18 技术纵横轻型汽车技术2020(4-5)
陈桂均凌霄鹏康毅李燕茹蔡小石
(南京依维柯汽车有限公司）
型为实施对象，根据灭火装置的外形，结合前舱易起火点位置，以车架第一横梁为
安装栽体，布置发动机舱灭火装置，通过模态分析和道路试验验证，灭火器固定结
构能满足设计要求，可以广泛应用于产品车上。
关键词：汽车发动机舱灭火装置超细干粉灭火剂模态分析道路试验
1引言
近年来国内载客汽车自燃事故发生频率较 高，且呈逐年增长态势。因客车载客人数多，事故 会造成大量的人员伤亡和财产损失，引起极大的 社会反响。据统计，汽车火灾在行驶中起火的概率 为95%，而95%的燃烧发生在发动机舱。在客车 发动机舱内布置快速、高效的火灾探测及灭火装 置，将初期自燃及时扑灭，尽最大可能防止事故扩 大，具有重要意义[11。
2汽车发动机舱火灾
2.1发动机舱火灾的主要类别
汽车发动机舱火灾的主要类别可以分为A、B、C、E类。A类火灾：固体物质火灾，这类物质通 常具有有机物质，一般在燃烧时能产生灼热的余 烬;B类火灾：液体或可熔化的固体物质火灾。C类 火灾：气体火灾。E类火灾：带电火灾，物体带电燃 烧的火灾。
2.2汽车发动机舱火灾的原因及特点
1)引起汽车发动机舱火灾的原因有多种，具体分析有以下几种情况：
(1) 车辆老化及保养不当。包括机件摩擦过 度、化油器回火、电气线路短路、电气设备接触电
阻过大、油管松动或断裂造成的油料泄漏等。
(2) 车辆碰撞以及汽车设计制造方面的缺陷 也可能引发火灾P1。
2)汽车发动机舱火灾的特点：
(a) 着火点隐秘，发现困难，相对于前置发动 机，中置及后置发动机的车辆，发动机舱着火更加
难以被发现。
(b) 扑救困难，易造成较大损失：汽车发动机 舱火灾一般发生在汽车行驶过程中，发动机舱内
因温度高，管线错综复杂，一旦着火，火势会迅速
蔓延，极易造成重大人员伤亡和财产损失。
(c) 缺乏有效的灭火设施，一旦起火只能手忙 脚乱，望火兴叹，造成严重的生命财产损失。
3超细干粉自动灭火装置及其性能
特点
超细干粉自动灭火装置是一种以超细干粉为
轻型汽车技术2020(4-5)技术纵横19
主要灭火粒子，通过温控或电控方式自动启动进
行灭火的装置。超细干粉自动灭火装置按系统组
成分为管网式和无管网式，按储存状态分为贮压
式和非贮压式。
3.1超细干粉灭火剂的灭火机理
发动机舱自动灭火装置用超细干粉灭火剂作
为主要的灭火介质，超细干粉灭火剂是国内最新
研究的一种“非高温气溶胶灭火技术”，也称“冷气
溶胶”，灭火方式以化学灭火为主，物理降温灭火
为辅1\其卓越的灭火效能，体现在以下四个方面：
(1) 对有焰燃烧的抑制作用：有焰燃烧是一种 链式反应过程。燃烧分子在燃烧的高温下或其他
形成的能量下被活化，产生自由基或活性团机，并
靠这些高能自由基传播反应，维持燃烧的进行。灭
火剂中的无机盐是燃烧反应的不活性物质。当进
人燃烧区与火焰混合时，可以同时捕获0H+(自由
基)和H+(自由基)发生如下反应：
M+H+ —M H
MH十OH+(自由基)——H20+M
火焰中的OH+和H+在M (超细干粉灭火剂
组分)的作用下，结合成不活泼的水，这样使火焰
中的OH+和H+被消耗的速度大于产生的速度，
当OH+和H+被很快耗尽时，链式反应的历程被
终止，火焰即熄灭，这种作用称为化学抑制作用和
负催化作用。
(2) 对表面燃烧的熄灭作用
超细干粉灭火剂晶体与灼热的燃烧物表面接
触时，发生一系列的化学反应，形成一个玻璃状覆
盖层，它能渗透到燃烧物质表面的孔内，将固体表
面与周围空气中的氧隔开，使燃烧窒息。
(3) 对辐射热的遮隔作用
使用超细干粉灭火时，浓云般的粉雾(气溶胶)
与火焰相混合，可以降低火焰对燃烧物表面的辐
射热，使火焰的温度降低，使燃烧过程变得缓慢。
