Кандидат технических наук Д. ЗЫКОВ.
В современном автомобиле можно насчитать более полусотни всевозможных ламп, лампочек и светодиодов. Часть из них предназначена для освещения дороги впереди и позади машины, другая часть - для обозначения габаритов, третья - для того, чтобы информировать окружающих о намерениях водителя, четвертая - для освещения салона, его закутков, панели приборов, багажника, моторного отсека, пятая - сигнальные лампы. Сегодня речь пойдет о лампах так называемого головного света - фарах.
Если бы случайно какой-то маскарадный бандит взлетел с обоими фарами, и вы остались только с проводкой, чтобы понять, есть ли у вас квадроциклы или не-квадровые фары, есть еще надежда на выяснение того, что у вас было! У четырех фары есть две лампы фары, одна для ближнего света и одна лампа дальнего света. Четырехглавые фары будут иметь два разъема лампы фар каждый, и каждый разъем будет иметь два провода, идущих к нему. В не-кварцевых фарах есть только одна лампа, которая является дальним светом и ближним светом.
Это означает, что будет только один разъем для лампы накаливания, в который входят три провода. У нас есть тысячи инсталляционных видеороликов для руководства, у нас есть конкурентоспособные цены и тысячи замен на складе в любое время по всей стране. Автомобиль прошел через многочисленные преобразования в течение своего 130-летнего существования. Одним из самых увлекательных аспектов всего этого развития была инновация автомобильного освещения, которая развивалась в тандеме с самой световой технологией.
Любая автомобильная фара состоит из корпуса, отражателя, рассеивателя и источника света, которым обычно служит лампа накаливания или газоразрядная лампа. Иногда отражатель, рассеиватель и источник света объединены в неразъемную конструкцию, называемую лампа-фара. Ее преимущество состоит в том, что раскаленная спираль находится в большом объеме газа, и за счет этого лампа лучше охлаждается. Кроме того, лампы-фары герметичны, поэтому у них не портится зеркальная поверхность отражателя и не загрязняется рассеиватель. Однако, когда такая лампа-фара перегорает, а это, увы, случается, приходится менять ее целиком. Стоит же такое изделие в пять-семь раз больше самой дорогой галогенной лампы для обычных фар.
Несмотря на постоянное развитие автомобильной промышленности, критики утверждают, что золотой век автомобильного освещения прошел. Чтобы понять эту линию рассуждений, важно взглянуть на историю освещения автомобилей. Наметив рост и падение, как некоторые люди могут назвать это, автомобильные огни могут помочь дать четкое представление о том, действительно ли прошел золотой век.
В десятилетия, предшествовавшие внедрению автомобиля, люди совершали свои частные поездки в конных экипажах. Проблема в том, что два основных состава лампы на масляной основе были дорогими, и, таким образом, технология для таких ламп не развивалась, так как в то время мало кто из инвесторов поддержал бы такое предприятие.
Несмотря на большое разнообразие, все фары по конструкции можно разделить на две группы: с подвижным или неподвижным рассеивателем. К первой относятся знакомые всем автолюбителям фары "Жигулей" первой модели. У них корпус фар неподвижен относительно кузова, а отражатель с рассеивателем и лампой может наклонять ся вверх-вниз и поворачиваться вправо-влево. Направление светового пучка регулируется обычно двумя винтами, расположенными на корпусе фары снаружи. Кому хоть раз приходилось это делать, прекрасно знает, как трудно бывает провернуть тонкие, насмерть заржавевшие регулировочные винты на старой машине. В фарах с неподвижным рассеивателем направление светового потока тоже задается положением отражателя и лампы, но регулировочные винты защищены от грязи и воды, поскольку обычно находятся под капотом.
Увы, этот новый тип лампы чреват многими из тех же препятствий, что и его предшественник, а именно высокие эксплуатационные расходы и нехватка средств. Самая большая проблема с электрическими фарами была внутренняя нить, которая могла бы быть довольно быстрой. Кроме того, такие лампы требовали наличия электрических ресурсов, которые города не могли позволить себе развивать в течение этого периода.
