Історичні факти про ксенон

Першим джерелом світла в автомобілі був газ ацетилен. Першим, хто в 1896 році запропонував спробувати використовувати його для освітлення дороги був льотчик і авіаконструктор Луї Блеріо. Запуск запалювання ацетиленових фар — це цілий, так би мовити, ритуал. Для початку необхідно відкрити краник ацетиленового генератора, щоб вода почала капати на карбід кальцію, який розміщений на дні «барильця». Під час хімічної реакції карбіду з водою починає утворюватися ацетилен, який спеціальними гумовими трубками підходить до керамічної пальника, який знаходиться у фокусі відбивача. Потім шоферові необхідно було відкрити скло фари, запалити сірник — і в «світлий шлях». Але максимум уже через три-чотири години потрібно зупинитися , щоб заново відкрити фару, прибрати з неї кіптява, що утворилася, і заправити генератор свіжою порцією карбіду і води. Але варто відзначити, що світили карбідні фари дуже добре.

Так, вироблені в 1908 році Вестфальською металопромисловою компанією (так у той час називалася відома Hella), ацетиленові ліхтарі світили на відстань до 300 метрів! Такий успішний результат вдалося отримати при застосуванні лінз і параболічних рефлекторів. Найперша автомобільна лампа розжарювання була ще в 1899 році запатентована французькою організацією Bassee & Michel. Але протягом усього часу, аж до 1910 року, лампочки з вугільною ниткою розжарювання були дуже ненадійними, дуже неекономічними і потребували нелегких батарей великого розміру. До речі, ці батареї також сильно залежали від своєрідних, на той час, станцій підзарядки. Адже автомобільних генераторів гідної потужності ще не було розроблено.

І тут сталася революція в освітлювальних лампах: нитки розжарювання вперше почали виробляти з тугоплавкого вольфраму, температура плавлення якого — 3410°С. Нитки розжарювання з вольфраму практично не перегорали. Першим автомобілем, який надійшов у серійне виробництво з електричними лампочками (до всього сказаного — ще і з електричним стартером і запаленням), став Cadillac Model 30 Self Starter (названий «самозапускним») 1912 року випуску. І вже через рік після цієї події 37% автомобілів, вироблених в США, мали таке світло, а ще через чотири роки — 99%! З впровадженням ефективної динамомашини зникла потреба і у зарядних станціях.

Осліплення

Вперше проблема засліплення водіїв, що їдуть назустріч, з’явилася при використанні карбідних фар. Намагалися вирішити цю проблему різними способами: змінювали положення рефлектора, видаляючи з його фокусу джерело світла; також переміщували і сам пальник; розміщували на шляху світла різноманітні шторки, заслінки і маленькі жалюзі. А коли у фарах починала світитися лампа розжарювання, в електричний ланцюг при зустрічному русі навіть підключали додатковий опір, який знижував розжарення нитки. Але найкращий вихід із ситуації запропонувала фірма Bosch, яка в 1919 році розробила лампу з двома нитками розжарювання: для далекого і ближнього світла. До того часу вже існував розсіювач — покрите призматичними лінзами скло фари, що відхиляє світло від лампи вниз і по боках.

З тих часів перед конструкторами усього світу стоять дві прямо протилежні цілі: як можна більше освітити дорогу і прибрати побічне явище засліплення зустрічних водіїв. Додати більшої яскравості лампі розжарювання можливо, збільшивши температуру нитки. Але при цьому вольфрам швидко випаровується. За умови наявності всередині лампи вакууму, атоми вольфраму повільно осідають на колбі, обкутуючи її зсередини чорним нальотом. Цю проблему вирішили в часи Першої світової війни: починаючи з 1915 року лампи розжарювання стали наповнювати сумішшю аргону і азоту. Молекули згаданих вище газів забезпечують певний бар’єр, який запобігає наполегливе випаровування вольфраму.

