Газоразрядные источники света для автомобилей

Газоразрядная лампа в автомобиле. Устройство и работа лампы

Газоразрядная лампа — источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Физическая основа — электрический разряд в газах. В последнее время принято называть газоразрядные лампы разрядными лампами.

Сейчас на транспортные средства устанавливаются фары с газоразрядными лампами (gas discharge headlamps — GDL). Они позволяют обеспечить более эффективное освещение и предоставляют новые возможности для конструктивного оформления передней части автомобиля. Конфликт между аэродинамическим моделированием и подходящим положением ламп освещения — компромисс между экономией и безопасностью — крайне нежелателен. Новые фары вносят существенный вклад в улучшение этой ситуации, потому что они могут быть относительно малыми по своим размерам. Система GDL состоит из трех основных компонентов.

Газоразрядная лампа

Газоразрядная лампа работает не так, как обычные лампы. Дня нее необходимо намного более высокое напряжение. На рисунке показан принцип действия газоразрядной лампы.

Рис. Принцип действия газоразрядной лампы

Балластная система

Система содержит блок зажигания и управления и преобразует электрическое напряжение источника питания системы в рабочее напряжение, необходимое газоразрядной лампе. Блок управляет стадией воспламенения и начала работы лампы, осуществляет ее регулировку в течение цикла непрерывной работы и, наконец, контролирует работу лампы с точки зрения безопасности. На рисунке показана схема лампы и связанные с ней компоненты.

Рис. Балластная система для управления газоразрядной лампой

Конструкция фары в целом подобна обычным модулям. Однако чтобы удовлетворить ограничениям в отношении ослепления других участников движения, в данной случае необходимо выдерживать большую точность параметров, что влечет дополнительные издержки производства.

Источником света в газоразрядной лампе является электрическая дуга. Поперечник колбы газоразрядной лампы всего 10 мм. Колба изготовлена из кварцевого стекла, в ней расположены два электрода, промежуток между которыми составляет 4 мм. Расстояние между концом электрода и опорной поверхностью лампы составляет 25 мм, это соответствует размерам стандартной галогенной лампы.

При комнатной температуре лампа содержит смесь ртути, солей различных металлов и ксенона под давлением. Когда лампа включается, ксенон сразу начинает светиться и испаряет ртуть и металлические соли. Высокая световая эффективность возникает за счет смеси паров металлов. Ртуть производит большую часть света, а металлические соли определяют цветовой спектр. На рисунке показан спектр излучения, создаваемого газоразрядной лампой в сравнении со спектром галогенной лампы. В таблице приведены различия между газоразрядной (DI) и галогенной (HI) лампами (цифры приблизительные и даны только для сравнения).

Рис. Спектр излучения газоразрядной лампы (вверху) в сравнении со спектром галогенной лампы

Таблица. Сравнение HI и DI ламп

Тип лампы	Видимый свет, %	Тепло, %	УФ излучение, %
HI	8	92	1
DI	28	58	14

Высокий уровень ультрафиолетового излучения от газоразрядной лампы означает, что по соображениям безопасности требуется использовать специальные фильтры. На рисунке еще раз показана светимость газоразрядной лампы в сравнении с галогенной. Отдача газоразрядной лампы примерно в три раза больше.

Рис. Светимость газоразрядной лампы (DI) в сравнении с галогенной (HI)

Чтобы зажечь газоразрядную лампу необходимо последовательно пройти следующие четыре стадии:

1. Воспламенение — высокий импульс напряжения создает искру между электродами, что вызывает ионизацию промежутка, — создается трубчатая дорожка разряда.
2. Мгновенное свечение — ток, текущий по дорожке разряда, возбуждает ксенон, который далее испускает свет в количестве 20% от максимального значения лампы.
3. Разгон — лампа теперь работает при возрастающей мощности, температура быстро повышается, ртуть и металлические соли испаряются. Давление в лампе увеличивается по мере увеличения светового потока, и происходит смешение спектра от синего цвета к белому.
4. Непрерывный режим — теперь лампа работает при стабилизированной мощности около 35 Вт. Такой режим гарантирует, что поддерживается горение дуги и световой выходной поток не мерцает. К этому моменту достигается световой поток порядка 28 000 лм и цветовая температура 4500 °К.

