Источники света

Классификация светосигнальных приборов

В минимальный обязательный комплект светосигнальных приборов для всех легковых и грузовых автомобилей входят:

− габаритные огни - два передних и два задних;

− два сигнала торможения, расположенных сзади;

− проблесковые указатели поворота - два передних, два задних и боковые;

− два задних световозвращателя;

− фонарь освещения номерного знака.

К необязательным сигнальным огням, установка которых допускается, относятся:

- задний противотуманный огонь;

- стояночный огонь;

- дополнительный сигнал торможения;

- боковые (маркировочные) огни;

- фонарь заднего хода; указатель траектории.

По характеру работы и своим функциональным особенностям светосигнальные приборы могут быть разделены на два класса:

− активные - фонари, имеющие свой источник света;

− пассивные - световозвращатели, не имеющие своего источника света и дающие сигнал путем отражения света фар другого автомобиля.

Активные приборы в зависимости от режимов работы подразделяются на фонари продолжительного и кратковременного действия (сигнал торможения и указатели поворотов), что определяет выбор материалов конструкции.

По условиям применения и степени видимости светосигнальные приборы могут быть:

− ночного применения - только для движения в темное время суток или при плохой видимости - габаритные, контурные, опознавательные, боковые и стояночные огни;

− круглосуточного применения - сигналы торможения, указатели поворота и аварийная сигнализация.

Конструкция современных автомобильных ламп представляет собой установленные в стеклянной колбе одно или два тела накала, смонтированные на токоподводящих электродах, соединенных с контактами цоколя. Тело накала изготовляют из вольфрама с присадками окиси кремния, окиси алюминия и др. Электроды выполняют из никеля, а стеклянные детали изготовляют из силикатного стекла. Для получения возможно большей концентрации тела накала вольфрамовую проволоку свивают в спираль и биспираль. Учитывая массовый характер производства и весьма жесткие требования по светораспределению, предъявляемые к световым приборам автомобиля, в особенности к фарам, монтаж тел накала относительно элементов фиксации цоколя обеспечивают с высокой степенью точности.

Источники света характеризуются рядом параметров, определяющих их основные электрические, световые и эксплуатационные свойства. Основными электрическими параметрами автомобильных ламп являются:

- номинальное напряжение (6, 12, 24 В);

-электрическая мощность (по ГОСТ 2023 - 90 автомобильные лампы маркируются так же, как и в Европе, по мощности в ваттах);

- расчетное напряжение, при котором лампа будет работать в течение ее срока службы (для указанных выше номинальных значений напряжений соответствующие расчетные напряжения составляют 6,7; 13,5; 28В).

К основным световым параметрам источников света относятся:

- номинальный световой поток лампы, измеряемый в люменах;

- максимальная сила света, измеряемая в канделах (ранее в свечах);

- яркость тела накала, измеряемая в нитах.

В отечественной промышленности маркировка автомобильных ламп указывает на тип лампы, номинальное напряжение и номинальную мощность. Например, А24-5 - однонитевая, 24 В, 5 Вт; А12-45+40 - двухнитевая 12 В, 45 Вт - нить дальнего света и 40 Вт - нить ближнего света. Стоящая впереди буква А означает «автомобильная».

Мощность ламп накаливания, применяемых в автомобильных сигнальных фонарях, не превышает 21 Вт. Это связано с тем, что сигнальные фонари в соответствии с назначением и характеристиками отличаются сравнительно малой силой света.

Общий вид автомобильных ламп накаливания показан на рис. 4.6.

Одним из существенных недостатков ламп накаливания является осаждение на колбе частиц вольфрама, что приводит к увеличению коэффициента поглощения колбы и снижению световой отдачи лампы. При введении в лампу галогенов или некоторых их соединений в ней устанавливается цикл возврата частиц вольфрама с колбы на тело накала, механизм которого следующий. Если в работающей лампе имеются пары йода и температура колбы 250°С < Т_к<1200°С, то пары йода образуют с осевшим на колбе вольфрамом йодистый вольфрам WI₂, который испаряется и, попадая в область тела накала, разлагается на йод и вольфрам, если температура в этой области выше 1400°С. Пары йода возвращаются к колбе лампы, образуют опять WI₂, и цикл повторяется. Вольфрам испаряется тем быстрее, чем выше температура участка тела накала. Так как температура дефектных участков выше, испарение с этих участков происходит интенсивнее, чем с бездефектных. Возвращаясь на тело накала, вольфрам оседает на более холодных его участках, образуя наросты. Таким образом, йодно-вольфрамовый цикл не компенсирует усиленное испарение вольфрама с дефектных участков и не позволяет существенно увеличить срок службы.

