Общая характеристика ламп автомобильных фар. Схемы ламп

5. Общая характеристика ламп автомобильных фар. Схемы ламп

В качестве источника света в автомобильных световых приборах используют электрические лампы накаливания. Требования к их параметрам и применяемости нормируются Правилом 37 ЕЭК ООН, ГОСТ 2023.1–88.

Автомобильные лампы выпускают для различного номинального напряжения: 6, 12 и 24В. Спираль лампы изготавливают из вольфрама, так как он тугоплавкий и допускает накал до 2500⁰С. Для длительной работы спирали внутреннюю полость колбы наполняют инертными газами (аргоном, азотом, криптоном или ксеноном). Лампы силой света 1, 1,5 и 2 св делают пустотными.

Для удлинения срока службы лампы из колбы удаляют остатки кислорода и влаги путём сжигания внутри колбы фосфора или бария, при этом на внутренней поверхности стекла иногда появляется дымчатый налёт.

Для фар выпускают лампы с двумя спиралями: спиралью малой мощности для ближнего света и спиралью большей мощности для дальнего света. Первую включают при встречном транспорте и движении машины в черте города, а вторую только при загородной езде и отсутствии встречных машин, т. к. дальний свет оказывает слепящее действие на водителей встречного транспорта. Спираль дальнего света расположена в фокусе отражателя, поэтому лучи света направлены параллельно и на большее расстояние. Спираль ближнего света расположена выше фокуса и несколько вынесена вперёд. Такое расположение спирали обеспечивает наклон лучей и большее их рассеивание. В фарах также применяют двухспиральные лампы, в которых спираль ближнего света снизу закрыта от отражателя экраном. Это исключает возможность отражения лучей нижней частью отражателя и устраняет слепящее действие. Для крепления лампы в отражателе на цоколь лампы напаян фланец, который допускает только правильную установку лампы.

Кабину или пассажирское помещение легкового автомобиля или автобуса освещают плафоном, щиток приборов – установленными в нём лампами, а двигатель – подкапотной лампой. Кроме того, двигатель, коробку передач и другие агрегаты при осмотре освещают переносной лампой, которую присоединяют к АКБ через штепсельную розетку.

Конструкцию, применяемость и способы контроля лампы определяют следующие параметры и характеристики:

– категория,

– тип лампы,

– номинальное и расчетное напряжения,

– номинальное и предельные значения мощности и светового потока,

– средняя продолжительность горения,

– световая отдача,

– тип цоколя,

– масса,

– геометрические координаты положения нитевой системы относительно базовой (установочной) плоскости.

Рис. 26. Фонари и их обозначение:

а – группированные, б – комбинированные;

в - совмещенные

Контрольный световой поток – номинальный световой поток эталонной лампы, при котором измеряются оптические характеристики осветительного прибора.

Базовая плоскость – плоскость, по отношению к которой определяются основные размеры лампы.

Световая отдача h – отношение излучаемого источником света светового потока к потребляемой мощности.

Средняя продолжительность горения – средняя продолжительность горения отдельных ламп в испытуемой партии.

Правила 37 ЕЭК ООН и МЭК 809–85 устанавливают требования к лампам фар категорий R2, Н1, Н2, НЗ, Н4, сигнальных фонарей – P21/5W, P21W, R5W, R10W, C5W, щитков приборов и освещения салона – T4W, W3W, W5W.

Автомобильная лампа состоит из колбы 1 (рис. 26), одной или двух нитей накала 2 и 3, цоколя 7 с фокусирующим фланцем 5 или без него и выводов 6.

Колба лампы представляет собой стеклянный сосуд шаровидной, каплевидной, грушевидной или цилиндрической формы, в котором размещены нити накала. Нити накала в двухнитевых лампах имеют различное функциональное назначение.

Цоколь лампы служит для крепления лампы в патроне светового прибора и подведения тока от источника энергии к электродам, соединяющим контакты цоколя с нитями накала. Автомобильные лампы имеют штифтовые и фланцевые цоколи различной конструкции. В лампе со штифтовым цоколем трудно обеспечить точное расположение нити накала относительно штифтов. Штифтовый цоколь не позволяет надежно фиксировать лампу в патроне. Поэтому лампы со штифтовыми цоколями применяются в основном в световых приборах, к которым не предъявляются жесткие требования в отношении светотехнических характеристик.

