Фары
Фары первых автомобилей были ацетиленовыми. В век электричества их сменили газонаполненные лампы накаливания, а совсем недавно — галогеновые. Сегодня расширяется применение газоразрядных (“ксеноновых”) ламп, создающих более мощный световой поток. В темное время суток они позволяют водителю на большем расстоянии увидеть различные объекты и дорожные знаки. С другой стороны, резко обострилась проблема ослепления при встречном разъезде.
Общие сведения
Практически до конца прошлого века в основном применялись круглые фары прожекторного типа. Чтобы обеспечить необходимую силу света, их отражатели имели достаточно большой диаметр. Это препятствовало снижению высоты передней части автомобиля и закруглению углов.
Для улучшения внешнего вида и аэродинамических характеристик стали применять фары:
прямоугольные;
многофокусные (бифокальные и гомофокальные);
проекционного типа с полиэллипсоидным отражателем;
с отражателем свободной формы.
В соответствии с ГОСТом, на автомобиле должны быть две фары ближнего и две или четыре дальнего света. Кроме того, допускается применение двух “противотуманок”.
По специальному разрешению, для использования вне дорог общего назначения, могут устанавливаться:
две фары-прожекторы;
прожектор-искатель на поворотном кронштейне.
В качестве источника света используют спираль накаливания (газонаполненные лампы) или электрическую дугу (газоразрядные лампы). Для концентрации и направления света в одну сторону применяют отражатели. Окончательное формирование его пучка осуществляют с помощью теневых экранов, линз и рассеивателей.
Существуют две системы законодательных норм, определяющих направление, форму и силу ближнего света фар, — европейская, с четко выделенной светотеневой границей, и американская, без определения этой границы.
Европейская система направлена на максимально возможное уменьшение слепящей силы света, попадающего в глаза водителя.
Американская основана на том, что при более ярком освещении дороги перед автомобилем глаза водителя могут выдержать большую силу света встречного транспорта.
С точки зрения безопасности движения обе эти системы в отдельности равноценны, но при встречном разъезде с “американским” “европейский” водитель будет ослепляться больше.
В 1968 г. в СССР была принята европейская система фар. Находившиеся до этого в эксплуатации фары американского типа были постепенно заменены. В настоящее время в России к эксплуатации должны допускаться автомобили со светотехникой, соответствующей исключительно европейской системе и правилам, утверждаемым Комитетом по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии при ООН (ЕЭК ООН).
На международном уровне прорабатывается возможность взаимной адаптации американской и европейской систем и установления единых норм.
Особенности различных систем светораспределения
В “европейской” лампе нить ближнего света находится выше оптической оси со смещением вперед относительно фокуса оптической системы. Под спиралью расположен теневой экран, исключающий попадание света на нижнюю часть отражателя и распространение его вперед и вверх, в глаза водителя встречного транспорта. Световой поток от верхней части отражателя направляется вперед и несколько вниз, освещая дорогу перед автомобилем.
В “американской” лампе нить ближнего света смещена вверх и влево относительно фокуса. При этом световой поток ближнего света разделяется. Одна часть направляется для освещения пути и правой обочины, а другая в сторону встречного транспорта. Уменьшение ослепления достигается за счет изменения глубины отражателя, формирующего вторую часть пучка света.
Дальний свет в европейской и американской системах распространяется практически симметрично относительно оси автомобиля, так как соответствующая нить накала в обоих случаях находится в фокусе отражателя. При включении только дальнего света и одинаковой мощности ламп освещенность дороги “американскими” фарами слабее, так как угол разворота пучка света у них больше, чем это принято в Европе.
Для правостороннего движения ближний свет асимметричен и вытянут вдоль правой стороны дороги. При левостороннем движении картина распределения обратная. На фары левостороннего движения наносят стрелку, обращенную вправо, для правостороннего стрелка не ставится.
Перенастройка направления движения возможна у фар, имеющих в составе маркировки две горизонтальные стрелки, направленные навстречу друг другу. Она осуществляется путем перемещения лампы или оптического элемента.
Устройство фары
Фара в общем случае состоит из корпуса, отражателя, теневого экрана прямого света, рассеивателя, держателя лампы, соединительной колодки с проводами и деталей крепежа. В проекторных фарах устанавливается конденсаторная линза. Отражатель и рассеиватель, соединенные в один узел, называют оптическим элементом. Лампа устанавливается с внутренней стороны отражателя и ее можно менять.
Регулировка направления светового пучка производится поворотом оптического элемента или отражателя относительно корпуса.
Лампа-фара является неразборным оптическим элементом и включает в себя рассеиватель, отражатель и лампу. Лампы-фары хорошо защищены от попадания влаги и грязи, но при перегорании спирали их приходится менять целиком.
Блок-фара объединяет в одном корпусе все или часть передних световых приборов и имеет общий или составной рассеиватель.
