新型汽車燈具的防霧設計探討

（華晨寶馬汽車有限公司沈陽分公司 110044）

隨著我國汽車行業的迅速發展，車燈不僅具有裝飾的作用，還能給夜間駕駛人員提供良好的照明效果，確保其能夠安全行車。當前車燈在設計和選用的材料上都在不斷發生改變，其中防霧是關鍵環節之一，也是設計工作的重點和核心部分。車燈在使用過程中燈泡周圍能夠達到很高的溫度，車燈內的積水在高溫的作用下能夠很快全部蒸發，從而形成霧氣，影響正常照明效果，并且車燈內溫度和濕度的提高會減少其使用年限，應當進行更加深入的研究，從而做好預防工作。雖然我國在燈具設計上不斷取得進步，當時燈具防霧還是影響車燈質量的主要因素。同時水蒸氣在燈具反射鏡或透鏡表面長期凝結會造成燈具材料的腐蝕，如果不能很好解決防霧問題，就會提高燈具報廢率和索賠。

0 概述

汽車燈具的霧珠主要是燈具中出現積水造成的，燈具出現起霧現象時，甚至還會有二次起霧現象發生，這種現象將在很大程度減少燈具的使用年限。其中在燈具起霧的原理中涉及到很多方面的知識，有熱流動、材料、結構等，當前在技術和經驗上仍然存在很大的不足之處，因此過去的燈具設計中一般都是利用光學設計的，充分利用燈具在使用過程中的對流場合溫度場完成分析和設計工作，在燈具的熱設計上存在很大的缺陷，今后有很大的發展空間，需要進一步的研究設計，從而很好的防止燈具起霧現象，保證能夠安全的行駛車輛[1]。

1 起霧原理

如果水蒸氣同低于其飽和溫度的物質相接觸時，由于不同表面的性質存在差異，將會出現兩種不同的凝結方式。若是凝結液體可以對壁面進行濕潤，那么壁面上就會形成水汽膜，將這種形式的凝結叫做膜狀凝結。如果凝結的液體不能對壁面發揮濕潤作用，這樣凝結的水汽就會在壁面上形成小液珠，將這種凝結方式叫做珠狀凝結。汽車燈具面罩使用的材料是合成樹脂，這種材料水是不能浸潤的，將在其表面形成珠狀凝結，對汽車車燈的照明和外觀產生不良影響作用。其中燈具內起霧要具備3個基本條件。

1.1 燈具內的空氣中有充足的水蒸氣

燈具中的水蒸氣通過兩種方式形成，一是燈具周圍空氣中的水蒸氣進入其中，二是由于燈具中留存的部分的積水受熱后蒸發形成水蒸氣。

若是在燈具中沒有積水出現，那些起霧的主要原因就是所處環境發生變化后，導致空氣中水蒸氣的凝結，從而引發起霧現象。一般會出現的情景是，燈具本身處于濕度較高的空間中，并且溫度也很高，使得燈具內的空氣濕度很大；一旦空氣溫度有所下降，使得燈具中的水蒸氣不能很快的流動并擴散到環境中，保持很高的濃度存在，如果燈具中一些部分的溫度下降到低于該地區水蒸氣凝結臨界溫度，就會造成起霧現象。

通常是燈具內積水蒸發導致很多燈具的起霧現象。將燈具點亮后，燈泡周圍空氣溫度會快速上升，利用輻射和自然對流進行換熱，從而使得燈具中的積水受熱開始蒸發作用，這樣溫度相對高的部分濕度也會很大，水蒸氣在對流和擴散過程中，進入到車燈中的各個部分。因為燈具內部的溫度分布是非常不均勻的，這樣就會出現濕度高、溫度高的空氣向溫度低的區域內流動，其中的部分水蒸氣會出現凝結成霧的現象。燈具中積水的來源一般包括環境中水蒸氣在換氣中帶入凝結形成積水，還有就是空氣中的水分通過換氣、滲入等進入形成積水。

1.2 燈具內的溫度低于空氣中水蒸氣凝結臨界溫度的部分

因為燈內會有低溫區域的存在，進行燈內輻射換熱和自然對流能力交換過程中出現溫度不均勻的現象。使得燈內部分區域的溫度低于了該地區水蒸氣凝結臨界溫度，造成了燈具內起霧現象。

1.3 有霧氣凝結核心

凝結核心是出現大范圍凝結現象的主要原因。燈具內部的空氣中，一般沒有很多凝結核心，水蒸氣不會出現凝結現象。但是由于燈具中的各種零部件表面都是不平整的，能夠吸附一些水蒸氣，同時也形成一些凝結核心，這樣液滴就會形成相對很大的初始半徑，這樣水蒸氣就可能會在這些不平整的表面凝結成液滴，從而不斷的擴大形成霧氣。

