Analysis of a Car Fire Case Caused by the Overheating of a Diesel Particulate Filter

매연포집필터 과열로 발생한 디젤승용차화재 원인의 분석

Abstract

This study analyzed the case of diesel car fires that occurred while driving in a tunnel 5 days after maintenance at a car service center. The results of the investigation and analysis found that a large amount of white foreign matter adhered to the inside of the exhaust port and the insulating plate above the DPF (diesel particulate filter) installed in the middle of the exhaust pipe was melted and lost. In particular, the metal floor of the car above the DPF was molten and pierced, and the rubber mat placed on the metal floor was burnt. Moreover, while the exhaust pipe in front of the DPF showed no overheating mark, such a mark was observed in the exhaust pipe from the DPF to the exhaust port. Because these findings may appear only when the DPF is overheated and ignited, this car fire is believed to have been caused by internal overheating of the DPF. The car fire investigation of this study suggests that if white foreign matter is found in the inside of the exhaust port during a fire cause investigation of a diesel car, the cause of the fire should be determined by removing the DPF and examining the internal damage of the DPF.

본 연구에서는 서비스센터에서 정비를 받고 출고한 날로부터 5일 후 터널 주행 중에 발생한 디젤승용차 화재 사례를 조사분석하였다. 조사분석한 결과, 배기구 내부에 흰색 이물질이 다량 부착되어 있었고, 배기관의 중간에 설치된 diesel particulate filter (DPF) 위쪽의 차열재가 용융 및 소실되어 있었고, DPF 위쪽의 차실 내부 금속재 바닥이 천공되어 금속재 바닥 위에 놓인 고무매트가 연소된 케이스이었다. 그리고 DPF 앞쪽의 배기관에는 과열흔적이 없고 DPF부터 배기구까지의 배기관에 과열흔적이 있는 특이점이 있었다. 이러한 특이점들은 DPF가 과열되고 DPF에서 발화된 경우에만 나타나므로 이 승용차화재는 DPF 내부 과열에 의해 발생한 것으로 분석할 수 있었다. 그리고 이 승용차화재조사를 통해 디젤승용차 화재원인조사 과정에서 배기구 내부에서 흰색 이물질이 확인되는 경우에는 DPF를 분리하여 DPF 내부의 손상을 조사하여 화재원인을 판정하여야 함을 알 수 있었다.

1. 서론

화재란 일반적으로 사람의 의도에 반하거나 고의에 의해 발생한 연소현상으로 정의하고 있다. 가연물, 점화원, 산소(공기)를 연소의 3요소라고 하며 연소의 3요소가 존재하는 경우에 적절히 제어되지 않으면 화재로 이어질 수 있고, 차량화재도 마찬가지이다.

차량의 연료인 휘발유나 경유는 가연물임과 동시에 위험물임은 물론 엔진실 내부와 차실 내부 등에는 합성수지 등 다량의 가연물이 있고 차량이 충분한 산소가 있는 대기 중에 놓여 있어 차량에는 연소의 3요소 중 가연물과 산소가 항상 존재하는 상태라고 할 수 있으므로 점화원이 주어지면 주행 중일 때는 물론 주차 중일 때도 차량화재로 이어질 수 있다. 차량에서 점화원은 전기적인 불꽃, 충격(출동) 불꽃, 마찰 불꽃, 과전류 통전에 의한 열, 전선이나 기기의 접속불량에 의한 열, 마찰열, 배기다기관의 고온표면 등을 들수 있으며, 이들 점화원이 발생(존재)하지 않거나 적절히 제어되도록 하면 차량화재는 발생하지 않을 것이다.

엔진 가동 중에는 연소실 내부에서의 연소(폭발)에 의해 고온의 배기가스가 배기다기관을 거쳐 배기구로 배출되고 배기가스 규제에 따라 배기관 중간에는 촉매변환장치, 매연포집필터 등 배기가스 저감장치가 설치되어 있으며 이들 배기가스 저감장치가 과열되면 이들 장치의 표면은 가연물의 발화점 이상의 고온이 될 수 있고 이러한 고온표면에 가연물이 접촉되거나 고온표면의 열이 주위의 가연물로 전달되는 경우에는 화재로 이어질 수 있다.

배기가스 규제가 강화됨에 따라 배기가스 저감장치와 관련된 연구는 많지만(1-14), 배기가스 저감장치와 관련된 화재사례를 조사하여 분석한 논문은 거의 없다(15,16).

이 논문에서는 디젤승용차 제조사의 서비스센터에서 정비를 받고 출고하여 5일 후 터널을 주행 중에 DPF가 과열되어 발생한 화재 사례를 분석하였다.

