汽车大灯进水起雾分析及解决措施.docx

1、汽车大灯进水起雾分析及解决措施汽车灯具进水、起雾分析及改善措施技术中心昌河汽车开发部 袁和平【摘要】空气中的水蒸气遇冷会在车灯面罩表面形成膜状和珠状凝聚，从而严重影响汽车车灯的照明和外观。本文根据车灯进水、起雾的机理以及判定方法，分析了车灯进水、起雾的原因，并提出了预防及改善措施。【关键词】车灯 进水 起雾1概述随着汽车工业的蓬勃发展，各种款式的汽车不断涌现，人们对汽车的安全性能和外形美观的也提出了更高的要求。汽车车灯作为汽车的眼睛，既起到了美观作用，同时也确保了汽车夜间行驶的安全性。汽车灯具主要是车辆在夜间或能见度较差的环境中行驶时用来照明道路、增强视野，为驾驶者提供前方路段内足够的景象信息

2、，以便驾驶者对车辆做出相应的操作。据统计，车辆的总行驶里程的25%是在晚上和自然光线不足的情况下行驶的，而在此之间发生的引起人身伤害的行车事故占33%，且50%的死亡事故发生在夜间，因此，车灯对行车安全起到至关重要的作用。据分析，目前汽车车灯出现质量问题的主要原因是灯内进水和起雾，灯内进水或起雾不仅影响车灯使用寿命和外观，而且使得照明效果大打折扣，进而影响行车安全，因此对此现象进行分析研究并提出改善措施非常必要。2进水、起雾的机理通常所说的进水，可视为在正常使用情况下，灯具由于密封不良引起灯具内部进水；起雾的形成机理为灯具内水气在低于其饱和温度的面罩表面形成的膜状和水珠状凝结，即水蒸气在一定条

3、件下气液转化。空气中可以容纳的水分浓度与气温密切相关，气温高时，空气中可以容纳较多的水分；气温较低时，空气中只能容纳较少水分，多余的水分将凝结。灯泡点亮后灯泡周围的空气温度升高，从灯泡中心到车灯内部的各侧壁（包括反射镜、配光镜）气温是递减的，其中靠近配光镜内表面附近温度最低。当灯内含有较高浓度的水蒸气的情况下，在靠近配光镜一侧的空气容纳水分能力最小，水分会从空气中析出，凝结在配光镜内壁，从而导致结雾；车灯关闭的情况下，若车灯遭遇暴晒，车灯内部所包含的水分蒸发，灯内空气湿度饱和时，水分将在配光镜内表明结雾。图1车灯起雾机理示意图3进水、起雾判断方法车灯内部雾气出现后，在点灯的状态下，雾气大约需要

4、11.5小时的时间，可完全消除；静止状态下，在湿度50%的干燥环境中存放2436小时 ，车灯内部雾气可自动完全消除，该现象为起雾。如果透镜内壁出现大面积的雾气凝结并冷凝为水滴下流，积存在车灯内部，长时间、多次使用车灯时，随着温度升高，雾气又会大面积附着到配光镜内表面，此现象应判断为进水。 图2 进水 图3 起雾4进水、起雾分析车灯进水属于质量问题，是不允许发生；车灯起雾属于正常自然现象，并不属于进水，只要能在一定的时间内消散是允许的，因此进水、起雾应分别进行分析。4.1进水分析进水是由于灯具密封不严引起，影响车灯密封不严的因素有车灯自身结构、选材、装配、各零件间配合等。车灯主要由配光镜、灯壳、

5、线束组件、反射组件、后盖等组成。4.1.1灯具自身结构密封设计1-灯壳；2-装饰框；3-配光镜；4-后盖灯具组成4.1.1.1灯壳与灯罩间密封设计配光镜与灯壳一般是通过焊接或胶合的方式来密封焊接是配光镜与后壳通过某种焊接方式将焊接筋熔合在一起。焊接筋结构设计不合理将会直接影响到车灯的焊接质量，若焊接不良将导致配光镜与灯壳间出现密封不严、振裂等问题，从而导致车灯进水。1-配光镜；2-灯壳；3-焊接筋焊接灯具断面图胶合是通过向胶槽中注入某种胶使配光镜与灯壳粘接在一起。胶槽设计不合理、胶选用不当都会导致配光镜与灯壳粘胶不牢，在振动或受力情况下配光镜与灯壳易发生错位，从而导致车灯进水。1-配光镜；2-