Отражатель может быть параболическим (однофокусным, двухфокусным или многофокусным), полиэллипсоидным, а также свободной формы. Он увеличивает силу света и обеспечивает освещенность пути перед автомобилем на необходимом расстоянии. Применение специальных пластмасс вместо листового металла позволяет придать отражателю весьма сложный профиль для более полного использования световой энергии. Отражатели свободной формы, как и многофокусные, способны полностью сформировать световой пучок без применения рассеивателей. В этом случае оптический элемент спереди закрывают окном из стекла или прозрачной пластмассы с покрытием, защищающим ее поверхность от повреждений.
Рассеиватель изготавливают из оптически чистого стекла или прозрачной пластмассы. Его внутренняя сторона представляет собой совокупность линз и призм размером от миллиметра до сантиметров. Благодаря этому относительно узкий луч света, сформированный отражателем, преломляется и растягивается по ширине дороги.
Лампы автомобильных фар
Газонаполненные лампы накаливания с круглыми колбами выпускаются только для автомобилей, давно находящихся в эксплуатации. Наибольшее распространение имеют так называемые галогеновые лампы с цилиндрическими колбами. Они изготавливаются:
с одной нитью для фар дальнего света, фар-прожекторов и противотуманных фар;
с двумя нитями — ближнего и дальнего света.
Газоразрядные лампы
Газоразрядные лампы HID (High Intencity Discharge) снабжены колбой из кварцевого стекла, заполненной хлоридами металлов и инертным газом ксеноном (отсюда их название). Для работы газоразрядной лампы необходимо пускорегулирующее устройство, способное сначала разжечь, а затем поддерживать электрическую дугу.
Высокая интенсивность светового потока обеспечивается за счет свечения электрической дуги, созданной в газовой среде при давлении от 30 до 120 атм.
Электрическая дуга зажигается при напряжении 20 кВ, в дальнейшем ее “горение” поддерживается напряжением 85 В.
При включении лампа должна через одну секунду достигнуть силы света не менее 25% от номинала, а через четыре секунды – 80%.
Свет, испускаемый лампой, может быть белого или желтого цвета.
“Ксеноновые” лампы имеют цветовую температуру 4300 К и выше.
В соответствии с Правилом 99 ЕЭК ООН и ГОСТ Р 41.99-99 установлены единые требования к газоразрядным источникам света. Из предусмотренных стандартом в настоящее время используются:
лампа D2S, предназначенная для проекционных фар с полиэллипсоидным отражателем без теневого экрана (он установлен в самой проекционной фаре);
лампа D2R с теневым экраном для фар прожекторного типа с параболическим отражателем.
Газоразрядные источники света в обычных фарах могут обеспечить или ближний, или дальний свет. Это связано с тем, что в одной колбе сложно осуществить два положения дуги, подобно двум нитям в лампах накаливания. В двухфарных системах это приводит к невозможности включения дальнего света, если нет дополнительных приспособлений.
Биксенон (BiXenon). Переключение ближнего света на дальний, при использовании газоразрядных ламп, можно реализовать различными способами — изменением положения отражателя, передвижением лампы или перемещением электрической дуги внутри колбы. Наиболее эффективным оказался механизм, в котором с помощью соленоида, рычага и обратной пружины газоразрядную лампу передвигают в одно из двух положений для ближнего и дальнего света. Существует возможность регулировок и переключения от левосторонней к правосторонней системе света с помощью встроенного приспособления.
Вариоксенон (VarioX). Дальнейшим развитием способов переключения является применение барабанного механизма вместо рычага с обратной пружиной. Он обеспечивает до четырех конфигураций ближнего света, применительно к различным условиям движения автомобиля, и позволяет включить дальний свет.
Сравнительные свойства ламп
Из таблицы видно, что газоразрядная лампа D2R создает световой поток при ближнем свете в 2,8 раза сильнее, чем галогеновая лампа Н4.
В связи с этим увеличивается ослепление водителей встречного транспорта и требования по контролю правильности регулировки должны быть гораздо строже.
В случае использования “ксенонового” света необходимо применение системы регулировки, которая автоматически изменяет угол наклона луча света при движении автомобиля, в зависимости от его колебаний на подвеске.
Кроме того, правилами ЕЭК ООН предписана обязательная установка системы принудительной фароочистки.
Переоборудование под газоразрядный свет
Если в продаже имеются фары с газоразрядными лампами, предназначенные для данного автомобиля, наиболее целесообразно приобрести полный комплект “ксенонового света”, поменять фары в сборе и установить соответствующее пускорегулирующее устройство.
Применение ламп D2S или D2R в обычных фарах невозможно, так как они имеют специальные цоколи и могут устанавливаться только в предназначенные для них держатели. В связи с этим некоторые производители предлагают нестандартные газоразрядные лампы с обычным цоколем. Для них все равно необходимо специальное пускорегулирующее устройство. При установке возможны следующие варианты:
при четырехфарной системе, где на дальний и ближний свет работают разные лампы, сохраняется возможность переключения ближнего и дальнего света;
в случае двухфарной системы остается только ближний свет.