2. 자동차 배기가스 저감장치와 DPF

2.1 자동차 배기가스

휘발유나 경유 등 연료를 엔진의 연소실에서 연소시켜동력을 얻는 자동차는 연소 후 배기가스가 나올 수 밖에 없다. 배기가스 중 문제가 되는 것은 가솔린자동차는 CO, HC, NOx이고, 디젤자동차는 이들에 추가하여 입자상물질(PM; Particulate Matters, 이하 PM이라 함)과 매연(smoke)이다. 디젤자동차에서는 특히 NOx와 PM의 배출량이 많아 문제시 되고 있다. 이와 같은 가스 이외에도 CO2, O3, SOx, VOC, Freon, CH4 등 지구환경에 직접 영향을 미치는 유해가스를 배출하거나 생성하고 있다(17).

2.2 자동차 배기가스 저감장치

엔진 내부에서의 유해가스 저감기술만으로는 자동차 배출가스 규제를 만족할 수 없어 배출가스 저감 장치(후처리기술)를 장착하고 있으며, 배출가스 저감 장치로 가솔린엔진의 경우 CO, HC, NOx를 동시에 저감시키는 삼원촉매(Three Way Catalyst)가 장착되고 있고, 디젤엔진의 경우 PM과 NOx 등을 저감시키기 위해 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst; DOC), 매연포집필터(매연여과장치)(Diesel Particulate Filter; DPF, 이하 DPF라 함), 선택적 환원촉매장치(Selective Catalytic Reduction-catalystator; SCR) 등이 장착되고 있다. DOC는 배기가스 중 HC와 CO를 80% 이상 감소키고 PM의 용해성 물질인 Soluble Organic Fraction (SOF) 성분도 50~80%를 제거하며, DPF는 디젤엔진에서 배출되는 PM을 80% 이상 저감할 수 있고, SCR 촉매는 NOx에 포함된 산소와의 사이에서 환원물질의 산화가 우선적으로 이뤄져서NOx의 배출수준을 저감시키는 역할을 하고 있다. 디젤 승용차에는 일반적으로 SCR 촉매를 장착하지 않고 Exhaust Gas Recirculation (EGR, 배기가스재순환장치)를 장착하고 있으며, EGR은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 흡기계로 재순환시킴으로써 연소실 내 산소농도를 떨어뜨려서 NOx의 생성을 억제시키고 있다(18).

2.3 매연포집필터(DPF)

디젤 엔진의 배기가스 성분 중에 검댕(Soot)과 같은 PM이 포함되어 있을 때 디젤 차량 배기구에서 검은 연기를내뿜는다. DPF는 벌집모양으로 된 wall flow type 세라믹 필터가 사용되고 있으며 이 필터로 검댕과 같은 PM을 포집한다. DPF는 Figure 1과 같이 벌집모양의 통로 양단을 하나건너 교대로 셀 플러그로 막아놓아서 열린 통로로 들어온배기가스는 세라믹 벽에 뚫린 기공(porous)을 통과하여 이웃 통로를 거쳐 배기되므로 PM을 포집할 수 있다(19).

Figure 1. DPF of wall flow type⁽¹⁹⁾.

고속주행을 하여 배기가스의 온도가 PM의 발화온도(약 600 ℃) 이상이 되면 DPF에 포집된 PM이 연소되어 자동재생되는 반면에 단거리 반복 주행 또는 장시간 저속 주행시는 배기가스 온도가 PM의 발화온도 미만이므로 PM이 연소될 수 없어서 퇴적된다. 일정량 이상 PM이 퇴적되어 DPF 입구와 출구의 압력차이(차압, ∆)가 일정 값 이상이 되면 ECU에서 DPF 경고등이 점등되게 하며, 이 경우 일부러 10~20분 정도 고속주행을 하면 고온의 배기가스에 의해포집된 PM이 연소되어 자동재생되어 점등이 해제된다. 이와 같이 고속주행을 하여 배기가스의 온도로 PM을 연소시켜 제거하여 재생하는 방식을 자연재생방식이라고 하며, 승용차(고속주행 자동차)의 경우에 대부분 이 방식을 채택하고 있으며 본 연구의 조사대상 승용차에도 이 방식이 채택되어 있다.

차량 주행 등 사용 중에 재생할 수 없는 경우에는 수동으로 재생하며, 수동재생은 정차한 상태에서 엔진회전수를 올려 배기온도를 상승시켜 PM을 연소시켜서 제거하여 재생한다.