Рис. 4.6. Автомобильные лампы накаливания:

а - для фар головного освещения с европейской асимметричной системой светораспределения; б - галогенная категория Н1; в - галогенная категория НЗ; г - галогенная категория Н4; д -двухнитевая штифтовая; е -однонитевая штифтовая; ж - пальчиковая; з - софитная; 1 - колба; 2- нить дальнего света; 3 - нить ближнего света; 4 - экран; 5 - фокусирующий фланец; 6 - выводы; 7- цоколь

Кроме йода, для очистки колбы лампы от осевшего вольфрама, применяют другие галогены и их соединения. Особенно эффективными показали себя соединения брома, бромистый метилен СН₂Вг₂ и бромистый метил СН₃Вг.

Наличие возвратного цикла позволило увеличить рабочую температуру нити до 3000...3200°С, а следовательно, и ее световую отдачу до 22...25 лм/Вт, что в 1,5 раза выше светоотдачи обычных ламп. Для реализации цикла необходима высокая температура стенок колбы - около 600...700°С, поэтому колба галогенной лампы изготавливается из кварцевого стекла и имеет малые размеры, а спиральная нить накала для обеспечения более равномерного отложения на ней частиц вольфрама должна иметь форму прямого цилиндра. Для автомобильных фар разработаны и вошли в Правило № 37 ЕЭК ООН три типа однонитевых галогенных ламп - Н1, Н2, НЗ и двухнитевая лампа Н4.

Лампы Н1 и Н2 имеют нить, расположенную вдоль оси цоколя, и отличаются конструкцией последнего. Лампа НЗ, имеющая нить накала, перпендикулярную оси, и свой цоколь, получила наибольшее распространение. В лампе Н4 нить дальнего света также имеет форму прямого цилиндра и расположена параллельно оптической оси, лампа оснащена специальным цоколем. Лампы Н1 и НЗ применяются в противотуманных фарах, фарах дальнего света и в четырехфарных системах, дополнительных фарах дальнего света. Лампа Н2 почти не применяется как очень сложная в производстве. Лампа Н4 применяется в головных фарах двух- и четырехфарной систем освещения. Отечественная промышленность также освоила выпуск фарных галогенных ламп типов Н1, НЗ и Н4, имеющих в маркировке обозначение АКГ (автомобильная кварцевая галогенная). Изготовляются двухнитевые лампы категории Н4 типов АКГ12-60+55 и АКГ24-75+70 и однонитевые лампы для прожекторов и противотуманных фар категории Н1 типов АКГ12-55 и АКГ24-70 и НЗ типов АКГ12-55-1 ИАКГ24-70-1.

Появление в последние годы термостойких пластмасс предопределило возможность использования галогенных ламп и в светооптических схемах фонарей. Для этих целей в настоящее время, как за рубежом, так и в России проводятся разработки галогенных ламп пониженной мощности 5, 10, 15, 20 Вт, использование которых позволит создавать более эффективные приборы системы освещения и сигнализации.

Уже появились и достаточно широко применяются новые источники света - ксеноновые лампы. В отличие от автопромышленности в бытовой технике эти лампы уже давно являются не новостью и широко применяются в кинопроекционной аппаратуре и фотовспышках, так как их спектр излучения близок к солнечному свету. В колбе этих ламп светится дуговой разряд между электродами, помещенными в специальную среду, представляющую собой инертный газ. К основным из достоинств данных источников следует отнести то, что они не перегорают, не боятся вибраций, а светоотдача достигает 80 лм/Вт.

Но за это приходится платить сложностью самого устройства. Чтобы ионизировать инертный газ, необходимо пробить промежуток между электродами импульсом напряжением 20 кВ, что на автомобиле не является недостижимой задачей. Помимо этого, также необходимо приложить к этим же электродам переменный ток частотой 300 Гц и напряжением 330 В. Это и является основной сложностью. С появлением силовых полупроводниковых приборов данная проблема была решена и в ящике массой примерно 0,5 кг разместили необходимый преобразователь энергии.

На первом этапе из постоянного тока напряжением 10-17 В получают постоянное напряжение в 300 В. На втором этапе данное напряжение преобразуют в переменное нужной частоты. На третьем этапе переменное напряжение пропускают через устройство запуска, позволяющее достичь высоковольтного импульса, необходимого для поджига лампы. Сама же лампа D1 мощностью 35 Вт имеет массу всего 15 г и немногим больше по своим геометрическим размерам галогенной.

