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汽車前照燈起霧分析與控制探究
淋雨試驗(yàn)是在整車狀態(tài)下模擬淋雨過程，以驗(yàn)證前照燈在淋雨情況下的各項(xiàng)性能。
長安某型號整車在做前照燈整車淋雨試驗(yàn)過程中，經(jīng)過淋雨一段時間后，發(fā)現(xiàn)前照燈內(nèi)起霧情況較嚴(yán)重；局部甚至有結(jié)露現(xiàn)象。靜置30min后觀察，發(fā)現(xiàn)霧氣并未全部消散。
問題分析
霧氣的形成原理為前照燈內(nèi)水蒸氣在低于其飽和溫度的配光鏡表面形成的膜狀和珠狀凝結(jié)。
車燈內(nèi)霧氣的形成需要具備3個基本條件：
（1）車燈內(nèi)的空氣中必須含有足夠的水蒸氣；（2）車燈內(nèi)必須存在溫度低于當(dāng)?shù)厮魵饽Y(jié)臨界溫度的區(qū)域；（3）車燈內(nèi)部存在凝結(jié)核心。
影響因素主要是燈內(nèi)溫度場、流動場、水氣濃度場的分布以及材料的選用和處理工藝。
車燈內(nèi)水蒸氣的來源有兩種途徑：一種是流入車燈的周圍環(huán)境中空氣所含的水蒸氣；另外一種是車燈內(nèi)的積水受熱蒸發(fā)所形成的水蒸氣。如果車燈內(nèi)不存在積水，周圍環(huán)境變化所導(dǎo)致的空氣中水蒸氣的凝結(jié)是起霧的主要原因。此時形成霧氣的主要情形是：車燈原先處在濕度、溫度較高的環(huán)境中，車燈內(nèi)空氣的濕度較大；當(dāng)環(huán)境溫度降低時，如果車燈內(nèi)的水蒸氣不能充分流動擴(kuò)散到環(huán)境中去，仍維持高的濃度，當(dāng)車燈內(nèi)某些區(qū)域溫度低于當(dāng)?shù)氐乃魵饽Y(jié)臨界溫度時，就會出現(xiàn)起霧現(xiàn)象。對于結(jié)露，在大多數(shù)情況下，主要是車燈內(nèi)的積水蒸發(fā)形成的水蒸氣所致。
當(dāng)車燈開啟時，燈泡周圍空氣溫度急劇上升，通過輻射和自然對流換熱，使車燈內(nèi)積水受熱蒸發(fā)，使得在空氣溫度較高的區(qū)域有較大的濕度，水蒸氣通過對流和擴(kuò)散作用被輸送到車燈的各個角落。由于車燈內(nèi)部溫度分布不均勻，當(dāng)濕度、溫度較高的空氣流到溫度較低的區(qū)域時，其中所包含的一部分水蒸氣就有可能凝結(jié)形成霧氣。
通過對起霧原理和霧氣形成條件以及影響因素的分析，并結(jié)合該車本身的實(shí)際情況，得出前大燈起霧甚至結(jié)露問題的主要原因有以下幾點(diǎn)。
（1）前照燈自身的密封性能不良，造成起霧嚴(yán)重后，在前大燈熱循環(huán)死角形成露水；（2）透氣孔位置布局不合理及數(shù)量過多，造成前大燈內(nèi)部吸潮過量；（3）造型曲面落差過大，造成前照燈內(nèi)部熱循環(huán)不暢。
解決方案
根據(jù)得出的起霧原因，聯(lián)系實(shí)際情況，提出以下幾點(diǎn)解決方案。
?。?）對每個前照燈進(jìn)行氣密一致性檢查，防止前大燈局部漏水。（2）合理布局各燈腔的結(jié)構(gòu)及透氣孔位置和數(shù)量。如圖1、2，將透氣孔數(shù)量由4個減少到3個。（3）通過對配光鏡增加防霧涂層工藝，有效預(yù)防前大燈內(nèi)部起霧現(xiàn)象。燈內(nèi)輻射換熱和自然對流造成的溫度分布不均，直接導(dǎo)致燈內(nèi)低溫區(qū)的出現(xiàn)。而凝結(jié)核心對形成較大范圍的明顯凝結(jié)是必不可少的。在燈腔內(nèi)表面上，表面的凹凸起伏不但會吸附水蒸氣，而且提供了凝結(jié)核心，水蒸氣就可能在這些凹凸起伏處凝結(jié)成液滴，并不斷擴(kuò)展。
實(shí)施效果
取消一個透氣孔后，大大改善了前大燈的起霧現(xiàn)象。也通過了試驗(yàn)進(jìn)行了相應(yīng)驗(yàn)證。具體試驗(yàn)情況如下：
