用于汽車前照燈可循環式干燥劑實際使用特性研究

2020-03-14 08:45:22占麗萍朱學良

汽車電器 2020年1期

占麗萍，程雷，朱學良，張凱

（1.上汽大眾汽車有限公司；2.上海交通大學，上海 201805）

近年來，車燈起霧問題是汽車外部燈具最受關注的問題之一。車燈起霧除了影響外觀和光學性能，引起用戶的不良感受之外，還對內部電子元器件的壽命和安全有一定影響。隨著車燈造型多樣化，許多車燈的形狀越來越不規則，車燈內部的氣體交換日益復雜，加上冷光源LED的廣泛應用，使燈具霧氣的問題日益復雜和嚴苛。

燈具起霧，從熱力學的角度解釋為，車燈內局部區域的溫度低于該區域的露點溫度。目前消除霧氣的方法主要有：結構上增加前照燈內零部件間隙以消除流動死角和低溫冷區；調整透氣管的數量和分布；安裝干燥劑等除濕裝置；以及在配光鏡內側增加防霧涂層，使霧氣柱狀凝結轉變為膜狀凝結等。其中，干燥劑能直接使燈內空氣中的水蒸氣減少，降低燈內露點，是比較通用的消除霧氣手法。但常規干燥劑缺點是其材料在吸濕后會膨脹凝固，使用壽命不長，需要定期更換。可循環式干燥劑單品經試驗驗證具有吸濕率爆發力強、吸濕速率高、平衡吸濕量大，且重復使用性能較好的特點［1］。其在實際燈具中的使用量以及不同環境下的長期表現仍然有待驗證。本文主要研究某循環式干燥劑產品在實際環境中的使用表現。

1 干燥劑吸濕原理

本文研究的干燥劑為某公司提供的可循環式復合干燥劑，主要成分為Si系氣凝膠和MgCl2等，其中Si系氣凝膠主要提供多孔結構，增加比面積。MgCl2是一種吸水性很強的鹵化物吸濕性鹽類，主要作用參與可逆的化學反應，吸水和脫水生成對應結晶水合物。反應過程的主要反應式為［2］：

車燈內部溫濕度變化范圍較大，可循環式干燥劑在不同環境條件下的吸濕量和循環吸濕壽命是其在車燈上使用的重要研究對象。下面結合車燈內實際使用工況進行了干燥劑實際產品在燈內作用影響的試驗研究。

2 干燥劑產品實際使用特性研究

2.1 干燥劑不同使用量下的吸附特性試驗

為了驗證可循環式干燥劑產品在實際環境中的使用效果，選用上汽大眾某款車型全LED前照燈，針對不同可循環式干燥劑使用量下的燈內環境變化情況進行了對比。該前照燈的通氣結構如圖1所示，主要采用裝有海綿的通氣彎管。

試驗條件：車燈功能全部開啟（近光常亮，遠光常亮，轉向燈閃爍，位置燈常亮），怠速30min，在此過程中采集燈內環境參數，試驗樣品分別為未添加干燥劑的前照燈以及添加6g、12g、18g盒裝可循環式干燥劑的前照燈。對于添加了干燥劑的前照燈，怠速點燈試驗在安裝干燥劑并穩定約24h之后的白天進行。前照燈通氣孔維持其原始狀態不變。

圖1 試驗前照燈通氣結構

圖2 所示為未添加干燥劑與分別添加6g、12g、18g盒裝干燥劑的燈內／外部環境參數變化結果，參數包括溫度、濕度、空氣露點值和水蒸氣壓。其中，怠速30min后，未添加干燥劑的前照燈溫度提高到了47℃，露點逐漸提高到22℃，推測原因為車燈點亮時，燈內的濕空氣被加熱，燈具材料的水分被部分釋放，燈內的水蒸氣壓隨之明顯增大，甚至超過燈外環境水蒸氣壓，此時燈內的露點比較高。如果此時進行淋雨試驗或洗車，推斷有較大的概率出現霧氣。

從添加了干燥劑的試驗結果來看，車輛怠速之前的靜置階段，使用干燥劑的前照燈水蒸氣壓明顯低于未安裝干燥劑的前照燈，且燈內的水蒸氣壓隨著干燥劑用量的增大而依次減小。在怠速持續過程中，添加干燥劑的燈內露點值同樣在提高，但對比怠速30min后的露點結果（圖3）可見，怠速30min后，燈內露點值隨著干燥劑量的用量增加而相應減小，且添加干燥劑的前照燈內空氣露點值均低于外部環境露點值。可以解釋為，隨著干燥劑的用量增大，燈內水蒸氣被更多地吸收，水蒸氣壓更低，怠速前后水蒸氣壓的增加值更小（干燥劑吸濕作用影響導致塑料蒸發出來的水量變少）。

