Исторические факты о ксеноне

Первым источником света в автомобиле был газ ацетилен. Первым, кто предложил попробовать использовать его для освещения дороги в 1896 году был летчик и авиаконструктор Луи Блерио. Запуск зажигания ацетиленовых фар — это целый, так сказать, ритуал. Для начала необходимо открыть краник ацетиленового генератора, дабы вода начала капать на карбид кальция, который размещен на дне «бочоночка». При химической реакции карбида с водой начинает образовываться ацетилен, который по специальным резиновым трубкам подходит к керамической горелке, которая находится в фокусе отражателя. Потом шоферу необходимо было открыть стекло фары, зажечь спичку — и в «светлый путь». Но максимум уже через три-четыре часа нужно остановиться с целью заново открыть фару, убрать с нее образовавшуюся копоть и заправить генератор свежей порцией карбида и воды. Но стоит отметить, что светили карбидные фары очень хорошо.

Так, произведенные в 1908 году Вестфальской металлопромышленной компанией (так в то время называлась небезызвестная Hella) ацетиленовые фонари светили на расстояние до 300 метров! Такой успешный результат удалось получить при применении линз и параболических рефлекторов. Самая первая автомобильная лампа накаливания была еще в 1899 году запатентована французской организацией Bassee & Michel. Но на протяжении всего времени, вплоть до 1910 года, лампочки с угольной нитью накаливания были весьма ненадежными, очень неэкономичными и нуждались в нелегких батареях большого размера. Кстати, эти батареи также сильно зависели от своеобразных, на то время, станций подзарядки. Ведь автомобильных генераторов достойной мощности еще не было разработано.

И тут произошла революция в осветительных лампах: нити накаливания впервые начали производить из тугоплавкого вольфрама, температура плавления которого — 3410°С. Нити накаливания из вольфрама практически не перегорали. Первым автомобилем, который поступил в серийное производство с электрическими лампочками (ко всему сказанному — еще и с электрическим стартером и зажиганием), стал Cadillac Model 30 Self Starter (прозванный «самозапускающийся») 1912 года выпуска. И уже спустя год после этого события 37% автомобилей, произведенных в США, имели такой свет, а еще через четыре года — 99%! С внедрением эффективной динамомашины пропала и необходимость в зарядных станциях.

Ослепление

Впервые проблема ослепления едущих на встречу водителей появилась при использовании карбидных фар. Пытались решить эту проблему разными способами: изменяли положение рефлектора, удаляя из его фокуса источник света; также перемещали и саму горелку; размещали на пути света разнообразные шторки, заслонки и маленькие жалюзи. А когда в фарах начала светиться лампа накаливания, в электрическую цепь при встречном движении даже подключали дополнительные сопротивления, которые понижали накал нити. Но лучший выход из ситуации предложила фирма Bosch, которая в 1919 году разработала лампу с двумя нитями накаливания: для дальнего и ближнего света. К тому времени уже существовал рассеиватель — покрытое призматическими линзами стекло фары, отклоняющее свет от лампы вниз и по сторонам.

С тех времен перед конструкторами всего света стоят две прямо противоположные цели: как можно больше осветить дорогу и убрать побочное явление ослепления встречных водителей. Придать большую яркость лампе накаливания возможно, увеличив температуру нити. Но при этом вольфрам быстро испаряется. При условии наличия внутри лампы вакуума, атомы вольфрама медленно оседают на колбе, обволакивая ее изнутри черным налетом. Эту проблему решили во времена Первой мировой войны: начиная с 1915 года лампы накаливания стали наполнять смесью аргона и азота. Молекулы упомянутых выше газов обеспечивают определенный барьер, который предотвращает настойчивое испарение вольфрама.

Следующим шагом в развитии этой технологии был конец 50-х годов: колбу стали заполнять галогенидами — газообразными соединениями йода или брома. Эти газы «улавливают» интенсивно испаряющийся вольфрам и возвращают его обратно на спираль. Самую первую галогенную лампу для автомобиля представила общественности в далеком 1962 году Hella : новая технология изготовления нити позволила поднять эффективную рабочую температуру с 2500 до 3200 градусов Цельсия, что, в свою очередь, увеличило светоотдачу лампы в полтора раза в интервале от 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. При такой технологии ресурс ламп увеличился в 2 раза, теплоотдача уменьшилась с 90% до 40%, а размеры лампы стали значительно меньше (галогенный цикл требует условия близости нити со стеклянной колбой). А следующий революционный шаг в решении проблемы ослепления был предложен в середине 50-х годов французской фирмой Cibie в 1955 году. Ее разработка заключалась в принципе асимметричного распределения ближнего света. Смысл заключался в том, что обочина со стороны пассажира освещалась больше и дальше «водительской». Спустя 2 года «асимметричный» свет был признан в Европе и официально узаконен.