Технические и правовые последствия замены. Затраты на переоборудование под газоразрядный свет составляют от 15000руб. и выше. При самодеятельной установке световые параметры скорее всего не будут соответствовать действующим нормативам. Оборудованный “ксеноновым светом” автомобиль не сможет пройти техосмотр, если будет установлено, что в его конструкцию внесены несанкционированные изменения. Кроме того, следует помнить о некоторых особенностях эксплуатации и обслуживания:
от момента включения свет постепенно нарастает до номинальной величины, примерно за 3—5 сек. Немедленно включить свет нельзя, помигать дальним светом в этом случае невозможно;
газоразрядные лампы необходимо менять попарно, поскольку колба теряет прозрачность примерно через 200 часов работы. При замене только одной лампы фары будут светить разным светом.
“Псевдоксеноновые” лампы
В связи с ростом интереса к “ксеноновому свету” появились галогеновые лампы с измененным спектром, близким к солнечному. По яркости они превосходят обычные. Лампы с измененным спектром от известных производителей вполне соответствуют европейским стандартам.
Однако необходимо отличать от этих изделий сомнительную продукцию с колбой синего или голубого цвета. Для получения необходимого светового потока “лжексенонки” делают более мощными (до 100—180 Вт), в связи с чем могут возникнуть серьезные проблемы с электрооборудованием. Применение таких ламп (в некоторых случаях) снижает полезную световую мощность фар и контрастность освещения из-за сужения цветового спектра. Они хуже освещают дорогу и быстрее перегорают.
Общие рекомендации
В случае отсутствия автоматического (не ручного) корректора необходимо периодически проверять правильность установки фар и по необходимости ее регулировать.
Если при движении ночью с ближним светом встречные водители сигнализируют об ослеплении – немедленно проверьте регулировку света.
Загрязнение, даже незначительное, рассеивателей может привести к 3—4-х кратному уменьшению освещенности пространства перед автомобилем.
Для удаления грязи целесообразнее не вытирать фары “всухую”, а мыть их, так как твердые частицы, содержащиеся в ней, могут поцарапать поверхность рассеивателя или защитного стекла, уменьшая его прозрачность.
При замене лампы не следует прикасаться руками к колбе. Жировые пятна, остающиеся на поверхности, при нагревании замутняют колбу. В дальнейшем стекло может треснуть из-за термических напряжений.
После замены ламп желательно восстановить герметичность фар.
Причиной снижения силы света может быть ненадежность электрических контактов. Наиболее частая неисправность — коррозия в месте контакта провода массы с металлическим корпусом фары или кузовом.
Не следует устанавливать в фару лампы с мощностью, значительно превышающей рекомендуемую. Недопустимо применять лампы, для нее не предназначенные, с использованием различных адаптеров. Это приведет к ослеплению встречных водителей из-за большей яркости и нарушения установки света.
Кроме того:
увеличивается вероятность перегорания спирали лампы из-за перегрева;
возможно оплавление пластмассовых деталей и растрескивание стекол;
повышенный ток может привести к повреждению контактов и изоляции.
До переоборудования под газоразрядные лампы следует определить последствия, связанные с существенным изменением конструкции автомобиля (см. Правила дорожного движения). По мнению специалистов, это недопустимо, так как выполнить все обязательные условия установки практически невозможно.
Применение пластмассовых защитных колпаков нежелательно, так как они:
быстро теряют прозрачность из-за низкой абразивной стойкости материала;
даже новые уменьшают силу света примерно наполовину;
делают указатель поворота в блок-фаре трудноразличимым;
существенно ухудшают охлаждение фар.
1 “Ксеноновые” газоразрядные лампы стали применяться с 1992 года. Сегодня многие крупные производители устанавливают их как стандартное оборудование автомобилей.
2 Цветовая температура это спектральная характеристика излучения источника света. Солнце имеет световую температуру около 5000—6000 град. Чем ближе цветовая температура лампы к этой величине, тем ближе спектр источника излучения к солнечному свету.
Цветовой диапазон газоразрядных ламп ограничен в Правилах ЕЭК ООН № 99 диапазоном 3500-5000К.
Увлекаться источниками света с цветовой температурой выше 5000К не стоит, так как восприятие глазами света с такой цветовой температурой заметно хуже по сравнению с 4300К.
С одной стороны ослепление прямым светом с высокой цветовой темературой ощутимо сильнее, с другой стороны отражается такой свет от мокрой дороги плохо, что сильно снижает видимость дороги и отрицательно влияет на безопасность дорожного движения.
3. Письмо ФГУП НИИАТЭ об эффективности использования газоразрядных ламп в фарах, предназначенных для галогеновых ламп.