В качестве источника света в традиционных автомобильных световых приборах используют электрические автомобильные лампы накаливания. Требования к их параметрам и применяемости нормируются Правилом № 37 ЕЭК ООН.
Автомобильные лампы накаливания, световые параметры, устройство, назначение, обозначение, электрические и светотехнические параметры.
Конструкцию, применяемость и способы контроля автомобильной лампы накаливания оценивают по следующим характеристикам:
— Категория, тип лампы.
— Номинальное и расчетное напряжения.
— Номинальное и предельное значения мощности и светового потока.
— Средняя продолжительность горения.
— Световая отдача.
— Тип цоколя.
— Масса.
— Геометрические координаты положения нитевой системы относительно базовой (установочной) плоскости.
Контрольный световой поток.
Номинальный световой поток эталонной автомобильной лампы накаливания, при котором измеряются оптические характеристики осветительного прибора.
Базовая плоскость.
Плоскость, по отношению к которой определяются основные размеры лампы.
Световая отдача.
Отношение излучаемого источником света светового потока к потребляемой мощности.
К основным световым параметрам источников света относятся:
— Номинальный световой поток лампы, измеряемый в люменах.
— Максимальная сила света, измеряемая в канделах.
— Яркость тела накала, измеряемая в канделах на квадратный метр.
Правила 37 ЕЭК ООН и МЭК 809-85 устанавливают требования к лампам автомобильный фар категорий R2, H1, Н2, НЗ, Н4, сигнальных фонарей P21/5W, Р21W, R5W, R10W, C5W, щитков приборов и освещения салоа T4W, W3W, W5W.
Устройство автомобильных ламп накаливания.
Автомобильные лампы накаливания состоят из:
— Колбы.
— Одной или двух нитей накала.
— Цоколя с фокусирующим фланцем или без него.
— Выводов.
Автомобильные лампы накаливания, внешний вид и устройство.
Стеклянная колба автомобильной лампы накаливания может быть разной формы:
— Шаровидной.
— Каплевидной.
— Грушевидной.
— Цилиндрической.
Нити накала в двухнитевых лампах имеют различное функциональное назначение. Цоколь лампы служит для крепления лампы в патроне светового прибора и подведения тока от источника электроснабжения к электродам, соединяющим контакты цоколя с нитями накала.
Автомобильные лампы накаливания имеют штифтовые и фланцевые цоколи различной конструкции. В лампе со штифтовым цоколем трудно обеспечить точное расположение нити накала относительно штифтов. 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 автомобильные лампы накаливания автомобильных фар головного освещения снабжают фокусирующим фланцевым цоколем. Конструкция фланца позволяет устанавливать лампу в оптический элемент лишь в одном определенном положении.
Нити накала.
Размеры и расположение нити накала в лампе нормируются отечественными и международными стандартами для того, чтобы при замене лампы характеристики светового прибора существенно не изменились. 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 изготовляют 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. 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. Это позволяет увеличить световую отдачу до 14-18 лм/Вт при сроке службы 125-200 часов.
Галогенные автомобильные лампы накаливания.
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 другие) 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 на нити накала, а пары йода остаются в газовом пространстве колбы, участвуя в дальнейшей реализации йодного цикла.
Вольфрам испаряется быстрее с более нагретых участков нити накала. Так как температура выше у дефектных участков, испарение вольфрама с таких участков происходит интенсивнее. С другой стороны, возвращаясь к телу накала, вольфрам оседает на более холодных его участках, поэтому йодно-вольфрамовый цикл не компенсирует усиленное испарение вольфрама с дефектных участков и не способствует существенному увеличению срока службы лампы.
Кроме йода и брома, галогенный цикл в автомобильных лампах накаливания обеспечивают также соединения брома:
— Бромистый метилен.
— Бромистый метил.
Световая отдача галогенных ламп составляет 22—25 лм/Вт. Это в 1,5 раза превышает световую отдачу обычных ламп. Для реализации галогенного цикла необходима высокая температура стенок колбы — до 600-700 °С. Поэтому колбу галогенной лампы изготовляют из кварцевого стекла. Колба имеет небольшие размеры.
Для обеспечения более равномерного отложения вольфрама на спиральной нити накала, она должна быть выполнена в виде прямого цилиндра. Выводы галогенной лампы сделаны из молибдена, температурный коэффициент расширения которого близок к коэффициенту расширения кварцевого стекла.