Наступним кроком у розвитку цієї технології був кінець 50-х років: колбу стали заповнювати галогенідами — газоподібними сполуками йоду або брому. Ці гази «вловлюють» вольфрам, що інтенсивно випаровується, і повертають його назад на спіраль. Першу галогенну лампу для автомобіля громадськості презентувала в далекому 1962 році Hella : нова технологія виготовлення нитки дозволила підняти ефективну робочу температуру з 2500 до 3200 градусів Цельсія, що, у свою чергу, збільшило світловіддачу лампи в півтора рази в інтервалі від 15 лм / Вт до 25 лм / Вт. При такій технології ресурс ламп збільшився в 2 рази, тепловіддача зменшилася з 90% до 40%, а розміри стали значно менше (галогенний цикл вимагає умови близькості нитки і скляної колби). А наступний революційний крок у вирішенні проблеми засліплення було запропоновано в середині 50-х років французькою фірмою Cibie в 1955 році. Її розробка полягала в принципі асиметричного розподілу ближнього світла. Сенс полягав у тому, що узбіччя з боку пасажира освітлювалося більше і далі «водійського». Через 2 роки «асиметричне» світло було визнане в Європі і офіційно узаконене.

Еволюція форм

Тривалий період часу фари вироблялися круглими унаслідок простоти і дешевизни параболічного відбивача. Але прогрес «аеродинамічного» вітру на початку «задув» фари в крила автомобіля (перші внутрішні фари з’явилися у Pierce-Arrow в далекому 1913 році), а потім вже змінив коло в прямокутник (прямокутними фарами обзавівся Citroen AMI 6 1961 випуску). Виробництво таких фар було значно складнішим, потрібно було більше простору під капотом. З позитивних якостей варто відзначити набагато більшу площу самого відбивача і значно збільшений потік світла. Щоб забезпечити яскраве світіння такої фари з маленькими габаритами, потрібно було надати параболічному відбивачу світла (в прямокутних фарах — усічений параболоїд) більш глибоку посадку. Таке технічне завдання було дорогим і трудомістким. За великим рахунком, вже розроблені оптичні принципи та схеми для подальшого просування не стали придатні. Тому англійська фірма Lucas запропонувала спробувати «гомофокальний» відбивач, який являв собою комбінацію двох усічених параболоїдів з різними фокусними відстанями, але з певним загальним фокусом. Першим, хто випробував цей винахід, був автомобіль Austin-Rover Maestro у 1983 році.

У тому ж 1983 році підприємство Hella презентувало абсолютно концептуальну розробку — «тривісні» фари з застосуванням відбивача еліпсоїдної форми (DE, Dreiachs Ellipsoid). Новизна полягала в тому, що еліпсоїдний відбивач мав відразу два фокуси. Промені, які випускають галогенні лампи з першого фокусу, акумулюються у другому, а звідти вже тримають шлях у збираючі лінзи. Цей вид фар називається прожекторним. Продуктивність «еліпсоїдної» фари в режимі ближнього освітлення набагато перевершувала за параметрами «параболічну» фару. Ці фари спочатку розроблялися для протитуманного і ближнього світла. У таких фарах у другому фокусі був розташований екран, який створював асиметричний світлотіньовий кордон.

Першим серійним автомобілем, який комплектувався «тривісними» фарами став BMW (сьома модель) в кінці 1986 року. Ще через два роки еліпсоїдні фари набули статусу «супер», а точніше — «Super DE», як назвала їх Hella. Цей профіль відбивача міг бути еліпсоїдної форми: він був «вільним» (Free Form), спроектований таким чином, щоб більша частина випромінюваного світла проходила над екраном, який відповідає за ближнє світло. ККД таких фар збільшився до 52%. Подальший розвиток відбивачів був би незручним без математичного моделювання — комп’ютери надали можливість проектувати найскладніші у виробництві комбіновані рефлектори. Комп’ютерне моделювання дозволяє збільшити кратно число сегментів аж до нескінченності так, що вони зливаються в єдину поверхню «вільної» форми. Придивіться до фар Daewoo Matiz, Hyundai Getz. Їх відбивачі розділені на сегменти, і кожен з них має тільки свій фокус і фокусну відстань. Кожен сегмент багатофокусного відбивача пристосований для освітлення певної ділянки дороги. Світло від лампи використовується практично повністю, за винятком торця лампи, який прикритий ковпачком. А сам розсіювач, тобто скло з безліччю вбудованих лінз, відтепер не потрібне: відбивач сам чудово справляється з розподілом світла і генерацією світлотіньового кордону. Ефективність цих фар, так званих «відбиваючих», наближається до прожекторних.