Фары с лампами накаливания
Как и в случае с лошадью и каретой, ранний автомобиль был ограничен с точки зрения источника освещения. Самые ранние автомобили были сначала освещены керосиновым маслом. Вскоре после этого ацетиленовые газовые фары стали стандартом автомобильной промышленности. Последнее было особенно проблематичным для транспортных средств, поскольку свет был видимым только на малых расстояниях, и газ мог замерзнуть в холодные месяцы. Следовательно, после темноты было трудно перемещаться по дорогам.
Ближний и дальний свет могут давать две разные фары или одна - с двухнитевой лампой. Нить дальнего света располагается в ней точно в фокусе отражателя и полностью открыта, а нить ближнего света находится чуть дальше фокуса и закрыта снизу небольшим металлическим экраном, поэтому свет от нее попадает только на верхнюю часть отражателя. Край экрана проецируется на дорогу как линия раздела "свет-тень". При такой схеме свет фар распределя ется по типу "тень выше, свет ниже" с вполне приемлемой освещенностью и в то же время не слишком ослепляет встречных водителей.
Отчасти из-за этих ограничений, ранним автомобилям не хватало внутренних огней и задних фонарей. Тем не менее, автомобильные и осветительные инженеры энергично работали над созданием более удовлетворительной системы для автомобилей в течение первых нескольких лет 20-го века. Первоначально, однако, новая фара была доступна только в качестве дорогостоящего варианта модернизации для существующих владельцев автомобилей.
Мир, возможно, был в десятилетия от тех видов фар, которые люди знают сегодня, но передовое мышление инженеров в этот период времени показывает, в какой степени производители имели прочное видение автомобиля. Тем не менее, активация света в этот момент все еще требовала, чтобы водитель или пассажир прыгнули и перевернули свет рукой.
Сегодня используются в основном галогенные двухнитевые лампы, а лампы с инертными наполнителями практически забыты. Главное преимущество галогенных ламп заключается в том, что их внутренняя поверхность со временем не темнеет. Светоотдача у них выше, чем у обыкновенных, например, лампа категории R2 (такие используются в "жигулевских" фарах) при мощности 55/50 Вт (соответственно ближний и дальний свет) выдает световой поток в пределах 400-550 лм (люмен - единица светового потока), а близкая к ней по мощности галогенная лампа категории Н4 мощностью 60/55 Вт - в пределах 1000-1650 лм. Немаловажно и то, что по сроку службы галогенные лампы превосходят обычные почти вдвое.
Увеличенное использование электрического освещения в автомобилях сделало преимущества безопасности этой новой технологии достаточно ясными для законодателей. В это же время задние фонари и тормозные лампы были введены автопроизводителями на новых моделях автомобилей. К концу десятилетия инженеры презентовали несколько методов снижения бликов для автомобильных фар.
Внедрение элементов управления внутренней обивкой было самым значительным событием этого десятилетия в истории автомобильных фар, поскольку оно давало автомобильное освещение менее примитивным и практичным для конечного пользователя. Кроме того, в соответствии с требованиями фар в законе раскрывается степень, в которой автомобильные огни уже созрели, поскольку преимущества теперь были очевидны за пределами промышленности и автомобилистов в целом.
Не так давно в автомобильные фары стали устанавливать ксеноновые газоразрядные лампы. Они весьма надежны и обладают еще большей светоотдачей (при электрической мощности 35-40 Вт световой поток достигает 3200 лм). Срок службы газоразрядных ламп - 1500 часов. Но чтобы они работали, автомобильных 12-ти вольт не хватает, нужны специальные электронные системы управления и преобразователи напряжения, дающие от 10 до 20 кВ.
Виды автомобильных фар и их маркировка
На этом этапе автомобили, без сомнения, стали неотъемлемой частью общества. Весь смысл этих законов заключался в повышении безопасности водителей, пассажиров и пешеходов. Тем не менее, новый поток законов сделал еще один шаг: недостаточно было просто иметь электрические фары - теперь необходимо было также предусмотреть фары для пучка определенного количества света и только в определенных направлениях.
Чтобы лучше выполнить эти требования, инженеры включили опции с высоким и низким лучом в фары. Одновременно европейские производители разрабатывали функции снижения яркости для автомобильных фар. Когда «Ревущие двадцатые» подошли к концу, все большее число автомобилей теперь оснащено ножными механизмами затемнения.
