汽車(chē)燈具起霧原因及解決對(duì)策

秦 剛

（東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司乘用車(chē)技術(shù)中心，廣西 柳州545005）

0 引言

在汽車(chē)的日常使用中，特別在晝夜溫差大或者濕度大的天氣條件下，汽車(chē)車(chē)燈發(fā)生起霧現(xiàn)象的機(jī)率就越大，甚至在配光鏡表面凝結(jié)成許多水珠，影響客戶(hù)駕駛安全和對(duì)外感品質(zhì)的抱怨，因此對(duì)起霧現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出解決對(duì)策非常必要。

車(chē)燈內(nèi)部水分主要來(lái)源于以下3個(gè)方面：

（1）分通過(guò)透氣孔或燈體密封不良的間隙進(jìn)入車(chē)燈內(nèi)部；

（2）身材料所含的水分釋放；

（3）水分通過(guò)配光鏡和燈殼材料吸附后滲透到車(chē)燈材料內(nèi)部，然后釋放到車(chē)燈內(nèi)部的水分，如圖1所示。

圖1 車(chē)燈內(nèi)部水分主要來(lái)源

1 車(chē)燈起霧/霧氣的形成過(guò)程

車(chē)燈在點(diǎn)亮一段時(shí)間以后，會(huì)在其光源周?chē)a(chǎn)生很高溫度，內(nèi)部的水分被蒸發(fā)變成水蒸汽，同時(shí)車(chē)燈后部發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度也不斷升高，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的水蒸氣也會(huì)進(jìn)入燈內(nèi)，內(nèi)外水蒸氣通過(guò)自然對(duì)流，會(huì)進(jìn)入車(chē)燈溫度較低的配光鏡或裝飾框等區(qū)域，最終其表面凝結(jié)成霧氣[1]。車(chē)燈起霧不是質(zhì)量問(wèn)題，是一種固有的物理現(xiàn)象。

以上起霧現(xiàn)象會(huì)隨著車(chē)燈點(diǎn)亮而逐漸消失，但在某些燈光無(wú)法照射或照射不足的死角區(qū)域會(huì)繼續(xù)存在。由于車(chē)燈起霧是一種物理現(xiàn)象，要想完全消除會(huì)增加較高的成本，對(duì)燈具設(shè)計(jì)者和制造者要求也非常高。有時(shí)車(chē)燈起霧會(huì)與車(chē)燈少量漏水問(wèn)題相混淆，車(chē)燈漏水需通過(guò)車(chē)燈專(zhuān)用氣密檢測(cè)設(shè)備才能發(fā)現(xiàn)，而起霧可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單方法來(lái)判別：如果車(chē)燈發(fā)生起霧現(xiàn)象，在車(chē)燈點(diǎn)亮一段時(shí)間后（約0.5～1 h），燈光照射區(qū)域的霧氣能完全消散，同時(shí)其他區(qū)域的霧氣基本消散，則屬于起霧現(xiàn)象，不影響車(chē)燈正常使用。反之可以判斷車(chē)燈有漏水等燈體密封不良的質(zhì)量問(wèn)題。

2 車(chē)燈起霧/霧氣的形成條件

一定體積空氣中所能容納的水汽是有限的，當(dāng)達(dá)到其最大限度時(shí)，就達(dá)到了飽和。其所能容納的水汽與溫度有關(guān)，氣溫越高所能容納的水汽也越多。

因此當(dāng)燈內(nèi)溫度降低，燈體內(nèi)所能容納的水汽也減少，多余的水汽就會(huì)凝結(jié)出來(lái)，當(dāng)燈體內(nèi)足夠多的水分子與空氣中微小的灰塵顆粒結(jié)合在一起，同時(shí)水分子本身也會(huì)相互粘結(jié)，就變成了小水珠。霧氣形成條件主要有以下因素：