PM이 일정량 이상 포집되어 입구와 출구의 차압(∆)이 일정 값 이상이 되면 ECU에 전달해서 흡입-압축-폭발-배기행정 중 배기행정에서 연료를 추가적으로 분사(후분사, post-injection)하여 추가 연소가 발생하면서 배기가스의 온도가 PM의 발화점이상으로 상승하여 포집된 PM을 연소시켜서 재생하는 방식(후분사방식)도 있는데 이 사건 승용차의 사용설명서에 후분사방식(강제재생방식)에 대한 직접적인 언급이 없지만 사용설명서에 “디젤 차량의 DPF 시스템은 운전조건에 따라 300~900 km마다 자동으로 DPF가 재생되기도 합니다.”라고 언급되어 있음을 감안하면 이 사건 승용차에는 후분사방식도 채택하고 있었음을 알 수 있었다.

후분사방식(강제재생방식)에는 차압신호 외에도 매 정해진 주행거리(300~900 km) 주행 시 ECU가 재생모드로 진입하여 연료를 후분사하여 연소시켜 포집된 PM을 연소시켜서 재생하고, 엔진의 상태에 따라 발생하는 PM 양과 연소되는 PM 양을 미리 계산하여 미리 ECU에 저장되어 있고 이를 기초로 주행 조건에 따른 잔여 PM 양을 연산(시뮬레이션)하여 ECU가 미리 저장된 값과 주행조건을 실시간으로 비교 종합하여 후분사시켜서 포집된 PM을 연소시켜서 재생하고 있다. 대부분의 디젤승용차에서 이와 같은 후분사 강제재생방식을 채택하고 있고 본 연구의 조사대상 승용차도 이와 같은 후분사 강제재생방식을 채택하고 있으며 후분사 강제재생에 20~30분정도 시간이 걸린다.

DPF의 PM 포집과 후분사 강제재생 과정은 ECU가 판단하며 모든 과정은 자동으로 수행되므로 운전자는 진행사항을 인지하기 어렵다. 위에서 언급한 재생방법 외에 서비스센터에서 진단장비를 이용하여 강제재생을 시키는 방법도 있다.

3. DPF 과열로 인해 발생한 승용차화재 사례의 분석

3.1 화재 개요 및 화재원인조사 경위 등

최초등록일로부터 약 4년 8개월 경과한 총 주행거리가약 83,000 km인 외제승용차(제작연월일-2011. 6. 13)는 배기온도센서 2개와 연료필터 등을 교환하는 정비를 하고 공식 서비스센터에서 화재발생 5일 전에 출고하였다. 차주는 이 승용차로 서울 자택에서 경기 파주에 갔다 서울로 되돌아오다가 홍지문터널 내부에서 경고등이 뜨는 동시에 뒤쪽과 옆쪽에서 다른 차량들이 경적을 울려 자신의 승용차를 보니 보닛 부위에 연기가 나고 옆에 있던 동승자도 이상한 냄새가 난다고 하여서 정차(정차지점 : 성산 ⇨ 마장 방면으로 약 1 km 지점 터널 내부)하였다. 정차 후 시동을 끄려고 하는데도 꺼지지 않아 동승자와 함께 내렸고 다시 들어가서 시동을 끄려고 했는데 안 되어서 다시 승용차에서 내렸다. 내린 후 동승자가 119신고(신고시각-7월 초순 15:06)를 하고 터널 내부에 설치된 비상전화로 터널관리소 측에 신고하였다. 터널관리소 측에서 CCTV로 화재발생 사실을 비상전화로 신고하기 전에 인지하고 출동하여 터널내부에 설치된 옥내소화전으로 방수하여 진화를 시도하였으나 보닛을 개방하지 못하여 완전진화에 실패하였고, 차량정체로 인해 지연 도착한 소방대가 보닛을 강제로 개방한 후 완전진화를 하였다.

본 연구진은 해당사고 원인조사 의뢰 과정 등에서 화재발생 승용차 촬영 사진 파일, 보험회사의 질문에 차주가 답변하는 내용을 정리한 자료 사본, 자동차등록증원부 사본, 자동차 점검 ․ 정비명세서 사본, 화재증명원 사본, 소방서 작성 현장조사서 사본 등을 제공받았다.

사고차량은 화재현장인 홍지문터널에서 화재발생 5일 전에 정비를 한 서비스센터로 다시 이동된 후 현장조사를 위해 다른 정비공장 부지로 운반하였는데, 이 과정에서 화재원인조사에 지장을 줄만한 부품 탈거나 훼손은 없는 상황이었다.

이 화재사례를 통해 엔진실에 불이 붙은 경우에는 소화전을 이용하여 방수하더라도 보닛을 개방하지 않고는 완전진화가 어렵고 연소확대만 저지할 수 있을 뿐이므로 엔진실에 불이 붙은 경우에 화재 초기에 보닛을 개방해야만 소화기나 소화전으로 진화할 수 있음을 알 수 있었다.