Существуют две системы требований к автомобильным осветительным приборам - европейская и американская. Они включают требования к габаритным огням, сигналам поворотов и к нормам распределения света фар. По европейскому стандарту ближний свет фар должен иметь четкую границу света и тени. В странах с правосторонним движением эта граница слева горизонтальна, а справа - отклонена вверх на 15 градусов для освещения обочины. В американской системе светотеневая граница для ближнего света не обозначена. Требования же к распределению дальнего света в обеих системах почти одинаковы. В заключение приведем несколько советов по оснащению автомобиля световыми приборами и уходу за ними, которые помогут автолюбителям уверенно чувствовать себя на дороге в темное время.
Улучшение ближнего и дальнего света
Если бы автопроизводители должны были снабжать лучшими лампами фар для автомобилей, недостаточно было просто сделать свет ярким и легким в управлении - фары также должны были набегать на определенные уровни и достигать определенных областей. Более того, поскольку это было необходимо, чтобы предлагать самые яркие лампочки, которые могут позволить технологии, теперь стало понятно, что блики должны быть очищены, поэтому он не навязывал себя слишком сильно или даже опасно другим автолюбителям.
Исследования в этом вопросе привели к корректировке моделей пучков и, следовательно, к осознанию того, что свет, направленный определенным образом, может сделать вещи более безопасными для водителей, а также менее наложенным на встречных автомобилистов. Благодаря этому дизайну автомобили могли производить свет более безопасно и эффективно, чем когда-либо. Как только лампа истекла, ее можно просто взять в магазин и заменить. К концу десятилетия дизайн фары с заглушками стал обязательным для всех автомобилей.
Для того, чтобы фары светили ярко, они должны быть чистыми. Даже небольшое загрязнение стекол может снизить освещенность дороги впереди автомобиля в три-четыре раза.
Загрязненные фары следует мыть, а не протирать «всухую». Не только грубые, но и легкие царапины на стекле способны существенно снизить освещенность дороги.
Не стоит надевать на фары пластмассовые колпаки, они в два-три раза снижают световой поток и нарушают тепловой режим.
В настоящее время в отрасли предлагается ряд ламп накаливания, которые обеспечивают более безопасное освещение, а также устраняют как положительные, так и отрицательные эффекты, которые могут иметь яркие огни у других автолюбителей в ситуациях, связанных с торговлей людьми.
Благодаря этим достижениям автопроизводители вышли из примитивных этапов дизайна света и вступили в тот период, который многие водители узнали бы как современную эпоху фар. Поскольку Вторая мировая война требовала внимания всего мира, инновации на автомобильном свете замедлились, но автомобильная промышленность стала свидетелем одного близкого развития: проблескового света, известного как сигнал поворота.
Не ставьте в фары цветные лампы (они бывают желтые, голубые и синие). Ничего, кроме уменьшения светоотдачи, цветное стекло не дает.
Устанавливая в фару галогенную лампу, не касайтесь ее колбы. Легкий жировой налет от пальцев начнет пригорать и замутнит стекло. Нагар неизбежно ухудшит условия охлаждения лампы, и она в скором времени оплавится.
До чего дошел прогресс…
По прошествии десятилетия сигналы поворота стали стандартной функцией во всех американских автомобилях. Это сделало намного легче сделать левые повороты на четырехсторонних перекрестках, потому что водителю больше не приходилось вручную сигнализировать товарищам-автолюбителям.
Классификация фар по назначению
Мало того, что свет стал проще в использовании, но они также стали более привлекательными в рамках дизайна автомобилей. С этого момента автопроизводители выпускают более компактные, более удобные автомобили с оптимальным освещением, которым нравятся автомобилисты по сей день.
Не пытайтесь вставить в фару лампу, цоколь которой не подходит к гнезду в корпусе отражателя, установить ее точно не удастся. От тряски лампа неизбежно сместится, и фара будет светить неизвестно куда. Лучше найти подходящую лампу или переходник. Сейчас их выпускают.
