摘要：水蒸气遇冷凝结在车灯灯罩内表面，不仅影响车灯外观，而且将会影响车灯的配光效果，影响行车安全。结雾形成的雾珠是车灯内积水的主要来源之一，结雾严重时会在车灯内产生积水，车灯内的积水很难排出，形成恶性循环，严重威胁车灯的使用寿命和车灯电路的安全，此外水蒸气在车灯反射镜和面罩表面的长期凝结会导致车灯材料腐蚀，加速材料老化变形，并因此带来一系列的问题。目前，车灯的结雾问题，己经成为影响车灯使用寿命和照明质量的一个重要因素。本文从车灯结雾机理出发，研究消除车灯结雾的改进措施，为汽车车灯设计开发提供参考。
关键词：汽车车灯；结雾；改进措施
随着社会经济的发展，汽车已经成为人类社会中不可缺少的交通和运输工具。当今世界，汽车安全、环保与节能成了汽车发展的三大主题。
汽车的安全性是汽车行驶中一个极为重要的性能，汽车的安全性分为三大部分：主动安全性、被动安全性和防火安全性。所谓主动安全性是指在汽车中采取一系列措施，以预防和减少安全事故的发生，其中包括汽车夜间照明、各种指示信号、驾驶员视野、制动及轮胎等。汽车照明系统担负着照明和信号指示两种功能，是汽车主动安全性能的主要组成部分。世界汽车安全事故统计资料表明，车辆总行驶里程的25%是在晚上和自然光线不足的情况下行驶的，而在此间发生的引起人身伤害的行车事故占到总事故的33%，并且50%的死亡事故发生在夜间，足见汽车照明系统在汽车安全性能中的重要地位。
汽车照明系统由前照灯，雾灯和信号灯等组成。其中，前照灯负责为汽车在夜间或自然光线很弱的情况下提供安全可靠的照明；后雾灯用来在能见度低的情况下发出穿透力强的光信号来标示汽车的位置，避免发生事故；信号灯包括转向信号灯、制动灯和位置灯等，其作用是向其他道路使用者表明本车的存在及要完成的操作。安全可靠的汽车照明系统是汽车安全行驶的重要前提和保障。
水蒸气遇冷凝结在车灯灯罩内表面，不仅影响车灯外观，而且将会影响车灯的配光效果，从而使得车灯照明效果大打折扣，影响行车安全。结雾形成的雾珠是车灯内积水的主要来源之一，结雾严重时会在车灯内产生积水，车灯内的积水很难排出，形成恶性循环，严重威胁车灯的使用寿命和车灯电路的安全，此外水蒸气在车灯反射镜和面罩表面的长期凝结会导致车灯材料腐蚀，加速材料老化变形，并因此带来一系列的问题。目前，车灯的结雾问题，己经成为影响车灯使用寿命和照明质量的一个重要因素。
本文从车灯结雾机理出发，研究消除车灯结雾的改进措施，为汽车车灯设计开发提供参考。
1车灯结雾原理
由于现代车灯大都是半封闭结构设计的，当车灯点亮时，灯内压力变大，但由于换气口的存在，内部压力很快从换气口处释放掉。达到状态稳定时，内部压力基本与外界保持一致，车灯熄灭时，内部压力变小，外部气体很快从换气口处进入车灯内腔，填补内部负压。因此，可以认为车灯内部湿空气的状态变化基本上处于定压条件下发生的。当蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时有两种不同形式的凝结形式。如果凝结液体能够很好的润湿壁面，它就在壁面铺展成膜，称为膜状凝结。如果凝结液体不能很好的润湿壁面，它就在壁面上形成一个个小液珠，称为珠状凝结。
2影响车灯内结雾的因素
车灯结雾必须具备以下三个条件：
⑴ 车灯内要有凝结核心；
⑵ 车灯表面必须存在低于车灯内部湿空气相对应的饱和温度的区域；
⑶ 车灯内部的湿空气要含有足够的水蒸气，在可能的温度范围内能够达到饱和状态。
在车灯结构设计时，为避免空气中的悬浮颗粒随着换气气流进入车灯，从而降低车灯反射体和透镜罩的光学性能，故在车灯换气口处都采取了空气过滤净化措施，因此车灯灯腔内的混合气体是比较干净的，其中缺乏促使水蒸气凝结的核心，因此在空腔中形成悬浮雾珠的可能性较小。
车灯壁面材料一般为合成树脂，表面张力较小，车灯表面凹凸不平不但可以吸附水蒸气，还提供了凝结核心，水蒸气可在车灯内表面形成珠状凝结。