3.2 발화개소 분석

승용차 뒤쪽은 화재로 인한 피해가 없으므로 발화개소에서 배제하였다. 해당차량 좌측이 우측보다 화열(火熱)로 인한 변색이 심하고, 좌측 헤드라이트 주위와 좌측 바퀴의 타이어 주위의 연소가 심하였으나, 창유리는 파손되지 않아 유리창을 통해 엔진실 등에서 차실쪽으로 화재가 확대되지 않았다(Figure 2 참조).

Figure 2. Front, left and right sides.

좌우측 앞쪽 바퀴의 두 타이어는 펑크가 나있고 타이어 표면 일부가 연소되었지만 특히 앞쪽 좌측타이어의 피해정도가 심했다. 좌측 타이어는 안쪽까지 연소되어 있고(Figure 3 참조), 좌우 뒤쪽 바퀴는 타이어가 거의 온전한 상태로 남아 있다(Figure 4 참조).

Figure 3. Front wheels.

Figure 4. Rear wheels.

한편 강제로 보닛을 개방한 흔적이 보닛에 남아 있었으며 보닛 좌우측 일부가 화열로 인해 변색되어 있었는데 좌측의 변색이 우측보다 심하였다(Figure 5 참조).

Figure 5. Inner and out side of bonnet.

엔진실 내부는 좌측이 우측보다 심한 연소피해를 입고 있었고, 좌측 헤드라이트 쪽이 심하게 연소되어 있었으며, 엔진실 내부는 좌측 헤드라이트 주위를 중심으로 심한 연소피해를 입고 있었다(Figure 6 참조).

Figure 6. Engine room and left head light surroundings.

차실 내부는 대시보드와 운전석 및 조수석과 앞쪽의 바닥 부위는 그을음 피해가 있을 뿐 연소되지 않았지만, 뒷좌석 앞쪽 바닥에 놓아둔 물건들과 조수석 등받이 뒤쪽의 표면 부분이 연소되어 있었다. 특히 바닥 매트는 연소되어 한 곳은 뚫려 지면이 보이며 연료탱크 위쪽이 연소되어 있었으며, 뒤쪽 우측의 좌석은 앞쪽이 연소되어 있었고 안쪽은우측 연료탱크 위쪽이 심하게 연소되어 있었다(Figure 7, Figure 8 참조).

Figure 7. Passenger room.

Figure 8. Surface and inside of rear seat.

차체 외부의 뒤쪽은 연소되어 있지 않음에도 좌우 배기구 내부에 흰색 이물질이 다량 부착되어 있는 특이점이 있었다(Figure 9 참조).

Figure 9. Left and right tail pipe.

차체 하부를 면밀히 조사하기 위해 지게차를 이용하여 차체 하부가 보이도록 90°로 세웠다. 차체 하부는 엔진실아래의 보호 커버가 앞쪽부분을 제외하고 소실되어 있었다. 트렁크 배터리에서 엔진실로 배선된 알루미늄 케이블의 피복이 소실되어 있었으며, 중간부분에 위치한 DPF 바로 뒤쪽의 보호철판이 화열로 변색되어 있었고 국부적으로 용융되어 있었다. DPF 바로 뒤의 배기관 고정 충격완화용 고무링(exhaust mounting rubber)이 소실되어 있고 DPF 바로 뒤의 위쪽 차열재(방열재)가 용융되고 소실되어 있었다. DPF 이전의 배기관에는 과열흔적이 없고 DPF부터 배기구까지의 배기관에 과열 변색흔이 있었다. DPF 뒤쪽 좌우에 있는 합성수지제 연료탱크가 융융되어 뚫려 있었다(Figure 10 참조).

Figure 10. Bottom side.

엔진실 하부의 프레임은 좌측과 앞쪽 좌측 부위가 화열로 변색되어 있었다. 변속기 하부에 화열로 인한 변색흔적이 거의 없어 변속기 부근은 발화개소에서 배제할 수 있었다. 엔진 하부와 변속기 하부 사이에 위치한 파워스티어링호스의 고무부분이 소실되고 금속배관부분만 남아 있으나 소실된 파워스티어링 호스 부위에서 위쪽으로 연소확대된 흔적이 없었다(Figure 11 참조).

Figure 11. Bottom side of engine room and power steering oil pipe.

트렁크실의 배터리에서 차체 하부를 통해 엔진실 쪽으로 알루미늄케이블이 설치되어 있었고, 알루미늄 케이블과 구리케이블을 접속하고 있는데 구리케이블 부분이 차체와닿아 합선되어 있었다(Figure 12 참조).

Figure 12. Arc beads on cupper cable which was installed from battery to startor.

DPF 바로 뒤쪽의 차체 하부 보호철판이 화열로 변색되어 있었으며 일부 용융되어 뚫려 있었다(Figure 13 참조).

