汽车灯具起雾原因及解决对策

2019-06-03秦刚

装备制造技术 2019年2期

关键词：防雾光镜透气

秦刚

（东风柳州汽车有限公司乘用车技术中心，广西柳州545005）

0 引言

在汽车的日常使用中，特别在昼夜温差大或者湿度大的天气条件下，汽车车灯发生起雾现象的机率就越大，甚至在配光镜表面凝结成许多水珠，影响客户驾驶安全和对外感品质的抱怨，因此对起雾现象进行分析并提出解决对策非常必要。

车灯内部水分主要来源于以下3个方面：

（1）分通过透气孔或灯体密封不良的间隙进入车灯内部；

（2）身材料所含的水分释放；

（3）水分通过配光镜和灯壳材料吸附后渗透到车灯材料内部，然后释放到车灯内部的水分，如图1所示。

图1 车灯内部水分主要来源

1 车灯起雾/雾气的形成过程

车灯在点亮一段时间以后，会在其光源周围产生很高温度，内部的水分被蒸发变成水蒸汽，同时车灯后部发动机舱温度也不断升高，发动机舱的水蒸气也会进入灯内，内外水蒸气通过自然对流，会进入车灯温度较低的配光镜或装饰框等区域，最终其表面凝结成雾气[1]。车灯起雾不是质量问题，是一种固有的物理现象。

以上起雾现象会随着车灯点亮而逐渐消失，但在某些灯光无法照射或照射不足的死角区域会继续存在。由于车灯起雾是一种物理现象，要想完全消除会增加较高的成本，对灯具设计者和制造者要求也非常高。有时车灯起雾会与车灯少量漏水问题相混淆，车灯漏水需通过车灯专用气密检测设备才能发现，而起雾可通过一个简单方法来判别：如果车灯发生起雾现象，在车灯点亮一段时间后（约0.5～1 h），灯光照射区域的雾气能完全消散，同时其他区域的雾气基本消散，则属于起雾现象，不影响车灯正常使用。反之可以判断车灯有漏水等灯体密封不良的质量问题。

2 车灯起雾/雾气的形成条件

一定体积空气中所能容纳的水汽是有限的，当达到其最大限度时，就达到了饱和。其所能容纳的水汽与温度有关，气温越高所能容纳的水汽也越多。

因此当灯内温度降低，灯体内所能容纳的水汽也减少，多余的水汽就会凝结出来，当灯体内足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起，同时水分子本身也会相互粘结，就变成了小水珠。雾气形成条件主要有以下因素：

（1）有足够水汽，湿度大；

（2）温度快速降低。

3 车灯起雾/雾气的影响条件

车灯起雾/雾气的影响条件：内部温度分布；内部气体流动；内部湿度。

3.1 车灯内部温度分布

灯内温度场的分布要均衡，这里主要指车灯配光镜和反射镜的温度分布，经雾气试验发现，起雾区域的温度较其他区域明显偏低，如果配光镜或反射镜温度分布不均衡，则很容易在温度过低的区域形成雾气，这些区域一般为空气流动的死角，气体流动不畅，导致雾气很难消散。

图2为某车型前大灯通过软件分析配光镜内表面温度，灯具上方区域为远近光透镜位置（如图3所示），为高温区（最高136.19℃）；灯具下方区域为LED昼间行车灯位置，为低温区（最低49.94℃），温差达到86.25℃，该低温区域为空气流动的死角，雾气难消散。

图2 配光镜内表面温度

图3 某车型前大灯光源位置

为了加大灯具内部空气循环，在灯壳下方（低温区）设计了2处NITO透气帽结构。如图4所示。

图4 透气帽位置

3.2 车灯内部气体流动

灯内气体流场分布要合理，具体如下：

（1）车灯内部的湿气能通过风去湿或热去湿的作用排出。

（2）车灯内部空气流动要通畅，保证各区域温度场均衡，避免流动死角。

以图5为某车型前大灯通过软件分析内部气体流动速度，模拟效果为灯具上方为热区及流速快的区域（速度最高156.883 mm/s），灯具下方为冷区及空气流速慢的区域（速度最低0.002 mm/s），灯具下方区域容易产生雾气且难消散。