Сучасні відбивачі виготовляють з термопластика, алюмінію, магнію і термосета (металізованого пластику), а зовні фари закривають не склом, а полікарбонатом. Перший пластиковий розсіювач був встановлений у 1993 році на седані Opel Omega. Це призвело до зниження маси фари майже на 1 кілограм — а це вже технічно вигідно! Але недоліком такої фари є те, що полікарбонатне скло швидше зношуються, ніж справжнє. Ось саме тому щіткових "двірників», які в 1971 році впроваджував Saab, більше не роблять.

Ксенон і світлодіоди

Майже столітнє домінування лампи розжарювання наближається до свого завершення. «Передати булаву» їй допомагають досконалі благородні гази — криптон і ксенон. Другий вважається одним з найкращих складових ламп розжарювання: використовуючи ксенон, можливо підвищити температуру нитки майже до точки плавлення вольфраму і отримати світло за спектром світіння наближене до сонячного. Але насичені ксеноном звичайні лампи розжарювання — це один випадок. А «ксенон» з яскраво-блакитним світінням, який встановлюють на дорогих авто, — це вже зовсім інший випадок. У ксенонових газорозрядних лампах сяє не розпечена нитка, а сам ксенон — точніше, електрична дуга, яка утворюється між електродами при газовому розряді разом з подачею високовольтної напруги. Вперше ці лампи (Bosch Litronic) були встановлені на серійному BMW 750iL у 1991 році.

Газорозрядний «ксенон» на порядок ефективніший за найдосконаліші лампи розжарювання: на даремний нагрів тут витрачається не 40% електроенергії, а всього 7–8%. Відповідно, газорозрядні лампи споживають менше енергії (35 Вт проти 55 Вт у галогенних) і світять при цьому вдвічі яскравіше (3200 лм проти 1500 лм). А оскільки нитки фактично немає, то й перегоряти нічому. Тому ксенонові газорозрядні лампи по терміну служби набагато перевершують звичайні.

Але пристрій газорозрядних ламп набагато складніший. Найскладніше завдання — запалити газовий розряд. Для цього з 12 В бортової проводки потрібно отримати короткий за часом імпульс напругою в 25 кіловольт змінного струму з частотою в межах 400 Гц! Для цього розроблено спеціальний модуль запалення. Коли лампа запалилася, електроніка зменшує напругу до 85 вольт, які є достатніми для підтримки розряду. Враховуючи складність всієї конструкції та інерції при запалюванні, початкове використання газорозрядні лампи знайшли в режимі ближнього світла. Дальнє світло випромінювалося «галогенкою».

Поєднати ближнє і дальнє світло в одній фарі конструктори зуміли через 6 років, причому розробили два доступних способи отримати «біксенон». При використанні прожекторної фари (тієї, що розробила Hella) перемикання режимів світла забезпечується екраном, який знаходиться у другому фокусі еліпсоїдного відбивача. При включеному ближньому світлі він обмежує поширення частини променів, при дальньому — екран прибирається і не заважає поширенню світлового потоку. У відбиваючому типі фар «подвійна дія» газорозрядної лампи забезпечується загальним переміщенням як рефлектора, так і джерела світла. Як результат услід за фокусною відстанню змінюється і світлорозподіл. Але, як стверджує фірма Valeo, можна досягти на 40% кращої освітлюваності, ніж у «біксенона», завдяки використанню окремих газорозрядних ламп як для ближнього, так і для дальнього світла. Варто сказати, що модулів запалювання тепер 4 — такими фарами комплектується Volkswagen Phaeton W12. Проте перспектива газорозрядних ламп зовсім не таке яскрава, як їх світло. Фахівці кажуть, що майбутнє — за світлодіодами.