车灯在结构设计时，为了满足美观和功能要求，存在辐射和对流死角，车灯各个部位有可能存在较大的温差，某些区域温度低于车灯内部水蒸气饱和温度，这些部位容易出现结雾现象。
当车灯点亮时，灯泡附近的湿空气温度较高，这部分的湿空气通过自然对流被带到车灯内表面温度较低的区域，在此形成结雾。车灯点亮稳定后，车灯外界环境骤冷，导致车灯灯罩内表面温度急剧下降，形成内部结雾。车灯熄灭时，表面温度下降速度远远快于灯腔内部，湿空气形成内部结雾。
车灯起雾第三个条件是车灯内部含有足够的水蒸气。由于车灯一般是半封闭设计的，内部水蒸气的来源主要有两个途径，即流入车灯的周围环境中的水蒸气和车灯内的积水受热蒸发所形成的水蒸气。
图一 车灯内外水分交换
如图一所示，车灯内的水份途径如下：
⑴ 车灯外部环境中的水蒸气通过各种可能的途径渗入车灯中去；
⑵ 车灯工况的变化时，车灯内外存在压力差，环境中的水份通过各种缝隙被吸入车灯；
⑶ 车灯在湿度较大的环境中使用时，通过换气口和外界环境形成换气循环，外界空气中的水蒸气被循环气流带入车灯，日积月累形成积水。
3消除车灯结雾的改进措施
3.1降低车灯内部空气的湿度
作为引起车灯内部结雾的一个重要因子，车灯内部空气湿度决定了车灯是否会结雾。从临界起雾湿度的概念可知，保持车灯内部空气的湿度在临界起雾湿度以下，车灯不会结雾，措施有：
⑴ 增强车灯部件的密封性能，达到合格的车灯生产标准，改进换气口对水蒸气的透析能力，使得在车灯换气过程中避免环境中的水蒸气进入到车灯内去。目前没有这样的单向透气膜专利，车灯内部的水蒸汽容易出去而外部的水蒸气不容易进入车灯，保持车灯内部空气的湿度在一个比较低的水平上。
⑵ 车灯防雾装置的采用，其原理就是保持车灯内部湿度低于临界起雾湿度。该装置的难点是要内部空气体积的变化，保持压力不变，位置要处在流动较剧烈的部位。
3.2优化车灯温度场和流动场分布
车灯表面存在低于内部空气水蒸气露点温度是车灯凝结的必备条件，因此提高车灯表面低温部位的温度，可有效的减少结雾现象的发生，措施有：
⑴ 优化车灯结构设计，消除辐射和流动死区，让车灯灯罩上的低温部位接受辐射热能及热空气流动带来的热量。
⑵ 在满足配光的前提下，优化反射镜的形状，改变光源辐射场分布，使车灯灯罩温度分布场均匀。
⑶ 车灯换气口的位置和数量对车灯内部流动场分布有一定的影响，在车灯内部流动死区或附近增加换气口能提高此区域的空气流动程度，能够很快带走此区域的水蒸气，消除雾气。
3.2车灯材料及表面改性
目前我国汽车车灯灯罩材料为合成树脂，是一种水所不能浸润的材料，在其表面发生的凝结是珠状凝结，从而严重影响了汽车车灯的照明和外观。将灯内结雾的凝结模式改为膜状凝结，膜状凝结对车灯外观没有影响，而且液滴铺展成膜，表面积更大，因此更容易蒸发。采用的措施有：
⑴ 对材料表面进行改性，提高表面光洁度，使得水蒸气在表面缺乏凝结核心，从而消除结雾。目前国外一些车灯厂已经有这样的车灯在生产，车灯产生结雾后会在很短的时间内消失。
⑵ 采用新的灯罩材料，能够被水所浸润。
4综述
引起车灯内部结雾的因素极其复杂，目前有很多对车灯内部结雾机理和影响因素的分析研究，但都没有提出简单方便工程上可行的应用方法。本文从水蒸气结雾原理出发，结合车灯结雾原理和特性，认为存在一个车灯临界起雾湿度，确定了车灯结雾的所需的条件和影响因素，讨论了如何改变这些影响因素达到减轻甚至消除结雾现象的目的。
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论文作者:赵永雷
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：车灯论文; 水蒸气论文; 汽车论文; 气口论文; 湿度论文; 表面论文; 积水论文; 《基层建设》2018年第36期论文;