Проверьте герметичность фары после замены лампы. Если герметичность нарушена, на отражатель попадает грязь. А поскольку внутри работающей фары температура повышена, грязь пригорает. Очистить «внутренности» фары после этого невозможно, ее остается только менять.
С этой точки зрения цель простиралась далеко за пределы простого изготовления лучших ламп накаливания для автомобилей. Точно так же ожидания водителей к настоящему времени простирались далеко за пределы простых вопросов, таких как «какие самые яркие фары». Теперь автопроизводители рассматривали способы максимизации света для множества управляющих функций, а разработка сигналов поворота только начало.
В то время как американский закон требовал круглых запечатанных балок в первые годы десятилетия, автопроизводители в Европе предпочитали заменять ламповые фары. В течение трех лет законодатели зеленого света освещали использование отдельных фары для лучей обеих интенсивностей.
Не увлекайтесь лампами повышенной мощности. Некоторые автолюбители ставят на "Жигули" лампы мощностью 130/120 Вт. Они дают очень незначительное увеличение освещенности по сравнению со штатными лампами (при правильной регулировке фар), а последствия возникают самые нежелательные. Прежде всего, фары начинают перегреваться, от этого оплавляются лампы, идет коробление отражателей и выгорание их зеркального покрытия. Кроме того, подгорают и оплавляются контакты электропроводки и реле, возрастает нагрузка на генератор.
Благодаря этим последним нововведениям, теперь было легче ездить в любое время дня и ночи. Под ясным полуденным солнцем фары обычно отключались, кроме как при парковке в гаражах и вытягивании в темные области. Однако в дождливые дни лампы с дальним светом удерживали каждую машину в непосредственной близости от оживленных автомагистралей.
Ранним вечером низкие лучи также были полезны во время перехода между светом и тьмой. Позже ночью огни дальнего света облегчат водителям движение по темным дорогам. В некотором смысле, это относительное отсутствие развития дороги и шоссе сыграло в историю адаптивных фары, стимулируя инновации в последнем царстве, чтобы компенсировать первое. Поскольку автомобили стали более доступными среди людей в скобках с более низким доходом, автопроизводителям было предложено адаптировать автомобили к потребностям более широкой клиентской базы, в которую в настоящее время включалось все большее число людей, которые работали на смену кладбища или вели большие расстояния на ежедневной основе - отсюда необходимость для типов ламп фар, которые предлагают более одного уровня интенсивности.
Следите за состоянием контактов на проводах, ведущих к фарам. Особенно внимательно стоит отнестись к так называемому массовому проводу, соединяющему металлический корпус фары с кузовом. Даже незначительный слой окисла в месте крепления этого провода к кузову или корпусу фары существенно снижает силу света. Из-за этого фара может полностью отключиться.
Типы и маркировка автомобильных фар
Хотя в основном лампа накаливания, новый свет использовал небольшой след бромида или иодного галогена. Результатом был другой состав газа с более ярким свечением. Благодаря своей способности производить более богатое качество света без использования дополнительной мощности, галогенный свет стал популярным во всей Европе из-за его яркости и долговечности. Незадолго до того, как галогенные лампы были обязательными в большинстве стран Европы.
В течение этого времени Федеральный стандарт безопасности транспортных средств 108 требовал, чтобы все фары были выполнены из герметичных балок. Национальная администрация безопасности дорожного движения, дизайн автомобильных огней теперь находится в руках федеральных регуляторов.
Не устанавливайте на автомобиль дополнительные мощные фары - они перегружают генератор. Помните, что их можно ставить только в определенных зонах, строго оговоренных в Правилах дорожного движения. Если вы все-таки решили поставить на машину дополнительные фары, обязательно подключайте их через реле. Стандартные отечественные реле подходят для любых импортных фар.
См. в номере на ту же тему
Чем ксеноновые лампы фар отличаются от галогенных? Кто впервые применил в автомобиле лампы накаливания? Какими бывают «адаптивные» фары? Мы решили проследить весь путь эволюции автомобильных систем освещения - от ацетиленовых горелок до новейших «умных» головных систем, в которых лучи от светодиодов будут освещать дорогу по командам системы навигации.
До лампочки
До лампочки были свечи. Или масляные горелки. Но светили они настолько слабо, что ночью автомобиль было проще оставить дома, чем путешествовать «на ощупь».
