С появлением первых автомобилей возник вопрос освещения дороги в темное время суток. Недолго думая, было решено использовать керосиновые горелки и восковые свечи, взятые от конных экипажей того времени. Однако подобная оптика не позволяла качественно освещать пространство перед автомобилем.
Выходом из ситуации стала ацетиленовая горелка. На автомобиль пришлось дополнительно устанавливать два бочонка: для карбида и для воды. Но заряда таких фар хватало лишь на пару часов езды, бочонки приходилось перезаряжать, а саму фару и отражатель чистить от копоти. Непрактично оказалось.
Но почему нельзя было использовать простые лампы накаливания, которые изобрели раньше автомобиля? Инженеры попытались это сделать, но первые лампы с угольной нитью накаливания слишком быстро выходили из строя от тряски и вибраций. К тому же заряда аккумулятора хватало лишь на очень ограниченное время работы. И только с повсеместным появлением генераторов и выпуском ламп с вольфрамовой нитью удалось внедрить электрический свет на автомобилях.
В процессе работы такой лампы вольфрам понемногу испаряется и оседает на стенки стеклянной колбы. Чтобы предотвратить это явление, колбу наполняют инертным газом – галогенидом (йод или бром). Газ связывает молекулы испарившегося вольфрама и не дает ему оседать на стенки колбы. При попадании обратно на спираль это соединение разделяется: вольфрам остается на спирали, а газ возвращается в пространство колбы. Это явление называется галогенным циклом и требует температуры порядка 200 градусов. Именно поэтому галогенные лампы боятся влажности и отпечатков пальцев на поверхности колбы.
Галогенные лампы не могут похвастаться высокой яркостью и световым потоком. Их цветовая температура – около 3000К. Это теплый свет с желтоватым оттенком. Световой поток, или проще говоря, количество света – около 1500 люмен. Забегая вперед отметим, что световой поток ксенона – 3000…3200 люмен. Срок службы галогеновых ламп ограничен 1000-2000 часов.
Возникает резонный вопрос, почему галоген до сих пор не отправили на свалку автомобильной истории? Все дело в простоте и дешевизне этого типа автомобильных фар. До сих пор многие покупатели новых автомобилей при выборе типа фар отдают предпочтение галогену, как более дешевому свету, а на некоторые модели автомобилей ничего, кроме галогена, не устанавливают в принципе.
Ксенон-наполненные лампы представляют собой самые обычные лампы накаливания с вольфрамовой спиралью, наполненными газом ксеноном (Xenon, Xe). Он позволяет более эффективно регенерировать спираль, менее теплопроводный, а значит, свечение лампы можно сделать ярче, увеличив ее температуру. Многие производители в настоящее время выпускают ксенон-наполненные лампы для наиболее распространенных типов цоколей: Н4, Н7, Н13.
Газоразрядная ксеноновая лампа это уже совершенно другой источник света. Здесь нет раскаленной спирали, а в колбе расположены два электрода, между которыми разжигается электрическая дуга, которая горит в среде ксенона.
Яркость свечения электрической дуги не идет ни в какое сравнение со свечением вольфрамовой спирали. Световой поток газоразрядной лампы в 2 с лишним раза больше галогена (3200 лм против 1500 лм). В ней нет спирали, а значит, лампа не боится тряски и вибраций. Срок службы в два раза больше галогена – до 4000 часов.
Но есть у ксенона и недостатки. Одним из них является сложный и дорогой блок розжига. Дело в том, что для зажигания электрической дуги необходим короткий импульс переменного тока напряжением 25000 вольт, а затем нужно поддерживать горение при 85 В. Бортовая сеть автомобиля не способна справиться с таким заданием, для чего и устанавливается блок розжига.
В процессе эксплуатации цвет свечения ламп постоянно изменяется. Если перегорит одна лампа, менять придется сразу обе, поскольку цвет свечения новой и б/у ламп будет заметно отличаться.
Вследствие высокой яркости и риска ослепления встречных водителей, ксеноновые фары в обязательном порядке комплектуются фокусирующей линзой, омывателем и автоматическим корректором. Однако очень часто встречаются на наших дорогах персонажи, которые устанавливают ксеноновые лампы в обычные галогенные фары, что приводит к неправильному рассеиванию светового пучка, невозможности регулировки и 100% ослеплению встречных водителей.
Светодиод представляет собой две пластины: одна с положительным зарядом, а другая – с отрицательным. Между пластинами находится нейтральная зона. Светодиод, как и обычный диод, способен пропускать ток только в одном направлении. При прохождении электрического тока положительные и отрицательные частицы устремляются друг к другу в нейтральную зону и, сталкиваясь, испускают фотоны – это и есть свет. Цвет свечения зависит от состава вещества пластин и может быть совершенно любого оттенка.
Преимущество светодиодов в том, что кроме света они больше ничего не излучают. А значит, теоретически, их КПД (коэффициент полезного действия) может быть равен 100%. В реальности мощным светодиодам все же требуется охлаждение, иногда даже с использованием кулеров.
Светодиоды лишены спиралей, электродов, они пыле- и влагонепроницаемые. Вследствие этого срок их службы доходит до 50000-100000 часов. Светодиодам не нужны никакие блоки розжига, они компактны. Однако для их работы все же необходима стабилизация напряжения. Для этого служат небольшие драйверы.
В настоящее время светодиоды в головном свете автомобилей используют лишь Audi, Mercedes и еще несколько премиальных марок. Все дело в дороговизне и недостаточном опыте эксплуатации подобных светоприборов. Со временем, с удешевлением производства и упрощением конструкции, светодиоды получат широкое применение в фарах наших автомобилей.