汽车车灯的起雾机理及解决方案

 

 

汽车车灯作为汽车的眼睛，它不仅美观大方，而且还用来照明道路、加强视野、对于车身安全起着关键作用。当前汽车车灯存在的问题主要有车灯进水和起雾，这些问题不仅会对汽车车灯寿命造成影响，而且会使车灯照明效果受到影响，从而对行车安全造成影响。车灯进水是质量问题，可避免而不得出现；起雾是一种自然现象，文章主要阐述了车灯起雾的现象，分析了起雾的机理并给出了优化的解决方案。

 

车灯起雾机理

 

车灯起雾其实是车灯内水汽凝结的结果，它是水蒸气在特定条件下向液体或者液气并存状态的转变。湿空气冷凝液态水有定温、定压2种情况，目前车灯多采用半封闭结构并有通风口供内外气流交换以确保内外压力均匀，因此车灯内部水汽冷凝多发生于定压情况；定压情况下车灯亮灯后内部湿空气被加热，且内部空气有对流、辐射等作用；对流湿空气接触车灯灯罩冷区域后，会导致车灯罩表面出现结雾现象；此外在车灯熄灭时，车灯灯罩的温度下降 速度比车灯内部快，当温度低于湿空气饱和温度时，也会形成车灯起雾。

 

车灯起雾的认识：属于正常物理现象；不能完全回避。我们所能做到的，只有在特定条件下，车灯才不会起雾，不会对道路照明和安全造成影响，不会对外观造成损害。

 

从水气凝结产生机理和车灯结构相结合，可以推断出车灯起雾需要如下3个条件：露点温度，凝结条件和理论模型。

 

露点温度：在空气中水汽含量丌变， 保持气压一定的情冴下， 使空气况却达到饱和时的温度。

 

凝结条件：温度、湿度、凝结核

①车内的空气含有足够的水蒸气 

从车灯结构上分析，车灯内部和外界存在空气交流，特别在下雨或洗车后，车灯内部含有足够的湿空气 ；还有可能车灯不密封， 车灯工况变化或环境变化，导致外部的水份进入车灯内部。 

 

 

②存在的凝结核心 

 

在车灯结构设计上，为了使空气中悬浮颗粒不会随着气流一起进入车灯内，所以通风口均设置有空气过滤净化薄膜，这种薄膜可以达到换气的同时将悬浮颗粒滤除，所以车内混合空气比价洁净，没有临界核心，所以基本上不会在车灯空腔内产生悬浮雾珠现象，但是车灯罩材质一般采用塑料制成，表面张力低，车灯罩内表面凹凸不平，给水蒸气凝结核心。 

 

③较大的温差，主要存在下面两种状况：

结构设计导致 ：为满足美观和功能要求，车灯结构上存在 对流和辐射视角，车灯罩的各个部位温度相差较大，当某些区域的 温度低于车灯内部空气饱和温度时，就导致起雾。

 

灯的使用工况变化：比如车灯点亮时，光源附近空气温 度较高，这部分湿空气温度较高，温度较高的空气交换到其他灯罩 温度较低的区域时，在此行程结雾 ；车灯温度点亮后，车灯外界环 境骤降后，导致车灯透镜表面温度急剧下降，从而行程内部结雾 ；车灯熄灭后，表面温度和车内部温度存在较大温差时，也会形成内部结雾。由以上我们可以看出，车灯内起雾的基本条件是现实存在的， 故车灯起雾通常会出现

 

理论模型

Eulerian Wall Film模型（EWF）用于在固体壁面上创建液体薄膜的流动，如下图所示，薄膜的形成不液滴撞击固体表面类似， 这个冲击可能出现以下的结果：

① 粘住：当液滴保持近似球形并以较小的能量冲击壁面时就会粘在壁面上； 

② 反弹：液滴将改变速度并相对完好地离开壁面；③ 扩散：液滴带着中等的能量冲击壁面，并且扩散到薄膜中去；

④ 飞溅：其中有一部分液滴融入薄膜当中，剩下的部分以小液滴的形式离开壁面。

 

 

这个薄膜的假设通常建立在欧拉液膜和拉格朗日液膜建模方法之上，相比于固体壁面的曲率半径，这层薄膜的厚度非常小，所以可以近似地认为这层薄膜足 够薄到使得薄膜上的流体流动平行于固体壁面。

 

车灯起雾的评价和判断方法 

 

车灯起雾后通常在一定时间内自然消散，然而在实践中如何判 断车灯起雾的严重程度和确认是否可接受，通常各个汽车厂商设定有相应的企业标准，目前没有相应的国标对应。本文主要介绍 FCA 集团的标准。 
 