Чтобы управлять описанными выше стадиями работы лампы, требуется балластная система. Для создания дуги необходимо высокое напряжение, которое может достигать 20 кВ. В течение разгона балластная система ограничивает ток, а затем ограничивает также и напряжение. Контроль потребляемой мощности позволяет световому потоку расти очень быстро, но предохраняет от превышения заданного уровня, которое уменьшило бы срок службы лампы. Балластная система также включает в себя схемы подавления радиоизлучения и схемы обеспечения безопасности.

Полный модуль фары может быть сконструирован различными способами, поскольку газоразрядная лампа производит в 2,5 раза больший световой поток при температуре, вдвое меньшей, чем у обычных галогенных ламп. Это предоставляет большие возможности в моделировании фары и, следовательно, в дизайне передней части автомобиля.

Если система GDL используется как луч ближнего света, требуются модули фар с автоматическим выравниванием потока света из-за высоких интенсивностей свечения. Однако использование её для дальнего света может создавать проблему вследствие природы процесса включения и выключения лампы. Подходящим решением может быть система GDL с непрерывным лучом ближнего света, снабженная дополнительно обычными фарами дальнего света (система с четырьмя фарами).

Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/sistemy-osveshheniya-i-signalizatsii/gazorazryadnye-lampy/

Всё, что вы хотели знать про автолампы, но стеснялись спросить. Часть 2/3. Газоразрядные лампы (ксенон).

Газоразрядные лампы. Более известны в автомобильной тематике как «ксеноновые», хотя это абсолютно безграмотное их название: собственно газа ксенона там меньше 1%. Настоящая ксеноновая лампа имеет спектр максимально приближенный к солнечному, мощности от двух киловатт и применяется в основном для научных исследований и освещения больших территорий, например, буровых вышек и стартовых площадок на космодромах.

Автомобильные HID лампы — это компактные металлогалогенные лампы. Но так как мудреное слово «галоген» для обывателя прочно ассоциируется с обычными лампами, во избежание путаницы появилось название «ксенонка».

Конструкция автомобильных газоразрядных ламп довольно проста: Во внутреннюю колбу из тугоплавкого кварцевого стекла впаяны с двух концов электроды. Внутреннее пространство колбы заполнено смесью инертных газов при относительно низком давлении с добавлением паров ртути (лампы D1,D2). Т.е. по сути, это ртутно-дуговая лампа. Но пары ртути дают жесткий ультрафиолетовый спектр, и для того, чтобы его сместить в видимую область в колбу добавлены соли редкоземельных металлов в определенной пропорции, каждый из которых досвечивает свою область спектра таким образом, чтобы на выходе получить более менее равномерный белый спектр.

Что немаловажно — в качественных лампах из пространства между колбами откачан воздух (создан вакуум). Вакуум является надёжной теплоизоляцией внутренней колбы, разогревающейся до высоких температур, которые могут повредить оптику фары.

В дешёвых лампах с созданием глубокого вакуума между колбами не заморачиваются, поэтому однажды сэкономив на покупке нормальных ламп вы попадёте на дорогостоящий ремонт фар, исчисляемый десятками тысяч рублей.

Газы и их смеси (воздух в частности) являются хорошими изоляторами. Чтобы газ начал проводить ток, нужно приложить очень большую разность потенциалов, достаточную для начальной ионизации, когда в межэлектродном пространстве накопится достаточное количество носителей заряда — свободных электронов, находящихся в возбужденном состоянии. Только тогда возникает разряд в газовой среде — тлеющий, а затем и дуговой. Именно поэтому газоразрядные лампы так тяжело зажечь: для этого требуется очень высокое напряжение — до 23000В!

Это ровно в сто раз выше (на два порядка) чем в домашней электросети. И таки да, оно опасно для жизни! Помните об этом, когда решите залезть в проводку колхозного ксенона!

После искрового пробоя возникает дуговой разряд, как при сварке, напряжение между электродов лампы падает до 45-80В и лампа начинает прогреваться. При этом за счет нагрева содержащиеся в лампе присадки начинают испаряться и участвовать в поддержании процесса горения дуги.