（1）有足夠水汽，濕度大；

（2）溫度快速降低。

3 車(chē)燈起霧/霧氣的影響條件

車(chē)燈起霧/霧氣的影響條件：內(nèi)部溫度分布；內(nèi)部氣體流動(dòng)；內(nèi)部濕度。

3.1 車(chē)燈內(nèi)部溫度分布

燈內(nèi)溫度場(chǎng)的分布要均衡，這里主要指車(chē)燈配光鏡和反射鏡的溫度分布，經(jīng)霧氣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，起霧區(qū)域的溫度較其他區(qū)域明顯偏低，如果配光鏡或反射鏡溫度分布不均衡，則很容易在溫度過(guò)低的區(qū)域形成霧氣，這些區(qū)域一般為空氣流動(dòng)的死角，氣體流動(dòng)不暢，導(dǎo)致霧氣很難消散。

圖2為某車(chē)型前大燈通過(guò)軟件分析配光鏡內(nèi)表面溫度，燈具上方區(qū)域?yàn)檫h(yuǎn)近光透鏡位置（如圖3所示），為高溫區(qū)（最高136.19℃）；燈具下方區(qū)域?yàn)長(zhǎng)ED晝間行車(chē)燈位置，為低溫區(qū)（最低49.94℃），溫差達(dá)到86.25℃，該低溫區(qū)域?yàn)榭諝饬鲃?dòng)的死角，霧氣難消散。

圖2 配光鏡內(nèi)表面溫度

圖3 某車(chē)型前大燈光源位置

為了加大燈具內(nèi)部空氣循環(huán)，在燈殼下方（低溫區(qū)）設(shè)計(jì)了2處NITO透氣帽結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

圖4 透氣帽位置

3.2 車(chē)燈內(nèi)部氣體流動(dòng)

燈內(nèi)氣體流場(chǎng)分布要合理，具體如下：

（1）車(chē)燈內(nèi)部的濕氣能通過(guò)風(fēng)去濕或熱去濕的作用排出。

（2）車(chē)燈內(nèi)部空氣流動(dòng)要通暢，保證各區(qū)域溫度場(chǎng)均衡，避免流動(dòng)死角。

以圖5為某車(chē)型前大燈通過(guò)軟件分析內(nèi)部氣體流動(dòng)速度，模擬效果為燈具上方為熱區(qū)及流速快的區(qū)域（速度最高156.883 mm/s），燈具下方為冷區(qū)及空氣流速慢的區(qū)域（速度最低0.002 mm/s），燈具下方區(qū)域容易產(chǎn)生霧氣且難消散。

圖5 燈具內(nèi)部氣體流動(dòng)速度

為了加大空氣流速，在燈具下方設(shè)計(jì)了3處透氣孔，燈具上方也設(shè)計(jì)了2處透氣孔，加大空氣對(duì)流，通過(guò)結(jié)構(gòu)保證燈具氣流正常。如圖6所示。

圖6 透氣孔位置

3.3 車(chē)燈內(nèi)部濕度

車(chē)燈內(nèi)部濕度是影響燈內(nèi)濕度變化的因素，主要表現(xiàn)如下：

（1）車(chē)燈使用過(guò)程中，其外部環(huán)境空氣中溫度和濕度的較大變化，比如晴天突然下大雨、早晚溫差大的氣候等環(huán)境下，燈外水汽會(huì)通過(guò)進(jìn)氣孔進(jìn)入燈內(nèi)，加大濕度。

（2）燈具本身密封不良，導(dǎo)致內(nèi)部進(jìn)水，濕度增加，比如配光鏡和燈殼之間的熱熔膠老化、后燈蓋與燈殼的密封圈失效、線束橡膠套密封圈失效、外置調(diào)光電機(jī)與燈殼密封不良等。

圖7為某車(chē)型前大燈通過(guò)軟件分析內(nèi)部相對(duì)濕度，燈具上方區(qū)域比較干燥（相對(duì)濕度0.42%），起霧風(fēng)險(xiǎn)低；燈具左下角濕度較大（相對(duì)濕度11.4%），有起霧風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 燈具內(nèi)部相對(duì)濕度

