汽車車燈起霧機(jī)理與解決方案

汽車車燈作為汽車的眼睛，不僅美觀，而且還用來照明道路，加強(qiáng)視野，對(duì)于車身安全起著關(guān)鍵作用。當(dāng)前汽車車燈存在的問題主要有車燈進(jìn)水和起霧，這些問題不僅會(huì)對(duì)汽車車燈壽命造成影響，而且會(huì)使車燈照明效果受到影響，從而對(duì)行車安全造成影響。車燈進(jìn)水是質(zhì)量問題，可避免而不得出現(xiàn)；起霧是一種自然現(xiàn)象，本文主要闡述了車燈起霧的現(xiàn)象，分析了起霧的機(jī)理并給出了優(yōu)化解決措施。

車燈起霧機(jī)理

車燈起霧其實(shí)是車燈內(nèi)水汽凝結(jié)的結(jié)果，它是水蒸氣在特定條件下向液體或者液氣并存狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。濕空氣冷凝液態(tài)水有定溫、定壓2種情況，目前車燈多采用半封閉結(jié)構(gòu)并有通風(fēng)口供內(nèi)外氣流交換以確保內(nèi)外壓力均勻，因此車燈內(nèi)部水汽冷凝多發(fā)生于定壓情況；定壓情況下車燈亮燈后內(nèi)部濕空氣被加熱，且內(nèi)部空氣有對(duì)流、輻射等作用；對(duì)流濕空氣接觸車燈燈罩冷區(qū)域后，會(huì)導(dǎo)致車燈罩表面出現(xiàn)結(jié)霧現(xiàn)象；此外在車燈熄滅時(shí)，車燈燈罩的溫度下降 速度比車燈內(nèi)部快，當(dāng)溫度低于濕空氣飽和溫度時(shí)，也會(huì)形成車燈起霧。

車燈起霧的認(rèn)識(shí)：屬于正常物理現(xiàn)象；不能完全避免。我們所能做到的，只有在特定條件下，車燈才不會(huì)起霧，不會(huì)對(duì)道路照明和安全造成影響，不會(huì)對(duì)外觀造成損害。

根據(jù)水氣凝結(jié)的機(jī)理結(jié)合車燈的結(jié)構(gòu)，我們可推斷車燈起霧需具備以下三個(gè)條件 ：露點(diǎn)溫度、凝結(jié)條件、理論模型。

露點(diǎn)溫度：在空氣中水汽含量丌變， 保持氣壓一定的情冴下， 使空氣況卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度。

凝結(jié)條件：溫度、濕度、凝結(jié)核

①車內(nèi)的空氣含有足夠的水蒸氣

從車燈結(jié)構(gòu)上分析，車燈內(nèi)部和外界存在空氣交流，特別在下雨或洗車后，車燈內(nèi)部含有足夠的濕空氣 ；還有可能車燈不密封， 車燈工況變化或環(huán)境變化，導(dǎo)致外部的水份進(jìn)入車燈內(nèi)部。

②存在的凝結(jié)核心

在車燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，為了使空氣中懸浮顆粒不會(huì)隨著氣流一起進(jìn)入車燈內(nèi)，所以通風(fēng)口均設(shè)置有空氣過濾凈化薄膜，這種薄膜可以達(dá)到換氣的同時(shí)將懸浮顆粒濾除，所以車內(nèi)混合空氣比價(jià)潔凈，沒有臨界核心，所以基本上不會(huì)在車燈空腔內(nèi)產(chǎn)生懸浮霧珠現(xiàn)象，但是車燈罩材質(zhì)一般采用塑料制成，表面張力低，車燈罩內(nèi)表面凹凸不平，給水蒸氣凝結(jié)核心。

③較大的溫差，主要存在下面兩種狀況：

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致 ：為滿足美觀和功能要求，車燈結(jié)構(gòu)上存在 對(duì)流和輻射視角，車燈罩的各個(gè)部位溫度相差較大，當(dāng)某些區(qū)域的 溫度低于車燈內(nèi)部空氣飽和溫度時(shí)，就導(dǎo)致起霧。