Учитывая, что внутри газоразрядной лампы нет никакой спирали, вроде как и перегорать в ней нечему. Однако со временем (спустя 2000 часов работы — это в среднем 2-3 года интенсивной эксплуатации авто) лампа теряет бОльшую часть первоначальной яркости и подлежит замене. К тому же слишком долго работающие лампы (больше 5 лет) меняют свои электрические характеристики, и блоки розжига начинают их принудительно отключать. Блоки при этом совершенно исправны, менять их не нужно! Подробнее об этом вы можете прочитать в этой статье.

Автомобильные ксеноновые лампы обозначаются латинской буквой D и цифру от 1 до 8, отражающую ее тип. После цифры стоит еще одна буква: S для линзованной (прожекторной) оптики и R для рефлекторной.

Отличаются они только нанесенным на колбу непрозрачным экраном для более четкой светотеневой границы в фарах с обычным отражателем. Появились такие фары в середине нулевых и довольно быстро были вытеснены более эффективными линзованными фарами.

Есть два вида автомобильного ксенона: с содержанием ртути — это цоколи D1 и D2, и без содержания ртути (на парах серебра): цоколи D3, D4, D5, D8. Ртутьсодержащие лампы необходимо отдельно утилизировать, их нельзя просто выбрасывать вместе с бытовыми отходами.

Ксеноновые фары с ртутными лампами D1 и D2 появились как опция на дорогих автомобилях в начале 2000-х годов, и по сей день имеют непревзойденные световые характеристики, из-за чего их быстренько задвинули на свалку истории, постепенно вытеснив безртутными D4 и D3. Затем большинство производителей начали менять прошивки блоков розжига таким образом, чтобы лампа после разогрева светила чуть менее ярко, чем при старте (особенно сильно этим грешит корейский Mobis). В свою очередь безртутные ксеноновые лампы сейчас активно вытесняются светодиодными источниками света: сейчас у любого автопроизводителя вы встретите галогеновые фары в простых комплектации и сразу светодиодные фары в более дорогих комплектациях.

Так производители постепенно расчистили себе поляну под диодные и лазерные фары, ценник на которые превышает все мыслимые и немыслимые границы. В то же время их световые характеристики и срок службы оставляют желать лучшего, а ремонтопригодность вообще нулевая. Особо продвинутые европейские производители догадались приваривать внешнее стекло к корпусу ультразвуком, таким образом её даже невозможно вскрыть, не говоря про полное отсутствие запчастей к таким фарам.

В чем отличие газорязрядных ламп D1 от D2, D3 от D4?

А ни в чем! Однажды жадный европейский капиталист сидел в задумчивости: как поднять свои доходы относительно законным способом и без ущерба для репутации компании? И таки придумал: а что если часть блока розжига переместить в лампу? Тогда ее можно будет продать как минимум, втрое дороже! Так появились лампы D1, а впоследствии D3, и даже D5, в которой весь блок розжига оказался неотделимой частью лампы-расходника. Ну а обывателям рассказали слёзную сказку про экологию и безопасность. Самые поганые и отвратительные нововведения протаскиваются именно под этой личиной! Радуйтесь, что нам ещё не продают свечи зажигания, наглухо совмещённые с катушкой! А ведь лампы D1 и D3 — это по сути оно и есть.

Лампу D8S мощностью всего 25Вт вместо привычных 35Вт придумали для обхода требований в большинстве стран по установке омывателя и автоматического корректора угла наклона фар, тем самым удешевив конструкцию авто и подложив жирную свинью тем, кто такую машину купит.

Дело в том, что такая лампа света даёт как галогенка, а спектр имеет «ксеноновый», отчего в дождь с такими фарами решительно ничего не видно. Этим страдают Kia, зато их владельцы могут невозбранно заапгрейдить свои 25Вт до 35Вт простой заменой блоков и ламп. Отличить их в потоке, а тем более что то им предъявить со стороны гибдд будет практически нереально.

Лампа D5S является вообще экзотикой: в зад этой лампы запихали не часть, а целиком весь блок розжига, сделав ее самой дорогой и бесполезной игрушкой. Потому что полностью исправный блок вам придется выбросить вместе с вышедшей из строя лампой. Хотя есть способ припаять вместо спиленной колбы высоковольтный разъём и поставить обычную лампу D4S.

