Про що йдеться:
1. Особливості галогенних автомобільних ламп
1.1. Конструкція автомобільної галогенової лампи
2. Детально про автомобільні ксенонові фари
2.1. Що таке біксенон, які особливості його роботи
2.2. Еволюція розвитку автомобільного ксенону
3. Порівняльні характеристики ксенону і галогену
Еволюція автомобільних фар – вельми цікава історія. Чи знаєте ви, що перші фари були звичайними гасовими (керосиновими) пальниками? Такими ж, які застосовувалися для кінних екіпажів. А що ви чули про ацетиленові фари? Такий освітлювальний прилад складався з двох діжок: із водою та із карбідом кальцію. За допомогою краників обидва реагенти змішувалися, утворюючи ацетилен, що генерує при згорянні досить потужний світловий потік. Так, незручно, але це був прогрес у порівнянні з тьмяним освітленням керосином.
Із тих пір технології пішли далеко вперед. І на сьогоднішній день у якості головного світла використовується два типи освітлювальних приладів:
- лампи розжарювання (галогенки);
- газорозрядні джерела світла із робочою речовиною у вигляді інертного газу (ксенон).
Світлодіодні фари поки ще не отримали достатнього поширення в силу недосконалості їх характеристик саме для освітлення дороги. Тому вибір у водія зазвичай невеликий: ксенон або галоген.
Але було б неправильним стверджувати, що єдиною важливою відмінністю ксенонової автооптики від галогенної є висока вартість. Спробуємо розібратися в цьому питанні більш ретельно.
1. Особливості галогенних автомобільних ламп
Незважаючи на появу нових екзотичних джерел світла (лазерів, світлодіодів), відмовлятися від випробуваних «нелінзованих» фар виробники автомобільної світлооптики поки не збираються. Тим більше що класичну фару можна помістити і класичні галогенки, і ксенон, і навіть LED. Конструкція такої оптики нескладна: світловий потік, який генерує лампа, потрапляє спочатку на металевий відбивач. Після цього промінь світла потрапляє на розсіювач – скляну оболонку, що складається з великої кількості маленьких лінз. Після заміщення скла пластиком з’явилася можливість формувати відбивач, що включає безліч невеликих сегментів, кожен з яких генерує світловий потік, спрямований в певну область. Таким чином, інженерам вдалося вирішити відразу кілька завдань: полегшити і здешевити автооптику, а також відмовитися від використання розсіювача.
«Лінзована» фара, або світлотехнічний виріб проекторного типу, працює за іншим принципом. Світловий потік від лампи падає спочатку на відбивач. Після цього його приймає спеціальний екран, який за допомогою лінзи формує спрямований світловий пучок. Такий світловий прилад відрізняється більш компактними розмірами. І окрім цього можливістю генерації світлового променю із більш передбачуваною геометрією. Проте спочатку проекторна оптика мала два істотних недоліки: сильно перегрівалася, а також мала різку межу між світлом і тінню. Проблему вдалося вирішити для обох типів фар: галогену і ксенону. Зокрема, на «галогенках» – монтажем автоматичного коректора. Сьогодні ця компонента є обов’язковою для автомобільної світлотехніки газорозрядного типу на території Європи.
1.1. Конструкція автомобільної галогенової лампи
Розглянемо, що собою являє сучасна автомобільна галогенна лампа. Віддалено вона нагадує всім звичну лампу розжарювання. Та ж герметична скляна колба, тільки іншої форми і розміру. Та ж вольфрамова нитка розжарювання, ті ж електроди.
Єдина істотна відмінність – наявність всередині колби газової суміші, основною компонентою якої є галоген. Вона потрібна для того, щоб вловлювати атоми вольфраму, які випаровуються під впливом високої температури. І по можливості «приклеювати» їх назад до нитки, тобто частково регенерувати її. Це дозволяє істотно подовжити термін служби галогенки у порівнянні зі звичайною лампою розжарювання.
Про переваги і недоліки галогенних джерел світла ми поговоримо пізніше, коли будемо порівнювати ксенонові лампи і галоген.
Залишається лише відзначити, що удавана простота галогенок насправді такою не є. Інженери провідних світлотехнічних компаній постійно працюють над вдосконаленням їхньої конструкції. І вже сьогодні є розробки, які ставлять галогенні лампи на один рівень з ксеноновими аналогами за всіма важливими світлотехнічними характеристиками.
