汽車電氣系統(tǒng)火災(zāi)原因分析及調(diào)查方法

李垣翰，周廣英，張金專

(1.中國人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000； 2.大慶市消防救援支隊,黑龍江 大慶 163000)

0 引言

據(jù)公安部交管局統(tǒng)計，截至2019年6月底，全國汽車保有量達(dá)2.5億輛。汽車作為一種現(xiàn)代化的交通運輸工具，已經(jīng)越來越廣泛地融入人們的生活，給人們的生活和工作帶來便利。汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密，含電路、油路、氣路于一體，在汽車運行時各系統(tǒng)聯(lián)合工作，具有不同程度的火災(zāi)危險性。而在所有汽車火災(zāi)中，因為電氣系統(tǒng)故障引發(fā)的火災(zāi)占總數(shù)比例最大。由于汽車電氣系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而汽車火災(zāi)本身就具有發(fā)現(xiàn)晚、燃燒快、撲救遲、燒得透的特點，給基層火災(zāi)調(diào)查人員相關(guān)工作的開展帶來很大的挑戰(zhàn)和困難。

在汽車電氣系統(tǒng)故障引發(fā)火災(zāi)這一研究領(lǐng)域，國內(nèi)研究成果相對分散。凌永成等對鉛酸蓄電池、發(fā)電機、啟動機電壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理進(jìn)行了介紹[1]。季文全和梁少鵬對汽車火災(zāi)進(jìn)行分類，歸納總結(jié)出汽車火災(zāi)的類型[2]。劉碩文等分析汽車電氣系統(tǒng)起火缺陷和特征，對汽車線束、電氣設(shè)備的起火缺陷進(jìn)行深入探討，認(rèn)為線束的導(dǎo)電性能和絕緣層失效會導(dǎo)致車輛無法正常運行[3]。邸曼和張明介紹汽車電氣痕跡物證的鑒別方法，同時提出，電氣故障引發(fā)火災(zāi)的主要原因是電氣線路故障產(chǎn)生短路打火、電弧電火花引燃可燃物所致[4]。馬會斌介紹了常見汽車電氣火災(zāi)的類型，并分別進(jìn)行分析[5]。耿惠民等分析由于短路引起汽車電氣火災(zāi)的原因[6]。周俊濤提出發(fā)動機逆流斷電器故障、限壓器故障、限流器故障以及汽車改裝不規(guī)范等是造成汽車火災(zāi)的原因[7]。李建林對汽車火災(zāi)的成因及現(xiàn)場勘驗和調(diào)查方法進(jìn)行了研究[8]。黃雅妮針對汽車火災(zāi)調(diào)查，提出現(xiàn)場調(diào)查詢問、分析電氣原理圖、科學(xué)提取物證等方法[9]。王建提出車輛基本信息確認(rèn)、車輛技術(shù)信息確認(rèn)、火災(zāi)第一現(xiàn)場勘驗、火災(zāi)轉(zhuǎn)移現(xiàn)場確認(rèn)等汽車火災(zāi)的調(diào)查步驟[10]。郝存繼等通過對汽車電氣火災(zāi)頻發(fā)原因的分析，提出電氣故障傳播時序法、最低點法、最遠(yuǎn)點法等火災(zāi)現(xiàn)場勘驗方法[11]。劉振剛等將汽車火災(zāi)發(fā)生部位分為駕駛室和發(fā)動機艙，分別闡述了在兩種情況下的勘驗方法[12]。楊軍輝對汽車火災(zāi)原因、鑒定程序及技術(shù)進(jìn)行了探究[13]。

本文在前人研究的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)論述汽車電氣系統(tǒng)的構(gòu)成與特點，歸納總結(jié)引發(fā)汽車火災(zāi)的電氣故障方面的原因，進(jìn)一步完善汽車火災(zāi)調(diào)查的理論，并有針對性地提出調(diào)查思路和方法，以便為火災(zāi)調(diào)查人員開展相關(guān)工作提供一定借鑒。