Эволюция форм

Длительный период времени фары производились круглыми по причине простоты и дешевизны параболического отражателя. Но прогресс «аэродинамического» ветра в начале «задул» фары в крылья автомобиля (первые внутренние фары появились у Pierce-Arrow в далеком 1913 году), а потом уже изменил круг в прямоугольник (прямоугольными фарами обзавелся Citroen AMI 6 1961 года выпуска). Производство таких фар было значительно сложнее, нужно было больше пространства под капотом. Из положительных качеств стоит отметить намного большую площадь самого отражателя и значительно увеличенный поток света. Чтобы обеспечить яркое свечение такой фары при маленьких габаритах, нужно было придать параболическому отражателю света (в прямоугольных фарах — усеченный параболоид) более глубокую посадку. Такое техническое задание было дорогостоящим и трудоемким. По большому счету, уже разработанные оптические принципы и схемы для дальнейшего продвижения не стали пригодны. Поэтому английская фирма Lucas предложила попробовать «гомофокальный» отражатель, который представлял из себя комбинацию из двух усеченных параболоидов с различными фокусными расстояниями, но с определенным общим фокусом. Первым, кто испытал это изобретение, был автомобиль Austin-Rover Maestro в 1983 году.

В том же 1983 году предприятие Hella представило совершенно концептуальную разработку — «трехосные» фары с применением отражателя эллипсоидной формы (DE, DreiachsEllipsoid). Находка заключалась в том, что эллипсоидный отражатель имел сразу два фокуса. Лучи, которые испустили галогенные лампы из первого фокуса, аккумулируются во втором, а оттуда уже держат путь в собирающие линзы. Этот вид фар называется прожекторным. Производительность «эллипсоидной» фары в режиме ближнего свечения намного превосходила по параметрам «параболическую» фару. Эти фары изначально разрабатывались для противотуманного и ближнего света. В таких фарах во втором фокусе был расположен экран, который создавал асимметричную светотеневую границу.

Первым серийным автомобилем, который комплектовался «трехосными» фарами стала седьмая модель BMW в конце 1986 года. Еще спустя два года эллипсоидные фары приобрели статус «супер», а точнее — «Super DE», как назвала их Hella. Этот профиль отражателя мог быть эллипсоидной формы — он был «свободным» (Free Form), спроектированный таким образом, чтобы большая часть излучаемого света проходила над экраном, который отвечает за ближний свет. КПД таких фар увеличился до 52%. Последующее развитие отражателей было бы неудобным без математического моделирования — компьютеры предоставили возможность проектировать самые сложные по производству комбинированные рефлекторы. Компьютерное моделирование позволяет увеличить кратно число сегментов вплоть до бесконечности так, что они сливаются в единственную поверхность «свободной» формы. Присмотритесь к фарам Daewoo Matiz, Hyundai Getz. Их отражатели разделены на сегменты, и каждый из них имеет только свой фокус и фокусное расстояние. Каждый сегмент многофокусного отражателя приспособлен для освещения определенного участка дороги. Свет от лампы используется практически полностью (за исключением торца лампы, который прикрыт колпачком). А сам рассеиватель, то есть стекло с множеством встроенных линз, отныне не нужен: отражатель сам превосходно справляется с распределением света и генерацией светотеневой границы. Эффективность этих фар, так называемых «отражающих», подходит близко к прожекторным.

Современные отражатели изготавливают из термопластика, алюминия, магния и термосета (металлизированного пластика), а снаружи фары закрывают не стеклами, а поликарбонатом. Первый пластиковый рассеиватель был установлен в 1993 году на седане Opel Omega. Это повлекло за собой снижение массы фары почти на 1 килограмм — а это уже технически выгодно! Но недостатком есть то, что поликарбонатные стекла быстрее изнашиваются, чем настоящие . Вот именно поэтому щеточных «дворников», которые в 1971 году внедрял Saab, больше не делают.

Ксенон и светодиоды

Почти столетнее доминирование лампы накаливания близится к своему завершению. «Передать булаву» ей помогают совершенные благородные газы — криптон и ксенон. Второй считается одним из самых лучших составляющих ламп накаливания: используя ксенон, возможно повысить температуру нити почти к точке плавления вольфрама и получить свет по спектру свечения приближенный к солнечному. Но насыщенные ксеноном самые обычные лампы накаливания — это один случай. А «ксенон» с ярко-голубым свечением, который устанавливают на дорогих авто,— это уже совсем другой случай. В ксеноновых газоразрядных лампах сияет не раскаленная нить, а сам ксенон — точнее, электрическая дуга, которая образуется между электродами при газовом разряде вместе с подачей высоковольтного напряжения. Впервые эти лампы (Bosch Litronic) были установлены на серийном BMW 750iL в 1991 году.