?。?）試驗(yàn)?zāi)康模悍治鐾笟饪撞贾脭?shù)量和位置是否合理；（2）試驗(yàn)地點(diǎn)：電器性能匹配室；（3）試驗(yàn)設(shè)備：某型號整車、淋雨房；（4）驗(yàn)證方法和條件：
?、僮笄罢諢簦翰欢罗D(zhuǎn)向燈通氣孔；②右前照燈：堵住轉(zhuǎn)向燈通氣孔；③試驗(yàn)條件：怠速點(diǎn)燈（近光）淋雨2h（水溫0-10℃）后，離燈30cm處檢查。
試驗(yàn)后，檢查兩種狀態(tài)下前照燈的起霧情況。驗(yàn)證結(jié)果：
?。?）左前照燈（不堵通氣孔）起霧比較嚴(yán)重，甚至有輕微結(jié)露（見圖3）；（2）右前照燈（堵住通氣孔）起霧明顯改善、無結(jié)露現(xiàn)象（見圖4）。
通過對配光鏡增加防霧涂層后，徹底解決了起霧問題；也通過試驗(yàn)進(jìn)行了相應(yīng)驗(yàn)證。具體試驗(yàn)情況如下：
?。?）試驗(yàn)?zāi)康模耗M前照燈經(jīng)過高低溫、長時間淋雨后的防霧性能；（2）試驗(yàn)地點(diǎn)：電器性能匹配室；（3）試驗(yàn)設(shè)備：某型號整車、淋雨房；（4）驗(yàn)證方法和條件：
?、僮笄罢諢簦何醇臃漓F涂層；②右前照燈：增加防霧涂層；③試驗(yàn)條件：怠速點(diǎn)燈（近光）淋雨90min（水溫0-10℃）后，離燈30cm處檢查。
試驗(yàn)后，檢查兩種狀態(tài)下前照燈的起霧情況。驗(yàn)證結(jié)果：
?。?）左前照燈（未加防霧涂層）在前大燈邊角處出現(xiàn)了起霧現(xiàn)象（見圖5）；（2）右前照燈（增加防霧涂層）起霧現(xiàn)象明顯改善；沒有任何霧氣（見圖6）。
通過以上兩種主要方案的實(shí)施，基本上解決了前照燈起霧問題，更直接有效地控制了產(chǎn)品一致性。
另外，該型號車在以后上市使用時，客戶及服務(wù)站必須確保后蓋、燈泡以及調(diào)節(jié)螺桿安裝到位，否則會出現(xiàn)前大燈進(jìn)水問題。
結(jié)語
通過此案例，開發(fā)人員認(rèn)識到在方案設(shè)計階段要充分考慮前照燈會存在起霧甚至結(jié)露的各種情況，并結(jié)合實(shí)際，在生產(chǎn)工藝處理、結(jié)構(gòu)預(yù)防、造型約束以及密封配合等方面都應(yīng)合理設(shè)計，盡量避免此類問題的發(fā)生。前照燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局及透氣孔設(shè)計應(yīng)合理，避免產(chǎn)生溫度死角，盡量消除燈內(nèi)溫度差，進(jìn)水、進(jìn)灰現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)設(shè)計同時可進(jìn)行熱流分析，找出溫度死角并設(shè)計優(yōu)化和消除。選材方面應(yīng)避免選用吸水率或揮發(fā)性較高的材料。工藝處理時，配光鏡可以進(jìn)行防霧處理，但成本較高。在試裝車過程中，對前照燈起霧及結(jié)露問題進(jìn)行跟蹤和關(guān)注，一旦發(fā)現(xiàn)有結(jié)露現(xiàn)象，立即趕赴現(xiàn)場，在時間進(jìn)行分析并落實(shí)相關(guān)試驗(yàn)。
車燈內(nèi)部起霧受到多方面因素的影響，但歸根到底，它是受車燈內(nèi)部的溫度場、流動場和濃度場控制。通過改變溫度場、流動場和濃度場的分布，就能有效控制；減少甚至消除車燈內(nèi)起霧現(xiàn)象。
根據(jù)前面的分析，可以考慮的一些減少起霧的措施有：（1）改變車燈的燈腔形狀設(shè)計，消除輻射和流動死區(qū)；（2）增強(qiáng)車燈各結(jié)合部位的密封性能，減少水分來源；（3）對配光鏡內(nèi)表面進(jìn)行表面改性，使凝結(jié)方式改變；（4）增加配光鏡內(nèi)表面的光潔度；（5）調(diào)整透氣孔的個數(shù)、位置和大小，使水氣能夠及時被對流帶走；（6）改進(jìn)車燈配光鏡、燈泡等各部分的組成材料；（7）調(diào)整反射鏡的形狀和配光鏡燈泡的位置及個數(shù)，改變輻射場分布。