1 汽車電氣系統(tǒng)構(gòu)成特點及故障原因分析

1.1 汽車電氣系統(tǒng)特點

汽車電氣系統(tǒng)具有以下幾個特點：(1)低壓直流。汽車車內(nèi)的工作電壓分為12 V和24 V兩種，且內(nèi)部供電電流均是直流電而非交流電。(2)負(fù)極搭鐵。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，汽車線路均采用負(fù)極搭鐵的方式，即將汽車蓄電池的負(fù)極連接到車體上，汽車車身本身作為負(fù)極的一部分。(3)雙電源供電。汽車中供電電源為蓄電池和發(fā)電機，當(dāng)汽車啟動時，發(fā)電機開始運行并為電氣設(shè)備供電，同時為汽車蓄電池充電。而汽車熄火后，則由其蓄電池中儲存的電能為汽車供能。(4)單線制并聯(lián)。汽車中的用電設(shè)備均是由電源出發(fā)，由通電線束直接連到用電器，線束基本為并聯(lián)連接，互不干擾。

1.2 汽車電氣系統(tǒng)構(gòu)成以及故障分析

1.2.1 電源系統(tǒng)

汽車電源系統(tǒng)的核心部件為蓄電池、發(fā)電機、逆流切斷器以及電壓調(diào)節(jié)器。

日常使用中，汽車蓄電池內(nèi)部若長時充放電，或車主對汽車保養(yǎng)不當(dāng)，均有可能造成蓄電池中隔板老化，發(fā)生破損、絕緣皮老化等，進(jìn)而造成負(fù)極樁和正極樁直接接通，發(fā)生短路。又因為蓄電池中電解液多為腐蝕性液體，往往會對蓄電池內(nèi)部通氣孔以及隔板造成腐蝕，同樣會造成蓄電池內(nèi)部短路。當(dāng)汽車蓄電池內(nèi)部電解液不足時，若對汽車蓄電池充電，電解液則會大量氣化，在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量具有酸性和腐蝕性的氣體，局部有限空間內(nèi)產(chǎn)生大量壓力，容易造成蓄電池爆燃。蓄電池內(nèi)部線路復(fù)雜，若汽車行程多而欠缺保養(yǎng)，長期顛簸會導(dǎo)致線路接線口處發(fā)生松動，則極易造成蓄電池接線處斷路或者接觸不良。此時，若汽車處于運行狀態(tài)，則發(fā)電機無法正常對蓄電池進(jìn)行充電，造成發(fā)電機過負(fù)荷運轉(zhuǎn)，長時工作發(fā)熱，損壞汽車發(fā)電機、燒損逆流切斷器，引燃周圍可燃物，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

正常運行時，發(fā)電機為整車電氣設(shè)備的運行提供電能。當(dāng)逆流切斷器因某種原因無法正常工作時，汽車蓄電池的大電流則會直接作用于發(fā)電機，引燃線路絕緣層以及周圍可燃物，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

電壓調(diào)節(jié)器起到保持電源系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的作用。當(dāng)汽車運行時，不同數(shù)量、種類的電氣設(shè)備運行，電源系統(tǒng)內(nèi)部電壓不斷變化。若電壓調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障，則電氣設(shè)備或者電氣線路會出現(xiàn)不同類型的電氣故障，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

1.2.2 啟動系統(tǒng)

在啟動電路中，若啟動機安裝錯誤使得齒輪側(cè)面間隙過小、單向離合器回位彈簧由于長時間使用導(dǎo)致彈力不足、電動機開關(guān)觸點損壞電路不能切斷、電磁開關(guān)觸片短路等會造成啟動機不停地轉(zhuǎn)動，則短時間內(nèi)燒壞啟動機，溫度過高時會產(chǎn)生火災(zāi)[14]。在冬天時，有些汽車經(jīng)過一夜的低溫，遇到啟動困難的問題，一些缺乏常識的司機會選擇持續(xù)打火試圖發(fā)動汽車。此時，啟動線路多次承受數(shù)百安培的電流，瞬間電流差釋放出大量的熱量，可能引燃線路絕緣層以及周圍其他可燃物，造成火災(zāi)。此外，若汽車啟動系統(tǒng)中啟動機處發(fā)生軸承松動或者軸承破壞故障，與之相鄰的高速運轉(zhuǎn)的傳動帶摩擦將產(chǎn)生大量熱量，引燃周圍的可燃物，因被動接觸而引發(fā)火災(zāi)。