(4) 对燃烧区氧的稀释作用超细干粉灭火剂灭火时.在火焰的高温作用
下会发生一系列的分解反应，这些反应一般为吸热 反应。可吸收火焰的部分热量，并产生一些不活性 物质如〇)2等，对燃烧区的氧浓度进行稀释，使燃 烧变得缓慢，同时用作驱动喷放超细干粉的压力气 体氮气随着超细干粉一起释放于燃烧区。碰一步稀释燃烧区的氧气，抑制燃烧，使燃烧熄灭。
3.2超细干粉灭火剂的灭火效率
超细干粉平均粒径小于20 u m，与普通干粉 灭火剂比教，颗粒细，沉降慢，悬浮在空气中的时 间长，全淹没效果好。普通干粉灭火剂的灭火浓度 650g/ m3以上，而超细干粉灭火剂的灭火浓度最 低仅64 g/ m3。超细干粉灭火剂的灭火效率是普 通干粉灭火剂的6~10倍。
4发动机舱自动灭火装置在客车上 的应用
4.1基本要求
发动机舱自动灭火装备应能扑救A类火灾、B类火灾、C类火灾和E类火灾。车辆上配备的灭 火装备的灭火剂不应腐蚀车辆上的零部件。
4.2类型和功能
车辆上配置的超细干粉灭火装置应为符合 GA602规定的发动机舱专用灭火装置，且灭火装 置充装的超细干粉灭火剂应为符合GA578规定 的ABC超细干粉灭火剂。灭火装置的启动方式应 为自动启动与手动启动并存；整车通电情况下，灭 火装置自动启动时，应能通过声觉信号向驾驶员 报警；灭火装置在任何状况下启动都不应对人员 产生潜在的安全隐患。
4.3发动机舱应用的灭火方式和灭火剂量
车辆应在发动机舱配置灭火装置，应用的灭 火方式为全淹没灭火，即在规定的时间内，向保护 区域喷射一定浓度的灭火剂，并使其均匀地充满 整个保护区的灭火方式。灭火剂量应符合表1的 规定。
20 技术纵横轻型汽车技术2020(4-5)
表1发动机舱灭火装置的灭火方式和总灭火剂置
保护区域灭火方式总灭火剂置
发动机前置的M2和M3类客车^600g
发动机舱全淹没灭火发动机中置或后置M2和M3类客车及专
用校车
车长>8m：彡1500g
6米〈车长彡1200g 车长〈6m:>800g
配置的超细干粉灭火装置(以下简称“灭火装置”)
为双喷头管网式、非JC压式灭火装置，温感型。充 装了符合G A578规定的A B C超细干粉灭火剂，总灭火剂量为600g，全淹没灭火方式，可以消灭 A、B、C、E类火灾。灭火器总成包括灭火剂腔体、灭火剂输送管、安装支架、启动装置、热敏线、开关和 必要的线束接插件、连接螺栓等，装置结构示意图 见图1。
4.4.1灭火装置启动方式
发动机舱灭火装置有两种启动方式，分别为电引发启 动和热引发启动。电引发启动：通过安装在驾驶区 的远端控制器人工启动。热引发启动：通过热敏线
图2灭火效果图
感应发动机舱着火温度(170 ± 15T时)时启动。4.4.2驱动原理
当灭火装置收到启动信号时，热敏线在感应 到火灾设定温度后，点燃灭火剂腔体里的气体发 生器，产生大量气体，气体迅速膨胀，腔体内部压 力增大，超细干粉将灭火剂输送管喷射口上的密 封铝箔冲破，向保护区域均匀喷射并迅速向四周 弥漫，在发动机舱内瞬间形成淹没效果，对保护物 实行全方位保护，见图
2。
轻型汽车技术2020(4-5)技术纵横21
图3发动机舱自动灭火装置布置
-图4灭火剂腔体布置校核
图5手动按钮布置材料B示密度t/一*
M P a泊松比
D C01—
7.85«-09
20U—
图6材料信息
4.4.3灭火装置的布置
某轻客是带车架的非承载式车型。发动机舱是 汽车的中枢区域，布置紧凑，它由车身前围板、发动 机罩、面罩框、保险杠等组成的一个半封闭的空间。其中动力总成核心发动机和控制中枢ECU等均布 置于此，重要部件还有增压器、发电机、高压燃油 泵、前蒸发器、暖风、水箱、前大灯、防冻液、洗涤壶 以及各种电器线束，形成了一个复杂的网络。
