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        干燥劑在車燈防霧技術中的應用

        2023-10-21 07:08:22杜正軍
        時代汽車 2023年18期

        杜正軍

        摘 要:車燈起霧屬于自然物理現(xiàn)象,雖然不會影響車燈照明功能的正常運行,但是會影響車燈外觀,而且車燈起霧和進水經(jīng)常容易被混淆,所以需要采用干燥劑等技術方案對車燈起霧問題進行改善。本篇論文通過對干燥劑在車燈防霧技術中的應用進行探究,為車燈防霧提供實用有效的技術方法。

        關鍵詞:車燈 防霧 干燥劑

        1 引言

        本文首先介紹了車燈霧氣產(chǎn)生的原因,防霧技術措施的現(xiàn)狀及存在的問題,確定了干燥劑作為一種可行的解決方案,然后用案例詳細闡述了干燥劑在車燈防霧技術中的應用。本文結合實際應用場景,提出了針對霧燈和前大燈的干燥劑裝置設計方案。該方案將干燥劑裝置添加到車燈內(nèi)部,可以有效地吸收車燈內(nèi)部的濕氣,從而降低霧氣的產(chǎn)生。

        2 車燈霧氣產(chǎn)生的原因

        車燈點亮之后,內(nèi)部溫度會逐漸升高。在燈內(nèi)濕度比較大的情況下,燈內(nèi)的水分被高溫蒸發(fā)形成水蒸氣。水蒸氣在自然對流過程中,遇到車燈內(nèi)部溫度比較低的燈罩尖角等區(qū)域,會凝結附著在燈罩內(nèi)表面,形成一個個肉眼可見的小水珠,從而產(chǎn)生了車燈起霧現(xiàn)象。車燈起霧的三個重要因素包括:溫度場、流動場和濕度場。

        2.1 溫度場對車燈起霧的影響

        通常受到車燈外觀造型的影響,光源分布不均勻,導致車燈內(nèi)部溫度場的分布不均衡。車燈光源附近以及燈光可以照射到的部位溫度較高,車燈兩端遠離光源的部位溫度較低。經(jīng)過車燈霧氣試驗驗證,車燈起霧部位的溫度較其它部位明顯偏低。

        2.2 流動場對車燈起霧的影響

        車燈點亮時,其內(nèi)部的溫度存在差異,會造成燈內(nèi)空氣的流動,形成流動場。燈內(nèi)空氣流動受設計結構影響較大,車燈內(nèi)部通常存在流動死區(qū)或狹長區(qū)域,導致空氣流通受阻,同時這些區(qū)域通常遠離燈光輻射區(qū)域,會形成低溫區(qū),容易造成水蒸氣的堆積,導致起霧。在結構設計時,車燈透氣孔的位置需要合理布局,在空氣流動的死角部位需要增加透氣孔的數(shù)量,促進車燈內(nèi)外空氣對流。

        2.3 濕度場對車燈起霧的影響

        濕度場會受到車燈內(nèi)外的氣流交換、車燈的密封性、外部環(huán)境的濕度等因素的影響。如果車燈內(nèi)外的氣流交換不暢,或者車燈的密封性不好,或者外部環(huán)境的濕度較高,都會導致車燈內(nèi)部的濕度場增大,從而增加車燈起霧的風險。

        3 車燈防霧技術措施及優(yōu)缺點介紹

        通過以上對車燈霧氣產(chǎn)生原因的分析,總結了目前車燈防霧技術的措施和優(yōu)缺點:

        3.1 優(yōu)化車燈內(nèi)部結構設計

        在車燈外觀造型設計時,為了配合整車美觀需要,車燈通常會設計的比較狹長,導致車燈內(nèi)部存在冷區(qū)和空氣流動死區(qū)。采用CAE模擬分析確認起霧區(qū)域的位置,優(yōu)化車燈內(nèi)部零部件的配合間隙,加快冷區(qū)的空氣流動。在滿足配光法規(guī)標準的要求下,對反射器的開口大小進行調(diào)整,使車燈內(nèi)部的溫度場盡量保持均勻。

        優(yōu)點:車燈結構設計初期,從車燈設計結構方面進行改善,可以避免后續(xù)試制階段的結構設計變更和模具修理。

        缺點:受到整車外觀造型設計的影響,可以改善的空間有限,實際改善效果并不理想。

        3.2 合理設置透氣孔

        車燈透氣孔是為了解決車燈內(nèi)外的空氣對流和壓力平衡問題。設計車燈透氣孔的主要原理是:通常利用透氣帽(圖1)實現(xiàn)透氣功能。透氣帽內(nèi)部有一層白色透氣膜,透氣膜通常是由聚四氟乙烯(PTFE)材料經(jīng)過特殊工藝加工制成,是一種柔韌光滑的微孔薄膜。透氣膜微孔的直徑比空氣分子大,但比灰塵和水滴的直徑小,這樣就保證了透氣而不進水。透氣帽里面的透氣膜,主要有三項技術參數(shù),分別是透氣膜厚度、透氣量和耐水壓。在使用時,需要結合霧氣試驗,綜合考慮透氣膜的技術參數(shù),選擇合適型號的透氣帽,以達到最佳的防霧效果。

