汽車燈具起霧原因及解決對策

秦 剛

（東風柳州汽車有限公司乘用車技術中心，廣西 柳州545005）

0 引言

在汽車的日常使用中，特別在晝夜溫差大或者濕度大的天氣條件下，汽車車燈發生起霧現象的機率就越大，甚至在配光鏡表面凝結成許多水珠，影響客戶駕駛安全和對外感品質的抱怨，因此對起霧現象進行分析并提出解決對策非常必要。

車燈內部水分主要來源于以下3個方面：

（1）分通過透氣孔或燈體密封不良的間隙進入車燈內部；

（2）身材料所含的水分釋放；

（3）水分通過配光鏡和燈殼材料吸附后滲透到車燈材料內部，然后釋放到車燈內部的水分，如圖1所示。

圖1 車燈內部水分主要來源

1 車燈起霧/霧氣的形成過程

車燈在點亮一段時間以后，會在其光源周圍產生很高溫度，內部的水分被蒸發變成水蒸汽，同時車燈后部發動機艙溫度也不斷升高，發動機艙的水蒸氣也會進入燈內，內外水蒸氣通過自然對流，會進入車燈溫度較低的配光鏡或裝飾框等區域，最終其表面凝結成霧氣[1]。車燈起霧不是質量問題，是一種固有的物理現象。

以上起霧現象會隨著車燈點亮而逐漸消失，但在某些燈光無法照射或照射不足的死角區域會繼續存在。由于車燈起霧是一種物理現象，要想完全消除會增加較高的成本，對燈具設計者和制造者要求也非常高。有時車燈起霧會與車燈少量漏水問題相混淆，車燈漏水需通過車燈專用氣密檢測設備才能發現，而起霧可通過一個簡單方法來判別：如果車燈發生起霧現象，在車燈點亮一段時間后（約0.5～1 h），燈光照射區域的霧氣能完全消散，同時其他區域的霧氣基本消散，則屬于起霧現象，不影響車燈正常使用。反之可以判斷車燈有漏水等燈體密封不良的質量問題。

2 車燈起霧/霧氣的形成條件

一定體積空氣中所能容納的水汽是有限的，當達到其最大限度時，就達到了飽和。其所能容納的水汽與溫度有關，氣溫越高所能容納的水汽也越多。

因此當燈內溫度降低，燈體內所能容納的水汽也減少，多余的水汽就會凝結出來，當燈體內足夠多的水分子與空氣中微小的灰塵顆粒結合在一起，同時水分子本身也會相互粘結，就變成了小水珠。霧氣形成條件主要有以下因素：

（1）有足夠水汽，濕度大；

（2）溫度快速降低。

3 車燈起霧/霧氣的影響條件

車燈起霧/霧氣的影響條件：內部溫度分布；內部氣體流動；內部濕度。

3.1 車燈內部溫度分布

燈內溫度場的分布要均衡，這里主要指車燈配光鏡和反射鏡的溫度分布，經霧氣試驗發現，起霧區域的溫度較其他區域明顯偏低，如果配光鏡或反射鏡溫度分布不均衡，則很容易在溫度過低的區域形成霧氣，這些區域一般為空氣流動的死角，氣體流動不暢，導致霧氣很難消散。

圖2為某車型前大燈通過軟件分析配光鏡內表面溫度，燈具上方區域為遠近光透鏡位置（如圖3所示），為高溫區（最高136.19℃）；燈具下方區域為LED晝間行車燈位置，為低溫區（最低49.94℃），溫差達到86.25℃，該低溫區域為空氣流動的死角，霧氣難消散。

圖2 配光鏡內表面溫度

圖3 某車型前大燈光源位置

為了加大燈具內部空氣循環，在燈殼下方（低溫區）設計了2處NITO透氣帽結構。如圖4所示。

圖4 透氣帽位置

3.2 車燈內部氣體流動

燈內氣體流場分布要合理，具體如下：

（1）車燈內部的濕氣能通過風去濕或熱去濕的作用排出。

（2）車燈內部空氣流動要通暢，保證各區域溫度場均衡，避免流動死角。

以圖5為某車型前大燈通過軟件分析內部氣體流動速度，模擬效果為燈具上方為熱區及流速快的區域（速度最高156.883 mm/s），燈具下方為冷區及空氣流速慢的區域（速度最低0.002 mm/s），燈具下方區域容易產生霧氣且難消散。

圖5 燈具內部氣體流動速度

為了加大空氣流速，在燈具下方設計了3處透氣孔，燈具上方也設計了2處透氣孔，加大空氣對流，通過結構保證燈具氣流正常。如圖6所示。

圖6 透氣孔位置

3.3 車燈內部濕度

車燈內部濕度是影響燈內濕度變化的因素，主要表現如下：

（1）車燈使用過程中，其外部環境空氣中溫度和濕度的較大變化，比如晴天突然下大雨、早晚溫差大的氣候等環境下，燈外水汽會通過進氣孔進入燈內，加大濕度。

（2）燈具本身密封不良，導致內部進水，濕度增加，比如配光鏡和燈殼之間的熱熔膠老化、后燈蓋與燈殼的密封圈失效、線束橡膠套密封圈失效、外置調光電機與燈殼密封不良等。

圖7為某車型前大燈通過軟件分析內部相對濕度，燈具上方區域比較干燥（相對濕度0.42%），起霧風險低；燈具左下角濕度較大（相對濕度11.4%），有起霧風險。

圖7 燈具內部相對濕度

為了降低該區域空氣濕度，在燈殼下方尖角處設計一處透氣帽的結構，降低起霧風險。如圖8所示。

圖8 尖角設計透氣帽

4 車燈起霧、霧氣的預防及解決對策

4.1 平衡燈內溫度場

車燈內的鏡面輻射和空氣的對流影響到車燈內的溫度分布，在設計階段通過光學分析、流場分析、熱流分析，找出燈具內部的流動死角和溫度死角，通過合理布置透氣結構位置以平衡燈具內部溫度場[2]。

