成。将起火概率划分为四个等级：

其中pg1表示系统起火的可能性很大，pg2表示系统起火的可能性较大，pg3表示系统起火的可能性一般，pg4表示系统起火的可能性较小，对应数值为0～1，其中0.75～1表示可能性很大，0.5～0.75表示可能性较大，0.25～0.5表示可能性一般，0～0.25表示可能较小；同时将火灾危害亦划分为四个等级：

其中hg1特大危害、hg2严重危害、hg3一般危害和hg4轻微危害等四个等级。对应数值为0～1，其中0.75～1表示可能性很大，0.5～0.75表示可能性较大，0.25～0.5表示可能性一般，0～0.25表示可能较小。

3.1 起火概率分析

针对所选择的某车型，组织专家根据上述识别的火灾风险项，从电气系统、燃油系统、排气系统、润滑系统以及冷却系统等五大系统对发动机舱内起火概率进行分析。根据实车情况，对以上五大系统起火可能性方面进行实际的打分，具体见表1：

表1

得到表1的数据即为，起火概率的模糊矩阵，即：

针对于该款车型，结合市场调查，确定发动机舱内五大系统系统起火概率的权重为：

即该汽车发动机舱发生火灾的概率很大的属度为18 % ，较大的隶属度为28% ，一般的隶属度为38% ，较小的为隶属度为16%。

3.2 起火危害分析

由于车辆是一种作为载人或是载货的交通工作，价格较为昂贵，一旦发生火灾不仅对乘员的人身、财产造成威胁同时对交通以及周边环境等社会因素造成影响。因此，通过专家从财产损失，人身伤害以及社会影响三个方面对该款车辆发动机舱起火危害性进行评价。具体数据见表2：

表2

得到表二的数据即为该车发动机舱起火危险性模糊矩阵，即：

根据市场调差以及数据统计确定发舱内发生火灾对财产损失、社会影响以及人生伤害三个方面产生危害的权重为：

因此，发动机舱起火危害性D′=DW ◦DA

即该汽车发动机舱发生火灾的危害很大的隶属度为14 %，较大的隶属度为28%，一般的隶属度为48%，较小的为隶属度为10%。

3.3 发动机舱火灾风险的综合评价

把汽车发动机舱内火灾风险亦分为四个等级，记为:

FG=［fg1fg2fg3fg4］，其中，fg1为极高风险，fg2为高度风险，fg3为中等风险，fg4为低度风险。车辆发动机舱内火灾风险R由发动机舱内起火概率与起火危害两方面的因素共同决定。得到，发动机舱内火灾风险评价数据为表3所示：

表3

得到表三的数据即为该车辆发动机舱火灾风险的模糊矩阵，即：

确定发动机舱内火灾概率以及火灾危害性的权重分别为0.6，0.4，则可得火灾风险模糊矩阵对应的权重矩阵为：

按照最大原则，取发动机舱内火灾风险R为0.38，属于第三等级风险，说明该车辆发动机舱内火灾风险表现为中等风险。同时，从数据中可以看出火灾风险属于第二等级的风险数据R为0.27，同样表现较高，因此该款车在正常使用情况下发生火灾的风险表现为中等，该车辆较为安全，但是存在着发生火灾风险的隐患。

4、结论

本文通过电气系统，燃油系统，排气系统，润滑系统以及冷却系统对发动机舱内火灾风险点进行了详尽的识别，对可能存在的火灾风险模式进行了分析。同时运用模糊理论分析方法建立了汽车发动机舱内火灾风险等级评价模型。通过专家评分与模糊计算将发动机舱内火灾风险等级定量化。对国内某款汽车运用该等级模型进行火灾风险验证，得到该款汽车的发动机舱内火灾风险等级，但是该方法对专家打分和个人经验依赖过强，在实际运用中，还需要进一步的修正完善。

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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，就职于安徽江淮汽车技术中心。当前研究方向：汽车火灾。