另外，對比安裝干燥劑與不安裝的夜間環境數據來看，干燥劑對于夜間燈內露點有明顯的降低作用，并且，隨著干燥劑用量的增加，降低露點的效果越明顯。

以上試驗證明了特定環境條件下（干燥劑的使用初期），干燥劑具有較強的吸附作用，增加干燥劑的使用量，能明顯降低燈內的起霧風險。

2.2 干燥劑產品實車長期吸濕性能

為驗證干燥劑產品對燈內環境濕度影響的長期作用，對2.1章中添加18g干燥劑的LED前照燈隨車正常使用一段時間內的燈內外環境數據進行了采集分析。其正常使用包括靜置、跑車、怠速運轉、淋雨洗車等工況。

1）圖4為18g干燥劑裝燈使用1個月后，在正常使用某5天內的燈內環境參數。數據顯示，使用1個月后，燈內的相對濕度比較穩定，燈內水蒸氣壓基本低于環境水蒸氣壓，燈內露點值與環境露點值最大差值為20℃。說明經過一個月使用，干燥劑的吸附能力依然存在，但降低露點的效果相較于使用初期已有輕微減弱。

2）圖5為18g干燥劑裝燈使用3個月后，某4天內（梅雨季期間）的燈內環境參數。參數采集期間，燈內露點值與環境露點值的最大差值僅為15℃，燈內水蒸氣壓存在著較大的波動，說明燈內的含水量比較大，在燈內溫度較高的時間段，燈內水蒸氣壓明顯高于環境水蒸氣壓，此階段干燥劑的吸濕效果已經明顯減弱。

3）圖6所示為安裝18g干燥劑5個月后，某日燈內環境參數與外部環境參數對比。數據顯示，5個月后燈內溫度、空氣露點值、水蒸氣壓均明顯高于外部環境值。將該前照燈與未安裝干燥劑的前照燈燈內環境參數對比（圖7），可見二者環境參數差異不大，甚至，車輛靜置時，安裝干燥劑的前照燈內部溫度、相對濕度、水蒸氣壓都略微高于未安裝干燥劑的前照燈；在30min怠速點燈后，安裝干燥劑的燈內水蒸氣壓依然略高于未安裝干燥劑的前照燈；對怠速后的前照燈進行整車淋雨試驗，其起霧面積也略大于未安裝干燥劑的前照燈。說明經過5個月，安裝干燥劑的前照燈內部總水量高于不帶干燥劑的前照燈，干燥劑表現出一定的放濕作用。

燈體內的水分，一部分來自外部潮濕空氣，經由通氣結構進入燈體內部，一部分來自于燈體和燈內塑料零件的吸水作用。根據干燥劑以上表現不難判斷：在干燥劑使用初期，其吸附作用占主要，能有效降低燈內的水蒸氣含量和空氣露點值。隨著使用時間的延長，干燥劑內部材料吸附量逐漸增大并達到平衡狀態，其吸附效果相對減弱，而燈體和燈內材料的吸水能力則相對上升，材料吸水變多（“拔河”效應）。因此安裝干燥劑的前照燈內部水量會高于未安裝干燥劑的前照燈。尤其是經過一段高溫高濕的梅雨季節，整個前照燈內的含水量處于“高位”。在梅雨季結束后，環境濕度降低時，干燥劑體現出明顯的放濕效果（通過干燥劑等溫吸濕曲線［1］可知，相對濕度降低，材料吸濕量變小）。

4）圖8為該18g干燥劑安裝使用6個月后，某日燈內環境參數與未安裝干燥劑的前照燈燈內環境參數對比。圖9為燈內與外部環境參數對比。可以看出此時有干燥劑的前照燈的燈內相對濕度和水蒸氣壓又低于無干燥劑的前照燈；怠速30min后進行整車淋雨試驗，結果是帶干燥劑的前照燈未起霧，不帶干燥劑的前照燈局部區域起霧。怠速結束后，帶干燥劑的前照燈相對濕度明顯下降，比不帶干燥劑的要快，說明當外部環境濕度高于干燥劑的平衡狀態時，干燥劑又體現出一定的吸濕能力。