1.2.3 點火系統(tǒng)

點火系統(tǒng)發(fā)生電氣故障引發(fā)火災(zāi)一般與其他系統(tǒng)故障有關(guān)。當(dāng)點火線圈損壞或火花塞故障，會造成點火次序錯亂，在進(jìn)氣門未關(guān)閉時將氣缸內(nèi)混氣點燃，電噴放電打火處發(fā)生混合氣體的爆燃事故。此外，若火花塞發(fā)生松動、脫落，引燃周圍可燃物，同樣會引發(fā)火災(zāi)。線路中發(fā)生部件松動、線路老化、絕緣失效等故障，會造成短路、斷路、過負(fù)荷、接觸不良等電氣故障，同樣會引發(fā)火災(zāi)。

1.2.4 空調(diào)系統(tǒng)

汽車空調(diào)系統(tǒng)若長期使用而未清洗保養(yǎng)，則會造成內(nèi)部灰塵堆積，致使空調(diào)散熱不佳，集聚的熱量引燃周圍可燃物。若空調(diào)散熱管的位置設(shè)計不合理，處于接近易燃物的位置則具有較大的火災(zāi)危險性[15]。此外，若長期處于工作運行、陰雨潮濕天氣時，可能造成空調(diào)系統(tǒng)中的電容器絕緣性能下降，發(fā)生漏電，強電流則會擊穿電容器或者其他電器元件，高溫引燃周圍可燃物，引發(fā)火災(zāi)。

1.2.5 照明與信號系統(tǒng)

在實際使用中，若汽車發(fā)生路途顛簸、長時使用熱量積累、后期未妥善保養(yǎng)維修等情況，或者因為個人偏好擅自對汽車照明與信號系統(tǒng)進(jìn)行改裝，使用一些質(zhì)量無法保證的燈具、線束替換原廠用電設(shè)備，會出現(xiàn)電氣設(shè)備實際工作電流與設(shè)計電流不符，電容器、鎮(zhèn)流器無法正常工作等問題。這些問題均會使照明與信號系統(tǒng)的電氣線路發(fā)生短路、斷路、過負(fù)荷、接觸不良等故障，產(chǎn)生瞬間的強電流和高電壓，擊穿該系統(tǒng)中的用電器，產(chǎn)生電弧，釋放大量能量，引燃周圍可燃物(諸如車燈燈罩等)引發(fā)火災(zāi)。

2 汽車電氣系統(tǒng)故障引發(fā)火災(zāi)調(diào)查思路及方法

2.1 現(xiàn)場詢問內(nèi)容

火災(zāi)事故調(diào)查人員應(yīng)該在充分了解現(xiàn)場情況的基礎(chǔ)上，對當(dāng)事人、報警人、目擊者、受害人、火災(zāi)撲救者、汽車維修人員、汽車廠家技術(shù)人員等進(jìn)行詢問。這其中，對于當(dāng)事人尤其汽車駕駛者和汽車持有者應(yīng)當(dāng)重點詢問，主要詢問火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的過程，汽車行駛前后有無異常情況，電氣設(shè)備及電氣線路的使用及維修保養(yǎng)情況，發(fā)現(xiàn)起火的時間和起火部位，車輛是否改裝、加裝其他物件等。