Figure 13. DPF and melted protection steel.

이상의 조사결과, 좌우 배기구 내부에 흰색 이물질이 다량 부착되어 있었고, DPF 위쪽의 차열재가 용융되고 소실되어 있었고, DPF 위쪽의 차실 바닥이 뚫려 있었고 매트가 연소되어 있었으며, DPF 이전의 배기관에는 과열흔적이 없고 DPF부터 배기구까지의 배기관에 과열흔적이 있는 현상은 DPF에서 발화된 경우에만 나타나므로 발화개소는 DPF가 위치한 곳으로 특정할 수 있었다.

3.3 화재원인 분석

보험회사에서 정리하여 제공한 자료, 소방서의 화재증명원과 현장조사서, 승용차의 연소형태 등을 종합하면 홍지문 터널 주행 중에 화재가 발생하였으며, 방화나 담뱃불 취급 부주의 등 인적요인이나 자연발화 물질 적재에 의한 화재 등 외부적 요인에 의한 화재는 배제할 수 있었다.

주행 중인 승용차는 방화나 담뱃불 취급 부주의 등 인적 요인이나 외부적 요인에 의한 화재를 배제하는 경우에 연료누유, 오일누유, 엔진과열, 배기관계통 과열, 제동부위 과열, 전기적인 원인 등에 의해 화재가 발생할 수 있다(20-22).

연료탱크에서 차체 하부 왼쪽을 통해 배관된 것으로 추정되는 연료배관은 소실되어 연료(경유) 누유로 인한 화재인지를 판단하기 어려운 상황이나 발화개소가 DPF가 위치한 곳이므로 연료 누유에 의한 화재는 배제할 수 있었다.

차량용 오일로는 엔진오일, 변속기오일, 파워스티어링 오일, 브레이크오일이 있는데 엔진오일과 변속기오일은 누유된 흔적이 없어 변속기오일과 엔진오일에 의한 화재는 배제할 수 있었다. 파워스티어링호스는 고무부분이 소실되고금속배관부분만 남아 있었으나(Figure 11 참조) 소실된 파워스티어링 호스 부위에서 위쪽으로 연소확대된 흔적이 없었고 발화개소인 DPF와 엔진오일, 변속기오일, 파워스티어링 오일, 브레이크오일 누유로 인한 화재원인과 관련 시키기 어려웠으므로 오일 누유에 의한 화재는 배제할 수 있었다.

엔진실은 발화개소가 아니고 엔진에 과열흔적이 없으므로 엔진과열에 의한 화재는 배제할 수 있었다.

제동부위가 과열되어 화재가 발생한 경우에는 제동장치가 있는 바퀴에서 발화되는데 화재발생 승용차의 바퀴는 발화개소에서 배제할 수 있었으므로 제동부위 과열에 의한 화재는 배제할 수 있었다.

트렁크실 배터리에서 차체 하부를 통해 엔진실로 배선된 케이블과 차체 하부에 합선흔적들이 있었는데(Figure 12참조), 이 합선흔적들은 화재발생 전에 생긴 것(화재의 원인이 된 것으로 1차단락흔이라고 함)일 수도 있었고 화재발생 후에 2차적으로 생긴 것(2차단락흔이라고 함)일 수 있었으며 외관만으로 1차단락흔인지 2차단락흔인지 식별할 수 없었다(23-25). 그러나 이러한 합선흔적들이 있는 위치는 발화개소와 관련이 없는 곳에 위치하므로 이 합선흔적들은 화재가 발생한 후에 2차적으로 생긴 것(2차단락흔)으로 분석할 수 있었다.

엔진실 안 퓨즈박스의 퓨즈를 확인한 바 4개의 퓨즈가 용단되어 있었지만, 이들 퓨즈의 용단은 퓨즈에 연결된 기기나 전선 등에서 합선이 발생한 경우에 생기므로 이 퓨즈용단은 화재발생 전에 생긴 것일 수도 있었고 화재발생 후에 생긴 것일 수 있었는데 발화개소인 DPF와 전기화재는 관련성이 없었으므로 퓨즈용단은 화재발생 후에 생긴 것으로 분석할 수 있었다.

따라서 이 사건 승용차화재의 원인에서 전기적인 요인은 배제할 수 있었다.

이상의 분석을 통해 배기관계통의 과열에 의한 화재를 제외하고는 모두 배제할 수 있었으므로 이하에서 배기관계통 과열에 대해 구체적으로 분석하였다.