6、胶槽；3-灯壳胶合灯具断面图4.1.1.2灯壳材料及料厚配光镜合灯壳的材料选择不合理，焊接时使得焊接质量差，同时受热变形将导致灯具密封差而进水；料厚的选择不合理同样也会使得零件易变形而进水，我公司福瑞达车前大灯就曾因为灯壳材料薄而导致批量进水现象。4.1.1.3透气孔结构合理设计透气孔结构设计不合理灯具，冲洗车辆或行驶积水路面时水将通过透气孔进入灯具腔体；4.1.2密封件间的配合灯具是由多个零部件组成的封闭或半封闭的结构体，零件间的配合将影响灯具的密封性。4.1.2.1灯壳与后盖间的配合对于半封闭的灯具来说后盖结构设计、密封圈设计不合理都将影响灯具的密封性。调光电机、调光螺杆与灯壳间的配合：前

7、灯都需调节光照的位置，因而设计了调节螺杆或调光电机调节光照的位置，调光电机、调光螺杆与灯壳的配合不合理灯具也将会进水。插接件、导线与灯具配合：灯具是通过导线和插接件实现灯具的导通与断开，插接件、导线与灯具间的防水设计不合理也将会导致灯具进水；1-透气孔；2-调光电机；3-后盖；4-线束插件；5-调光螺杆；6-转向灯（1）装配配合灯具是个与保险杠、车身配合的零件，灯具与周边配合间面差、间隙设计不合理，装车由于干涉导致灯具变形破裂而漏水；另外在售后维修后灯具后盖、灯座等未安装到位也将导致灯具漏水。（2）橡胶件质量灯具中插件件中的密封塞、穿线防水一般都使用橡胶件，橡胶件的质量不好，使用一定时间后会老

8、化，从而使得灯具漏水，福瑞达车前雾灯就曾因为穿线橡胶老化而导致批量漏水。福瑞达前雾灯穿线橡胶2、起雾分析车灯结雾需具备3个基本条件：车灯内的空气中含有足够的水蒸气、较大的温差和存在凝结核心。最主要的情形是：车灯处于湿度较高、温度也较高的环境中，车灯内空气湿度较大，当环境温度降低时，如果车灯内的水蒸气不能充分流动扩散到环境中去，仍维持高的浓度，当车灯内某些区域温度低于当地的水蒸气临界温度时，就会出现结雾现象。车灯内水蒸气来源为流入车灯的周围环境中空气所含的水蒸气；车灯点亮后产生大量热量，光照能照射、空气能流到的区域温度很高，而车灯内光照无法照射区域，且空气流动差的区域温度将很低，则形造成了灯内温

9、度分布不均匀，形成了较大的温差；在灯腔内部的空气中，凝结核心相对少的多，水蒸气不易 ，而在灯腔内表面上，表面的凹凸起伏不但可以吸附水蒸气，而且提供了凝结核心。从物理研究的角度考虑，车灯内的温度场、流动场、水蒸气浓度场、材料的表面形状及灯具内表面处理工艺等方面是影响结雾的主要因素。对前三者来说，浓度场分布依赖于温度场和流动场，灯内温度分布越均匀，流动越强烈则结雾的可能性越低。影响流动场、温度场、浓度场的几个主要因素有：（1）灯具腔体结构设计灯具内部存在的流动死区和配光镜的低温区是形成灯具内部起雾的一个重要原因，灯具内部的流动死区很大程度上决定于灯具内部腔体的形状，因此灯具腔体的合理设计对减少甚至