為了降低該區(qū)域空氣濕度，在燈殼下方尖角處設(shè)計(jì)一處透氣帽的結(jié)構(gòu)，降低起霧風(fēng)險(xiǎn)。如圖8所示。

圖8 尖角設(shè)計(jì)透氣帽

4 車(chē)燈起霧、霧氣的預(yù)防及解決對(duì)策

4.1 平衡燈內(nèi)溫度場(chǎng)

車(chē)燈內(nèi)的鏡面輻射和空氣的對(duì)流影響到車(chē)燈內(nèi)的溫度分布，在設(shè)計(jì)階段通過(guò)光學(xué)分析、流場(chǎng)分析、熱流分析，找出燈具內(nèi)部的流動(dòng)死角和溫度死角，通過(guò)合理布置透氣結(jié)構(gòu)位置以平衡燈具內(nèi)部溫度場(chǎng)[2]。

車(chē)燈內(nèi)的鏡面輻射和空氣的對(duì)流影響到車(chē)燈內(nèi)部的溫度分布，在燈具設(shè)計(jì)階段，通過(guò)光學(xué)分析、流場(chǎng)分析、熱流分析，找出燈具內(nèi)部的流動(dòng)死角、溫度死角；通過(guò)控制燈體配光鏡、反射鏡、裝飾框、燈殼等部件的配合間隙，避免產(chǎn)生流動(dòng)和溫度死角；通過(guò)合理布置和選擇透氣孔的位置、數(shù)量、大小、結(jié)構(gòu)，平衡燈具內(nèi)部溫度場(chǎng)；通過(guò)噴涂防霧涂層、放干燥劑等方法消除霧氣。以下為解決車(chē)燈起霧的主要措施。

4.2 保證燈內(nèi)空氣對(duì)流順暢

首先設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免設(shè)計(jì)流動(dòng)死角，通過(guò)控制燈體配光鏡、反射鏡、裝飾框、燈殼等部件的配合間隙，避免產(chǎn)生流動(dòng)和溫度死角；同時(shí)合理布置透氣孔的位置、數(shù)量、大小。改善燈內(nèi)空氣對(duì)流的因素有以下幾點(diǎn)：

（1）透氣孔的位置、數(shù)量、大小、結(jié)構(gòu)

透氣孔布置在霧氣易發(fā)生的流動(dòng)死角區(qū)域，在光源對(duì)角區(qū)域至少設(shè)置2個(gè)透氣孔，以便循環(huán)穩(wěn)定的控制該區(qū)域氣體流動(dòng)，達(dá)到抑制燈內(nèi)溫度的上升。另外，吸氣孔和排氣孔的布置高度落差要大，一般布置在燈內(nèi)溫差大的位置。透氣孔布置如下圖9。

圖9 透氣孔布置

（2）透氣孔的結(jié)構(gòu)

燈具透氣孔結(jié)構(gòu)一般有透氣帽、橡膠透氣彎管、透氣膜，根據(jù)透氣量大小采用不同結(jié)構(gòu)，其中橡膠透氣彎管和透氣帽的使用較高。透氣孔結(jié)構(gòu)形式如圖10所示。

圖10 透氣孔結(jié)構(gòu)形式

透氣帽中的透氣薄膜具有無(wú)數(shù)的微孔（0.1～10 μm），能有效阻擋水分子，從而可以防止雨水或空氣中的揚(yáng)塵（100～3 000 μm）進(jìn)入能實(shí)現(xiàn)既防水又透氣。

透氣帽根據(jù)通氣量等特性而分不同型號(hào)。首先在設(shè)計(jì)階段根據(jù)流場(chǎng)分析、熱流分析初步選擇型號(hào)；其次產(chǎn)品實(shí)物出來(lái)后，結(jié)合臺(tái)架和整車(chē)霧氣試驗(yàn)結(jié)果來(lái)調(diào)整各透氣孔所采用的透氣帽型號(hào)，最終通過(guò)合理搭配不同特性的透氣帽，達(dá)到改善燈內(nèi)氣體流動(dòng)。

（3）擋水結(jié)構(gòu)