 

1、FIAT的标准9.93346 

 

第一步 ：选择两个样件，分别计为样件 A 和样件 B，移除灯具 上所有的堵盖，放置在温度23℃、湿度70% 的环境中24小时。 

 

第二步 ：灯具放置在设计状态和设计电压下，带所有堵盖，放 置在温度40℃、湿度90% 的环境中8小时 ；且样件 A 车灯关闭，样 件 B 车灯打开。 

 

第三步：样件 A 和样件 B 转移到温度23℃、湿度60% 的环境箱， 喷射2 ～ 5℃的水3分钟 ；且该过程中样件 A 车灯关闭，样件 B 车灯 打开。 

 

第四步 ：样件 A 在60分钟后没有雾气凝结为合格，样件 B 在30 分钟后没有雾气凝结为合格。 

 

2、Chrysler的标准PF-12818 

 

第一步 ：移除灯具上所有的堵盖，放置在温度23℃、湿度50% 的环境中48小时。 

 

第二步 ：灯具放置在设计状态和设计电压下，带所有堵盖，放 置在温度23℃、湿度80% 的环境中24小时。 

 

第三步 ：在温度23℃、湿度80% 的环境箱中点亮灯具1小时， 然后打开环境箱的门。 

 

第四步 ：灯具关闭，喷射2 ～ 5℃的4升冷水3分钟。 

 

第五步 ：点亮大灯1小时，每10分钟记录大灯的起雾状况，1小 时候，没有雾气凝结为合格。

 

从以上可以看出，验证灯具起雾都有预处理、浸润、冷却、检 查结果几个步骤，其与大灯起雾的条件是息息相关的 ；首先保证大 灯内部有足够的湿度，然后点亮灯具，再冷却，最后判断，模拟灯 具在最严苛的条件下的使用状况，了解大灯起雾的严重程度，为后 续解决方案提供基础。
 

 

理论模型

 

车灯起雾的解决方案

 

车灯产品设计面临的武雾气挑战问题：

• 光源种类多，各类光源混用；

• 结构越来越紧凑，不利于气流流通；

• 造型更加多样，饰圈增多；

• 客户对产品的外观要求更高；

 

1、车灯起雾的设计优化方案 

 

对于车灯结构来说，灯腔形状及内部结构影响着灯体内温度场变化规律，而车灯通风口设计及个数影响着灯体内流动场分布。 

 

为了外形及美观上的需要，车灯在设计时往往有一个狭长区，这几个区空气流通困难，容易导致水蒸气积聚，而这几个区又一般离灯光辐射区较远，形成一个低温区。

 

目前所使用的方法主要有：利用有限元分析方法对车灯内部温度场进行仿真研究、确认冷区位置、优化车灯结构设计、合理进行内部布局、消除或者缓解辐射流动低温区、优化反射器设计、改变光源辐射场分布、尽可能使车灯内部温度场均匀分布、避免灯内温差过大、灯内低温区或者附近加设通风口或者透气片等。

 

2、车灯起雾的工艺优化方案 

 

车灯在制造时，工艺性能对于车灯起雾所产生的作用也不容忽视。车灯起雾有一个原因就是有一个临界核心存在，车灯罩材质一般都是塑料，它是水分无法浸染的物质，表面出现的冷凝呈珠状冷凝，这种情况被使用者所能看到，所以现在也用一个方案就是将一层表面张力较小的涂料喷到车灯灯罩内壁，从而改变配光镜内部的特性，将涂层内部亲水分子排列到配光镜的表面，使得配光镜表面张力与水表面张力相接，雾气冷凝模式也随之改变，呈膜状冷凝，对车灯外观无任何影响，使用者看不到，这就等于杜绝了冷凝核心的产生。

 

该工艺主要步骤为如下 ：

2.1 将欲涂布的配光镜利用静电除尘枪进行除尘。

2.2 将配光镜利用自动喷涂装置进行喷涂。 

2.3 将喷涂后的配光镜放入烘箱进行烘干。需要注意的是，目前该方案并没用普遍应用，主要原因在于成 本太高，通常在豪华车型上使用，也作为最后的补救措施实施。

 

3、车灯起雾的结构优化方案 

 

通过对车灯起雾机理进行分析，发现车灯起雾原因之三在于车灯内水蒸气充足，若能尽量降低车灯内空气湿度，还可起到预防起雾作用。 

 

为了减少车灯内部湿度目前普遍采用的方法有加强车灯部件密封性能和提高通风口透析水蒸气能力等。还可以通过向车灯内添加干燥剂来降低车灯内的湿度，但是该方案在短期内效果较好，无法确保远期效果。