2.2 現(xiàn)場勘驗內(nèi)容

2.2.1 發(fā)動機艙勘驗

首先應(yīng)當(dāng)整體觀察發(fā)動機艙外圍的燒毀燒損情況，發(fā)動機艙艙蓋的油漆變色起泡情況和金屬變形變色痕跡，以及發(fā)動機機艙上部擋風(fēng)玻璃的破壞破損痕跡。隨后打開汽車發(fā)動機艙蓋，結(jié)合汽車的電氣原理設(shè)計圖紙和現(xiàn)場實際情況，從發(fā)動機和蓄電池這兩個供電電源入手，分析與之連接導(dǎo)線的走向及連接部位，判斷電氣系統(tǒng)哪一部分存在電氣故障。

2.2.1.1 對蓄電池的勘驗?？傮w上把握蓄電池全貌，查看有無過火、爆裂痕跡，從配電盤出發(fā)判斷火勢蔓延路線，沿著導(dǎo)線分散的方向，查看電氣線路中是否有導(dǎo)線熔痕，附近金屬有無電弧作用痕跡。還要查看蓄電池的擋板及線束周圍有無液體腐蝕痕跡、老化松動情況以及絕緣磨損情況。

2.2.1.2 對電源電路的勘驗。當(dāng)確定蓄電池沒有故障后，可沿導(dǎo)線對電源電路進(jìn)行勘驗，查看電源電路有無破壞破損情況，逆流切斷器和電壓調(diào)節(jié)器的觸點閉合等情況。

2.2.1.3 對啟動電路的勘驗。判斷火災(zāi)發(fā)生時汽車的啟動運行情況，然后勘查啟動系統(tǒng)的線路破壞情況，確定單向離合器回位彈簧是否可以實現(xiàn)回位效果，判斷電動機和蓄電池連接及使用情況，觀察電路線束是否存在電氣故障痕跡。

2.2.1.4 對點火電路的勘驗。查看點火開關(guān)的閉合狀態(tài)以及能否正常使用，如果啟動機出現(xiàn)過熱破壞痕跡，則應(yīng)當(dāng)繼續(xù)勘驗點火線路。此外，還應(yīng)重點查看點火系統(tǒng)中火花塞、火花塞帽是否完好，確定是否發(fā)生過更換、掉落等情況。

2.2.1.5 對空調(diào)系統(tǒng)的勘驗。當(dāng)確定其他電氣系統(tǒng)均無故障時，應(yīng)對空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機、節(jié)流閥、電動機、散熱器、冷凝器等部件進(jìn)行細(xì)致勘驗，詢問調(diào)查火災(zāi)發(fā)生前該系統(tǒng)的運行情況，勘查是否有燒毀燒損的痕跡，有無電弧灼燒、金屬熔痕等。

2.2.2 車廂內(nèi)勘驗

火災(zāi)調(diào)查人員應(yīng)首先勘驗汽車外觀，比較金屬變形變色的輕重程度，初步確定起火范圍。觀察火焰衰減方向與蔓延方向，確定起火部位，然后再深入車廂內(nèi)進(jìn)行勘驗，觀察勘驗車廂內(nèi)電源接口及電氣設(shè)備的完好狀態(tài)和工作情況，車廂內(nèi)是否存在非原車用電設(shè)備及物品。調(diào)查了解車廂內(nèi)車主、持有者擅自加裝、改裝物件的情況。此外，有些汽車在駕駛室位置會安裝配電盒，勘驗人員應(yīng)當(dāng)對其內(nèi)部的電氣線路進(jìn)行細(xì)致勘驗。

2.2.3 照明燈具勘驗

首先應(yīng)當(dāng)檢查照明燈具是否還可以正常使用，照明燈具的接口處是否接觸良好，有無電弧灼燒放電痕跡。一般的汽車照明燈具采用卡口式連接，受安裝不當(dāng)、路途顛簸、年久老化等因素影響，會造成燈具卡口處接觸不良，積熱引燃周圍可燃物，引發(fā)火災(zāi)。此外，還應(yīng)查看照明燈具線路的絕緣破損、線路上的熔痕情況。如線束完好，則應(yīng)重點勘驗照明燈具的燈泡接線、鎮(zhèn)流器、開關(guān)接線處的熔化變形變色痕跡等。