10、消除灯具起雾现象之关重要。为追求更好的照明效果，现代汽车大灯多采用PES单元透镜，因为这种灯式光线集中，配光镜内表面只有小区域被加热，该种灯具腔体设计更需合理，否则很容易起雾。下图为某车型前照灯，在标记区域形成流动死区，易结雾；流动死区且光无法照射（2）透气孔设计车灯内部与外界进行换气是通过透气孔实现的，透气孔能改善灯内的流场、温度等。透气孔需设计合适的大小，在有些汽车灯具，特别是前照灯和尾组合灯为追求造型美观，将灯体设计成细长，腔体尖角处形成流动死区，并无灯光对该区域配光镜内表面进行加热，故需要设计透气孔增强空气流动，透气孔设计不合理（包含透气孔结构、大小、布置位置、数量等），将会影响灯具内

11、部流场分布，进而影响灯内温度分布、湿度分布，最终影响灯内结雾情况。（3）灯光控制有些车前照灯开远光时，近光、远光同时点亮，远、近光灯泡功率都较大，远光开启时，产生大量的热量，此时灯腔内的温度很高，当远光关闭，且外部环境湿度较大时，则灯腔内流场较差区域易形成结雾。（4）灯具材料灯具中零件所用材料吸水率比较大，点灯后水气析出造成灯具结雾。五、改善及预防1、进水改善对于焊接方式的灯具，需合理设计焊接筋结构，下图为焊接筋结构设计基准： 1-配光镜；2-灯壳；3-熔接痕 1-配光镜；2-灯壳灯具焊接前示意图 焊接后示意图灯具材质需选择合理，不同材质焊接效果也不同。下图为各类材质熔接可行性一览表： 配光镜

12、材质灯壳材质PCPMMA玻璃PPPCABSBMC铁件表示可相互熔接，表示不能熔接对于胶合灯具一方面需要合理设计灯具胶槽，另一方面还需选用合适的胶。下图为胶槽设计基准:1-配光镜；灯壳灯具胶槽断面图表1：胶种别灯壳材质尺 寸 (单位:mm)ABCDDE热熔胶GLASS23以上1.52.08107.51.2PC, PMMA21.62.028107.51.2PU胶GLASS1.53以上1.01.58107.51PC, PMMA1.51.62.01.58107.51为确保配光镜与灯壳粘接可靠、配合一致性好，建议在胶槽间底部或侧面设计若干个限位凸点。凸点的结构：或凸点布置：防止水直接进从透气孔进入灯内，

13、可在透气孔上设计一透气盖或套一U型或其它型橡胶管。 制定灯具装配指导规范、加强工人、售后人员的转配培训，并在用户手册中指导用户正确装配后盖、灯泡等灯具中可拆装配件；2、起雾改善的一些基本措施改善起雾主要就是防止水蒸气在配光镜上凝结，具体从一下几个方面着手：（1）促进和外部空气的对流，抑制灯具内绝对湿度的上升促进和外部空气的对流一方面腔体设计时尽量不要设计流动死角，另外合理选择透气孔的数量、布置位置及结构。改善灯内空气对流的因素有：通气孔位置布置原则：通气孔一般在光源二侧的对角设置2个以上；吸气孔应设置在雾气易发部位；排气孔和吸气孔的高低落差尽可能大；排气孔和吸气孔尽可能设置在灯具空气温差大的位

14、置。1-光源位置；2-透气孔透气孔位置布置透气孔位置：透气孔布置的位置不同灯内的相对湿度也不同：a、b、c、d、e、f-透气孔透气孔位置与湿度测定关系透气孔径：通气孔径对灯内的相对湿度也有影响透气管结构：车灯通气孔一般是在灯壳透气孔外面套通气管或通气盖。通常在透气管内增加过滤网（一般为海绵或不织布）或将透气管设计挡水结构，以增强防水性。1-过滤网；2-挡水板；3-透气管透气管结构截面挡水墙：在透气孔周边设计防水墙防止跑车或洗车过程中外部水容易进入。 1、3-防水墙；2透气孔组件其它部件尺寸间隙：反射镜、灯壳、装饰件间的间隙大小会影响灯内空气流动，它们之间的设计原则为：灯体、反射镜等一般部位的间