Світлодіод — це напівпровідниковий елемент, який випромінює світло при проходженні в ньому струму. До початку 90-х років їх застосування в автомобілях обмежувалося лише індикацією: занадто низькою була їх світловіддача. Але вже в 1992 році Hella обладнала «трійку» BMW Cabrio центральним стоп-сигналом із застосуванням світлодіодів. На сьогоднішній день вони все частіше використовуються в задніх ліхтарях у вигляді «габаритів» і стоп-сигналів.

Світлодіоди загоряються на 0,2 секунди швидше звичайних лампочок, використовують значно менше енергії (10 Вт проти 21 Вт) і термін їх служби практично не обмежений. Але для того, щоб ефективно замінити лампи світлодіодами в передніх фарах, потрібно вирішити ряд проблем. По-перше, навіть найефективніші світлодіоди поки прирівнюються тільки до галогенних ламп (світловіддача — близько 25 люменів на ват). При цьому вони на порядок дорожче і вимагають особливої системи охолодження, тому що це — такі ж напівпровідникові прилади, як і процесори комп’ютерів. Перші серійні світлодіодні фари повинні з’явитися на прилавках в 2010 році. А поки напівпровідники виконують інші функції. Наприклад, постійне «денне світло», як в Audi A8 W12, де в кожній фарі знаходяться п’ять світлодіодів.

Адаптивне світло

Спроби повертати фари автомобіля синхронно з поворотом керма люди почали застосовувати одночасно з появою самих фар. Це дуже зручно — бачити ту частину дороги, куди повертаєш. Але механічна взаємодія зв’язку фар і керма не дозволяла ефективно співвідносити кут повороту світла від фар зі швидкістю руху. Тому встановлені правила початку 19-го століття «адаптивне» світло просто забороняли. Втілити в життя цю оригінальну задумку зуміла фірма Cibie. У 1967 французи розробили перший вдалий механізм динамічної настройки кута нахилу фар, а рік потому Citroen DS почав забезпечувати автомобілі поворотними фарами дальнього світла. У наші дні технологія поворотного освітлення відроджується знову, але вже на сучасному, «електронному», рівні. Найпростіший варіант — додаткова «бічна» лампа, яка починає горіти при повороті керма або при включенні лампочки повороту при швидкості до 70 км/год. Такі фари мають, наприклад, Audi A8 і Porsche Cayenne.

Наступний варіант — справжні поворотні фари. У них біксеноновий прожектор з урахуванням швидкості їзди, кута повороту керма і кутовій швидкості автомобіля навколо вертикальної осі («датчик повороту») повертається згідно з величиною повороту керма в межах 22 ° : на 15 ° назовні і на 7 ° всередину. Такі фари мають BMW, Lexus, Mercedes, Opel Astra.

Третій варіант «адаптивного» світла — це комбінований варіант. На великих швидкостях працює тільки поворотний прожектор, а при повільному входження в поворот або при маневруванні включається статичне постійне освітлення, яке має кут охоплення в 90 градусів. Такі фари є в Opel Signum.

Але, напевно, найкраща з розробок — це VARILIS. Це система, яку Hella розробляє в співпраці з кількома автовиробниками. Ця абревіатура розшифровується як "Variable Intelligent lighting system". Один з різновидів — система VarioX, яка забезпечує роботу фари в п’яти різних режимах світла. Для цього в «ксеноновому» прожекторі замість екрану, що включає ближнє світло, знаходиться циліндр складної форми. Зміна режимів відбувається завдяки обороту циліндра, внаслідок чого в місті фари світять досить близько, але широко, а на автобані ближній трохи змінюється у форму пучка — для більшої дистанції розповсюдження.