Еще замечена странная особенность блоков розжига безртутных ламп поздних годов выпуска: после выхода лампы на рабочий режим (секунд через 20 после включения) ее яркость скачкообразно уменьшается на 15-20% от первоначальной.

Есть предположение, что производители были прекрасно осведомлены о светодиодных фарах, их недостатках и огромном финансовом потенциале, поэтому искусственно задушили характеристики ксеноновых фар, чтобы новомодные и дорогущие светодиоды на их фоне не выглядели совсем уж убого.

Чем отличаются обычные лампы от X-treme Vision, NightBreaker и прочих +150% Ultra и Super модификаций? Стоит ли за них переплачивать?

Дело в том, что абсолютно все параметры разряда в лампе контролируются блоком розжига, установленном внутри фары. И со стороны лампы решительно ничего нельзя сделать, чтобы ощутимо увеличить световой поток. Если параметры лампы будут сильно отличаться от стандартных, блок розжига её просто выключит как неисправную.

Поэтому единственное, что можно сделать с лампой — это изменить пространственное положение разрядной дуги относительно цоколя. Если в стандартной новой фаре немного наклонить лампу вниз, то горячее пятно, спрятанное за шторкой сместится вниз, что вызовет прирост в освещённости. Именно этот принцип и используется во всех «плюсовых» лампах. Т.е. по сути это обычные лампы с нарушенной геометрией по сильно завышенной цене.

Во всех наших ремкомплектах мы настраиваем индивидуально каждый модуль по максимуму света под шторкой. И делается это по стандартным лампам. Если в наш модуль поставить такую «плюсовую» лампу, то горячее пятно окажется гораздо ближе расчётного, т.е. вы получите ослепляющее пятно перед авто, а вдаль вам придётся напряжённо вглядываться, где света будет значительно меньше. Поэтому нет смысла переплачивать за кривые лампы, если вы покупаете наш ремкомплект. Он прекрасно светит со стандартными лампами, которые значительно доступнее по цене.

Какой цвет ламп лучше выбрать?

Все заводские ксеноновые фары комплектуются лампами с цветовой температурой 4300К, и это неспроста. Эта цветовая температура соответствует освещённости в безоблачный солнечный день. При этом в тени, где есть только свет неба цветовая температура будет уже 5000-6000К. В принципе, белым считается свет с цветовой температурой от 3800К (теплый белый) до 6000К (холодный белый). 4300К — нейтральный белый с максимальной, неискажённой цветопередачей. Но все эти рассуждения хороши для фотосъёмки, интерьерного освещения, скажем в магазине, где важно, чтобы вещи выглядели с неискажёнными цветами.

На дороге всё обстоит немного иначе. Нам важно видеть, куда и где мы едем. Есть границы прозрачности атмосферы, к тому же синий спектр преломляется гораздо сильнее жёлтого. Мне вообще кажется странной мода на «поголубее» в одной из самых гомофобных стран мира 🙂 Если не ориентироваться на странную моду, то лампы с цветовой температурой выше 5000К освещают мокрую дорогу в разы хуже ламп со стандартной цветностью 4300К. Вообще идеальны лампы 4100К — это Osram Xenarc Classic (маркировка CLC в артикуле) и XE Xensation 53500. В дождь, снегопад, туман нет ничего лучше!

Огромным преимуществом газоразрядных автоламп является их энергоэффективность: потребляя всего 38-40вт от электросети автомобиля вместо 55Вт у галогенок они дают в два с половиной раза больше света. Их спектр более приближен к дневному в солнечный день, а срока службы хватает на 3-4 года довольно интенсивной эксплуатации.

Однако, есть у них и существенный недостаток: зависимость дугового разряда от магнитного поля Земли и положения в пространстве, из-за чего свет таких фар ощутимо мерцает при езде по неровностям дороги.

Когда ваш авто трясет на кочках, лампа довольно резко меняет свое положение в пространстве, а сгусток плазмы какое то время остается на старом месте, подобно пламени свечи, которую рывками перемещают в пространстве. Поэтому во всех без исключения газоразрядных лампах на неровностях дороги свет мерцает, и это не является неисправностью: такова физика процесса получения света в этих приборах!