15、隙尺寸应尽可能大；反射镜、饰圈的间隙应在4mm以上；转角部位易发生雾气，应控制在2mm以下，阻止空气对流。（2）防止高湿度的空气流入配光镜表面低温部位防止高湿度的空气流入配光镜表面低温部位，可防止水气在该区域凝结形成结雾。防止湿气流入主要基准有：转角处和灯泡光线照射不到的部分间隙应在2mm以下；非发光面范围超过20mm间隙应控制在2mm以下。转角部位水份含量和雾气的关系（3）防止雾气易发部位的配光镜内表面温度过低雾气易发部位的配光镜内表面过低是导致结雾的条件之一，我们可通过防止雾气易发部分的配光镜内表面温度过低而降低该区域结雾的可能。影响配光镜内表面温度的因素有配光镜壁厚和光源的照射。直射光和

16、反射光照射不到的区域的配光镜壁厚应略厚；尽量利用直射光或反射光提升配光镜表面温度，实验证明：40mmX15mm反射面反射的光，能使配光镜表面温度上升约5。 （4）遮雾若灯具隐藏部位易起雾但不影响正常使用(该区域不用于照明)，为了美观我们可以在起雾区域增加花纹、涂漆或皮纹等处理方式遮蔽雾气。1-与灯具配合间；2-配光镜；3-灯壳；4-装饰框；5-反射镜（5）采用吸水率低的材料灯腔内部零件尽量少采用吸水率比较大的材料，如POM、PA6、PA66等，PC、PCHT、PBT等材料吸水率一般。（6）防雾处理在配光镜内表面喷涂一层防雾涂料（7）软件分析前期灯具数据设计时对灯具数据进行流畅分析、热流分析，前

17、期找出灯具流动死角、温度死角，并设计优化和消除。五、检测方法车灯进水和起雾的检测方法主要为批产或装车前对车灯的试验检测及装车后通过路试验证。1、进水检测车灯进水检测方法主要是通过气密检测。一般车灯的气密检测有两种方法，气密法和水密法。气密法则是：盖上灯具后盖，插上对应接插件，封堵住灯具的各通气孔至仅剩一个，通过剩下的通气孔在一定的时间内向灯具内部充气至灯具内部气压达到一定范围内并记录气压值，放置一定时间后，检测灯具内部气压值，气压差不能超过一定值；水密法则是：将灯具中配光镜与灯壳接合处沉浸于水中，然后向灯具内加上一定的气压，水中不应有连续的气泡产生。2、起雾试验车灯起雾试验一般通过两种方法来验

18、证，一种是将灯具在50环境下有效放置20分钟，然后将灯罩浸于0C水中，5分钟后取出，试验后，试验方法进行试验，前组合灯/前雾灯/组合后灯经起雾试验后，经点灯10分钟后，不能看到配光镜有效发光面（远，近光发光范围/前雾灯/组合后所有灯信号灯发光范围）的雾气，在光照不到的地方允许有水雾（严重情况下出现水滴直径必须小于2mm）；另一种是灯具以装车状态固定淋雨，考虑到整车底部淋雨状况，试验支架底部可以适当镂空或将灯具直接放在淋雨试验台上。先用13.5V电压点灯5分钟（所有功能点亮），再淋雨10分钟，水压4Kgf/cm2,喷水方向：上，下，左，右，后。试验后，观察试件内部是否进水，并且拔下通气盖，仔细地检查通气口部位有无积水，通气盖（管）内的海绵体是否干燥，试验后内部无积水，目测无雾气。3、路试路试则是车灯在批产前随车上在不同的环境中、不同的路况下做路试试验检测灯具是否漏水。六、结论车灯的进水、起雾受到多方面的因素影响，但归根到底是受车灯结构、灯内的温度场、流动场和浓度场等决定的。前期通过参照其它车型灯具结构、加工工艺、热流分析、湿度分析和后期的试验验证及改善，并加强灯具质量管理，灯具进水可消除，灯具起雾可以得到有效的控制、减少甚至消除。参考文献1江帅汽车灯具进水起雾研究