在以上3種因素的共同作用下，造成起霧現象發生。推出燈具出現起霧準則。

其中公式中的R是液滴半徑，是液滴表面張力，為水蒸氣飽和溫度，為汽化潛熱，是液滴密度，是液滴溫度，其同環境溫度相近似。

2 起霧因素分析

前面介紹了一些車燈內霧氣凝結的原因，可以發現，溫度、空氣流動、車燈材質等都會對車燈霧氣凝結現象造成一定影響，其中水蒸氣的濃度和溫度及空氣流動是直接影響因素，對于這些因素來說，燈內溫度情況越均勻，溫度越高，對流越強烈，那么起霧的幾率越小。

2.1 溫度因素分析

溫度是使車燈內霧氣凝結的重要因素之一。通過對當前市場上結霧嚴重的幾款汽車車燈表面溫度測量發現，結霧的部分都是相對低溫區域。對于大眾Passat的B6的前照燈而言，經過測量得出，燈罩表面的溫度情況是非常不均勻的，在燈罩兩端部分的溫度相對偏低，中間部分燈泡的直接照射位置溫度很高。同時還發現燈罩兩段的低溫區域溫度是相差不多的，其中左端的溫度略高于右端。

因此可知在右端結霧的可能性要大于左端。然后經過一次淋雨試驗同樣也證實了這樣的結論。出現這種現象的原因同燈泡的安裝位置有很大關系，燈泡的結構和形狀也對其產生一定影響。一般都會將車燈燈泡安裝在中間偏向左的位置，而且右側的配光鏡將會擋住車燈燈泡的輻射作用，所以就會在燈罩的右邊形成大范圍的低溫區域，給霧氣形成創造了良好的條件[2]。

通過對透鏡罩表面等溫線的繪制發現，當受到輻射條件的作用時其分部會發生變化，并且不同于自然對流的情況。因此可以發現，溫度分布變化是受到車燈內部熱輻射和自然對流共同作用，通過對多種車燈的研究發現，都有相似情況存在。所以，在進行車燈設計時，如果有自然對流死區存在，或者有阻擋和減弱輻射的設計出現時，將會增加產生霧氣的可能性。

2.2 對流場

燈具內發生流動主要是因為溫度分布的不均勻導致的自然對流。在一些有換氣設計的燈具中，能夠進行燈內氣體和外界氣體的換氣活動。燈內氣體的流動很大程度決定了燈內的溫度，對流可以將熱量傳遞到燈腔的每個部位，提高了每個區域的溫度，同時若是很強的對流出現，水分會很快蒸發，車燈中如果有透氣設計，透氣氣流可以把燈內形成的水汽散發到外界環境中，一定程度減少起霧的可能性。

影響對流場分布的因素包括3個，一是燈腔中空間范圍、形狀和燈具內部零件的構造、燈泡位置、功率等；二是透氣孔的位置和數量；三是燈具的工作方式。對于大多車燈而言，其能夠持續、穩定的工作。燈具同外界大氣進行物質交換是利用自然對流進行的，對于像轉向燈等那樣能夠閃爍工作的燈具，燈泡經常需要點亮和熄滅，這就使得燈內腔的氣體經常會受熱膨脹遇冷收縮，如果使用透氣燈具，就會適當同外界環境進行物質和能量的轉換。

如果是一些體積很小，但是功率很大的燈具，燈具閃爍造成的對流作用是很強的，能夠很好的防止起霧現象。如果是只有一個透氣孔時，氣體只能進行單向的交換工作，并且是在車燈工作情況發生變化時進行。如果車燈能夠正常、穩定的進行工作，這種單向交換就會慢慢減弱甚至消失。

當有不少于2個透氣孔的情況下，才能穩定的進行換氣循環。換氣孔的位置也會對換氣效果產生很大影響，產生良好的除霧效果。透氣孔的空間位置會對燈腔內的流動場產生影響，改變溫度場。因為燈內流動是自然對流引起的，透氣孔的相對位置很關鍵。那些設有很多透氣孔的車燈，若透氣孔之間位置很近或豎向距離很小，換氣循環對燈腔中的溫度場和流動場產生很小的作用。

2.3 換氣口的大小、個數和位置因素分析

溫度場和流動場會使燈具起霧，同時車燈換氣口大小、個數和位置也是非常重要的。若是車燈只有一個換氣口，單向進行氣體交換，氣體交換只是在車燈工作情況發生變化時進行。在車燈穩定工作時不會再發生換氣，車燈內的空氣不再流動，形成封閉燈腔，使得車燈內形成的水蒸氣不能通過換氣流出燈外。最少設立2個以上換氣口才能做好燈內換氣循環。換氣口的相對位置對防止霧氣凝結非常重要[3]。

