形形色色的汽車燈泡

◆文/浙江　裘玉平

隨著科學技術的發(fā)展，汽車照明技術也隨之發(fā)生了較大的變化。如今，汽車維修中的換燈泡也成了技術活。不知道汽車燈泡有標稱電壓區(qū)別、燈座、功能等較多類別，稍不注意，換錯燈泡，輕則無法安裝，重則影響安全燒毀線束。這里僅從原理及結構上介紹目前汽車常用汽車燈泡的類別。

裘玉平

(本刊編委會委員)

高級技師，高級考評員，正高級高級講師；浙江交通技師學院副院長，全國交通中等職業(yè)教育專業(yè)帶頭人，浙江省職業(yè)技能鑒定汽車駕駛、修理專業(yè)專家委員會副秘書長；主持完成的教材、課題等成果作品在全國性評比中獲獎5項；曾榮獲浙江省技工院校教研之星、浙江省優(yōu)秀職業(yè)技能鑒定專家、浙江省交通系統(tǒng)283第二層次人才、交通部“吳福-振華”獎、全國交通職業(yè)教育優(yōu)秀帶頭人、全國教育科研優(yōu)秀教師等稱號。

一、汽車前照燈的燈泡

1.前照燈白熾燈泡

前照燈用白熾燈泡，其內(nèi)部一般設有兩根燈絲，一根為遠光燈絲，一根為近光燈絲，功率一般為40W/55W，其燈絲用鎢絲制成。為了縮小燈絲的尺寸，常把燈絲制成緊密的螺旋狀，這對聚合平行光束是有利的，白熾燈泡的結構如圖1所示。由于鎢絲受熱后會蒸發(fā)，將縮短燈泡的使用壽命。因此，制造時要先從玻璃泡內(nèi)抽出空氣，然后充以約86%的氬和約14%的氮的混合惰性氣體。在充氣燈泡內(nèi)由于惰性氣體受熱后膨脹會產(chǎn)生較大的壓力，這樣可減少鎢的蒸發(fā)，故能提高警惕燈絲的溫度，增強發(fā)光效率，從而確保燈泡的使用壽命。

2.鹵素燈泡

雖然白熾燈泡的燈絲周圍抽成真空并充滿了惰性氣體，但是燈絲的鎢仍然要蒸發(fā)，使燈絲損耗。蒸發(fā)出來的鎢沉積在燈泡玻璃體上，將使燈泡玻璃體發(fā)黑。低中檔乘用車上廣泛使用了鹵素燈泡，這種燈泡內(nèi)的惰性氣體中滲有某種鹵族元素氣體。

鹵素燈泡尺寸較小，殼體用耐高溫、機械強度較高的石英玻璃和硬玻璃制成。充入惰性氣體壓力較高，摻入的鹵素一般為碘或溴。鹵素燈泡是利用鹵鎢再循環(huán)反應原理制成的。鹵鎢再生反應如圖2所示：鎢原子容易從熾熱的鎢絲上蒸發(fā)出來。氣態(tài)鎢在小于或等于1 450℃環(huán)境下與鹵素反應生成了一種揮發(fā)性鹵化鎢。鹵化鎢擴散漂移到燈絲附近高溫區(qū)受熱分解，分解后的鎢重新回到燈絲上。被釋放出的鹵素繼續(xù)擴散參與下一輪循環(huán)。如此周而復始地循環(huán)下去，減輕了燈泡玻璃體的黑化現(xiàn)象。同時，因鹵素燈泡工作溫度高，燈內(nèi)工作氣壓比其他燈泡高得多，因此鎢的蒸發(fā)也受到了有效的限制。

鹵素燈泡光能密度為20Lm/W，在相同功率情況下，鹵素燈的亮度是白熾燈的1.5倍，而壽命是白熾燈的2～3倍。色溫較低的鹵素燈有一個明顯的優(yōu)勢，在遇見雨雪、霧霾等低能見度的天氣里，鹵素光源的穿透力要遠遠好于色溫偏高的氙氣光源。