為了防止車(chē)輛洗車(chē)或雨天汽車(chē)行駛過(guò)程中，水從透氣孔位置進(jìn)入燈內(nèi)，提升防水效果，在透氣孔周邊設(shè)計(jì)擋水墻（如圖11所示），在橡膠透氣彎管內(nèi)設(shè)計(jì)有擋水板或過(guò)濾海綿（如圖12所示），能有效避免水進(jìn)入。

圖11 透氣孔周邊擋水墻

圖12 透氣彎管結(jié)構(gòu)截面

4.3 采用吸水率少的材料

燈內(nèi)濕度大，一部分來(lái)自燈具外部濕氣的流入，一部分來(lái)自燈內(nèi)材料中所含的水分，當(dāng)燈具內(nèi)部溫度不斷升高，燈內(nèi)材料中所含的水分會(huì)蒸發(fā)出來(lái)，加大燈內(nèi)濕度。因此在選擇燈具內(nèi)部的配光鏡、反光鏡、裝飾框等零部件材料時(shí)，采用吸水率少的材料，如PC、BMC、PBT等，具體如圖13所示。

圖13 材料吸水率

4.4 噴涂防霧涂層

防霧涂層為一種透明涂料，通過(guò)嚴(yán)格的噴涂工藝將涂料噴涂在配光鏡表面，當(dāng)燈內(nèi)霧氣中的小水滴附著在涂料上時(shí)，這種涂料會(huì)對(duì)小水滴產(chǎn)生吸濕作用，從而破壞小水滴在配光鏡表面的凝結(jié)核心，消除霧狀現(xiàn)象，其主要原理如圖14所示。噴涂防霧涂層是一種效果非常好的防霧方法，但在一些極端條件下，比如配光鏡內(nèi)有過(guò)量濕度滯留，這些過(guò)量水珠會(huì)在短時(shí)間打破水與防霧涂層之間的平衡，超過(guò)其飽和度，從而將防霧涂層中的物質(zhì)析出，形成有水流掛的痕跡[3]。

圖14 防霧涂層原理

防霧涂層性能與涂層膜厚和加熱固化時(shí)間有密切關(guān)系，涂膜厚度在1～4 mm范圍，其防霧和耐久性能最佳（如圖15所示），超出范圍就會(huì)存在與素材附著不良或產(chǎn)生流掛現(xiàn)象。加熱固化時(shí)間太短會(huì)出現(xiàn)涂膜白花，太長(zhǎng)則會(huì)出現(xiàn)防霧性能惡化（蒸汽試驗(yàn)初期僅有一點(diǎn)起霧），具體要求如圖16所示。

圖15 膜厚和防霧涂層性能的關(guān)系

圖16 加熱固化時(shí)間和防霧涂層性能的關(guān)系

4.5 放干燥劑

在燈殼內(nèi)部放干燥劑，干燥劑能夠很好的吸收燈內(nèi)水汽，降低燈內(nèi)相對(duì)濕度，減少起霧產(chǎn)生，其成本低，能在短時(shí)間內(nèi)（1年左右）消除起霧現(xiàn)象，但隨著使用時(shí)間，會(huì)逐漸老化。

4.6 采用通風(fēng)裝置

在燈具內(nèi)部安裝濕度傳感器、散熱風(fēng)扇電機(jī)，通過(guò)線束連接控制器，智能的控制散熱風(fēng)扇加快燈內(nèi)空氣流動(dòng)，達(dá)到控制內(nèi)部溫度均衡，降低燈內(nèi)濕度，消除起霧現(xiàn)象，但其成本高，對(duì)燈具內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求也高，需要較大的布置空間，一般在高端車(chē)上應(yīng)用較多。

5 結(jié)束語(yǔ)

燈具起霧是其一種固有物理現(xiàn)象，它受各種因素的影響，如燈具內(nèi)部的溫度分布、氣體流向、燈具結(jié)構(gòu)、燈具材料等。通過(guò)在燈具前期設(shè)計(jì)階段的光學(xué)分析、流場(chǎng)分析、熱流分析，結(jié)合對(duì)燈具結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、燈具材料的合理選擇等措施，可有效降低起霧的產(chǎn)生和售后故障的發(fā)生概率，提升產(chǎn)品品質(zhì)。