燈的使用工況變化：例如車燈亮起，光源周圍空氣溫度很高，這一部分濕空氣氣溫很高，高溫空氣與其它燈罩內(nèi)氣溫度不高的地區(qū)進(jìn)行交換，就會(huì)在這一行程中出現(xiàn)結(jié)霧現(xiàn)象；車燈氣溫度亮起，車燈外部環(huán)境突然下降之后，使車燈透鏡表面氣溫度急劇降低，這就產(chǎn)生了行程中的內(nèi)部結(jié)霧現(xiàn)象；車燈熄滅后，表面氣溫度與車內(nèi)氣溫度溫差很大，同樣產(chǎn)生了內(nèi)部結(jié)霧現(xiàn)象。從上面我們就能看出來車燈里面起霧最根本的條件就是現(xiàn)實(shí)存在，所以一般情況下車燈都有起霧現(xiàn)象。

理論模型

Eulerian Wall Film模型（EWF）用于在固體壁面上創(chuàng)建液體薄膜的流動(dòng)，如下圖所示，薄膜的形成不液滴撞擊固體表面類似， 這個(gè)沖擊可能出現(xiàn)以下的結(jié)果：

① 粘?。?/strong>當(dāng)液滴保持近似球形并以較小的能量沖擊壁面時(shí)就會(huì)粘在壁面上；

② 反彈：液滴將改變速度并相對(duì)完好地離開壁面；

③ 擴(kuò)散：液滴帶著中等的能量沖擊壁面，并且擴(kuò)散到薄膜中去；

④ 飛濺：其中有一部分液滴融入薄膜當(dāng)中，剩下的部分以小液滴的形式離開壁面。

該薄膜的假設(shè)一般是基于歐拉液膜與拉格朗日液膜兩種建模方法，與固體壁面曲率半徑相比較，該薄膜厚度很小，因此可近似認(rèn)為該薄膜足夠薄，使膜內(nèi)流體流動(dòng)與固體壁面平行。

車燈起霧的評(píng)價(jià)和判斷方法

車燈起霧后通常在一定時(shí)間內(nèi)自然消散，然而在實(shí)踐中如何判 斷車燈起霧的嚴(yán)重程度和確認(rèn)是否可接受，通常各個(gè)汽車廠商設(shè)定有相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前沒有相應(yīng)的國(guó)標(biāo)對(duì)應(yīng)。本文主要介紹 FCA 集團(tuán)的標(biāo)準(zhǔn)。

1、FIAT的標(biāo)準(zhǔn)9.93346

第一步 ：選擇兩個(gè)樣件，分別計(jì)為樣件 A 和樣件 B，移除燈具 上所有的堵蓋，放置在溫度23℃、濕度70% 的環(huán)境中24小時(shí)。

第二步 ：燈具放置在設(shè)計(jì)狀態(tài)和設(shè)計(jì)電壓下，帶所有堵蓋，放 置在溫度40℃、濕度90% 的環(huán)境中8小時(shí) ；且樣件 A 車燈關(guān)閉，樣 件 B 車燈打開。

第三步：樣件 A 和樣件 B 轉(zhuǎn)移到溫度23℃、濕度60% 的環(huán)境箱， 噴射2 ～ 5℃的水3分鐘 ；且該過程中樣件 A 車燈關(guān)閉，樣件 B 車燈 打開。

第四步 ：樣件 A 在60分鐘后沒有霧氣凝結(jié)為合格，樣件 B 在30 分鐘后沒有霧氣凝結(jié)為合格。

2、Chrysler的標(biāo)準(zhǔn)PF-12818

第一步 ：移除燈具上所有的堵蓋，放置在溫度23℃、濕度50% 的環(huán)境中48小時(shí)。

第二步 ：燈具放置在設(shè)計(jì)狀態(tài)和設(shè)計(jì)電壓下，帶所有堵蓋，放 置在溫度23℃、濕度80% 的環(huán)境中24小時(shí)。

第三步 ：在溫度23℃、濕度80% 的環(huán)境箱中點(diǎn)亮燈具1小時(shí)， 然后打開環(huán)境箱的門。

第四步 ：燈具關(guān)閉，噴射2 ～ 5℃的4升冷水3分鐘。

第五步 ：點(diǎn)亮大燈1小時(shí)，每10分鐘記錄大燈的起霧狀況，1小 時(shí)候，沒有霧氣凝結(jié)為合格。

從以上可以看出，驗(yàn)證燈具起霧都有預(yù)處理、浸潤(rùn)、冷卻、檢 查結(jié)果幾個(gè)步驟，其與大燈起霧的條件是息息相關(guān)的 ；首先保證大 燈內(nèi)部有足夠的濕度，然后點(diǎn)亮燈具，再冷卻，最后判斷，模擬燈 具在最嚴(yán)苛的條件下的使用狀況，了解大燈起霧的嚴(yán)重程度，為后 續(xù)解決方案提供基礎(chǔ)。