图5 灯具内部气体流动速度

为了加大空气流速，在灯具下方设计了3处透气孔，灯具上方也设计了2处透气孔，加大空气对流，通过结构保证灯具气流正常。如图6所示。

图6 透气孔位置

3.3 车灯内部湿度

车灯内部湿度是影响灯内湿度变化的因素，主要表现如下：

（1）车灯使用过程中，其外部环境空气中温度和湿度的较大变化，比如晴天突然下大雨、早晚温差大的气候等环境下，灯外水汽会通过进气孔进入灯内，加大湿度。

（2）灯具本身密封不良，导致内部进水，湿度增加，比如配光镜和灯壳之间的热熔胶老化、后灯盖与灯壳的密封圈失效、线束橡胶套密封圈失效、外置调光电机与灯壳密封不良等。

图7为某车型前大灯通过软件分析内部相对湿度，灯具上方区域比较干燥（相对湿度0.42%），起雾风险低；灯具左下角湿度较大（相对湿度11.4%），有起雾风险。

图7 灯具内部相对湿度

为了降低该区域空气湿度，在灯壳下方尖角处设计一处透气帽的结构，降低起雾风险。如图8所示。

图8 尖角设计透气帽

4 车灯起雾、雾气的预防及解决对策

4.1 平衡灯内温度场

车灯内的镜面辐射和空气的对流影响到车灯内的温度分布，在设计阶段通过光学分析、流场分析、热流分析，找出灯具内部的流动死角和温度死角，通过合理布置透气结构位置以平衡灯具内部温度场[2]。

车灯内的镜面辐射和空气的对流影响到车灯内部的温度分布，在灯具设计阶段，通过光学分析、流场分析、热流分析，找出灯具内部的流动死角、温度死角；通过控制灯体配光镜、反射镜、装饰框、灯壳等部件的配合间隙，避免产生流动和温度死角；通过合理布置和选择透气孔的位置、数量、大小、结构，平衡灯具内部温度场；通过喷涂防雾涂层、放干燥剂等方法消除雾气。以下为解决车灯起雾的主要措施。

4.2 保证灯内空气对流顺畅

首先设计时尽量避免设计流动死角，通过控制灯体配光镜、反射镜、装饰框、灯壳等部件的配合间隙，避免产生流动和温度死角；同时合理布置透气孔的位置、数量、大小。改善灯内空气对流的因素有以下几点：

（1）透气孔的位置、数量、大小、结构

透气孔布置在雾气易发生的流动死角区域，在光源对角区域至少设置2个透气孔，以便循环稳定的控制该区域气体流动，达到抑制灯内温度的上升。另外，吸气孔和排气孔的布置高度落差要大，一般布置在灯内温差大的位置。透气孔布置如下图9。

图9 透气孔布置

（2）透气孔的结构

灯具透气孔结构一般有透气帽、橡胶透气弯管、透气膜，根据透气量大小采用不同结构，其中橡胶透气弯管和透气帽的使用较高。透气孔结构形式如图10所示。

图10 透气孔结构形式

透气帽中的透气薄膜具有无数的微孔（0.1～10 μm），能有效阻挡水分子，从而可以防止雨水或空气中的扬尘（100～3 000 μm）进入能实现既防水又透气。

透气帽根据通气量等特性而分不同型号。首先在设计阶段根据流场分析、热流分析初步选择型号；其次产品实物出来后，结合台架和整车雾气试验结果来调整各透气孔所采用的透气帽型号，最终通过合理搭配不同特性的透气帽，达到改善灯内气体流动。

（3）挡水结构

为了防止车辆洗车或雨天汽车行驶过程中，水从透气孔位置进入灯内，提升防水效果，在透气孔周边设计挡水墙（如图11所示），在橡胶透气弯管内设计有挡水板或过滤海绵（如图12所示），能有效避免水进入。

图11 透气孔周边挡水墙

图12 透气弯管结构截面

4.3 采用吸水率少的材料

灯内湿度大，一部分来自灯具外部湿气的流入，一部分来自灯内材料中所含的水分，当灯具内部温度不断升高，灯内材料中所含的水分会蒸发出来，加大灯内湿度。因此在选择灯具内部的配光镜、反光镜、装饰框等零部件材料时，采用吸水率少的材料，如PC、BMC、PBT等，具体如图13所示。

图13 材料吸水率

4.4 喷涂防雾涂层

防雾涂层为一种透明涂料，通过严格的喷涂工艺将涂料喷涂在配光镜表面，当灯内雾气中的小水滴附着在涂料上时，这种涂料会对小水滴产生吸湿作用，从而破坏小水滴在配光镜表面的凝结核心，消除雾状现象，其主要原理如图14所示。喷涂防雾涂层是一种效果非常好的防雾方法，但在一些极端条件下，比如配光镜内有过量湿度滞留，这些过量水珠会在短时间打破水与防雾涂层之间的平衡，超过其饱和度，从而将防雾涂层中的物质析出，形成有水流挂的痕迹[3]。