Стоит отдельно пройтись словесным напалмом по производителям и продавцам колхозного ксенона. Дело в том, что все эти лампы крайне низкого качества, в первую очередь — состав стекла внешней колбы. Именно из толщи этого стекла, а не герметика, на который вклеена колба (как предполагалось ранее) при работе лампы испаряется какая то летучая фракция, оседающая на отражателе несмываемым налетом и приводящая его в негодность.

Вторая причина: отсутствие глубокого вакуума между внутренней и внешней колбой. А ведь вакуум — лучший теплоизолятор! Вы можете какое то время держать голыми руками горящую лампу габаритов, а ведь всего в паре миллиметров от вашей кожи температура спирали превышает 2000°С!

Соответственно, покупая неоригинальные лампы вы значительно сокращаете срок службы своих фар. Причем зачастую это уже вопрос доступности на рынке, а не выгоды для покупателя по цене: продавцы умудряются впаривать китайский хлам MTF, Lynx по цене нормальных европейских брендов. К примеру, оригинальная лампа Neolux производства Германии стоит всего 1560р за лампу. Очень странно пытаться сэкономить сумму, которую едва хватит на один поход в продуктовый, чтобы потом попасть на дорогостоящий ремонт фар, исчисляемый десятками тысяч рублей.

Третья причина, почему не стоит связываться с неоригинальными дешевыми блоками — питание лампы постоянным током. Для экономии места и снижения себестоимости производители не ставят в выходной каскад блока розжига инвертор, который подает на лампу как и положено переменный ток, для исключения неравномерного износа ее электродов. При незаведенном двигателе от включенных штатных блоков хорошо слышно равномерный гул с частотой около 200Гц. Это совершенно нормально, чего нет у дешевых альтернативных блоков.

Так называемый блок розжига в slim корпусе

Несмотря на его плоский форм-фактор, внутри всё равно половина корпуса пустая! А дело в том, что у него нет инвертора на выходе, который преобразует постоянное напряжение в переменное для питания лампы. Поэтому один из электродов перегревается и изнашивается гораздо быстрее, чем другой.

Поэтому даже если вы купите хорошие оригинальные лампы, этот выпердыш китайской подпольной мануфактуры её просто угробит!

Оригинальный блок розжига постоянно контролирует электрические параметры подключенной лампы, и при ее старении в какой то момент лампа начинает выключаться почти сразу после старта. Это однозначно указывает на необходимость ее замены. Блок при этом совершенно исправен!

Типичная ситуация, от которой уже начинает дергаться глаз: обыватель приезжает в привычный сервис, где ему обслуживают подвеску, меняют масло и т.д. с просьбой посмотреть фары. Автохтоны слыхом не слыхивали про различие ламп, потому у них в наличии самое дешевое говно, которое только можно найти, ибо тема непрофильная и вкладываться в нее не с руки.

Ставит слесарь «новую» говнолампу, блок естественно и ее выключает, и тут уже приговаривают к замене дорогущий оригинальный блок розжига, меняя его на имеющееся говно, чаще всего как на фото выше. Причем ставят их варварским способом с распилом крышки и корпуса, чтобы блок оставить снаружи, а сопли от него затащить внутрь фары.

Герметичность? Не, не слышали! Да и пофиг, что фара потеть начала. Кстати, уважаемые коллеги! Когда сделанное вами говно со временем обязательно всплывает — вы потеряете этого клиента и по вашей профильной теме, которую делаете хорошо. Просто люди любят обобщения и к вам навсегда прилипает репутация рукожопов. Так что давайте я не буду лезть в двигатель и ходовку, а вы пожалуйста, не уродуйте людям фары!

В следующей, заключительной статье этого цикла мы рассмотрим твердотельные источники света для автомобилей — диодные и лазерные фары. Подписывайтесь на мой Телеграм канал, чтобы не пропустить новые полезные и интересные статьи.

Alek7dr 29 ноября 2020 Автомобиль: Hyundai Grand Santa Fe

Источник статьи: http://avto-oko.ru/blog/articles/automotive-bulbs-hid