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디젤 자동차 예열장치의 발화가능성에 관한 연구

A Study on the Possibility of Ignition in the Preheating System of Diesel Automobiles

  • 남태식 (Nam Tae Sik, 동신대학교 일반대학원)

초록/요약

자동차는 매일 누구나 이용하는 필수적인 교통수단으로써 그 등록 및 사용이 해마다 증가하고 있으며 최근 지속적인 유가상승 및 다양한 자동차의 연구생산을 통하여 디젤 자동차의 사용도 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 더불어 이에 따른 디젤 자동차 화재사고도 매년 꾸준히 발생하고 있으며 예전 자동차와 달리 다양한 장치에서 여러 형태로 화재가 발생하고 있다. 이러한 자동차 화재는 매년 약 5,000여건 정도 발생하고 있으며, 주로 전류 충전장치인 축전지 및 통전되고 있는 배선, 엔진룸에서 고열이 발생하는 엔진 및 배기관 계통 등이 주요 발화원이 되고 있다. 하지만, 발화와 관련된 특정 기기나 장치를 찾을 수 없는 상태인 미상 또는 미 분류된 화재도 상당히 많이 발생하고 있어 다양한 차량화재 현장에서 명확한 발화원인 규명에 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 디젤 자동차 연소실 내의 공기를 미리 가열하여 엔진 시동을 용이하게 하는 예열장치의 종류 및 특성을 이해하고 흡기가열방식인 흡기히터 예열장치의 화재사례 분석 및 단품과 실제적인 디젤 자동차를 대상으로 여러 상태에서의 연소재현실험 및 그 결과분석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 흡기히터 예열장치 (+)전원(선)이 배선 최종인 흡기히터 단품 접속부에서 최초 시작인 축전지 (+)터미널 단자까지 직접적으로 연결되어 있어 글로우 릴레이 접점의 고착(ON)상태가 유지되면 축전지에서 흡기히터 단품까지 상시전원 형성 및 릴레이 퓨즈 작동 이하의 전류가 흘러 글로우 퓨즈는 작동되지 않으면서 흡기히터의 (+)전원이 계속적으로 공급 및 작동된다. 둘째, 글로우 릴레이 접점 이상 등의 원인으로 인해 흡기히터가 지속적으로 동작하더라도 엔진이 정상적으로 작동 중인 상태에서는 인터쿨러(intercooler)에서 흡기관으로 차가운 공기가 계속 공급되어 급격한 온도상승 및 발열이 이루어지지 않기 때문에 흡기히터 주변 가연물에 착화될 가능성은 낮다. 셋째, 글로우 릴레이 유닛의 비 정상적인 동작으로 인해 흡기히터 상시전원(+)이 인가(통전)된 상태에서 엔진이 정지되어 있는 비 작동 중인 경우에는 흡기히터 주변에서의 지속적인 발열 및 축적으로 인해 흡기히터 연결배관 및 인접에 부착된 이물질 등으로 착화된다. 넷째, 손상 또는 절연약화된 흡기히터 (+)전원선 일부가 (-)전원인 흡기히터 부품과 접촉하여 단락(합선)될 경우 인접 배선피복 및 주변에 부착되어 있는 이물질 등으로의 착화발화 가능성이 있다. 이와 같이 예열장치 발화메커니즘의 가설을 기준으로 흡기히터 예열장치의 연소재현실험 및 결과 분석자료를 바탕으로 예열장치 화재에 대한 명확한 화재조사(감식)기준을 제시하고 예열장치의 구조적인 문제점 및 개선방안 등의 대책에 관한 제언을 통해 디젤 자동차 예열장치 화재를 예방하고자 한다.

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목차

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 방법 및 범위 4

제 2 장 예열장치의 종류와 특성 5
2.1 예열장치의 기능 5
2.2 예열장치의 종류 및 특성 5
2.2.1 흡기 가열방식 예열장치 6
2.2.1.1 연소방식 히터 6
2.2.1.2 전열방식 흡기히터 8
2.2.2 예열플러그 방식 예열장치 9
2.2.2.1 예열플러그(glow plug) 10
2.2.2.1.1 코일형 예열플러그 10
2.2.2.1.2 실드형 예열플러그 12
2.2.2.2 예열플러그 파일럿램프 14
2.2.2.3 예열플러그 릴레이 15
2.2.2.4 예열장치의 작동 15

제 3 장 자동차 화재통계 및 예열장치의 화재사례 16
3.1 자동차 화재통계 16
3.1.1 총괄 16
3.1.2 차종별 18
3.1.3 연료유별 20
3.1.4 발화요인별 21
3.1.5 발화관련기기별 23
3.2 예열장치의 화재사례 25
3.2.1 발생 개요 25
3.2.2 화재원인 검토 27

제 4 장 예열장치의 연소재현실험 31
4.1 실험 개요 및 방법 31
4.1.1 실험 개요 31
4.1.2 실험 방법 33
4.1.2.1 실험 장소 및 장비 33
4.1.2.2 실험 방법 34
4.2 실험 종류 및 결과 36
4.2.1 흡기히터 부품 자체 연소실험 36
4.2.1.1 실험 방법 36
4.2.1.2 실험 결과 37
4.2.2 디젤 자동차 시동 ON 상태 시 흡기히터 발열 및 발화실험 40
4.2.2.1 실험 방법 40
4.2.2.2 실험 결과 41
4.2.3 디젤 자동차 시동 OFF 상태 시 흡기히터 발열 및 발화실험 43
4.2.3.1 실험 방법 43
4.2.3.2 실험 결과 44
4.2.4 흡기히터 전원선 연소재현실험 49
4.2.4.1 실험 방법 49
4.2.4.2 실험 결과 50

제 5 장 제 언 51
5.1 화재조사 측면 51
5.1.1 발화부 확인 52
5.1.2 자동차의 운행 및 이력 등의 정보 확인 52
5.1.3 흡기히터 발화요소별 감식(감정)방법 54
5.1.3.1 글로우 릴레이 유닛 54
5.1.3.2 전원선 및 기타 전기배선 57
5.1.3.3 컨트롤 유닛(ECU) 제어 58
5.1.4 예열장치 조사(감식)체계 흐름 및 기타 59
5.2 제조 및 사용 측면 62

제 6 장 결 론 65

참고문헌 68

(Abstract) 69

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