3 汽車電氣系統(tǒng)故障火災(zāi)調(diào)查案例分析

3.1 案例背景

停放在某市一小區(qū)樓下的一輛別克轎車發(fā)生火災(zāi)，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的車主趙某立即報警，消防隊員迅速到達(dá)將火撲滅。由于撲救及時，火災(zāi)僅造成轎車前部燒毀，無人員傷亡。

3.2 現(xiàn)場調(diào)查情況

3.2.1 現(xiàn)場詢問情況

通過對車主趙某進(jìn)行詢問，了解到趙某在起火前一天晚上將車停于樓下，熄火拔出鑰匙，再沒有動過汽車。鄰居楊某證實，起火當(dāng)天早上他聞到有東西燒焦的味道，并發(fā)現(xiàn)樓下趙某汽車左前側(cè)冒煙，便立刻通知趙某。趙某下樓后整個車前側(cè)已經(jīng)有火焰冒出。

3.2.2 現(xiàn)場勘驗情況

對汽車外部進(jìn)行勘驗，該汽車僅前部發(fā)動機艙火燒受損變色，駕駛室基本未過火，前擋風(fēng)玻璃炸裂，后備箱完好無火燒痕跡(圖1、圖2)，車輛內(nèi)飾、儀表盤均未過火，地面無液體流淌痕跡。以上勘驗結(jié)合證人證言說明起火部位在車輛前側(cè)。

圖1 起火汽車前部情況

圖2 起火汽車后部情況

對汽車前部進(jìn)行重點勘驗。首先對前部輪胎勘驗發(fā)現(xiàn)汽車右前輪橡膠燒蝕炭化嚴(yán)重、脫落，呈由上向下蔓延痕跡，輪轂金屬整體氧化變色；左前輪橡膠部分燒損，輪轂整體完好無過火痕跡，僅上部小塊區(qū)域熔化變形。對前車燈進(jìn)行勘驗，右前大燈燒毀，金屬框變色由上到下逐漸減輕，導(dǎo)線絕緣皮燒毀導(dǎo)線全部露出，如圖3所示。左前大燈燒損脫落，可見燈框形狀，金屬變色不明顯，導(dǎo)線外露，有部分燒焦絕緣層，如圖4所示。對兩側(cè)大燈導(dǎo)線勘驗，未發(fā)現(xiàn)短路過熱熔痕。

汽車發(fā)動機艙蓋上部前擋風(fēng)玻璃右半面熱炸裂且機艙蓋變色發(fā)白，左半面玻璃較為完整；下部機艙蓋燒毀程度輕，呈紅褐色，如圖5所示。

圖3 右前大燈殘留痕跡

圖4 左前大燈殘留痕跡

圖5 前擋風(fēng)玻璃炸裂痕跡

由上述勘驗內(nèi)容結(jié)合火勢蔓延的規(guī)律，可以判斷起火點位于發(fā)動機艙的右側(cè)。對發(fā)動機艙內(nèi)部勘驗，燒毀痕跡如圖6所示。該轎車前部發(fā)動機內(nèi)從右(駕駛一側(cè))至左(副駕駛室一側(cè))依次是繼電器、蓄電池、發(fā)動機等車輛配件。其中發(fā)動機艙內(nèi)右側(cè)電氣線路嚴(yán)重?zé)龤?，周圍?dǎo)線絕緣皮燒焦滴落。繼電器燒損嚴(yán)重炭化，外觀燒至變形，過火程度明顯重于其他部位且有向四周蔓延痕跡。相鄰蓄電池?zé)龘p有炭化痕跡，減震器表面受高溫氧化變色，發(fā)動機過火但內(nèi)部并沒有明顯過火痕跡。發(fā)動機艙左側(cè)燒損程度相對較輕較均勻。根據(jù)以上火災(zāi)燃燒殘留痕跡特征，認(rèn)定起火點位于發(fā)動機艙內(nèi)右側(cè)繼電器處。