Йдеться про заміну матеріалу виготовлення колби – замість тугоплавкого скла використовують кварц. Є варіанти з оптичним поліруванням скляної поверхні колби. Також цікавою є ідея нанесення на скляну колбу купола з паладію…
Нарешті, проводяться експерименти і з газовою сумішшю, куди вводять ксенон для збільшення температури вольфрамової нитки. Це дозволяє збільшити яскравість світлового потоку і наблизити спектр світіння до природного.
Такі лампи вже є у продажу. Коштують вони поки ще дорого – дорожче за ксенон або біксенон. Проте їхня потужність вдвічі вище, ніж у звичайної галогенки, а термін служби теж суттєво збільшився. За світлосилою така лампа практично не поступається ксенону. А що стосується вартості, то із часом вона неминуче знизиться.
Виходячи зі всієї цієї інформації, можемо зробити очевидний висновок, що галогенні лампи ще рано списувати з рахунків.
2. Детально про автомобільні ксенонові фари
Інертні гази вважаються найкращим наповнювачем для всіх типів ламп розжарювання. Особливо у пошані ксенон, завдяки якому вдається підвищити температуру нитки практично до точки плавлення вольфраму. Але ксенонові лампи розжарювання і газорозрядні автомобільні ксенонові джерела світла – це, строго кажучи, абсолютно різні речі.
Джерелом фотонів в газорозрядних лампах є не розпечена металева нитка, а сам газ. Якщо бути точним, то це електрична дуга, яка виникає між парою електродів в момент подачі високовольтного імпульсу. За багатьма показниками ксенонова лампа у кілька разів, а то і на порядок ефективніше за лампу розжарювання останнього покоління.
Щодо ККД – коефіцієнту корисної дії. Втрати електроенергії на нагрів у ксенонової лампи складають всього 8%. У той час як у лампи розжарювання цей показник 40%, тобто майже половина енергії йде, як то кажуть, у повітря. Відповідно, різниться і споживання електроенергії: 35 Вт у ксенону проти 55 Вт у галогенок. А також і яскравість пучка світла (3200 люмен проти 1500 відповідно).
Ксенонові лампи
Але і принцип роботи ксенонових ламп набагато складнішій, не кажучи вже про біксенонові. Для генерації високовольтних імпульсів потрібна наявність спеціального блоку підпалу, у якого одне завдання – сформувати газовий розряд. Для цього потрібен короткий імпульс змінного струму напругою близько 25 кВ (кіловольт!), у той час як бортова електромережу оперує величинами не більше 12 В постійного струму. Високовольтний блок якраз і відповідає за генерацію таких імпульсів із дуже великою частотою – близько 400 Гц.
Втім, 25 тисяч вольт потрібно лише для початкового підпалу. У подальшому для підтримки процесу вистачає і 80-85 В.
2.1. Що таке біксенон, які особливості його роботи
Первісна конструкція ксенонової лампи була не здатна змінювати просторові та амплітудні характеристики світлового потоку. Така лампа не може забезпечити одночасно і ближнє, і дальнє світло. Окрім цього виявилося, що при установці ксенону в якості дальнього світла, він просто сліпить водіїв, тому основна сфера застосування ксенону першого покоління – виключно ближнє світло. У той час як дальнє залишалося вотчиною виключно галогенки.
Тобто тривалий час був поширений гібрид лампи з ксенону і галогену.
Згодом проблему вирішили в рамках однієї блок-фари, об’єднавши дальнє та ближнє світло. Така оптика отримала назву біксенон.
Зараз найбільш поширеними конструкціями біксенонових фар вважаються наступні:
- Прожектор. За перемикання між двома режимами освітлення відповідає екран, розташований у відбивачі. Коли водій включає ближнє світло, шторка висувається і банально ховає частину світлового потоку, спрямованого вгору. При перемиканні на дальнє світло шторка забирається.
- Відображення. Поділ потоків світла здійснюється за допомогою взаємних просторових переміщень електродного блоку і рефлектора. В результаті змінюється фокусна відстань, а разом з нею і розподіл світлового променю.
Експериментальним шляхом було встановлено, що якщо використовувати для ближнього/дальнього світла окремі фари, то освітленість дорожнього полотна збільшується приблизно на 40%. Але в цьому випадку буде потрібно вже чотири комплекти ксенонової оптики. Це вже реалізовано, наприклад, у автомобілі Volkswagen Phaeton W12.
2.2. Еволюція розвитку автомобільного ксенону
Для тих, хто бажає поглиблено зануритись у питання еволюції ксенонової автомобільної оптики, корисною буде інформація щодо основних особливостей різних поколінь таких пристроїв:
- Перше покоління ксенонових ламп прийнято позначати G1. Це були недосконалі, технічно дуже складні прилади, що генерують пусковий струм величезного номіналу. Характерною особливістю G1 вважається дуже високий відсоток браку. Тоді кількість непрацездатних ламп могла досягати 50%.