Первым источником автомобильного света стал газ ацетилен - использовать его для освещения дороги в 1896 году предложил летчик и авиаконструктор Луи Блерио. Запуск ацетиленовых фар - целый ритуал. Сначала требуется открыть краник ацетиленового генератора, чтобы вода закапала на карбид кальция, который находится на дне «бочонка». При взаимодействии карбида с водой образуется ацетилен, который по резиновым трубкам поступает к керамической горелке, что находится в фокусе отражателя. Теперь шофер должен открыть стекло фары, чиркнуть спичкой - и пожалуйста, в светлый путь. Но максимум через четыре часа придется остановиться - для того, чтобы вновь открыть фару, вычистить ее от копоти и заправить генератор новой порцией карбида и воды.
Однако светили карбидные фары на славу. Например, созданные в 1908 году Вестфальской металлопромышленной компанией (так в то время называлась Hella) ацетиленовые фары освещали до 300 метров пути! Столь высокого результата удалось достичь благодаря использованию линз и параболических рефлекторов. Кстати, сам параболический отражатель еще в 1779 году изобрел Иван Петрович Кулибин - тот самый Кулибин, который создал трехколесную «самокатку» с маховиком и с прообразом коробки передач.
Первая автомобильная лампа накаливания была запатентована еще в 1899 году французской фирмой Bassee & Michel. Но вплоть до 1910 года лампы с угольной нитью накаливания были ненадежными, очень неэкономичными и требовали тяжелых батарей увеличенного размера, которые к тому же зависели от станций подзарядки: автомобильных генераторов подходящей мощности еще не существовало. И тут произошел переворот в «осветительных» технологиях - нити накаливания стали делать из тугоплавкого вольфрама (температура плавления 3410°С), который не «выгорал». Первым серийным автомобилем с электрическим светом (а еще - с электрическим стартером и зажиганием) стал Cadillac Model 30 Self Starter («самозапускающийся») 1912 года. Уже через год 37% американских автомобилей имели электроосвещение, а еще через четыре - 99%! С разработкой подходящей динамомашины исчезла и зависимость от зарядных станций.
Кстати, если вы думаете, что лампу накаливания изобрел Томас Альва Эдисон, то это не совсем так. Да, именно Эдисон всерьез занялся лампочками, когда газ в его мастерской отключили за неуплату. И именно Эдисон в 1880 году представил исчерпывающее обоснование того, что следует использовать лампы с угольной нитью накаливания, помещенной в безвоздушное пространство стеклянного шара. Эдисон придумал и цоколь. Но базовая конструкция лампы накаливания принадлежит русскому электротехнику Александру Николаевичу Лодыгину, уроженцу Тамбовской губернии. Свою разработку он представил на шесть лет раньше. Более того, исторические документы упоминают некоего немецкого часовщика Генриха Гебеля, который сумел с помощью электричества раскалить до свечения обугленное бамбуковое волокно, вставленное в стеклянную колбу, аж 150 лет назад, в 1854 году. Вот только на патент у Гебеля банально не хватило денег...
Ослепительные идеи
Впервые проблема ослепления встречных водителей возникла с появлением карбидных фар. Боролись с ней по-разному: перемещали рефлектор, выводя из его фокуса источник света, с той же целью двигали саму горелку, а также ставили на пути света различные шторки, заслонки и жалюзи. А когда в фарах засветилась лампа накаливания, в электрическую цепь при встречных разъездах даже включали добавочные сопротивления, снижавшие накал нити. Но лучшее решение предложила фирма Bosch, в 1919 году создавшая лампу с двумя нитями накаливания - для дальнего и ближнего света. К тому времени уже был придуман рассеиватель - покрытое призматическими линзами стекло фары, отклоняющее свет лампы вниз и по сторонам. С тех пор перед конструкторами стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей.