좌우 배기구에 흰 이물질이 부착되어 있는 특이점(Figure 9 참조)이 있었고 DPF가 발화개소이었으므로 화재원인을 구체적으로 조사하기 위해 DPF를 분리하기로 결정하였다. 분리하는 과정 중에 보호철판 일부를 제치고 DPF 커버를 확인한 바 DPF 커버는 화열로 심하게 변색되어 있었고DPF 뒤쪽 커버가 용융되어 뚫려 있었다(Figure 14 참조). DPF 커버를 제친 후 확인한바 커버 안쪽과 배기관이 화열로 심하게 변색되어 있었으며 좌측 배기관 일부가 용융되어 뚫려 있었고 배기관 위쪽의 차열재가 소실되어 있었다(Figure 15 참조).

Figure 14. DPF cover.

Figure 15. Inside of DPF cover, insulator over exhaust pipe and exhaust pipe.

DPF를 분리하여 내리는 과정에 용융되어 뚫린 배기관을 통해 DPF 안에서 바닥으로 벌집구조의 격자가 흘러내렸다. 분리해 내린 DPF는 DPF 뒤쪽이 용융되어 뚫려 있었고, 절단한 배기관 안쪽에 다량의 흰색 이물질이 들어 있었다(Figure 16 참조). DPF 내부의 벌집구조의 격자가 손상되어 있었다(Figure 17 참조). DPF 주위의 차체 하부의 차열판이 용융되고 소실되어 있었으며, 배기관 내부에 다량의 흰색이물질이 붙어 있었다(Figure 18 참조).

Figure 16. DPF that was cut and separated.

Figure 17. Melted rear side of DPF.

Figure 18. Inside of exhaust pipe.

분리해낸 DPF의 앞쪽에 위치한 촉매의 출구에 다량의 검은색 그을음이 들어 있었다(Figure 19 참조). 분리해서 내린 DPF는 DPF 뒤쪽의 커버가 화열로 인해 심하게 변색되어 있었고 4개소가 용융되어 뚫려 있었다(Figure 20 참조). DPF 커버를 제거한바 DPF 끝 쪽의 금속케이스가 용융되어뚫려 있었고, DPF 격자(세라믹필터)가 심하게 손상되어 있었다. 좌측 배기관이 용단되어 있었으며 배기관이 용융된 부위 뒤쪽의 배기관 위에 알루미늄이 용융되어 낙하된 후 응고되어 있었다(Figure 21, Figure 22 참조).

Figure 19. DOC in front of DPF.

Figure 20. Inside and outside of DPF cover.

Figure 21. Rear side of DPF and exhaust pipe.

Figure 22. DPF and exhaust pipe.

DPF 케이스를 절개한 후 내부 격자(세라믹필터)를 확인한 바 앞쪽은 거의 원형을 유지하고 있는 반면에 뒤쪽은 심하게 손상되어 있었다(Figure 23 참조).

Figure 23. Damaged honeycomb of DPF.

이상과 같이 DPF의 케이스의 후미 부위가 용융되었고케이스 내부의 벌집구조 세라믹 필터가 손상되어 있었고DPF에 이어진 배기파이프가 용융되어 있었으며 DPF 위쪽의 차열재가 용융되어 소실되었고 차실 바닥이 뚫려 있었는데 이러한 현상은 DPF 내부가 과열되지 않고는 발생할 수 없고 DPF 세라믹 벌집구조가 손상되고 케이스가 뚫릴정도로 과열되는 경우에는 인근 가연물을 착화시켜서 충분히 화재로 이어질 수 있으므로 이 승용차 화재는 DPF 내부과열에 의해 화재가 발생한 것으로 분석할 수 있었다.

이상의 조사 분석 결과를 종합하면, 이 사건 승용차 화재는 DPF 과열에 의해 발생한 것으로 판단(분석)되었다.

3.4 DPF의 과열 손상 원인과 화재발생 책임 분석

화재발생 책임이 DPF의 과열 손상과 관련되어 있으므로 화재발생 책임을 분석하기 전에 DPF의 과열 손상 원인에 대해 분석한다.

3.4.1 DPF의 과열 손상 원인 분석

DPF가 앞에서 언급한 자연재생방식, 후분사 강제재생방식, 진단장비이용 강제재생으로 재생되지 않는 경우에는 정비업소 등에서 약제를 이용하여 클리닝을 하여 재생하기도 하며, 손상되거나 수명을 다한 경우에는 교체하여야 한다.

차량의 DPF 내부가 DPF 재생가능한 온도에 도달하지 않은 상태로 주행을 계속하면 PM이 다량으로 포집되어 DPF가 막히게 되고 차압센서가 DPF 입구와 출구의 압력차이(차압, ∆\(P\))를 측정하여 ECU에 전달해서 DPF 경고등이 점등되도록 하며, 경고등이 점등되면 앞에서 언급한 것처럼 이 경우 일부러 고속주행을 하거나 정차 상태에서 엔진회전수를 올리면 고온의 배기가스에 의해 포집된 PM이 연소되어 자동재생되어 점등이 해제된다.