        透氣孔通常設計在燈殼上,透氣帽安裝在透氣孔上面。在光源對角區(qū)域至少設置2個透氣孔,透氣孔之間的高度落差要盡可能大。透氣孔應當設置在霧氣容易產(chǎn)生的死角區(qū)域,以加快該區(qū)域的空氣流動速度。透氣孔的數(shù)量和直徑需要參考CAE模擬分析結果進行設計,透氣孔布置位置見下圖2。

        優(yōu)點:透氣帽能夠促進空氣流動,保持車燈內(nèi)外壓力平衡,有效防范液態(tài)水和灰塵進入燈內(nèi)。透氣帽的成本低。

        缺點:無法防范空氣中的水蒸氣的進入,特別是在外部環(huán)境濕度比較大的情況下,關閉車燈以后,會有潮濕的空氣進入燈內(nèi)。

        3.3 燈內(nèi)安裝散熱風扇

        此方法是在車燈內(nèi)部安裝一個小風扇,在車燈打開時風扇開始工作,將燈內(nèi)的熱空氣通過透氣孔排出到燈外,促進車燈內(nèi)外的空氣流通[1]。

        優(yōu)點:散熱風扇有利于加快車燈內(nèi)部的空氣流動和溫度平衡,加快霧氣的消散速度。

        缺點:車燈內(nèi)部需要有足夠的安裝空間。風扇運行時會產(chǎn)生噪音。風扇的后期維護比較麻煩。成本比較高。目前散熱風扇使用率很低,只在很少一部分高檔車上使用。

        3.4 燈罩內(nèi)表面噴涂防霧漆

        當水蒸氣與低于其飽和溫度的表面接觸時,根據(jù)表面性質的不同,有兩種不同的凝結形式。如果凝結液體能很好地濕潤壁面,它就在壁面上鋪展成水汽膜,這種凝結形式稱為膜狀凝結。當凝結液體不能很好的濕潤壁面時,凝結水汽在壁面上形成一個個的微小液珠,這種凝結形式稱為珠狀凝結。汽車燈罩的材料為合成樹脂,是一種水所不能浸潤的材料,在燈罩內(nèi)表面形成的凝結是珠狀凝結[2]。

        噴涂防霧漆是在燈罩內(nèi)表面均勻噴涂厚度1-5μm的無色、透明的親水涂層。它可以使水汽潤濕、擴散于燈罩內(nèi)表面,形成一層超薄的透明水膜,而不是集聚成細小水珠,從而保持無霧視野。防霧漆大多采用雙組份涂料。大批量生產(chǎn)必須采用機械手自動噴涂,主要的生產(chǎn)方式是建立防霧涂裝線進行自動化生產(chǎn)。

        優(yōu)點:防霧涂層可以在較寬的溫度和濕度范圍內(nèi)起作用。防霧涂層具有穩(wěn)定性和耐久性,可以較長時間保持車燈防霧效果。

        缺點:外觀要求高,廢品率較高,成本較高。需要采用機械手噴涂,并投資專門的防霧漆噴涂生產(chǎn)線。噴涂防霧漆并不能從根本上解決霧氣問題,空氣濕度過于飽和的情況下,還會在燈罩內(nèi)表面形成流掛的痕跡,會形成“淚痕”,影響車燈外觀。經(jīng)過長期使用,防霧涂層會逐漸老化甚至失效。

        3.5 采用干燥劑防霧

        干燥劑會吸收車燈內(nèi)部的水汽,使車燈內(nèi)部的相對濕度降低,從而阻止車燈內(nèi)部的水汽擴散和凝結,達到防止車燈起霧的目的。

        干燥劑的分類,有以下兩種:一種是化學干燥劑,是指通過與水分子發(fā)生化學反應,生成水合物或其他化合物的干燥劑,如氯化鈣、氯化鎂等。這類干燥劑的優(yōu)點是吸濕能力強,不易釋放水蒸氣。另一種是物理干燥劑,是指通過物理吸附或凝聚的方式,將水分子固定在自身表面或孔隙中的干燥劑,如硅膠、蒙脫石等。這類干燥劑的優(yōu)點是無毒無害,不會改變自身性質,缺點是吸濕能力較弱,容易在高溫下釋放水蒸氣。不同種類的干燥劑吸濕率不同。車燈上應用最多的是氯化鎂干燥劑,以下將做重點介紹。