Для точной фиксации нитей накала относительно фокуса параболоидного отражателя лампы автомобильных фар снабжают фокусирующим фланцевым цоколем. Конструкция фланца позволяет устанавливать лампу в оптический элемент лишь в одном определенном положении.

Рис. 27 – Автомобильные лампы накаливания:

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

Размеры и расположение нити накала в лампе нормируются отечественными и международными стандартами для того, чтобы при замене лампы характеристики светового прибора существенно не изменялись.

При прохождении электрического тока нить накала лампы нагревается и при определенной температуре начинает излучать свет. Энергия светового излучения, воспринимаемого человеческим глазом, составляет только небольшую часть потребляемой лампой электрической энергии. Большая часть электрической энергии выделяется в виде теплового излучения.

Нить накала должна выдерживать высокие температуры, иметь малые размеры. Ее изготавливают из тонкой вольфрамовой проволоки, свитой в цилиндрическую спираль. Спираль крепится к электродам и обычно имеет форму прямой линии или дуги окружности. Тугоплавкий вольфрам имеет температуру плавления 3380 °С и позволяет нагревать спираль до 2300–2700 °С. С повышением температуры спирали увеличивается яркость и световая отдача лампы. Однако при температуре нити накала свыше 2400 °С вольфрам интенсивно испаряется и, оседая на стенках стеклянной колбы, образует темный налет, уменьшающий световой поток лампы.

Вольфрам интенсивнее испаряется в вакуумных лампах. Поэтому лампы мощностью свыше 2 Вт заполняют смесью инертных газов аргона и азота или криптона и ксенона. Благодаря большему давлению инертных газов в колбе газонаполненной лампы допускается более высокая температура нагрева спирали, что позволяет увеличить световую отдачу до 14–18 лм / Вт при сроке службы 125–200 ч.

Повышение температуры нити накала до 2700–2900 °С достигается в лампах с галогенным циклом. Это обеспечивает на 50–60% большую световую отдачу лампы. Колба галогенной лампы также заполняется инертным газом (аргон, ксенон, криптон и др.) и дополнительно – небольшим количеством паров йода или брома. В лампах с йодным циклом частицы вольфрама, осевшие на стенках колбы после испарения нити накала, соединяются с парами йода и образуют йодистый вольфрам. При температуре колбы из жаростойкого кварцевого стекла 600–700 °С йодистый вольфрам испаряется, диффундирует в зону высокой температуры вокруг нити накала и распадается на вольфрам и йод. Вольфрам оседает обратно на нить, а пары йода остаются в газовом пространстве колбы, участвуя в дальнейшей реализации йодистого цикла.

Галогенные лампы отличаются от обычных ламп накаливания меньшими размерами колбы, повышенной яркостью нити накаливания. Так как вольфрам не оседает на поверхности колбы, она остается прозрачной в течение всего срока службы лампы. Галогенный цикл дает положительный эффект лишь при точной дозировке йода или брома. Это создает определенные технологические трудности при изготовлении галогенных ламп. Практически использование галогенов не дает существенного увеличения срока службы лампы, так как вольфрам испаряется и оседает на поверхности спирали неравномерно, что неизбежно приводит к уменьшению ее толщины на отдельных участках и перегоранию.

Галогенная лампа представляет собой малогабаритную цилиндрическую колбу из кварцевого стекла, внутри которой располагается тело накала. Выводы выполняются из молибдена, коэффициент расширения которого близок к коэффициенту расширения кварца.

Двухнитевая галогенная лампа категории Н4 устанавливается в фарах головного освещения. Специальный цоколь P43t/38 исключает установку лампы в не предназначенный для нее оптический элемент. Нити дальнего и ближнего света лампы категории Н4 имеют форму цилиндров и расположены вдоль оптической оси.

Однонитевые галогенные лампы категорий Н1, Н2 и НЗ применяются в противотуманных фарах, фарах-прожекторах и фарах рабочего освещения. Кроме того, они могут быть использованы в четырехфарных системах головного освещения.