Все выше перечисленное и объясняет достаточно высокую стоимость преобразователя энергии для ксеноновой лампы. Для установки на автомобиле данной системы освещения необходимо как минимум два комплекта, а то и большее количество таких преобразователей, так как светораспределение фар дальнего и ближнего света совершенно разное. В традиционных лампах накаливания эту задачу решили путем применения двухнитевой конструкции. Точно рассчитанные отражатель и рассеиватель обеспечивали необходимое светораспределение для каждой нити. Напрашивается вопрос: так что же, в случае применения газоразрядных ламп потребуется устанавливать четыре фары с громоздкими и дорогими преобразователями?

Известные фирмы Bosch и Hella в этой ситуации нашли, в сущности, два похожих способа решения данного вопроса. В первом случае внутри фары размещают подвижный непрозрачный экран, который управляется соленоидом. При включении ближнего света данный экран опускается и отсекает часть светового потока, который мог бы привести к ослеплению водителей встречных транспортных средств. Во втором - вдоль оптической оси фары с помощью опять же соленоида перемещается уже сама лампа. Ее светящийся разряд попадает в точку, где должна находиться нить либо ближнего света, либо, напротив, дальнего. Процесс переключения длится всего 0,3 с, причем создается впечатление, что освещенное пространство перед автомобилем меняет свое очертание.

К источникам света с высокой световой отдачей относятся металлогалогенные лампы (МГЛ), в которых, также как и в ксеноновых используется дуговой разряд в инертном газе (обычно применяется аргон). Внутрь колбы вводятся в небольших пропорциях галогениды, т. е. металлы в сочетании с йодом, бромом, хлором. В зависимости от вида галогенида изменяется и спектр излучения. При этом температура испарения галогенидов ниже, чем чистых металлов. Попадая в зону разряда с высокой температурой галогениды распадаются на галоген и металл. Атомы металла в зоне высоких температур, возбуждаясь излучают характерный для них спектр. Диффундируя за пределы канала разряда в зону с более низкой температурой галогениды восстанавливаются и в таком виде находятся у стенок колбы, не вызывая ее разрушение.

Спектр излучения определяется различными галогенидами. Так, добавка натрия дает желтое излучение с длиной волны 589 нм, лития - красное с длиной волны 671 нм, таллия - темно-зеленое с длиной волны 535 нм, индия - фиолетовое, с длиной волны 435 и 410 нм.

Широкие перспективы имеют в качестве источников света светоизлучающие диоды (СИД).

Светоизлучающие диоды - это миниатюрные источники света, в которых излучение возникает на полупроводниковом переходе в результате рекомбинации электронов и дырок. В СИД используются полупроводниковые материалы высокой чистоты, легированные малым количеством контролируемых примесей n-, либо р- ти­па. Если к р-n переходу приложить постоянное напряжение прямой проводимости в несколько вольт, то в результате рекомбинации в зоне контакта дырок и электронов частично излучаются фотоны.

Достоинствами СИД являются высокий срок службы, достигающий 100 тыс. часов, что в 1000 раз превышает срок службы ламп накаливания. Температура корпуса светодиода не превышает 80°С. Они обладают высокой механической прочностью, имеют небольшие габаритные размеры и вес. Все это позволяет создавать источники света с принципиально новой конструкцией и возможностями применительно к транспортным средствам. В частности, фирма General Electric приступила к разработке головных фар с источником света на основе мощных СИД со световым потоком, превышающим 120 лм. Такие фары имеют малую глубину, что позволит улучшить дизайн и аэродинамические свойства автомобиля.

Так, в последней модели Ауди (Audi Le Mans Quattro) все световые приборы, включая подсветку салона и приборной доски, выполнены на светодиодах. В качестве фары дальнего света использована матрица, состоящая из 8 сверхярких светодиодов типа «Пиранья» (компания Lumileds Lighting), расположенных в два ряда. Фара ближнего света представляет собой светодиодную матрицу из девяти светодиодов, расположенных ближе к краю корпуса в три ряда. Наружные светодиоды в фаре установлены так, что их световой поток охватывает обочину дороги. Они автоматически включаются при повороте, создавая световой поток, направленный под углом в сторону поворота автомобиля.

Дата добавления: 2014-01-05