汽車車燈的起霧機理及解決方案

汽車車燈作為汽車的眼睛，它不僅美觀大方，而且還用來照明道路、加強視野、對于車身安全起著關(guān)鍵作用。當前汽車車燈存在的問題主要有車燈進水和起霧，這些問題不僅會對汽車車燈壽命造成影響，而且會使車燈照明效果受到影響，從而對行車安全造成影響。車燈進水是質(zhì)量問題，可避免而不得出現(xiàn)；起霧是一種自然現(xiàn)象，文章主要闡述了車燈起霧的現(xiàn)象，分析了起霧的機理并給出了優(yōu)化的解決方案。

車燈起霧機理

車燈起霧其實是車燈內(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)部空氣有對流、輻射等作用；對流濕空氣接觸車燈燈罩冷區(qū)域后，會導(dǎo)致車燈罩表面出現(xiàn)結(jié)霧現(xiàn)象；此外在車燈熄滅時，車燈燈罩的溫度下降 速度比車燈內(nèi)部快，當溫度低于濕空氣飽和溫度時，也會形成車燈起霧。

車燈起霧的認識：屬于正常物理現(xiàn)象；不能完全回避。我們所能做到的，只有在特定條件下，車燈才不會起霧，不會對道路照明和安全造成影響，不會對外觀造成損害。

從水氣凝結(jié)產(chǎn)生機理和車燈結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以推斷出車燈起霧需要如下3個條件：露點溫度，凝結(jié)條件和理論模型。

露點溫度：在空氣中水汽含量丌變， 保持氣壓一定的情冴下， 使空氣況卻達到飽和時的溫度。

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)計上，為了使空氣中懸浮顆粒不會隨著氣流一起進入車燈內(nèi)，所以通風(fēng)口均設(shè)置有空氣過濾凈化薄膜，這種薄膜可以達到換氣的同時將懸浮顆粒濾除，所以車內(nèi)混合空氣比價潔凈，沒有臨界核心，所以基本上不會在車燈空腔內(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)計導(dǎo)致 ：為滿足美觀和功能要求，車燈結(jié)構(gòu)上存在 對流和輻射視角，車燈罩的各個部位溫度相差較大，當某些區(qū)域的 溫度低于車燈內(nèi)部空氣飽和溫度時，就導(dǎo)致起霧。

燈的使用工況變化：比如車燈點亮?xí)r，光源附近空氣溫 度較高，這部分濕空氣溫度較高，溫度較高的空氣交換到其他燈罩 溫度較低的區(qū)域時，在此行程結(jié)霧 ；車燈溫度點亮后，車燈外界環(huán) 境驟降后，導(dǎo)致車燈透鏡表面溫度急劇下降，從而行程內(nèi)部結(jié)霧 ；車燈熄滅后，表面溫度和車內(nèi)部溫度存在較大溫差時，也會形成內(nèi)部結(jié)霧。由以上我們可以看出，車燈內(nèi)起霧的基本條件是現(xiàn)實存在的， 故車燈起霧通常會出現(xiàn)

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，如下圖所示，薄膜的形成不液滴撞擊固體表面類似， 這個沖擊可能出現(xiàn)以下的結(jié)果：

① 粘?。寒斠旱伪３纸魄蛐尾⒁暂^小的能量沖擊壁面時就會粘在壁面上；

② 反彈：液滴將改變速度并相對完好地離開壁面；③ 擴散：液滴帶著中等的能量沖擊壁面，并且擴散到薄膜中去；

④ 飛濺：其中有一部分液滴融入薄膜當中，剩下的部分以小液滴的形式離開壁面。

這個薄膜的假設(shè)通常建立在歐拉液膜和拉格朗日液膜建模方法之上，相比于固體壁面的曲率半徑，這層薄膜的厚度非常小，所以可以近似地認為這層薄膜足 夠薄到使得薄膜上的流體流動平行于固體壁面。

車燈起霧的評價和判斷方法

車燈起霧后通常在一定時間內(nèi)自然消散，然而在實踐中如何判 斷車燈起霧的嚴重程度和確認是否可接受，通常各個汽車廠商設(shè)定有相應(yīng)的企業(yè)標準，目前沒有相應(yīng)的國標對應(yīng)。本文主要介紹 FCA 集團的標準。

1、FIAT的標準9.93346

第一步 ：選擇兩個樣件，分別計為樣件 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。

第二步 ：燈具放置在設(shè)計狀態(tài)和設(shè)計電壓下，帶所有堵蓋，放 置在溫度40℃、濕度90% 的環(huán)境中8小時 ；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的標準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。

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

第三步 ：在溫度23℃、濕度80% 的環(huán)境箱中點亮燈具1小時， 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 ：點亮大燈1小時，每10分鐘記錄大燈的起霧狀況，1小 時候，沒有霧氣凝結(jié)為合格。

從以上可以看出，驗證燈具起霧都有預(yù)處理、浸潤、冷卻、檢 查結(jié)果幾個步驟，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，然后點亮燈具，再冷卻，最后判斷，模擬燈 具在最嚴苛的條件下的使用狀況，了解大燈起霧的嚴重程度，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；

? 客戶對產(chǎn)品的外觀要求更高；

1、車燈起霧的設(shè)計優(yōu)化方案

對于車燈結(jié)構(gòu)來說，燈腔形狀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響著燈體內(nèi)溫度場變化規(guī)律，而車燈通風(fēng)口設(shè)計及個數(shù)影響著燈體內(nèi)流動場分布。

為了外形及美觀上的需要，車燈在設(shè)計時往往有一個狹長區(qū)，這幾個區(qū)空氣流通困難，容易導(dǎo)致水蒸氣積聚，而這幾個區(qū)又一般離燈光輻射區(qū)較遠，形成一個低溫區(qū)。

目前所使用的方法主要有：利用有限元分析方法對車燈內(nèi)部溫度場進行仿真研究、確認冷區(qū)位置、優(yōu)化車燈結(jié)構(gòu)設(shè)計、合理進行內(nèi)部布局、消除或者緩解輻射流動低溫區(qū)、優(yōu)化反射器設(shè)計、改變光源輻射場分布、盡可能使車燈內(nèi)部溫度場均勻分布、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，工藝性能對于車燈起霧所產(chǎn)生的作用也不容忽視。車燈起霧有一個原因就是有一個臨界核心存在，車燈罩材質(zhì)一般都是塑料，它是水分無法浸染的物質(zhì)，表面出現(xiàn)的冷凝呈珠狀冷凝，這種情況被使用者所能看到，所以現(xiàn)在也用一個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，對車燈外觀無任何影響，使用者看不到，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行除塵。

2.2 將配光鏡利用自動噴涂裝置進行噴涂。

2.3 將噴涂后的配光鏡放入烘箱進行烘干。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，也作為最后的補救措施實施。

3、車燈起霧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

通過對車燈起霧機理進行分析，發(fā)現(xiàn)車燈起霧原因之三在于車燈內(nèi)水蒸氣充足，若能盡量降低車燈內(nèi)空氣濕度，還可起到預(yù)防起霧作用。

為了減少車燈內(nèi)部濕度目前普遍采用的方法有加強車燈部件密封性能和提高通風(fēng)口透析水蒸氣能力等。還可以通過向車燈內(nèi)添加干燥劑來降低車燈內(nèi)的濕度，但是該方案在短期內(nèi)效果較好，無法確保遠期效果。