從前照燈的型號來看，前照燈大致分四種：H1、H3、H4、H7、9005(HB3)、9006(HB4)等型號，外形如圖3所示。日本車的車燈型號大多為H4；歐洲車的車燈燈泡型號是H1、H3、H7、D2S/R；美國車的車燈燈泡型號則為9005(HB3)、9006(HB4)。

H4燈泡內(nèi)部有遠光和近光兩根燈絲，H1、H3、H7、H11、9005(HB3)、9006(HB4)燈泡為單燈絲燈泡，常用作前照燈近光、遠光或前霧燈光源。

3.整體封閉式燈泡

整體封閉式前照燈，反射鏡和配光鏡用玻璃制成一體，里面充以惰性氣體，結構如圖4所示。燈絲焊在反射鏡底座的燈絲支架上，反射鏡的反射面經(jīng)真空鍍鋁。也有的整體封閉式前照燈燈殼內(nèi)組合了一只鹵素燈泡。

4.氙氣燈泡(HID燈)

氙氣燈泡是一種高亮度弧光放電光源，工作原理如圖5所示。這種燈的燈泡里沒有傳統(tǒng)燈泡的燈絲，取而代之的是裝在石英管內(nèi)的兩個電極，管內(nèi)充有氙及微量金屬(或金屬鹵化物)。在電極上加上足夠高的引弧電壓(約為5000V～12000V)后，氣體開始電離而導電；此時氣體原子處于激發(fā)狀態(tài)，由于電子發(fā)生能級躍遷而開始發(fā)光；0.1s后，電極間蒸發(fā)了少量水銀蒸汽，光源立即轉入水銀蒸汽弧光放電，待溫度上升后再轉入鹵化物弧光燈工作。采用多種氣體是為了易于啟動，加快啟動。

由于氙氣燈沒有燈絲，克服了白熾燈與鹵素燈鎢絲過熱燒斷的缺陷，可連續(xù)工作4 000小時以上，壽命是鹵素燈的10倍；其燈泡光能密度為90Lm/W，發(fā)出的光色成份和日光燈非常相似，亮度是目前鹵素燈泡的2.5倍。由于燈泡點燃達到燈泡正常工作溫度后，維持電弧放電的功耗僅為35W，所以可節(jié)約40%的電能。

氙氣燈的型號和鹵素燈的型號是相對應的。即原來鹵素燈泡是什么型號，那么裝HID氙氣燈的時候，也需要用相同的型號。目前氙氣燈按燈座型號分為H系列：H1、H3、H4、H6、H7、H8、H9、H10、H11、H13等；90 系 列：9004(HB1)、9005(HB3)、9006(HB4)、9007(HB5)等；D 系 列：D1S、D1C、D1R、D2R、D1C、D2C、D3C、D4C等；其他系列有：880 、881。

在汽車HID氙氣燈中應用較多的型號是H1、H4、H7、9005、9006、9007等型號(圖6)。其中H4型號原來的鹵素燈泡里面都有兩根鎢絲，一根是遠光燈絲，一根是近光燈絲。而由于氙氣燈在一個燈管里不能同時做進近光和遠光，于是氙氣燈均為遠近光單體燈泡的組合體。在一個燈座上安置兩顆燈泡其中一顆是氙氣燈泡，另一顆是鹵素燈泡，利用兩個燈泡間的距離分做遠近光。具體有：H4/H(遠氙近鹵);H4/L(近氙遠鹵); 還有遠近光都是氙氣燈的H4/HL。