Газоразрядный «ксенон» на порядок эффективнее самых совершенных ламп накаливания: на бесполезный нагрев здесь расходуется не 40% электроэнергии, а всего 7–8%. Соответственно, газоразрядные лампы потребляют меньше энергии (35 Вт против 55 Вт у галогенных) и светят при этом вдвое ярче (3200 лм против 1500 лм). А поскольку нити фактически нет, то и перегорать нечему — ксеноновые газоразрядные лампы по сроку службы намного превосходят обычные.

Но устройство газоразрядных ламп гораздо сложнее. Самая сложная задача — зажечь газовый разряд. Для этого из 12 В бортовой проводки нужно получить короткий по времени импульс напряжением в 25 киловольт переменного тока, с частотой в пределах 400 Гц! Для этого разработан специальный модуль зажигания. Когда лампа зажглась, электроника уменьшает напряжение до 85 вольт, которые достаточны для поддержания разряда. Учитывая сложность всей конструкции и инерции при зажигании, изначально газоразрядные лампы нашли применение в режиме ближнего света. Дальний свет излучался «галогенкой».

Совместить ближний и дальний свет в одной фаре конструкторы сумели через 6 лет, причем разработали два доступных способа получить «биксенон». При использовании прожекторной фары (той, что разработала Hella) переключение режимов света обеспечивается экраном, который находится во втором фокусе эллипсоидного отражателя. При включенном ближнем свете он ограничивает распространение части лучей, при дальнем — экран убирается и не мешает распространению светового потока. В отражающем типе фар «двойное действие» газоразрядной лампы обеспечивается общим перемещением как рефлектора, так и источника света. В результате вслед за фокусным расстоянием изменяется и светораспределение. Но, как утверждает фирма Valeo, можно достичь на 40% лучшей освещаемости, чем у «биксенона», благодаря использованию отдельных газоразрядных ламп как для ближнего, так и для дальнего света. Стоит сказать,что модулей зажигания теперь 4 — такими фарами комплектуется Volkswagen Phaeton W12. Но перспектива газоразрядных ламп вовсе не такое яркая, как их свет. Специалисты говорят, что будущее — за светодиодами.

Светодиод — это полупроводниковый элемент, который излучает свет при прохождении в нем тока. До начала 90-х годов их применение в автомобилях ограничивалось только лишь индикацией : слишком низкой была их светоотдача. Но уже в 1992 году Hella оборудовала «тройку» BMW Cabrio центральным стоп-сигналом с применением светодиодов. На сегодняшний день они все чаще используются в задних фонарях в виде «габаритов» и стоп-сигналов.

Светодиоды загораются на 0,2 секунды быстрее обычных лампочек, используют значительно меньше энергии (10 Вт против 21 Вт) и срок службы их практически не ограничен. Но для того, чтобы эффекивно заменить лампы светодиодами в передних фарах, нужно решить ряд проблем. Во-первых, даже самые эффективные светодиоды пока приравниваются только к галогенным лампам (светоотдача — около 25 люменов на ватт). При этом они на порядок дороже и требуют особой системы охлаждения, потому что это — такие же полупроводниковые приборы, как и процессоры компьютеров. Первые серийные светодиодные фары должны появиться на прилавках в 2010 году. А пока полупроводники выполняют другие функции. К примеру, постоянный «дневной свет», как в Audi A8 W12, где в каждой фаре находятся пять светодиодов.

Адаптивный свет

Попытки поворачивать фары автомобиля синхронно с поворотом руля люди начали применять одновременно с появлением самих фар. Это очень удобно — видеть ту часть дороги, куда поворачиваешь. Но механическое взаимоотношение связи фар и руля не позволяло эффективно соотносить угол поворота света от фар со скоростью движения, а установленные правила начала 19-го века «адаптивный» свет просто-напросто запрещали. Воплотить в жизнь эту оригинальную задумку смогла фирма Cibie. В 1967 французы разработали первый удачный механизм динамической настройки угла наклона фар, а год спустя Citroen DS начали обеспечивать автомобили поворотными фарами дальнего света. В наши дни технология поворотного освещения возрождается опять, но уже на современном, «электронном», уровне. Самый простой вариант — дополнительная «боковая» лампа, которая начинает гореть при повороте руля или при включении лампочки поворота при скорости до 70 км/ч. Такие фары имеют, например, Audi A8 и Porsche Cayenne.

Следующий вариант — настоящие поворотные фары. В них биксеноновый прожектор с учетом скорости езды, угла поворота руля и угловой скорости автомобиля вокруг вертикальной оси («датчик поворота») поворачивается согласно величине поворота руля в пределах 22° : на 15° наружу и на 7° внутрь. Такие фары имеют BMW, Lexus, Mercedes, Opel Astra.