DPF의 벌집구조가 손상되고 철재 케이스가 용융되려면 DPF 내부가 과열되지 않으면 안 되며 아래와 같은 4가지 경우로 분석할 수 있다.

첫째, 냉각이 원활하지 않은 상태로 고RPM을 계속 유지하는 경우를 들 수 있다. 음주 후 시동을 켠 상태에서 운전석에서 자다가 자신도 모르게 가속페달을 계속해서 밟든지또는 정차 중 DPF 수동재생이 완료되었음에도 계속 고RPM유지하는 경우 등과 같이 냉각이 원활하지 않은 상태에서 고RPM을 계속 유지하면 DPF가 손상되고 금속제 케이스가 용융될 수 있다.

둘째, DPF 경고등 점등을 무시하고 운행하는 경우를 들수 있다. DPF 경고등 점등을 무시하고 계속 운행하다가 고속주행 또는 고부하운전을 하면 막힌 다량의 PM이 급격히 연소하여 그 연소열로 DPF 담체(세라믹필터)의 내열온도를 초과하여 손상될 수 있고 금속제 케이스가 용융될 수 있다.

셋째, 센서가 고장 난 경우를 들 수 있다. DPF의 온도를 측정하는 온도센서나 차압센서가 고장이 난 상태에서는 DPF 경고등이 점등될 수 없으며 온도센서나 차압센서가 고장난 상태에서 운행하다가 고속주행 또는 고부하운전을 하면 막힌 다량의 PM이 급격히 연소하여 그 연소열로 DPF담체(세라믹 필터)의 내열온도를 초과하여 손상될 수 있고금속제 케이스가 용융될 수 있다.

넷째, 후분사된 연료가 DPF 내부에서 연소하는 경우를들 수 있다. DPF 센서 등의 오류로 후분사가 적절히 제어되지 않거나 하여 후분사된 연료의 일부가 DPF 내부에서 연소를 하여 그 연소열로 DPF 담체(세라믹필터)의 내열온도를 초과하여 손상될 수 있고 금속제 케이스가 용융될 수 있다.

이 사건 승용차의 DPF 손상과 케이스 용융이 위 네 가지 중 어떤 경우에 해당하는지 구체적인 물증으로 특정하기 어렵지만, 손상이 심한 세라믹필터와 상당한 부위의 용융된 케이스는 막힌 PM의 연소만으로 생성되기 어려움을 감안하면 네 번째 경우로 후분사된 연료의 일부가 DPF 내부에서 연소를 하고 있는 상태에서 터널 안 교통정체 등으로 DPF 냉각이 원활하지 않아서 과열되어 세라믹필터가 손상을 입고 케이스가 용융되었을 가능성이 높은 것으로 분석(추정)된다.

3.4.2 화재발생 책임 분석

화재원인 분석에서 화재발생 승용차는 DPF 과열에 의해 화재가 발생한 것으로 분석하였으므로 화재발생 책임은 화재발생 승용차의 DPF 과열(케이스 용융과 세라믹필터 파손, 배기관 용융)을 초래한 주체에게 있다.

DPF 경고등이 점등되었음에도 차주가 경고등 점등을 무시하고 운행을 계속하다가 DPF가 과열되어 화재가 발생하였다면 화재발생 책임이 차주에게 있다고 할 수 있을 것이나 보험회사에서 정리하여 제공한 자료에 의하면 차주는 장거리 운전을 많이 했고 경고 메시지가 나타나면 서비스센터 등에 가서 점검 및 교환을 하였다고 진술되어 있는데 이러한 진술내용이 허위가 아니라면 이 사건 승용차화재는차주의 책임으로 보기 어렵다.

서비스센터에서 정비를 받고 출고 후 5일 째에 주행 중화재가 발생하였고, 서비스센터에서 발행한 서비스 이력에 의하면 연료필터, 배기온도센서 등을 교환하였으므로 이정비(서비스) 내용에 DPF(센서포함)가 포함되어 있음이 명백하다면, 또는 차주가 정비를 받기 전에 서비스센터에 승용차 전체에 대한 점검을 하여 이상이 있는 부위 전체에 대해 정비를 해달라고 요청하였음이 명백하다면 서비스센터의 정비(서비스) 잘못이나 정비 누락으로 인해 DPF가 과열되어서 화재가 발생하였다고 추정할 수 있으므로 이 사건 화재발생 승용차의 화재발생 책임은 서비스센터에 있다고 분석할 수 있다. 단, 서비스센터에서 정비한 내용에DPF(센서포함)가 포함되어 있지 않고 차주가 서비스센터에 정비를 요청하면서 승용차 전체에 대한 점검과 정비 요청하지 않았음을 서비스센터측에서 입증하면 서비스센터측에 화재발생 책임이 없다.

