新型防霧裝置在汽車燈具中的應用

易偉　李均

摘 要：空氣中的水蒸氣遇冷會在燈具內產生霧氣，從而嚴重影響汽車車燈的照明和外觀。文章由起霧原理分析并由此提出了新型防霧裝置的設計思路，詳盡的介紹新型防霧裝置的工作過程、工作原理及如何應用至汽車燈具上，對由根本上解決汽車燈具的起霧具有絕對性的指導意義。

關鍵詞：汽車燈具；凝結；起霧；防霧裝置

中圖分類號：U463.65 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0024-02

Abstract：Water vapor in the air is not expected to create fog in the lamps， thus seriously affecting the lighting and appearance of automobile lamps. This paper analyzes the fogging principle and puts forward the design idea of the new antifogging devices， and introduces in detail the working process and working principle of the new antifogging device as well as how to apply it to the automobile lamps. It has absolute guiding significance to solve the fogging of automobile lamps fundamentally.

Keywords： automobile lamp； condensation； fogging； antifogging device

前言

當今汽車燈具制造業中，設計、制造、工藝都日趨成熟，車燈質量日益完善。但是到目前為止，燈具起霧仍然是影響車燈質量的一個主要原因且由于起霧問題未能得到解決，使燈具報廢率及售后索賠一直居高不下[1]。燈具起霧時的水蒸氣在燈具反射鏡和透鏡表面的長期凝結會導致燈具材料腐蝕、鍍鋁層老化變暗、光學效果被破壞等一系列嚴重影響功能、性能和外觀的惡劣后果。

目前常規處置燈具防霧方式是在燈具內部增加干燥劑和燈具面罩內表面增加防霧漆，使用干燥劑是通過吸收燈具內部水汽，降低燈具內部濕度，讓燈具內部沒有形成霧氣的環境，但是物理干燥劑一段時間吸水飽和后不工作，化學干燥劑吸水飽和后將飽和的水分釋放至燈具內部，引起二次起霧，時效短；防霧漆是通過提高面罩內表面光潔度，讓燈具內部無形成霧氣的霧氣凝結核心，但是，成本較高，高濕環境下易產生水流，損壞電器元件，使用一段時間后，防霧漆揮發后失效；使用干燥劑和防霧漆都無法從根本上解決燈具起霧的問題。

因此，如何從根本上長效解決汽車燈具起霧的問題，是燈具領域技術人員亟待解決的。

1 起霧原理

當水蒸氣與低于其飽和溫度的表面接觸時，根據表面性質的不同，有兩種不同的凝結形式。如果凝結液體能很好地濕潤壁面，它就在壁面上鋪展成水汽膜，這種凝結形式稱為膜狀凝結。當凝結液體不能很好的濕潤壁面時，凝結水汽在壁面上形成一個個的微小液珠，這種凝結形式稱為珠狀凝結[2]。汽車燈具面罩的材料為合成樹脂，是一種水所不能浸潤的材料，在其表面形成的凝結是珠狀凝結，從而嚴重影響了汽車車燈的照明和外觀。

起霧需要具備3個基本條件：

（1）空氣中含有足夠的水蒸氣。

（2）存在溫度低于環境水蒸氣凝結臨界溫度的區域。

（3）存在霧氣凝結核心。

凝結核心對形成較大范圍的明顯凝結是必不可少的。事物表面的凹凸起伏不但可以吸附水蒸氣，而且提供了凝結核心，使得液滴初始半徑較大，水蒸氣就可能在這些凹凸起伏處凝結成液滴，并不斷擴展為霧氣。

這3種因素的綜合作用，促成了起霧現象的出現。穩定起霧出現準則是：

式中：R為液滴半徑；σ為液滴表面張力；Ts為水蒸氣飽和溫度；HLG為汽化潛熱；PL為液滴密度；Ts為水蒸氣溫度；TL為液滴溫度（近似于環境溫度）。

2 設計思路

根據起霧原理可知，降低易起霧區域濕度及提高易起霧區域的溫度高于起霧的臨界溫度，加快起霧區域的濕度對流將不會起霧。設定起霧區域濕度為D1，起霧區域溫度為T1，起霧區域空氣對流速度為S1，當降低起霧區域濕度至D2T1，提高起霧區域空氣對流速度至S2>S1時，可以由根本上解決汽車燈具的起霧。