車燈內的鏡面輻射和空氣的對流影響到車燈內部的溫度分布，在燈具設計階段，通過光學分析、流場分析、熱流分析，找出燈具內部的流動死角、溫度死角；通過控制燈體配光鏡、反射鏡、裝飾框、燈殼等部件的配合間隙，避免產生流動和溫度死角；通過合理布置和選擇透氣孔的位置、數量、大小、結構，平衡燈具內部溫度場；通過噴涂防霧涂層、放干燥劑等方法消除霧氣。以下為解決車燈起霧的主要措施。

4.2 保證燈內空氣對流順暢

首先設計時盡量避免設計流動死角，通過控制燈體配光鏡、反射鏡、裝飾框、燈殼等部件的配合間隙，避免產生流動和溫度死角；同時合理布置透氣孔的位置、數量、大小。改善燈內空氣對流的因素有以下幾點：

（1）透氣孔的位置、數量、大小、結構

透氣孔布置在霧氣易發生的流動死角區域，在光源對角區域至少設置2個透氣孔，以便循環穩定的控制該區域氣體流動，達到抑制燈內溫度的上升。另外，吸氣孔和排氣孔的布置高度落差要大，一般布置在燈內溫差大的位置。透氣孔布置如下圖9。

圖9 透氣孔布置

（2）透氣孔的結構

燈具透氣孔結構一般有透氣帽、橡膠透氣彎管、透氣膜，根據透氣量大小采用不同結構，其中橡膠透氣彎管和透氣帽的使用較高。透氣孔結構形式如圖10所示。

圖10 透氣孔結構形式

透氣帽中的透氣薄膜具有無數的微孔（0.1～10 μm），能有效阻擋水分子，從而可以防止雨水或空氣中的揚塵（100～3 000 μm）進入能實現既防水又透氣。

透氣帽根據通氣量等特性而分不同型號。首先在設計階段根據流場分析、熱流分析初步選擇型號；其次產品實物出來后，結合臺架和整車霧氣試驗結果來調整各透氣孔所采用的透氣帽型號，最終通過合理搭配不同特性的透氣帽，達到改善燈內氣體流動。

（3）擋水結構

為了防止車輛洗車或雨天汽車行駛過程中，水從透氣孔位置進入燈內，提升防水效果，在透氣孔周邊設計擋水墻（如圖11所示），在橡膠透氣彎管內設計有擋水板或過濾海綿（如圖12所示），能有效避免水進入。

圖11 透氣孔周邊擋水墻

圖12 透氣彎管結構截面

4.3 采用吸水率少的材料

燈內濕度大，一部分來自燈具外部濕氣的流入，一部分來自燈內材料中所含的水分，當燈具內部溫度不斷升高，燈內材料中所含的水分會蒸發出來，加大燈內濕度。因此在選擇燈具內部的配光鏡、反光鏡、裝飾框等零部件材料時，采用吸水率少的材料，如PC、BMC、PBT等，具體如圖13所示。

圖13 材料吸水率

4.4 噴涂防霧涂層

防霧涂層為一種透明涂料，通過嚴格的噴涂工藝將涂料噴涂在配光鏡表面，當燈內霧氣中的小水滴附著在涂料上時，這種涂料會對小水滴產生吸濕作用，從而破壞小水滴在配光鏡表面的凝結核心，消除霧狀現象，其主要原理如圖14所示。噴涂防霧涂層是一種效果非常好的防霧方法，但在一些極端條件下，比如配光鏡內有過量濕度滯留，這些過量水珠會在短時間打破水與防霧涂層之間的平衡，超過其飽和度，從而將防霧涂層中的物質析出，形成有水流掛的痕跡[3]。

圖14 防霧涂層原理

防霧涂層性能與涂層膜厚和加熱固化時間有密切關系，涂膜厚度在1～4 mm范圍，其防霧和耐久性能最佳（如圖15所示），超出范圍就會存在與素材附著不良或產生流掛現象。加熱固化時間太短會出現涂膜白花，太長則會出現防霧性能惡化（蒸汽試驗初期僅有一點起霧），具體要求如圖16所示。

圖15 膜厚和防霧涂層性能的關系

圖16 加熱固化時間和防霧涂層性能的關系

4.5 放干燥劑

在燈殼內部放干燥劑，干燥劑能夠很好的吸收燈內水汽，降低燈內相對濕度，減少起霧產生，其成本低，能在短時間內（1年左右）消除起霧現象，但隨著使用時間，會逐漸老化。

4.6 采用通風裝置

在燈具內部安裝濕度傳感器、散熱風扇電機，通過線束連接控制器，智能的控制散熱風扇加快燈內空氣流動，達到控制內部溫度均衡，降低燈內濕度，消除起霧現象，但其成本高，對燈具內部結構要求也高，需要較大的布置空間，一般在高端車上應用較多。

5 結束語

燈具起霧是其一種固有物理現象，它受各種因素的影響，如燈具內部的溫度分布、氣體流向、燈具結構、燈具材料等。通過在燈具前期設計階段的光學分析、流場分析、熱流分析，結合對燈具結構的合理設計、燈具材料的合理選擇等措施，可有效降低起霧的產生和售后故障的發生概率，提升產品品質。