이 화재사건 승용차의 일반 보증기간은 신차 출고일로부터 3년/100,000 km 동안 적용되며 기간, 주행거리 중 먼저 도래한 것을 보증기간의 만료로 간주하고 있는데 화재발생 승용차는 총주행거리가 83,000 km 이상이고 최초차량등록을 한 약 4년 8개월 경과하여서 판매회사(메이커)에서 정한 3년 보증서비스 기간이 경과하였지만, 대기환경보전법 제46조 제3항에서 제작차에서 나오는 배출가스는 환경부령으로 정하는 기간(이하 “배출가스보증기간”이라 한다)동안 제작차배출허용기준에 맞게 유지되어야 한다고 규정하고 있고, 대기환경보전법 시행규칙 제63조에서 법 제46조 제3항에 따른 배출가스 보증기간(이하 &ld quo;보증기간&rd quo;이라 한다)은 별표 18과 같다고 규정하고 있으며, 별표 18에서 2009년 1월 1일 이후 제작자동차는 사용연료가 경유인 대형승용차는 보증기간을 6년 또는 200,000 km로, 배출가스 자기진단장치 중 매연포집필터의 감시기능 보증기간은 7년 또는 12만 km로 정하고 있음을 감안하면 판매회사(메이커) 측에도 이 사건 승용차(2011. 6. 13. 제작)의 화재발생책임이 있는 것으로 분석할 수 있다.

4. 결론

약 4년 8개월 경과한 총주행거리가 약 83,000 km인 외제승용차가 배기온도센서 2개와 연료필터 등을 교환하는 정비를 하여 출고한 5일 후에 터널을 주행 중에 발생한 화재사례의 원인 등에 대해 조사 ․ 분석하였다. 조사 ․ 분석 결과를 요약하면 아래와 같다.

첫째, 엔진실에 불이 붙은 경우에 보닛을 개방하지 않고는 소화전이나 소화기로 연소확대 저지는 가능할 뿐 완전진화는 어려우므로 화재 초기에 보닛을 개방해서 진화해야 함을 알 수 있었다.

둘째, 좌우 배기구 내부에 흰색 이물질이 다량 부착되어 있고, DPF 위쪽의 차열재가 용융되고 소실되어 있고, DPF위쪽의 차실 바닥이 뚫려 있고 매트가 연소되어 있으며, DPF 이전의 배기관에는 과열흔적이 없고 DPF부터 배기구까지의 배기관에 과열흔적이 있는 현상은 DPF에서 발화된 경우에만 나타나므로 발화개소는 DPF가 위치한 곳으로 특정할 수 있다.

셋째, DPF의 케이스의 후미 부위가 용융되고 케이스 내부의 벌집구조 세라믹 필터가 손상되어 있고, DPF에 이어진 배기파이프가 용융되어 있으며, DPF 위쪽의 차열재가 용융되어 소실되고 차실 바닥 금속재가 용융되어 뚫려 있는데 이러한 현상들은 DPF 내부가 과열되지 않고는 발생할 수 없고, DPF 세라믹 벌집구조가 손상되고 케이스가 뚫릴 정도로 과열되는 경우에는 인근 가연물을 착화시켜서 충분히 화재로 이어질 수 있으므로 DPF 내부의 과열에 의해 화재가 발생한 것으로 분석할 수 있다.

넷째, 화재원인조사 과정에서 배기구 내부에서 흰색 이물질이 발견되는 경우에는 DPF를 분리하여 DPF 내부의 손상을 조사하여 화재원인을 판정하여야 함을 시사하고 있다.

다섯째, 손상이 심한 세라믹필터와 용융된 케이스는 막힌PM의 연소만으로 생성되기 어려움을 감안하면 DPF 과열손상의 원인은 후분사된 연료의 일부가 DPF 내부에서 연소를 하고 있는 상태에서 터널 안 교통정체 등으로 DPF 냉각이 원활하지 않아서 과열되어 세라믹필터가 손상을 입고 케이스가 용융되었을 가능성이 높은 것으로 분석(추정)된다.

여섯째, 서비스센터에서 배기온도센서 등을 교환하는 수리를 하고 5일 후에 화재가 발생했으므로 화재발생 책임이 서비스센터에 있다고 할 수 있으며, 판매회사(메이커)에서 정한 보증서비스 기간은 경과하였지만 대기환경보전법에서 정하는 배출가스보증 기간 안에 화재가 발생했으므로 판매회사(메이커) 측에도 화재발생 책임이 있다고 할 수 있다.