理論模型

車燈起霧的解決方案

車燈產(chǎn)品設(shè)計(jì)面臨的武霧氣挑戰(zhàn)問題：

? 光源種類多，各類光源混用；

? 結(jié)構(gòu)越來越緊湊，不利于氣流流通；

? 造型更加多樣，飾圈增多；

? 客戶對(duì)產(chǎn)品的外觀要求更高；

1、車燈起霧的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

對(duì)于車燈結(jié)構(gòu)來說，燈腔形狀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響著燈體內(nèi)溫度場(chǎng)變化規(guī)律，而車燈通風(fēng)口設(shè)計(jì)及個(gè)數(shù)影響著燈體內(nèi)流動(dòng)場(chǎng)分布。

為了外形及美觀上的需要，車燈在設(shè)計(jì)時(shí)往往有一個(gè)狹長(zhǎng)區(qū)，這幾個(gè)區(qū)空氣流通困難，容易導(dǎo)致水蒸氣積聚，而這幾個(gè)區(qū)又一般離燈光輻射區(qū)較遠(yuǎn)，形成一個(gè)低溫區(qū)。

目前所使用的方法主要有：利用有限元分析方法對(duì)車燈內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真研究，確認(rèn)冷區(qū)位置，優(yōu)化車燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理進(jìn)行內(nèi)部布局，消除或者緩解輻射流動(dòng)低溫區(qū)，優(yōu)化反射器設(shè)計(jì)，改變光源輻射場(chǎng)分布、盡可能使車燈內(nèi)部溫度場(chǎng)均勻分布，避免燈內(nèi)溫差過大，燈內(nèi)低溫區(qū)或者附近加設(shè)通風(fēng)口或者透氣片等。

2、車燈起霧的工藝優(yōu)化方案

車燈在制造時(shí)，工藝性能對(duì)于車燈起霧所產(chǎn)生的作用也不容忽視。車燈起霧有一個(gè)原因就是有一個(gè)臨界核心存在，車燈罩材質(zhì)一般都是塑料，是水不能浸潤(rùn)的材料，在其表面發(fā)生的凝結(jié)為珠狀凝結(jié)，這種狀況為用戶可見的，所以現(xiàn)在也用一個(gè)方案就是將一層表面張力較小的涂料噴到車燈燈罩內(nèi)壁，從而改變配光鏡內(nèi)部的特性，將涂層內(nèi)部親水分子排列到配光鏡的表面，使得配光鏡表面張力與水表面張力相接，霧氣冷凝模式也隨之改變，呈膜狀冷凝，對(duì)車燈外觀無任何影響，用戶不可見，這就等于杜絕了冷凝核心的產(chǎn)生。

該工藝主要步驟為如下 ：

2.1 將欲涂布的配光鏡利用靜電除塵槍進(jìn)行除塵。

2.2 將配光鏡利用自動(dòng)噴涂裝置進(jìn)行噴涂。

2.3 將噴涂后的配光鏡放入烘箱進(jìn)行烘干。需要注意的是，目前該方案并沒用普遍應(yīng)用，主要原因在于成 本太高，通常在豪華車型上使用，也作為最后的補(bǔ)救措施實(shí)施。

3、車燈起霧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

通過車燈起霧的機(jī)理分析，車燈起霧的第三個(gè)原因?yàn)檐嚐舻膬?nèi)部含有足夠的水蒸氣，如果能使車燈內(nèi)部的空氣濕度達(dá)到盡可能的低，也是可以起到防止起霧的目的的。

為降低車燈內(nèi)部濕度，目前常用的措施包括增強(qiáng)車燈部件的密封性能，改進(jìn)通風(fēng)口對(duì)水蒸氣的透析能力。也可在車燈內(nèi)部增加干燥劑，用于降低車燈內(nèi)部濕度，但這種方案短期內(nèi)是有效的，不能保證長(zhǎng)期的效果。