- G2 – оптика другого покоління – все ще недостатньо надійна. Поки не вдалося домогтися зворотного зв’язку із ксеноновою лампою. А розкид напруги для підтримки горіння залишається недостатньо великим.
- У ксеноні G3 з’явився надійний зворотний зв’язок, істотно зросла стабільність характеристик газового розряду. Блок розпалу навчився вчасно вловлювати загасання розряду, щоб тут же подати черговий імпульс. Блок живлення і котушку об’єднали в одному корпусі, відсоток браку знизився до 30%. Але номінал пускового струму залишався дуже великим, що призводило до швидкого вигорання оптики. Через особливості роботи тогочасного обладнання, виробники не рекомендували включати ксенон до моменту пуску мотора.
- G4 – це вже якісно інший рівень. У лампах четвертого покоління блок розпалу знову стає розділеним: БП поміщають в металевий короб, а високовольтну котушку – до окремого пластикового корпусу. Впровадження зовнішнього помножувача дозволило встановлювати ксенон на автомобілі з бортовою напругою 12/23 В, тобто на більшість масових транспортних засобів, включаючи мотоцикли. Споживання струму вдалося знизити до 1.5-3.0 А. Це дозволило виключити залежність від ємності АКБ або потужності автогенератора, знизивши до мінімуму вплив на роботу бортової мережі. Відсоток браку знизився до рівня близько 3-5%.
- Сучасна ксенонова оптика – це лампи п’ятого покоління. У G5 високовольтний блок повернувся до головного модуля, його стали заливати компаундом. Сучасна цифрова начинка істотно поліпшила характеристики блоку розпалу. Стала можливою реалізація режиму моргання ксенонових ламп без нанесення шкоди блоку розпалу і самим лампам. Знизилися габарити лампи, зменшилося тепловиділення, зросла надійність. Відсоток вихідного браку зменшився до стандартних для сфери автооптики величин (0.3%). Використання мікропроцесорних компонентів замість окремих електронних дозволило збільшити надійність ламп до величин, недосяжних раніше.
Тепер поговоримо про колірну температуру ксенонових автоламп. Термін «температура» тут слід розуміти не в загальноприйнятому сенсі. Це характеристика джерела світлових хвиль, що визначає кольоровідчуття людського ока. Градація колірної температури виконана в чіткій відповідності зі спектром. Вимірюється колірна температура в Кельвінах, при цьому кожному значенню відповідає певна спектральна складова.
Відзначимо, що наш зір влаштовано таким чином, що максимальне сприйняття навколишнього середовища відбувається при денному світлі, коли основним його джерелом є наше Сонце.
Лампи з ксеноном
Якщо говорити про ксенонову автомобільну оптику, то найбільш поширеними є лампи, що мають наступну колірну температуру:
- 4300 К – сприймається оком як біло-молочний колір;
- 5000 К – білий, що нагадує денне світло;
- 6000 К – віддає блакиттю (іноді виробники називаються таке світло «Блакитний кристал»).
Іншими словами, колірна температура змінюється від жовтої смуги спектра (мінімальні значення) до блакитної. На відміну від ксенону, галогенові лампи мають температуру, що не перевищує 4000 до, тому вони не можуть мати ту блакить, за якою так ганяються деякі автолюбителі.
Втім, заводські ксенонові лампи теж мають приблизно таку ж КТ. Наприклад, штатні ксенонові лампи MICHI виробляються у двох варіантах: 4300 та 5000 К. Саме такі значення забезпечують найкращу видимість дороги в темний час доби. І ті 6000 К, які дають благородний блакитний відтінок, у негоду вже не забезпечують необхідний рівень освітленості. Тому придбання таких ламп без особливої необхідності слід уникати.
Оптимальною кольоровою температурою автомобільного ксенонового світла вважається значення в інтервалі від 4000 до 4300 Кельвінів.
3. Порівняльні характеристики ксенону і галогену
Із наведеної вище інформації у загальних рисах можна зрозуміти, чим відрізняється ксенон від галогену.
Але є і ряд інших особливостей, про які варто згадати. Галогенні лампи мають нижчу кольорову температуру, і це означає, що вони виглядають начебто яскравішими. Із точки зору освітлення дороги це добре, але від більш яскравого світла очі швидко втомлюються, що призводить до зниження гостроти зору. У ксенону світло менш яскраве і набагато більш стабільне, що менше стомлює очі водія.