圖6 發(fā)動機內(nèi)部燒毀痕跡

確定起火點后，以繼電器為中心，對繼電器周圍進(jìn)行專項勘驗，發(fā)現(xiàn)在繼電器盒中接出有多股導(dǎo)線，其中部分燒斷落在蓄電池上，其余導(dǎo)線完好，在燒斷部位發(fā)現(xiàn)并提取帶熔珠導(dǎo)線，如圖7、圖8所示。對提取的多股導(dǎo)線熔痕送檢進(jìn)行鑒定，檢測結(jié)果為短路熔痕，因此可進(jìn)一步確定該部位為起火點。

圖7 繼電器處導(dǎo)線殘留

圖8 多股銅導(dǎo)線熔痕

3.3 火災(zāi)原因認(rèn)定

經(jīng)過現(xiàn)場勘驗、詢問，痕跡物證提取、鑒定、送檢等，根據(jù)輪胎、車燈、玻璃熱炸裂痕跡以及在繼電器附近提取的短路熔痕，進(jìn)行分析判斷，所取得的證據(jù)具有說服力，能夠形成完整的證據(jù)鏈。此次火災(zāi)原因認(rèn)定為別克汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)動機艙內(nèi)右前部繼電器中電氣線路故障發(fā)生短路，引燃周圍可燃物起火。

3.4 經(jīng)驗總結(jié)

在調(diào)查此次火災(zāi)時，通過汽車燒毀后的現(xiàn)場，對汽車進(jìn)行勘驗，根據(jù)所形成的痕跡，逐步確定起火部位和起火點。最后通過發(fā)動機內(nèi)部的勘驗，找到了電氣故障，明確了起火原因。當(dāng)事人已證實在起火前，汽車處于熄火狀態(tài)。因此可以認(rèn)為，汽車雖已整體斷電，但發(fā)動機艙內(nèi)蓄電池與繼電器盒之間的導(dǎo)線仍然處于通電狀態(tài)。汽車導(dǎo)線間發(fā)生短路有兩種可能：一是發(fā)動機艙長時間過熱導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣層老化，絕緣能力失效造成短路；二是汽車長時間顛簸使導(dǎo)線與附近金屬摩擦，絕緣皮破損造成短路。

在汽車熄火后，蓄電池與繼電器處的電氣線路仍處于帶電狀態(tài)，因此汽車靜止時發(fā)生火災(zāi)的情況時有發(fā)生。在上述案例中對發(fā)動機艙進(jìn)行內(nèi)部勘驗，結(jié)合電氣系統(tǒng)常見故障原因，最終認(rèn)定起火點，為調(diào)查人員勘驗類似火災(zāi)提供參考。

4 結(jié)語

在火災(zāi)調(diào)查的基本理論和思路基礎(chǔ)之上，結(jié)合基層實際工作現(xiàn)狀和新興理論的發(fā)展，提出引發(fā)汽車火災(zāi)的電氣系統(tǒng)故障包括短路、斷路、漏電、過負(fù)荷、接觸不良等?；馂?zāi)調(diào)查人員面對這類火災(zāi)時，應(yīng)整體把握火災(zāi)現(xiàn)場全貌，通過現(xiàn)場詢問、勘驗等一系列舉措，根據(jù)汽車金屬部件變形變色情況、電氣線束熔融痕跡、煙熏及火勢蔓延痕跡等，判斷出現(xiàn)故障的是汽車電氣系統(tǒng)的哪一部分。在此過程中還應(yīng)善于結(jié)合汽車電氣原理結(jié)構(gòu)圖，詢問專業(yè)技術(shù)人員，把握該類火災(zāi)的調(diào)查技巧和方法，并不斷歸納總結(jié)、深入研究，形成整套理論，為汽車電氣系統(tǒng)故障引發(fā)火災(zāi)的調(diào)查工作提供參考。