汽车前照灯雾气原理研究与应对措施

2019-11-30邓德志杜旭耀

汽车电器 2019年11期

关键词：光镜照灯干燥剂

李俊，邓德志，杜旭耀

（广汽乘用车有限公司，广东广州 511434）

1 概述

汽车前照灯的功能主要用于道路照明，同时也向其他道路使用者发出光信号装置的零件。从整车造型层面，汽车前照灯作为汽车的眼睛，造型的美观性同样是客户关注的重点。

近年来，随着汽车需求的日益普及，车辆面临的使用工况也日趋复杂；前照灯配光镜内表面经常会出现雾气或结露，如图1所示，影响到整车外观商品性，容易引起客户的抱怨与品质索赔。

图1 前照灯起雾示例图

2 前照灯起雾的形成机理分析

2.1 水雾与水汽

2.1.1 前照灯的水汽

自然界中的空气实际上由氮气、氧气、稀有气体、水蒸气、其他气体和杂质组成。在一定温度、湿度的环境情况，固定体积的空气饱和含水汽量是一定的。假设衡量空气中所含水的质量用Mw表示，那么可以得出如下计算方式：

式中：Mw——空气中所含水的质量，kg；Rw——水蒸气的空气常数，426.05J／kg×K；Pws——当前气温时水蒸气的饱和蒸汽压，Pa；Pw——当前气温时水蒸气的绝对蒸汽压，Pa；Ф——当前气温时空气的相对湿度，%；T——当前气温的绝对温度，K；V——被测空气的体积，m3。

依据计算公式可知，饱和蒸汽压与温度是成正相关的关系，一定体积的空气在不同温度下有不同的饱和蒸汽压，并随着温度的升高而增大，反之饱和蒸汽压随着温度的降低而减小。水的饱和蒸汽压与温度线性拟合曲线如图2所示。

图2 水的饱和蒸汽压与温度线性拟合曲线

前照灯是发光且自密封一体式零件，灯内部是空腔状态，为光的传导照明需要，其在灯体内部是有一定的空间体积容纳空气。

2.1.2 前照灯的水雾

前照灯配光镜内表面出现的雾气是空气中水蒸气遇冷凝结后附着在配光镜内表面上的离散散落的小水点。该小水点附着在配光镜内表面上，接触角大于20°。前照灯配光镜内表面水雾示意如图3所示。

图3 前照灯配光镜内表面水雾示意图

2.2 前照灯温度场与流场分析

2.2.1 前照灯的温度场

汽车前照灯通常包含近光灯、远光灯、前位置灯、前转向灯以及日间行车灯，如图4所示。前照灯零件装配在汽车的前机舱最前方。在车辆启动、远／近光灯开启的情况下，前照灯将处于一个复杂的温度场环境中。

图4 前照灯光源信息示意图

当前照灯的造型设计需要越来越多地满足整车的整体造型风格，前照灯结构受限于造型需求，大多数灯体结构采用异形设计。灯体外观面上可分为冷区和热区，如图5所示。所谓热区即为灯光可以直接照射到的部位，温度较高，最高可达80℃。所谓冷区即灯光无法照射到的部位，温度较低，最低可与环境温度保持一致。下雨天或者环境温度下降时，前照灯内部冷区环境温度会随着环境温度的下降而降低，当冷区处空气温度降低至饱和水蒸气温度时，则在配光镜内表面形成雾气。

图5 前照灯外观面温度场分布云图

2.2.2 前照灯的流动场

前照灯因平衡灯体内部与外部环境气压的需要，在灯壳背面设计有透气结构。常用的透气结构有透气膜、Nitto透气帽、透气盖、透气弯管。当汽车行驶时或者灯体内外存在温差时，灯体内部空气与外界空气是在不断进行气流交换的，这就形成了复杂的流场。灯体内部与外界环境气流流动分析如图6所示。

图6 灯体内部与外界环境气流流动分析图

2.3 材料特性

前照灯零件中各部件均为塑料部件，塑料件本身吸水率存在差异。表1为常用塑料材料的吸水率。

当环境温度下降时，车灯塑料件将从环境中吸湿一定的水分，与此同时吸湿完水分的车灯，受到高温环境（暴晒、机舱升温、灯光照射）的烘烤下，材料中吸湿的水分会以水蒸气的形式蒸发出来，该部分水汽在灯体内部随气流流动。当流经冷区位置时，会在配光镜内表面结露成雾气。

表1 塑料材料吸水率特性表

3 应对措施

结合汽车前照灯起雾的原理，主要从以下几个方面解决雾气问题。

3.1 配光镜内表面增加防雾涂层

防雾涂层是涂布在汽车前照灯配光镜内表面一层透明的涂料，通常防雾涂料涂布的厚度在1~6μm。在配光镜内表面涂布一层防雾涂层，配光镜内表面将成亲水性，如图7所示。

此时当空气中的水汽在配光镜内表面结露时，防雾涂料亲水基通过连接各水分子，将使得配光镜内表面水汽水膜化，不在是密集的点状分布。水膜化后的水汽表面张力接触角只有5°左右（低于20°），从而起到防雾的作用。水膜化后的配光镜内表面示意如图8所示。

图7 涂布防雾涂料后的配光镜内表面示意图

图8 水膜化后的配光镜内表面示意图

3.2 增加干燥剂

干燥剂可吸湿潮湿物质中的部分水分，通过降低前照灯内部空气中水分和材料中水分的方式实现防雾作用。根据吸附水分原理的不同，可将干燥剂分为物理吸附型干燥剂和化学吸附型干燥剂。物理性干燥剂通常吸湿水分的过程是可逆的，但是吸水能力较差。化学吸附型干燥剂是通过化学反应方式吸收水分子，改变其化学结构实现。化学吸附型干燥剂吸水不可逆，但是吸水效果较好。汽车前照灯上常用的干燥剂为化学性干燥剂。化学吸附型干燥剂主要有：生石灰干燥剂、氯化镁、氯化钙、碱石灰或五氧化二磷等。通常情况干燥剂吸水率达到120%。