Увеличить яркость ламп накаливания можно, подняв температуру нити. Но при этом вольфрам начинает интенсивно испаряться. Если внутри лампы вакуум, то атомы вольфрама постепенно оседают на колбе, покрывая ее изнутри темным налетом. Решение проблемы нашли во время Первой мировой войны: с 1915 года лампы стали заполнять смесью аргона и азота. Молекулы газов образуют своебразный «барьер», препятствующий испарению вольфрама. А следующий шаг был сделан уже в конце 50-х годов: колбу стали наполнять галогенидами, газообразными соединениями йода или брома. Они «связывают» испаряющийся вольфрам и возвращают его на спираль. Первую галогенную лампу для автомобиля представила в 1962 году Hella - «регенерация» нити позволила поднять рабочую температуру с 2500 К до 3200 К, что увеличило светоотдачу в полтора раза, с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. При этом ресурс ламп вырос вдвое, теплоотдача снизилась с 90% до 40%, а размеры стали меньше (галогенный цикл требует близости нити и стеклянной «оболочки»).
А главный шаг в решении проблемы ослепления был сделан в середине 50-х - французская фирма Cibie в 1955 году предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы «пассажирская» обочина освещалась дальше «водительской». И через два года «асимметричный» свет в Европе был узаконен.
Де_формация
На протяжении многих лет фары оставались круглыми - это наиболее простая и дешевая в изготовлении форма параболического отражателя. Но порыв «аэродинамического» ветра сначала «задул» фары в крылья автомобиля (впервые интегрированные фары появились у Pierce-Arrow в 1913 году), а затем превратил круг в прямоугольник (прямоугольными фарами оснащался уже Citroen AMI 6 1961 года). Такие фары были сложнее в производстве, требовали больше подкапотного пространства, но вместе с меньшими вертикальными габаритами имели большую площадь отражателя и увеличенный светопоток.
Чтобы заставить такую фару ярко светить при меньших габаритах, следовало придать параболическому отражателю (в прямоугольных фарах - усеченный параболоид) еще большую глубину. А это было чересчур трудоемко. В общем, привычные оптические схемы для дальнейшего развития не годились. Тогда английская фирма Lucas предложила использовать «гомофокальный» отражатель - комбинацию двух усеченных параболоидов с разными фокусными расстояниями, но с общим фокусом. Одним из первых новинку примерил Austin-Rover Maestro в 1983 году. В том же году фирма Hella представила концептуальную разработку - «трехосные» фары с отражателем эллипсоидной формы (DE, DreiachsEllipsoid). Дело в том, что у эллипсоидного отражателя сразу два фокуса. Лучи, выпущенные галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу. Такой тип фар называют прожекторным. Эффективность «эллипсоидной» фары в режиме ближнего света превосходила «параболическую» на 9% (обычные фары отправляли по назначению лишь 27% света) при диаметре всего в 60 миллиметров. Эти фары предназначались для противотуманного и ближнего света (во втором фокусе размещался экран, создающий асимметричную светотеневую границу). А первым серийным автомобилем с «трехосными» фарами стала «семерка» BMW в конце 1986 года. Еще через два года эллипсоидные фары стали просто супер! Точнее - Super DE, как называла их Hella. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы - он был «свободным» (Free Form), рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.
Дальнейшее развитие отражателей было бы невозможно без математического моделирования - компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. Взгляните, к примеру, в «глаза» таких машин, как Daewoo Matiz, Hyundai Getz или «молодая» Газель. Их отражатели поделены на сегменты, каждый из которых имеет свой фокус и фокусное расстояние. Каждая «долька» многофокусного отражателя отвечает за освещение «своего» участка дороги. Свет лампы используется почти полностью - за исключением разве что торца лампы, прикрытого колпачком. А рассеиватель, то есть стекло с множеством «встроенных» линз, теперь не нужен - отражатель сам отлично справляется с распределением света и созданием светотеневой границы. Эффективность таких фар, называемых отражающими, близка к прожекторным.
Современные отражатели «формируют» из термопластика, алюминия, магния и термосета (металлизированного пластика), а накрывают фары не стеклами, а поликарбонатом. Впервые пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане Opel Omega - это позволило снизить массу фары почти на килограмм! Но зато поликарбонатные «стекла» гораздо хуже сопротивляются истиранию, нежели стекла настоящие. Поэтому щеточных очистителей фар, которые еще в 1971 году предложил Saab, больше не делают...