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， 不僅美觀，且用于道路照明，增強視野，對車身的安全有著至關重要的作用。目前，汽車車燈出現的主要問題包括車燈進水、起霧等， 其不僅影響車輛車燈壽命，且使得車燈的照明效果大受影響，進而影響行車安全。車燈進水屬于質量問題，可以避免并且不允許發生 ； 起霧則屬于自然現象，本文主要對車燈起霧現象進行闡述，分析其機理，并提出優化解決方案。

車燈起霧實際為車燈內部的水汽凝結，是水蒸氣在一定條件下 轉化為液體或液氣共存的狀態。濕空氣中凝結出液態水有定溫和定 壓兩種狀況，現在車燈大部分為半封閉結構，存在通風口，用于內 外部氣流交換，保證內外壓力一致，故車燈內的水汽凝結主要是在 定壓狀況下發生的 ；在定壓狀況下，車燈點亮時，內部濕空氣被加 熱，內部空氣存在對流和輻射，當對流濕空氣與車燈燈罩冷區接觸時， 就會在車燈罩表面結霧 ；此外在車燈熄滅時，車燈燈罩的溫度下降 速度比車燈內部快，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：是一種正常的物理現象； 是不可能完全避免的。我們可以做的只能是讓車燈在一定條件下不起霧、不影響道路照明及安全、不影響外觀。

根據水氣凝結的機理結合車燈的結構，我們可推斷車燈起霧需具備以下三個條件 ：露點溫度、凝結條件、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。

凝結條件：溫度、濕度、凝結核

①車內的空氣含有足夠的水蒸氣

從車燈結構上分析，車燈內部和外界存在空氣交流，特別在下雨或洗車后，車燈內部含有足夠的濕空氣 ；還有可能車燈不密封， 車燈工況變化或環境變化，導致外部的水份進入車燈內部。

②存在的凝結核心

在車燈結構設計時，為避免空氣中的懸浮顆粒隨氣流進入車燈， 故在通風口處都有空氣過濾凈化膜，該膜能實現換氣同時過濾懸浮顆粒，因此車內的混合空氣是比價干凈的，且不存在臨界核心，故基本不可能在車燈空腔內部形成懸浮霧珠，但車燈罩的材料通常為塑料，表面張力較小，車燈罩內部表面凸凹不平為水蒸氣提供了凝 結核心。

③較大的溫差，主要存在下面兩種狀況：

結構設計導致 ：為滿足美觀和功能要求，車燈結構上存在 對流和輻射視角，車燈罩的各個部位溫度相差較大，當某些區域的 溫度低于車燈內部空氣飽和溫度時，就導致起霧。

燈的使用工況變化：比如車燈點亮時，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 溫度較低的區域時，在此行程結霧 ；車燈溫度點亮后，車燈外界環 境驟降后，導致車燈透鏡表面溫度急劇下降，從而行程內部結霧 ；車燈熄滅后，表面溫度和車內部溫度存在較大溫差時，也會形成內部結霧。由以上我們可以看出，車燈內起霧的基本條件是現實存在的， 故車燈起霧通常會出現

理論模型

Eulerian Wall Film模型（EWF）用于在固體壁面上創建液體薄膜的流動，如下圖所示，薄膜的形成不液滴撞擊固體表面類似， 這個沖擊可能出現以下的結果：

① 粘住：當液滴保持近似球形并以較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。

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車燈起霧后通常在一定時間內自然消散，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定有相應的企業標準，目前沒有相應的國標對應。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% 的環境中24小時。

第二步 ：燈具放置在設計狀態和設計電壓下，帶所有堵蓋，放 置在溫度40℃、濕度90% 的環境中8小時 ；且樣件 A 車燈關閉，樣 件 B 車燈打開。

第三步：樣件 A 和樣件 B 轉移到溫度23℃、濕度60% 的環境箱， 噴射2 ～ 5℃的水3分鐘 ；且該過程中樣件 A 車燈關閉，樣件 B 車燈 打開。

第四步 ：樣件 A 在60分鐘后沒有霧氣凝結為合格，樣件 B 在30 分鐘后沒有霧氣凝結為合格。

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% 的環境中48小時。

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

第三步 ：在溫度23℃、濕度80% 的環境箱中點亮燈具1小時， 然后打開環境箱的門。

第四步 ：燈具關閉，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，沒有霧氣凝結為合格。

從以上可以看出，驗證燈具起霧都有預處理、浸潤、冷卻、檢 查結果幾個步驟，其與大燈起霧的條件是息息相關的 ；首先保證大 燈內部有足夠的濕度，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 續解決方案提供基礎。

理論模型

車燈產品設計面臨的武霧氣挑戰問題：

? 光源種類多，各類光源混用；

? 結構越來越緊湊，不利于氣流流通；

? 造型更加多樣，飾圈增多；

? 客戶對產品的外觀要求更高；

車燈起霧的設計優化方案

對車燈結構而言，燈腔的形狀和內部結構會影響車燈內部溫度 場的變化，車燈通風口的設計和數量則影響燈體內流動場的分布。

為造型和美觀的要求，車燈的設計常常存在著狹長的區域，這些區域空氣難以流通，易造成水蒸氣的堆積，同時這些區域也通常遠離 燈光輻射區域，會形成低溫區。

目前采用的方法是通過有限元分析方法模擬車燈內部溫度場，確認冷區的位置，優化車燈結構設計， 在內部合理布局，消除或減輕輻射流動的低溫區，在滿足配光要求 的前提下，優化反射器的設計，改變光源輻射場的分布，盡量車燈內溫度場分布均勻，避免車燈內部較大的溫差，在車燈內部的低溫 區或附近增加通風口或透氣片的布置。

2、車燈起霧的工藝優化方案

車燈生產過程中，工藝性能對車燈起霧的影響也是不可忽視的。車燈起霧的原因之一在于存在臨界核心，車燈罩的材料通常為塑料， 是水不能浸潤的材料，在其表面發生的凝結為珠狀凝結，這種狀況為用戶可見的，故目前還采用一種方案，在車燈燈罩內壁上噴涂一 層低表面張力的涂料，改變配光鏡內表面性質，涂層中親水分子排 列在配光鏡表面，使其表面張力接進水的表面張力，霧氣凝結模式 發生變化，為膜狀凝結，對于車燈外觀沒有影響，用戶不可見，相當于消除了凝結核心。

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、車燈起霧的結構優化方案

通過車燈起霧的機理分析，車燈起霧的第三個原因為車燈的內部含有足夠的水蒸氣，如果能使車燈內部的空氣濕度達到盡可能的低，也是可以起到防止起霧的目的的。

為降低車燈內部濕度，目前常用的措施包括增強車燈部件的密封性能，改進通風口對水蒸氣的透析能力。也可在車燈內部增加干燥劑，用于降低車燈內部濕度，但這種方案短期內是有效的，不能保證長期的效果。