汽车前照灯起雾分析与控制探究

　　淋雨试验是在整车状态下模拟淋雨过程，以验证前照灯在淋雨情况下的各项性能。
　　长安某型号整车在做前照灯整车淋雨试验过程中，经过淋雨一段时间后，发现前照灯内起雾情况较严重；局部甚至有结露现象。静置30min后观察，发现雾气并未全部消散。
　　
　　问题分析
　　雾气的形成原理为前照灯内水蒸气在低于其饱和温度的配光镜表面形成的膜状和珠状凝结。
　　车灯内雾气的形成需要具备3个基本条件：
　　（1）车灯内的空气中必须含有足够的水蒸气；（2）车灯内必须存在温度低于当地水蒸气凝结临界温度的区域；（3）车灯内部存在凝结核心。
　　影响因素主要是灯内温度场、流动场、水气浓度场的分布以及材料的选用和处理工艺。
　　车灯内水蒸气的来源有两种途径：一种是流入车灯的周围环境中空气所含的水蒸气；另外一种是车灯内的积水受热蒸发所形成的水蒸气。如果车灯内不存在积水，周围环境变化所导致的空气中水蒸气的凝结是起雾的主要原因。此时形成雾气的主要情形是：车灯原先处在湿度、温度较高的环境中，车灯内空气的湿度较大；当环境温度降低时，如果车灯内的水蒸气不能充分流动扩散到环境中去，仍维持高的浓度，当车灯内某些区域温度低于当地的水蒸气凝结临界温度时，就会出现起雾现象。对于结露，在大多数情况下，主要是车灯内的积水蒸发形成的水蒸气所致。
　　当车灯开启时，灯泡周围空气温度急剧上升，通过辐射和自然对流换热，使车灯内积水受热蒸发，使得在空气温度较高的区域有较大的湿度，水蒸气通过对流和扩散作用被输送到车灯的各个角落。由于车灯内部温度分布不均匀，当湿度、温度较高的空气流到温度较低的区域时，其中所包含的一部分水蒸气就有可能凝结形成雾气。
　　通过对起雾原理和雾气形成条件以及影响因素的分析，并结合该车本身的实际情况，得出前大灯起雾甚至结露问题的主要原因有以下几点。
　　（1）前照灯自身的密封性能不良，造成起雾严重后，在前大灯热循环死角形成露水；（2）透气孔位置布局不合理及数量过多，造成前大灯内部吸潮过量；（3）造型曲面落差过大，造成前照灯内部热循环不畅。
　　
　　解决方案
　　根据得出的起雾原因，联系实际情况，提出以下几点解决方案。
　　（1）对每个前照灯进行气密一致性检查，防止前大灯局部漏水。（2）合理布局各灯腔的结构及透气孔位置和数量。如图1、2，将透气孔数量由4个减少到3个。（3）通过对配光镜增加防雾涂层工艺，有效预防前大灯内部起雾现象。灯内辐射换热和自然对流造成的温度分布不均，直接导致灯内低温区的出现。而凝结核心对形成较大范围的明显凝结是必不可少的。在灯腔内表面上，表面的凹凸起伏不但会吸附水蒸气，而且提供了凝结核心，水蒸气就可能在这些凹凸起伏处凝结成液滴，并不断扩展。
　　
　　实施效果
　　取消一个透气孔后，大大改善了前大灯的起雾现象。也通过了试验进行了相应验证。具体试验情况如下：
　　（1）试验目的：分析透气孔布置数量和位置是否合理；（2）试验地点：电器性能匹配室；（3）试验设备：某型号整车、淋雨房；（4）验证方法和条件：
　　①左前照灯：不堵转向灯通气孔；②右前照灯：堵住转向灯通气孔；③试验条件：怠速点灯（近光）淋雨2h（水温0-10℃）后，离灯30cm处检查。
　　试验后，检查两种状态下前照灯的起雾情况。验证结果：
　　（1）左前照灯（不堵通气孔）起雾比较严重，甚至有轻微结露（见图3）；（2）右前照灯（堵住通气孔）起雾明显改善、无结露现象（见图4）。
　　通过对配光镜增加防雾涂层后，彻底解决了起雾问题；也通过试验进行了相应验证。具体试验情况如下：
　　（1）试验目的：模拟前照灯经过高低温、长时间淋雨后的防雾性能；（2）试验地点：电器性能匹配室；（3）试验设备：某型号整车、淋雨房；（4）验证方法和条件：
　　①左前照灯：未加防雾涂层；②右前照灯：增加防雾涂层；③试验条件：怠速点灯（近光）淋雨90min（水温0-10℃）后，离灯30cm处检查。
　　试验后，检查两种状态下前照灯的起雾情况。验证结果：
　　（1）左前照灯（未加防雾涂层）在前大灯边角处出现了起雾现象（见图5）；（2）右前照灯（增加防雾涂层）起雾现象明显改善；没有任何雾气（见图6）。
　　通过以上两种主要方案的实施，基本上解决了前照灯起雾问题，更直接有效地控制了产品一致性。
　　另外，该型号车在以后上市使用时，客户及服务站必须确保后盖、灯泡以及调节螺杆安装到位，否则会出现前大灯进水问题。
　　
　　结语
　　通过此案例，开发人员认识到在方案设计阶段要充分考虑前照灯会存在起雾甚至结露的各种情况，并结合实际，在生产工艺处理、结构预防、造型约束以及密封配合等方面都应合理设计，尽量避免此类问题的发生。前照灯内部结构布局及透气孔设计应合理，避免产生温度死角，尽量消除灯内温度差，进水、进灰现象。结构设计同时可进行热流分析，找出温度死角并设计优化和消除。选材方面应避免选用吸水率或挥发性较高的材料。工艺处理时，配光镜可以进行防雾处理，但成本较高。在试装车过程中，对前照灯起雾及结露问题进行跟踪和关注，一旦发现有结露现象，立即赶赴现场，在时间进行分析并落实相关试验。
　　车灯内部起雾受到多方面因素的影响，但归根到底，它是受车灯内部的温度场、流动场和浓度场控制。通过改变温度场、流动场和浓度场的分布，就能有效控制；减少甚至消除车灯内起雾现象。
　　根据前面的分析，可以考虑的一些减少起雾的措施有：（1）改变车灯的灯腔形状设计，消除辐射和流动死区；（2）增强车灯各结合部位的密封性能，减少水分来源；（3）对配光镜内表面进行表面改性，使凝结方式改变；（4）增加配光镜内表面的光洁度；（5）调整透气孔的个数、位置和大小，使水气能够及时被对流带走；（6）改进车灯配光镜、灯泡等各部分的组成材料；（7）调整反射镜的形状和配光镜灯泡的位置及个数，改变辐射场分布。