2.4 濃度因素分析

如果不考慮空氣物性的改變，設車燈內空氣的初始絕對濕度為，車燈所處環境的空氣絕對濕度值是，是車燈內初始絕對濕度下的初始平均溫度，是車燈所處環境空氣絕對濕度下的初始平均溫度，空氣的體積膨脹系數是，總的熱熔是，V代表車燈內腔的體積， P代表車燈的平均功率，f代表閃爍工作頻率，車燈內空氣對車燈能力的總吸收率是。就會有下面公式：

假如M是1時，因為K＜1，所以閃爍次數逐漸增加后，車燈內空氣的絕對濕度會慢慢接近于空氣的絕對濕度，K越小，其接近的速度也會變快。這就說明車燈在濕度很高的情況下，濕度會出現明顯的累計現象。如果是閃爍車燈，其體積不應當很大。

3 新型防霧車燈的設計和應用

根據前面分析采取相關措施設計一種新型汽車燈，它也屬于汽車配件的一種。其中有反光罩、面罩、燈泡等多個零件，其中在反光罩的中心位置安裝燈泡，同時在燈泡的末尾安裝一定散熱設備，反光罩和面罩配合使用，在面罩上安裝散熱透氣孔，同時在另一邊安裝吹風裝置，在反光罩和面罩里面安裝濕度感應器，并且將其同吹風設備、控制器相連接。這種車燈能夠很好的將車燈內的熱能量消除，減少燈腔內的熱量，同時避免燈腔內的水汽在面罩上產生水霧，保證行車過程中的安全。

3.1 結構和技術特點

為了能夠很好的防霧，嘗試通過下面的技術方案消除弊端，這種新型的汽車燈應當包含反光罩、面罩、吹風裝置等，其中反光罩的中心位置安裝燈泡，在燈泡尾部設置散熱器，反光罩和面罩相互配合共同使用，面罩的兩個角分別安裝散熱透氣孔和吹風設備，反光罩和面罩中安裝濕度感應器，并且同吹風和控制設備向連接。最好選擇能夠自動轉動吹風的設備，可能大范圍對面罩進行除霧。優先選擇使用強度高的燈泡，方便消除面罩底部的霧氣。這種新型設計能夠很好的將車燈內的熱量散發，降低燈腔內的溫度，最大程度防止燈腔內有水霧產生，同時也提高了燈具的使用壽命。其主要的技術特征就是吹風裝置是能夠自動轉動吹風的，在很寬的角度進行除霧工作，燈泡是高強度的燈泡，很好的去除面罩底部的霧氣。

3.2 汽車燈具的防霧應用

在汽車防霧燈具設計中藥遵守下面幾點內容，一是良好的控制燈具內的濕度，制作燈具所需的零部件和環境濕度都要滿足標準要求。二是在進行汽車燈具結構的各種設計時，要盡量防止出現燈具的輻射現象和對流區域。三是對于燈具的內部表面的處理上，要提高防霧涂層的噴涂技術，通過不斷改變燈具中水蒸氣凝結方式，最好使用膜狀凝結。四是要科學有效的研究和設計燈具中的透氣孔，確定透氣孔的數量、大小和位置，保證水汽能夠及時有效的形成對流。五是認真學習相關設計原理進行反射鏡設計，合理確定其形狀和燈泡的位置，形成合適的輻射場。六是提高汽車燈具的密封性，能夠最大程度防止有水分進入[4]。

4 結束語

總而言之，車燈內部結霧現象是受到多種因素共同作用的結果，經過研究分析可以發現，主要的影響因素是燈具內部構造的溫度場、濕度、空氣流動和濃度。通過對這幾點因素的有效分析和控制，能夠很好的減少汽車燈具的起霧現象。所以，今后一定要增加汽車燈具防霧設計的研究，深入進行熱分析研究，不斷提高燈具質量和性能，徹底消除車燈內起霧現象。從而保證安全的行駛車輛。

【參考文獻】

[1]王軍威.汽車燈具設計原理與方法——信號燈篇[J].科技致富向導,2011(17)：219-219.

[2]袁文軍,李憲華.新型汽車燈具鍍膜機及變壓器的設計[J].機械研究與應用,1999,12(3)：18-19.

[3]閆巍.新型汽車前照燈反射面的研究與設計[D].燕山大學,2014.

[4]玉進,鄧建國,郝革紅.一種新型防霧車燈設計分析[J].輕工科技,2013(7)：85-86.