新型防霧裝置需要溫濕度感應器探測到起霧區域的濕度及溫度，發出信號給風扇讓風扇工作吹風至起霧區域改變起霧區域的起霧環境，達到防霧目的。

3 工作原理

新型汽車燈具的防霧裝置的各部件連接關系：1.吹氣管插入4.吹氣盒，帶1.吹氣管的4.吹氣盒通用5.螺釘ST2.9*9.5連接到6.風扇上；2.溫濕度感應器通過鏈接著8.插件一的導線一接插到帶有9.插件二的11.抗電磁干擾盒上盒；通過5.螺釘ST2.9*9.5固定了帶1.吹氣管的4.吹氣盒的6.風扇自帶線束接插件卡接至11.抗電磁干擾盒上盒；帶多個零部件的11.抗電磁干擾上盒及12.PLC控制器通過10.螺釘M3*8固定至13.抗電磁干擾下盒。

新型防霧裝置通過2.溫濕度感應器接收到環境中易起霧區域的溫濕度值發出信號給12.PLC控制器， 12.PLC控制器接受到信號后判斷是否發出指令讓6.風扇工作，當易起霧區域的濕度值達到起霧的臨界值D1或起霧區域的溫度值達到起霧的臨界值T1時，12.PLC控制器發出指令讓6.風扇工作，6.風扇吹風通過1.吹氣管降低易起霧區域的濕度值D2S1，增高易起霧區域的溫度T2>T1，由根本上解決起霧問題。

4 裝置的應用

新型防霧裝置裝配燈具的示意圖（圖2）。

將新型防霧裝置裝置至汽車燈具里，新型防霧裝置4的溫濕度傳感器及吹氣管通過燈具的裝飾框及殼體的縫隙延伸至燈具易起霧區域。

新型防霧裝置裝置至汽車燈具里將改變汽車燈具冷熱沖擊及工作時燈具內部溫度場、流動場、濕度場的分布。

新型防霧裝置通過其溫濕度感應器接收到燈具中靠近面罩易起霧區域的溫濕度值發出信號給其PLC控制器，其控制板接受到信號后判斷是否發出指令讓其風扇工作，當靠近面罩易起霧區域的濕度值達到起霧的臨界值D1或起霧區域的溫度值達到起霧的臨界值T1時，其PLC控制器發出指令讓其風扇工作，其風扇吹風通過置于裝飾框和殼體的間隙里的其吹氣管降低易起霧區域的濕度值D2S1，增高易起霧區域的溫度T2>T1，由根本上解決燈具起霧。

新型防霧裝置其自身需滿足各種試驗要求，滿足工作噪音：<50分貝；產品重量：<600g。

工作環境：-30℃--90℃，滿足GB10485-2007《汽車及掛車外部照明裝置的基本環境試驗》第5、6、7、8條標準要求。

EMC：滿足CISPR25-2007及ISO 7637標準要求的四級要求。

耐鹽霧：240H鹽霧試驗下滿足GB10485-2007《汽車及掛車外部照明裝置的基本環境試驗》第9條標準要求。

耐防塵：50%普通硅酸鹽水泥和50%煤灰混合顆粒尺寸：33份的<32μm，67份的<32μm<顆粒尺寸<250μm，滿足GB10485-2007《汽車及掛車外部照明裝置的基本環境試驗》第10條標準要求。

耐振動：24h三個振動方向滿足GB10485-2007《汽車及掛車外部照明裝置的基本環境試驗》第11條標準要求。

抗化學性：能耐潤滑油、耐燃油和清洗劑侵蝕，滿足GB10485-2007《汽車及掛車外部照明裝置的基本環境試驗》第14條標準要求[4]。

總之，新型防霧裝置裝置于汽車燈具里通過改變燈具溫度場、對流場和濕度場的分布，能有效控制、消除車燈內起霧現象達到防霧的目的。因此，通過更深入的熱分析及必要的熱設計研究后設計出一種新型防霧裝置可以由根本上解決汽車燈具的起霧，降低燈具報廢率及售后索賠。

參考文獻：

[1]汽車燈具行業分析報告[R].上海：汽車燈具協會，2017.

[2]楊世銘.傳熱學（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]嚴家 .工程熱力學（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4]許謀和.汽車及掛車外部照明裝置的基本環境試驗[M].北京：中國標準出版社，2008.