        3.5.1 氯化鎂干燥劑

        氯化鎂干燥劑(圖3)吸濕能力遠高于傳統(tǒng)的硅膠、蒙脫石干燥劑,吸濕效果尤其明顯。目前車燈上應用最廣泛的是氯化鎂干燥劑。

        氯化鎂干燥劑的特點:

        吸濕速度快,吸濕率高:在溫度25℃,相對濕度90%的條件下,最大吸濕率可達其自身重量的200%以上,是普通物理干燥劑的10倍以上。采用不同透氣量的包裝膜,可獲得不同吸濕速度的干燥劑。適應溫度范圍廣:在﹣30℃~90℃的溫度條件下均可持續(xù)工作,只是吸濕速度有所變化。固態(tài)形狀,吸濕以后不會外溢:氯化鎂干燥劑在吸收水分之前為粉末狀,吸濕后呈固態(tài)顆?;驂K狀,即便受到物理擠壓也無液體溢出。氯化鎂干燥劑吸濕以后體積會發(fā)生明顯的膨脹,體積會增大到原來的2倍左右,因此需要預留適當?shù)呐蛎浛臻g。

        氯化鎂干燥劑用量的選擇:干燥劑的用量受到使用環(huán)境中的相對濕度、包裝膜的水汽透過率等因素的影響比較大,使用者可以參照德國標準化學會發(fā)布的標準,DIN 55474:2015《包裝輔助材料.干燥劑袋.應用、所需干燥劑袋數(shù)的計算》進行干燥劑用量的理論計算。按照目前的使用經(jīng)驗來看,為滿足一年以上的使用要求,氯化鎂干燥劑在前大燈里面的用量為25-40g左右,在霧燈和后尾燈里面的用量為10-15g左右。

        4 氯化鎂干燥劑在車燈防霧技術上面的具體應用方案

        4.1 干燥劑在霧燈上面的應用

        以某車型前霧燈為例。首先進行CAE模擬,對燈罩的溫度場分布情況進行分析(圖4)。根據(jù)分析結果,溫度最低的區(qū)域集中在燈罩的尖角部位,因此需要對此區(qū)域起霧做重點預防。

        改善措施:在霧燈尖角部位增加氯化鎂干燥劑,干燥劑用量10g。由于前霧燈的使用頻率相對前大燈來說并不高,所以直接采用一個帶孔的干燥劑安裝盒,將氯化鎂干燥劑固定在盒子內(nèi),盒子內(nèi)部預留有一定的膨脹空間(圖5)。經(jīng)過車燈淋雨試驗驗證,未增加干燥劑的前霧燈起霧現(xiàn)象很明顯,增加干燥劑的前霧燈未起霧。

        4.2 干燥劑在前大燈上面的應用

        以某車型前大燈為例。對燈罩內(nèi)表面溫度分布情況,進行CAE模擬分析(圖6)。根據(jù)分析結果判斷,前大燈尖角部位的溫度較低,容易造成霧氣凝結,因此需要做重點預防。

        改善措施:在燈內(nèi)增加25g的氯化鎂干燥劑。為了避免干燥劑長時間使用以后失效,需要對干燥劑的安裝結構采取措施,采用可更換式的結構。將干燥劑放置于距離大燈尖角最近的防塵蓋里面,將防塵蓋旋開以后,就可以將干燥劑取出并更換(圖7)。經(jīng)過霧氣試驗驗證,增加氯化鎂干燥劑的前大燈無霧氣產(chǎn)生。氯化鎂干燥劑一般使用一年以上,如果車燈出現(xiàn)特別明顯的霧氣,需要及時更換干燥劑,通過這種方法可以保持車燈防霧能力長期有效。

        5 結語

        干燥劑在車燈防霧技術中的應用具有重要的意義。通過本文的研究,我們得出了干燥劑在車燈防霧技術方面的實際應用方案,并提出了保持車燈防霧能力長期有效的辦法。相信本文的研究成果對于提高車燈的防霧能力,將會有積極的推動作用。未來還需進一步研究干燥劑的吸濕能力,提升和優(yōu)化干燥劑的使用性能和效果,進一步提升干燥劑在防霧領域的應用前景。

        參考文獻:

        [1]張世中,蘭天亮,路向前.關于汽車車燈起霧的改善設計[J].河南科技,2015(02):58-60.

        [2]黃寶陵,徐小平,顧敏沁,等.汽車車燈內(nèi)部結霧的熱分析及應對措施[J].汽車技術,2001(03):11-14.

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