Але це стосується виключно колірної температури. А якщо врахувати власне яскравість, вимірювану в Люменах, то тут перевага на стороні ксенону. Саме у нього якого середній показник складає близько 3200 Лм проти 1400-1500 у галогенок. Ксенон вигідніший і з точки зору енергозбереження. Так одна лампа споживає приблизно 30-40 Вт, тоді як галогенний аналог із таким же світловим потоком – 50-60 Вт.
Яскравість джерела світла безпосередньо впливає на здатність висвітлювати дорогу в негоду. Тому ксенон світить набагато краще галогену, він з легкістю пробиває крапельки дощу, сніжинки і навіть туман. У ламп розжарювання з цим набагато гірше. Світло галогенок, висвітлюючи джерело негоди, швидко загасає, створюючи невелику кулю світла, через яку важко розгледіти дорожнє полотно.
Якщо перші покоління ксенонових ламп відрізнялися відверто поганою надійністю, то у нинішнього обладнання із цим все добре. У галогенної лампи є такий компонент, як вольфрамова нитка розжарювання. Вона, як і у будь-якої іншої лампи розжарювання, і є найслабшою ланкою. Будь-яка струс, без якого їзда в принципі неможлива, ризикує пошкодити нитку. Тому середній ресурс такої світлотехніки, незважаючи на всі старання конструкторів, не вдається підвищити до рівня ксенону.
Середній час напрацювання на відмову у лампи розжарювання становить 600-800 годин, тоді як у ксенонових ламп типу G5 коливається в межах 2400-3000 годин. Різниця відчутна!
Нарешті, з точки зору практичності догляду за фарами газорозрядна світлооптика знову ж краща. Вона менше гріється, бруд, який потрапляє на скло фари, не встигає засохнути і легко забирається під час миття.
Що стосується галогену, то важлива відмінність таких фар від ксенону полягає в простоті конструкції. Їхня робоча напруга не відрізняється від бортової, для них не потрібний високовольтний блок розпалу. Але при цьому і колірна температура галогенок істотно нижча.
Галогенні лампи для авто
Найбільш поширеними є галогенові лампи із наступними номіналами кольорової температури:
- 2400 К – це мінімальний показник кольоровості, що забезпечує світло з насиченим жовтим відтінком. Про достатню яскравість тут мова не йде. Така лампа придатна хіба що для підсвічування автотраси у негоду.
- 3200 К – це галогенки із оптимальною світлосилою, колір яких зміщується в світлу сторону.
- 4000 К – максимальний показник для ламп розжарювання із галогенової газовою сумішшю. Характеризується насиченим білим світлом, забезпечуючи прийнятну освітленість дороги, включаючи дальнє світло.
Серед інших особливостей галогену слід зазначити наявність газового середовища, що сприяє більш повільному зносу вольфрамової нитки. Завдяки цьому і вдалося підвищити ресурс з 200 годин (показник, що характеризує звичайні лампи розжарювання) до 600, а у кращих представників даного класу – до 900 годин.
Відмінності між ксеноном і галогеном будуть помітнішими, якщо ми коротко перерахуємо переваги і недоліки обох видів автомобільної світлотехніки. Це буде своєрідним резюме попередніх розділів.
Порівняння світла ксенону та галогену
3.1. Переваги ксенону
- Головним фактором, який змушує конструкторів автомобільної оптики вдосконалювати існуючі і шукати нові джерела світла, є безпека. А основною перевагою ксенонових фар прийнято вважати збільшений світловий потік, який істотно поліпшує освітленість як дорожнього полотна, так і правого узбіччя. Природньо, що за кращого освітлення помітити перешкоду можна набагато раніше. Відповідно збільшується час на реагування водія при виникненні нештатної дорожньої ситуації.
- Досягнення сучасної мікроелектроніки дозволили підвищити надійність ксенону до рівня, про який лампи іншого типу можуть тільки мріяти. При цьому вдалося знизити вплив блоку розпалу на бортову мережу до мінімуму. Зменшено навантаження на генератор до рівня середнього споживача.
- Якщо використовувати лампи із колірною температурою до 5000 Кельвінів, то таке світло буде досить яскравим для дорожнього полотна. При цьому таке освітлення не буде діяти дратівливо на очі водія навіть після 6-8 годин перебування за кермом. Нагадуємо, що показники близько 4300-5000 К є найбільш наближеними до природного світла.