Пізніше європейські правила дозволили підключити фари до системи GPS. Першою, хто запровадив таку розробку, була BMW в 2001 році. Давайте пригадаємо концепт-кар X-Coupe з асиметричним дизайном. Фари у нього оберталися по сигналу GPS-навігатора з урахуванням таких чинників: швидкості руху по трасі, кута повороту керма автомобіля і бічного прискорення. А ще навігаційна система здатна попередньо «вгадувати» повороти і автоматично управляти зміною світлорозподілу, наприклад, при перетині українського кордону. VarioX вміє і це!

Америка — Європа

Загальний підхід до систем освітлення в Європі та за океаном відрізняється кардинально. Для початку скажемо про те, що американські закони аж до 1975 року не дозволяли встановлення фар прямокутної форми і галогенних ламп! Причому в США лампа і фара були єдиним цілим. Ці лампи-фари в США встановлювали з 1939 року. Перевага у таких фар було одна: герметичність лампи-фари дозволяла обробити поверхню рефлектора сріблом, у якого відображає функція досягає 90% (проти 60% у хромованих рефлекторах, що використовувалися у ті часи). Але лампу-фару, звичайно, доводилося міняти повністю.

Основною відмінністю у підході до систем освітлення є те, що в Європі з 1957 року узаконено асиметричний світлорозподіл з більшим освітленням узбіччя з боку пасажира і з виразним світлотіньовим кордоном. А в Америці установку фар з кордоном світла і тіні узаконили тільки з 1997 року. Дозволили, але не затребували! Світло «американських» фар поширюється майже симетрично, сильно засліплюючи водіїв, що їдуть назустріч . Ще американці налаштовують фари тільки по вертикалі.

Також у США і Канаді немає єдиного порядку видачі сертифікатів приладів освітлення. Виробник тільки гарантує відповідність зроблених ним фар федеральному стандарту з безпеки руху транспортних засобів (FMVSS), а підтверджувати це потрібно в разі аварії з причини поломки світлових приладів. Автомобілі, які імпортуються з США ,проходять процедуру перевірки на відповідність європейським нормам. «Американські» фари позначаються абревіатурою DOT (Department Of Transport, Міністерство транспорту), а «європейські» - літерою «Е» в кружечку , з цифрою-кодом країни, де фара допущена до використання (Е1 — Німеччина, Е2 — Франція тощо).

Конструкція та маркування

Автомобільні лампи, в основному, різняться конструкцією цоколя і світловіддачею. Наприклад, в двофарних системах , як правило, застосовуються лампи Н4 з двома нитками розжарювання, відповідно для далекого і ближнього світла. Їх світловий потік знаходиться в межах 1650-1000 лм. У протитуманних фарах використовуються лампи Н8 (однониткові, зі світлопотоком в 800 лм). Інші однониткових лампи Н9 і НВ3 можуть надати тільки дальнє світло (світлопотік 2100 і 1860 лм відповідно). А універсальні однониткові лампи Н7 і Н11 можуть бути вдало використані як для ближнього, так і для дальнього світла в залежності від того, в якому з відбивачів вони встановлені. Звичайно ж, якість і продуктивність лампи безпосередньо залежать від виробника використовуваного обладнання, концентрації і типів газів (наприклад, лампи Н7 та Н9 інколи заповнюють не галогенами, а ксеноном). У газорозрядного «ксенону» зовсім інші позначення. Найпершими ксеноновими лампами були пристрої з індексами D1R і D1S . Вони були безпосередньо об’єднані з модулем запалення. А індексами D2R і D2S позначаються газорозрядні лампи 2-го покоління (R — для «відбивної» оптичної схеми, S — для прожекторної).

Автотовари «130» пропонують широкий спектр освітлювальної продукції для автомобіля — світлодіоди, біксенонові лінзи, фари, біксенон і ксенон. Купити цю продукцію ви можете розмістивши замовлення на нашій інтернет-вітрині.