5.普通LED前照燈

很早以前，汽車就用上了LED的尾燈，而LED的前照燈的應用則要晚許多。一個主要的原因就是LED無法產(chǎn)生白光。理論上藍色LED結合原有的紅光LED和綠光LED就可產(chǎn)生白光。但白光LED卻很少是這樣造出來的，市場用白色發(fā)光二極管都是通過在藍色LED上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的。實際上LED前照燈已稱不上“燈泡”，確切地應稱為“發(fā)光元件”。目前，單個LED元件的亮度仍然不及氙氣燈。在多數(shù)汽車的燈組里LED只是氙氣燈的配角。即便是高亮度LED也需要多個一組才可以釋放出匹敵氙氣燈的亮度。而這一組高亮度LED的成本和發(fā)熱量遠高于氙氣燈。這也是LED不能再汽車前照燈上普及的主要原因，成本和自熱太高。

普通LED前照燈分替代燈泡型和原裝型兩大類，如圖7所示。前者有鹵素燈泡對應的燈座，后者則沒有對應的燈座。兩者都帶了較大的散熱附件。

LED前照燈的光能密度為80Lm/W，能耗僅為鹵素燈的1/20，其壽命可長達100 000小時。奧迪一直是LED前照燈的代表廠商。奧迪中期改款的A8裝配了獨創(chuàng)的矩陣式全LED前照燈。矩陣式前照燈通過排列組合以及透鏡和反光鏡等部件，讓系統(tǒng)可對每個LED單體進行照明角度與范圍的調(diào)整。

6.激光LED前照燈

激光LED前照燈，目前采用的廠家有奧迪和寶馬，他們的結構有所不同。寶馬i8的激光LED前照燈組件如圖8所示。激光前照燈能照射到前方600m的范圍，而采用普通LED遠光燈的車型則只能照射到300m。這樣的設定也使得車主在人煙稀少的地區(qū)能獲得更好的安全性。它響應速度快、節(jié)能、體積小、壽命長、亮度衰減低，在能耗和體積方面則比普通LED遠光燈有更大的優(yōu)勢。其實激光發(fā)光體也有弊端，那就是它的高集束性，會傷及動物的眼睛健康。輕則暫時性失明，重則致盲致殘。因此，歐盟和美國激光管理協(xié)會都強制制定了激光的安全標準，對民用級激光的強度和使用范圍都有嚴格的規(guī)定。

二、一般燈具的燈泡

1.一般白熾燈

汽車用一般白熾燈泡，燈座普遍用插口式，如圖9所示。按燈泡玻璃體形狀可分園錐形、球形、柱形、楔形四種(圖9)。它們廣泛應用于前照燈外的其他汽車燈具上。

其中，園錐形燈泡俗稱“中燈泡”，有單絲和雙燈絲之分。雙燈絲泡一般有15W/25W兩根燈絲，常用于汽車的后示廓燈和制動燈，后者需比前者亮。為確保燈泡安裝時定位正確，正常發(fā)光，采用了不同的燈座與燈泡銷釘結構如圖10所示，不細心觀察極易選錯燈泡。按銷釘在燈泡軸線方向的位置不用又可分平腳和高低腳兩種。按銷釘在園周方向分布的對稱與否又分對稱腳與不對稱腳兩種。對稱銷釘式按銷釘連線是否穿過燈座中心點，又分偏腳和正腳兩種。

2.普通LED燈

發(fā)光二極管直接由電能轉化為光能，較普通汽車燈泡耗電僅相當于傳統(tǒng)燈的1/10。廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，可以安全觸摸。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，抗振性能強，在恰當?shù)碾娏骱碗妷合拢褂脡勖蛇_8～10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。目前汽車上用LED燈替代普通燈泡的思路大多是在與白熾燈通用的燈座上組合一些白光LED組件，如圖11所示。這樣用戶只要將燈泡電壓與燈座選擇一致，兩種燈泡便可通用。條狀和點陣狀LED燈泡，如圖12所示。

新設計或加裝的汽車LED普通燈具將燈座省去，而將LED元件直接按條狀或點陣狀安裝在元件底板上。