- Оскільки ксенонові лампи не використовують нитку розпалу, вони значно менше гріються. У всякому разі, не настільки, щоб пошкодити пластикові деталі блок-фари. До того ксенонове обладнання має великий ККД, зокрема на нагрів йде не більше 10% енергії.
3.2. Плюси галогенових ламп
- Основною перевагою ламп розжарювання галогенного типу є їх низька вартість.
- Ще один фактор – простота конструкції. Галогенкам не потрібен блок розпалу, щоб формувати високовольтні імпульси. Досить звичайних 12 вольт для повноцінної роботи такої світлотехніки.
- Заміна галогенних ламп – операція тривіальна. Її зможе виконати навіть водій-початківець. Із монтажем ксенонових ламп доведеться трохи повозитися.
3.3. Недоліки ксенонового світла
- Перш за все, це складність конструкції. Блок-фару потрібно оснастити коректором напрямку світлового потоку, що працює в автоматичному режимі. А також спеціальними лінзами. Не обійтися і без омивача фар. Без цих пристосувань домогтися правильного регулювання ксенону дуже складно, а це – ризик засліплення водіїв зустрічних транспортних засобів.
- Другий істотний недолік – необхідність використання блоку розпалу, який теж ускладнює і здорожує конструкцію.
3.4. Мінуси галогенок
У галогенок єдиний, проте істотний недолік. Відносно невисокий рівень освітлення дороги. У порівнянні з ксеноном, звичайно. Доведено, що недостатнє освітлення стомлює так само, як і надмірне, змушуючи водія пильно вдивлятися в дорогу, тобто постійно напружувати зір.
4. Замість висновку
Сподіваємось, після прочитання всієї цієї інформації стає більш зрозуміло, що краще, ксенон або галоген. Проте додатково варто прислухатися до думки тих, що на власному досвіді відчув різницю при їзді на оптиці обох типів. Звичайно, такі поради будуть певною мірою суб’єктивними, але все ж досвід користувачів ігнорувати ніяк не можна.
Далі стисло наведемо найбільш важливі аспекти, які стосуються протистояння, що стало темою нашої статті:
- Ксенонові лампи набагато краще дозволяють розглянути у непроглядній темряві як дорожню розмітку, так і узбіччя дороги. Але при їх використанні важливість правильного регулювання зростає багаторазово. Якщо ігнорувати цей аспект, ви будете засліплювати машини, що рухаються назустріч.
- Галогенки у туман виявляються неефективними. Їхнє світло вихоплює тільки невелику ділянку дороги перед фарами. Ксенон в цьому плані кращий, адже він яскравіший, і тому не формує білястої пелени, яка заважає розгледіти дорогу далі декількох метрів.
- Велика яскравість ксенону – це позитивний фактор не тільки для негоди. З ксеноном ви зможете побачити дефект дорожнього полотна на такій відстані, яка дозволить вчасно зреагувати на це. З галогенами вам просто доведеться їхати повільніше.
- Оскільки енергоспоживання у ксенону теж нижче, при використанні цих ламп ви зможете заощадити і паливо (правда, в такому обсязі, який навряд чи буде відчутним). Тим не менш.
- Надійність галогенної лампи знижена через наявність нитки розжарювання, яка чутлива до струсів. У ксенону такої компоненти немає, а надійність електронних мікросхем набагато вища. Тряска та удари їм не так страшні.
- Галогенка починає висвітлювати дорогу відразу після включення. Ксенону потрібен деякий час для того, щоб запалитися. Це неприйнятна ситуація в тих випадках, коли потрібно «моргати» фарами.
- Якщо галогенна лампочка перегоріла, ви купуєте нову та проводите заміну за пару хвилин. Із ксеноном справи йдуть не так райдужно, адже конструкція тут набагато складніша. До того ж, якщо одна лампа вийшла з ладу, міняти доведеться обидві. В іншому випадку ви гарантовано отримаєте неузгодженість між світлотехнічними характеристиками нової та старої фари.
- Комплект галогенок коштує значно дешевше за ксенон. Проте ксенонові лампи також мають і відчутно більший термін експлуатації.
- Нарешті, варто врахувати і особисті вподобання. Галогенки – це жовтий або максимум білий колір. У ксенону відтінки бувають від білого до блакитного. Якщо для вас важливий саме цей фактор, то пам’ятайте, що блакитний ксенон дуже яскравий і сліпить зустрічні машини. Краще пошукати вдосконалену галогенку із високою колірною температурою, – вони вже випускаються.
Сподіваємось, тепер ви зможете врахувати всі фактори щодо вибору типу автомобільних фар (ксенон або галоген), і зробити оптимальний вибір.