Сила тока, потребляемого лампой от источника электроэнергии, световой поток и световая отдача зависят от напряжения. Отечественная промышленность выпускает лампы с номинальным напряжением 6, 12 и 24 В. Расчетное напряжение ламп выше и составляет соответственно 6,3–6,75, 12,6–13,5 и 28 В. При повышении напряжения относительно расчетного значения увеличиваются сила тока, температура спирали, световой поток и световая отдача, но резко сокращается срок службы лампы. При понижении напряжения нить накала нагревается меньше, поэтому световой поток и световая отдача уменьшаются. При снижении напряжения на 50–60% лампа практически не излучает света.

Для повышения уровня унификации, стандартизации и сокращения номенклатуры световых приборов автомобилей различного целевого назначения выпускают взаимозаменяемые лампы, независимо от их номинального напряжения. Характеристики световых приборов обычно нормируют при установке в них ламп, рассчитанных на номинальное напряжение 12 В. При других номинальных напряжениях требуемые характеристики тех же световых приборов обеспечивают за счет соответствующих изменений в конструкции лампы.

Напряжение питания ламп накаливания на автомобиле зависит от настройки регулятора напряжения, состояния источников электроэнергии и цепей питания световых приборов, от количества включенных потребителей, сечения и протяженности соединительных проводов. Лампы должны выдерживать возможные в системе электрооборудования автомобиля колебания напряжения. Автомобильные лампы работают в условиях вибрации и тряски, поэтому они должны быть механически прочными. Крепление колбы к цоколю должно выдерживать усилие, прилагаемое к лампе, когда она вставляется в патрон или вынимается из него. Лампы должны надежно удерживаться в патронах при значительных вибрациях, характерных для эксплуатации автомобиля. Снижение вибрационных нагрузок на нить накала и устройство для закрепления лампы в патроне достигается за счет эластичной подвески патрона или светового прибора на автомобиле.

Лампы накаливания отличаются по назначению, конструкции, по электрическим и светотехническим параметрам. Отечественные автомобильные лампы имеют обозначение типа (например, А 12–45+40), в которое входит буква А (автомобильная), указание на величину номинального напряжения (6,12 или 24 В) и потребляемую мощность в Вт нитей накаливания дальнего и ближнего света. Значения мощности двухнитевых ламп пишутся одно за другим через знак «+». К перечисленным составляющим обозначения типа лампы может быть через знак «–» добавлена цифра для указания модификации типа. В обозначении типа галогенных ламп (например, АКГ 12–60+55) дополнительно введены буквы К (кварцевая) и Г (галогенная). Буквенные обозначения МН и С относятся к миниатюрным и софитным лампам соответственно.

Для фар головного освещения с европейской системой светораспределения выпускается единая двухнитевая лампа со специальным унифицированным фланцевым цоколем типа P45V41. Фланец ступенчатой формы напаян на цоколь диаметром 22 мм. Наличие двух базовых опорных поверхностей фланца позволяет применять лампу в оптических элементах фар с фокусными расстояниями 27 и 22 мм. Лампа имеет три штекерных вывода под контактную колодку, вставляется в оптический элемент с задней стороны отражателя и закрепляется пружинящими защелками.

Отечественная промышленность выпускает двухнитевые галогенные лампы АКГ 12–60+55 и АКГ 24–75+70 (категория Н4) для головных фар с европейским светораспределением и однонитевые лампы АКГ 12–55, АКГ 24–70 (категория Н1) и АКГ 12–55–1, АКГ 24–70–1 (категория НЗ) для прожекторов и противотуманных фар. Светосигнальные фонари обеспечивают необходимые светотехнические характеристики при силе света от единиц до 700 кд.

 

Рис. 28 – Размещение лампы накаливания категории R2 в отражателях с различными фокусными расстояниями

Номинальная мощность ламп светосигнальных фонарей не превышает 21 Вт. Для сигналов торможения и указателей поворота выпускают лампы А 12–21–3 и А 24–21–2 с штифтовым цоколем BA15S/19. Двухнитевая лампа А 12–21+5 с цоколем BAY15d предназначена для фонарей, совмещающих функции габаритного огня и сигнала торможения. В габаритные фонари устанавливают однонитевые лампы А 12–5–2 и А 24–5–2 с цоколем W2,1x9,5d. Выпускают также софитные лампы АС 12–5–1 с цоколем SV8.5/8, а для освещения приборов, блоков контрольных ламп и световых ламп и световых табло – лампы А 12–1, А 24–1, А 12–1,2, А 24–2, АМН 12–3–1 и АМН 24–3. Миниатюрный цоколь BA9S/14 имеют однонитевые лампы А 12–4–1 и АМН 24–4.