由于灭火剂腔体体积较大，安装操作空间大，对前舱周边布置空间进行可行性分析，把灭火剂 腔体布置在车架第一横梁下侧最合理。车架第一 横梁强度很高，安装稳固，这样在车辆运行和灭火 剂喷射过程中，灭火装置及部件不会脱落。灭火剂 输送管分开左右固定于前面罩框骨架上。灭火剂输送管喷射口能够对增压器、发电机、高压燃油泵 及油管等高温区域喷射。灭火剂输送管在下述区 域固定（图3):①借用车架下翼面孔位固定，挡泥 板开缺口避让管路；②借用右侧冷却支架上孔位 固定;③增加过渡支架与电喇叭共孔固定;④、⑤ 在前面罩配合开孔固定。
此布置结构，灭火剂腔体与前保险杠间隙為 15mm，灭火器离地间隙为315mm，比排气后尾管 离地间隙高，不影响整车通过性。95%人体站在车 前5m处，R点与前保下沿切线，看不到灭火剂腔 体，不影响外观，见图4。
灭火装置手动开启按钮位于驾驶区手刹旁，便 于驾驶员操作，见图5。
4.4.4
灭火装置模态分析
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图7 _阶模态值为37.5 Hz
自动灭火剂的腔体通过支架固定在车架第一 横梁上。运用有限元分析法，验证3G动载工况下 灭火装置支架及相关零部件的模态。
材料信息见图6。
分析结果：灭火器支架一阶模态值为37.5H Z，满足>35Hz的目标值，见图7。
4.4.5试验验证
根据某汽车试验场《汽车产品定型可靠性试验 规程》，进行可靠性试验，合计行驶里程为15000km。
(上接第70页）
轻型车测试工况)及欧洲的RDE工况中负荷的增 长表明厂家正重新考虑多大才是现代发动机的适 中尺寸，有些要小型化，有些可能要加大。目前的 趋势是适中化。
发动机研发受到减排的驱动。通过小型化提 高发动机的实际负荷水平降低现有摩擦系数及点 火式发动机部分负荷时的栗油量。随着轻混动控 制系统减缓内燃机的瞬间负荷，人们有理由期待 更高的提档升级及更严的氮氧化物与碳烟控制。
英国Torotrak公司推出了一款名为V增压的 自动变速器控制的可变增压系统(汽车工程2017 年3月号第13页）从而将发动机小型化到11但 能达到相当于1.51的排量以大幅降低油耗。试验后灭火装置无开裂失效等故障发生。
5结束语
超细干粉自动灭火装置是一种先进、高效、环 保、可靠的灭火装置，其在车辆上的应用，可以快 速、高效的进行火灾探测及灭火，将初期自燃及时 扑灭。本文对某轻客发动机舱结构进行分析，合理 布置了发动机舱自动灭火装置，并通过模态分析 法证明结构可行，通过了道路试验验证。随着国家 强制法规的出台，此项技术会在越来越多的在客 车上应用，给我们带来更加安全的乘车环境。
参考文献
1杨康莉.载客汽车自燃检测灭火装置研制 P].杭州：中国计量大学,2016.
2雷蕾，贺小军.汽车火灾的分析与扑救对策 〇].消防科学与技术,2004(S1).
3吴颐伦.碱金属碳酸氢盐干粉灭火剂灭火 机理[J].消防技术与产品信息,2001(12) :29—31.
Torotrak首席技术官道格•克罗斯认为，有的 时候，人们高估了增压器在汽柴油机小型化中的 作用。增压产生高温高压并催生更多的氮氧化物 及更高的排放温度，从而加大了节流阀部分开启 时的催化温度的控制难度。而在驾驶人以低速低 扭矩达到低油耗时其进气口增压是最低效的。
克罗斯认为低速可变增压相比涡轮增压（如 高速则采用大涡轮)更具优势，可改善进气增压控 制并保持排放温度。与采用选择性催化还原法 (SCR)的后处理相结合，即可有效地实现小型化 并保持较低的氮氧化物与碳烟排放水平。
(编译自《Automotive Engineering》
)
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