Третий вариант «адаптивного» света — это комбинированный вариант. На больших скоростях работает только поворотный прожектор, а при медленном вхождении в поворот или при маневрировании включается статическое постоянное освещение, которое имеет угол охвата в 90 градусов. Такие фары имеются в Opel Signum.

Но, наверное, самая лучшая из разработок — это VARILIS. Это система, которую Hella разрабатывает в сотрудничестве с несколькими автопроизводителями. Эта аббревиатура расшифровывается как “Variable Intelligent lighting system”. Одна из разновидностей — система VarioX, которая обеспечивает работу фары в пяти разных режимах света. Для этого в «ксеноновом» прожекторе вместо экрана, включающего ближний свет, находится цилиндр сложной формы. Смена режимов происходит благодаря обороту цилиндра. В итоге в городе фары светят довольно близко, но широко, а на автобане ближний свет чуть изменяется в форму пучка — для большей дистанции распространения.

Позже европейские правила разрешили подключить фары к системе GPS. Первой, кто внедрил такую разработку, была BMW в 2001 году. Давайте припомним концепт-кар X-Coupe с асимметричным дизайном. Фары у него вращались по сигналу GPS-навигатора с учетом таких факторов: скорости движения по трассе, угла поворота руля автомобиля и бокового ускорения. А еще навигационная система способна предварительно «угадывать» повороты и автоматически управлять изменением светораспределения, к примеру, при пересечении украинской границы. VarioX умеет и это!

Америка—Европа

Общий подход к системам освещения в Европе и за океаном отличается кардинально. Для начала скажем про то, что американские законы вплоть до 1975 года не разрешали установку фар прямоугольной формы и галогенных ламп! Причем в США лампа и фара были единым целым. Эти лампы-фары в США устанавливали с 1939 года. Преимуществом таких фар было одно: герметичность лампы-фары разрешала обработать поверхность рефлектора серебром, у которого отражающая функция достигает 90% (против 60% у использовавшихся в те времена хромированных рефлекторов). Но лампу-фару, конечно, приходилось менять целиком.

Основным отличием в подходе к системам освещения является то, что в Европе с 1957 года узаконено асимметричное светораспределение с большим освещением обочины со стороны пассажира и с отчетливой светотеневой границей. А в Америке установка фар с границей света и тени узаконена только с 1997 года. Разрешили, но не востребовали! Свет «американских» фар распространяется почти симметрично, сильно ослепляя едущих навстречу водителей. Еще американцы настраивают фары только по вертикали. Также в США и Канаде нет единого порядка выдачи сертификатов приборам освещения. Производитель только гарантирует соответствие произведенных им фар федеральному стандарту по безопасности движения транспортных средств (FMVSS), а подтверждать это нужно в случае аварии по причине поломки световых приборов. Автомобили, которые импортируются из США, проходят процедуру проверки на соответствие европейским нормам. «Американские» фары помечаются аббревиатурой DOT (Department Of Transport, Министерство транспорта), а «европейские» — буквой «Е» в кружочке, с цифрой-кодом страны, где фара допущена к использованию (Е1 — Германия, Е2 — Франция, и т.д.).

Конструкция и маркировка

Автомобильные лампы, в основном, различны конструкцией цоколя и светоотдачей. К примеру, в двухфарных системах в основном применяются лампы Н4 с двумя нитями накаливания, соответственно для дальнего и ближнего света. Их световой поток находится в пределах 1650–1000 лм. В противотуманных фарах используются лампы Н8 (однонитевые, со светопотоком в 800 лм). Другие однонитевые лампы Н9 и НВ3 могут предоставить только дальний свет (светопоток 2100 и 1860 лм соответственно). А универсальные однонитевые лампы Н7 и Н11 могут быть удачно использованы как для ближнего, так и для дальнего света — все зависит от того, в каком из отражателей они установлены. Конечно же, качество и производительность лампы напрямую зависят от производителя используемого оборудования, концентрации и типов газов (к примеру, лампы Н7 и Н9 иногда заполняют не галогенами, а ксеноном). У газоразрядного «ксенона» совсем другие обозначения. Самыми первыми ксеноновыми лампами были устройства с индексами D1R и D1S. Они были напрямую объединены с модулем зажигания. А индексами D2R и D2S обозначаются газоразрядные лампы 2-го поколения (R — для «отражающей» оптической схемы, S — для прожекторной).

Автотовары «130» предлагают широкий спектр осветительной продукции для автомобиля — светодиоды, биксеноновые линзы, фары, биксенон и ксенон. Купить эту продукцию вы можете разместив заказ на нашей интернет-витрине.