Однонитевые галогенные автомобильные лампы накаливания категорий H1, H2 и Н3.
Применяются в противотуманных фарах, фарах-прожекторах и фарах рабочего освещения. Кроме того, они могут быть использованы в четырехфарных системах головного освещения. Лампы H1 и Н2 имеют нить, расположенную вдоль оси колбы и отличаются конструкцией цоколя. Нить накала в лампе Н3 расположена перпендикулярно оси колбы.
Двухнитевая галогенная лампа категории Н4.
Устанавливается в фарах головного освещения. Специальный цоколь P43t/38 исключает установку лампы в оптический элемент, не предназначенный для нее. Нити дальнего и ближнего света лампы категории Н4 имеют форму цилиндров и расположены вдоль оптической оси.
Параметры автомобильных ламп накаливания.
Сила тока, потребляемого лампой от источника электроэнергии, световой поток и световая отдача зависят от напряжения. Отечественная промышленность выпускает автомобильные лампы накаливания 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 нагревателя меньше, поэтому световой поток и световая отдача уменьшаются. В случае снижения 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 автомобильные лампы накаливания 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 обеспечиваются за счет соответствующих изменений в конструкции лампы.
Напряжение питания ламп накаливания на автомобиле зависит от:
— Настройки регулятора напряжения.
— Состояния источников электроэнергии в цепях питания световых приборов.
— От числа включенных потребителей.
— От сечения и протяженности соединительных проводов.
Автомобильные лампы накаливания должны выдерживать возможные в системе электрооборудования автомобиля колебания напряжения. Автомобильные лампы накаливания работают в условиях вибрации и тряски, поэтому должны быть механически прочными. Крепление колбы к цоколю должно выдерживать усилие, прилагаемое к лампе, когда она вставляется в патрон или вынимается из него.
Автомобильные лампы накаливания должны надежно удерживаться в патронах при значительной вибрации, характерной для эксплуатации автомобиля. Снижение вибрационных нагрузок на нить накала и устройство для закрепления лампы в патроне достигается за счет эластичной подвески патрона в световом приборе или светового прибора на автомобиле. Автомобильные лампы накаливания отличаются по назначению, конструкции, по электрическим и светотехническим параметрам.
Обозначение автомобильных ламп накаливания.
Автомобильные лампы накаливания имеют обозначение (например, А12-45+40), в которое входит:
— Буква А (автомобильная).
— Указание на величину номинального напряжения (6, 12 и 24 В).
— Указание на потребляемую мощность в ваттах нитей накала 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 обозначение типа галогенных ламп (например, АКГ12-60+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 P45t/41. 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 с задней стороны отражателя и закрепляется пружинящими защелками.
Отечественная промышленность выпускает:
— Двухнитевые галогенные лампы АКГ12-60+55 и АКГ24-75+70 (категория Н4) для головных фар с европейским светораспределением.
— Однонитевые лампы АКГ12-55, АКГ24-70 (категория H1).
— Однонитевые лампы АКГ12-55-1, АКГ24-70-1 (категория Н3) для прожекторов и противотуманных фар.
Электрические и светотехнические параметры автомобильных ламп накаливания.
Светосигнальные фонари обеспечивают необходимые светотехнические характеристики при силе света от 1 до 700 кд. Номинальная мощность ламп светосигнальных фонарей не превышает 21 Вт.
— Для сигналов торможения и указателей поворота выпускают лампы А12-21-3 и А24-21-2 с штифтовым цоколем BA15s/19.
— Двухнитевая лампа А12-21+5 с цоколем BAY15d предназначена для фонарей, совмещающих функции габаритного огня и сигнала торможения.
— В габаритные фонари устанавливают однонитевые лампы А12-5-2 и А24-5-2 с цоколем W2,1×9,5d.
Выпускают также софитные лампы АС12-5-1 с цоколем SV8,5/8, а для освещения салона приборов, блоков контрольных ламп и световых ламп и световых табло — лампы А12-1, А24-1, А12-1,2, А24-2, АМН12-3-1 и АМН24-3. Миниатюрный цоколь BA9s/14 имеют однонитевые лампы А12-4-1 и АМН24-4.