Все основные типы автомобильных ламп головного света – Н1, Н3, Н4, H7 и.т.д. – выпускаются для использования в автомобилях с напряжением бортовой сети 12В и 24В. При этом в каждом классе найдутся лампы как со стандартной мощностью, предназначенные для повседневного использования, так и более мощные «раллийные» аналоги.

Стандартные модели (категория Standard), лампы улучшенного визуального комфорта (категория BLUE), всепогодные лампы (категория GOLD), лампы для круглосуточного использования (категория CRYSTAL BLUE) и лампы с усиленным световым потоком (категория SUPER LIGHT). Причем все категории, кроме Standard, имеют увеличенную на 10% светоотдачу.

На колбы ламп семейства BLUE нанесено специальное интерференционное покрытие, в результате чего свечение этих ламп имеет белый цвет. Такой свет максимально приближен к дневному и, в отличие от света обычных ламп, менее утомителен для глаз. Разработчики заявляют, что при использовании этих ламп дорожные знаки и разметка во время ночной езды читаются значительно лучше, чем во время работы обычных приборов. Яркий белый свет способствует концентрации внимания водителя на дороге, делает ночное вождение менее утомительным. Это особенно важно при продолжительных ночных поездках. Кроме того, свет таких фар отличается от света большинства машин потока и тем самым делает вашу машину более заметной. А это снижает риск ДТП.

Все лампы этой категории имеют ограниченное ультрафиолетовое излучение и увеличенную на 10% светоотдачу.

Лампы этого типа относятся к разряду всесезонных.

Специальное многослойное покрытие колб для этих ламп выполняется с использованием самой современной интерференционной технологии. Следствием этого является увеличение интенсивности желтого спектра излучения и улучшение видимости в плохих погодных условиях, когда идет дождь, снег или стоит туман. Дело в том, что желтый свет, в отличие от белого, значительно меньше отражается от капель дождя или тумана и не слепит водителя. По словам производителей, использование таких ламп в ненастную погоду обеспечивает улучшенный обзор для водителя и повышает безопасность движения. Кроме того, машина, оснащенная всепогодными лампами, в плохих погодных условиях значительно лучше заметна на дороге, что также снижает риск ДТП.

Лампы семейства GOLD, ограничивают ультрафиолетовое излучение, что замедляет старение фары. Светоотдача этих ламп увеличена на 10% и как следствие обеспечивает более широкий обзор для водителя. Важно, что при правильной регулировке фар усиленный световой поток лампы не приводит к ослеплению других участников движения.

Все галогенные лампы SUPER LIGHT выпускаются с ограниченным ультрафиолетовым излучением.

По заявлению изготовителя, результатом применения таких ламп является значительное увеличение площади освещенной части дороги, появление более четких контуров светового пятна. Отметим лишь, что заявленное усиление светового потока можно получить только в правильно отрегулированной фаре.

При этом лампы SUPER LIGHT имеют ту же мощность, что и стандартные образцы (60/55 Вт), то есть их свет не ослепляет других участников движения и не перегревает саму фару. Мощность светового потока лампы остается стабильной на протяжении всего срока службы прибора.

Эта категория автоламп особенно актуальна для автолюбителей с ослабленным зрением и для пожилых водителей. Согласно исследованиям, для того чтобы хорошо видеть дорогу в 60 лет, света требуется в 5 раз больше, чем в 30 лет.

GROUP 24V

Высокотехнологичные лампы для большегрузных автомобилей, троллейбусов и автобусов с напряжением бортовой сети 24 В. Лампы категории GROUP 24V отличаются увеличенным сроком службы и повышенной вибростойкостью. Увеличенные интервалы между заменой ламп позволяют значительно снизить эксплуатационные расходы.

Колбы этих приборов препятствуют излучению ультрафиолетовых лучей, то есть обеспечивают длительный срок службы всей фары.