Фары автомобиля – это его визитная карточка, его лицо. И еще – безопасность.
Сейчас нам трудно представить, что когда-то перед поездкой водитель зажигал в фарах парафиновые свечи. Первые автомобили унаследовали их от карет. И самое интересное – свечные фары устанавливались не только спереди, но и... сзади. Почему? – спросите вы. Все очень просто. Скорость первых автомобилей была так мала, что их запросто обгоняли конные экипажи. Задние фары помогали избежать столкновения.
Затем их сменили карбидные (ацетиленовые) системы, освещавшие дорогу горящим газовым пламенем. Запуск таких фар представлял из себя целый ритуал. Сначала водитель должен был налить воду в специальный бачок с газом, расположенный, как правило, на подножке автомобиля. Затем соединенный с водой карбид кальция образовывал тот самый ацетиленовый газ, который по трубке поступал к горелке, находящейся в отражателе. Чтобы зажечь огонь, требовалось открыть фару, поднести к горелке спичку – и фары начинали светить отраженным светом. Развитие оптики позволило достичь хорошей освещенности дороги, но...увы. Через пару часов газ заканчивался, бачок нужно было заправлять, а горелку с отражателем прочищать от копоти.
Но время шло, инженерная мысль не стояла на месте. На этом этапе, можно с уверенностью сказать, появилось гениальное изобретение – лампа накаливания. Первая автомобильная лампа такого типа была запатентована еще в 1899 году французской фирмой. Но еще десять лет лампы с угольной нитью накаливания оставались довольно ненадежными, очень неэкономичными, что потребовало тяжелых батарей, а они, в свою очередь, зависели от местных станций подзарядки: в те годы автомобильных генераторов большой мощности еще не существовало.
Но в 1906 году фирма «Osram» применила тугоплавкий вольфрам в качестве материала для нитей накаливания, и такие лампы оказались намного экономичнее ламп с угольной нитью. К тому же проведенные опыты показали, что вольфрамовые нити менее восприимчивы к тряске на неровной дороге. В 1913 году немецкая электротехническая компания «Bosch» выпускала только один продукт для автомобилей – систему зажигания от магнето. Но это не гарантировало стабильность фирме. Поэтому ее владелец, инженер Роберт Бош, задумался о расширении ассортимента продукции и решил начать производство осветительного оборудования. Исследования в этой области начались еще в 1910 году, и уже три года спустя они увенчались появлением системы, состоящей из фар, генератора, аккумуляторной батареи и реле-регулятора для управления подзарядкой батареи. Система оказалась настолько удачной, что уже за год было продано более трех тысяч комплектов для установки на автомобили. Первое время компания производила только фары, генератор или реле-регулятор, а выпуск собственных аккумуляторов под маркой «Bosch» начался только в 1922 году.
Но с распространением фар накаливания появилась другая проблема – ослепление встречных водителей. Сначала ее пытались решить включением добавочного сопротивления, снижавшего накал нити, а следовательно, и силу света. Самое же оптимальное решение было предложено фирмой «Bosch», в 1919 году представившей автомобильную лампу с двумя нитями накаливания – для дальнего и ближнего света. К тому времени уже был придуман и особый рассеиватель, представлявший собой покрытое призматическими линзами стекло фары, отклоняющее свет вниз, на дорожное полотно. В те же годы лампы стали заполнять смесью аргона и азота, который препятствовал испарению вольфрама с нити, что благоприятно сказалось на долговечности ламп.
Следующим этапом развития автомобильных фар стало применение в пятидесятые годы галогенидов – газообразных соединений йода или брома. В такой лампе галогенный газ вступал в соединение с испарившимся вольфрамом, затем при высоких температурах это соединение распадалось на составляющие вещества, и атомы вольфрама оседали на спирали. Поэтому лампы с галогенами, отлавливающими испаряющийся вольфрам и возвращавшими его на спираль, были еще более долговечными. Первую автомобильную галогенную лампу представила в 1962 году фирма «Hella», а потом такие лампы с высокой световой отдачей стали уже массовым явлением.
Следующей страницей в истории автомобильного освещения стало изобретение ксеноновых ламп, представлявших собой колбу, в которую под большим давлением закачана смесь инертных газов, большей частью ксенона. В эту же колбу подведены два провода, дающие розжиг газа, образующего свечение. Основное преимущество ксеноновых ламп – более мощное освещение при низком потреблении энергии. К тому же свет от ксеноновых ламп по своему спектру ближе к дневному, поэтому позволяет водителям лучше оценивать ситуацию на дороге. Он намного лучше «пробивает» завесу из тумана или дождя, освещая дорожное полотно, а не капли воды в воздухе. К тому же такой свет не слепит водителей встречных машин, в отличие от света галогенных ламп. И поскольку у ксеноновой лампы нет нити накаливания, то перегорать там нечему.
Но и век ксеноновых ламп может оказаться не таким уж и долгим, так как будущее пророчат не газовым лампам, а чему? Что готовит нам завтра? Скорее всего, активное внедрение светодиодной оптики взамен колб с галогеном и ксеноном. Уже сейчас светодиоды используют в задних фонарях, но им найдется место и в фарах головного света. Как выражаются инженеры, «мультичиповые» (говоря по-русски, многосекционные) светодиодные фары через несколько лет должны вытеснить ксеноновые.
Достоинств у диодов много. Во-первых, они занимают гораздо меньше места. Во-вторых, срок их службы превышает срок жизни самого автомобиля. В-третьих, скорость срабатывания диодов гораздо выше, чем галогенных или ксеноновых фар. В-четвертых, они потребляют меньше электричества.
Современная фара – сложнейшая и очень красивая конструкция. И недешевая, кстати. Любая фара состоит из корпуса, отражателя, рассеивателя и источника света. Иногда отражатель, рассеиватель и источник света объединены в неразъемную конструкцию, называемую «лампа-фара». В ней раскаленная спираль находится в большом объеме газа, и за счет этого лампа лучше охлаждается, зеркальная поверхность отражателя не портится и не загрязняется рассеиватель. Но когда такая лампа-фара перегорает, заменить ее можно только на новую.
Долгие годы фары имели только одну форму – круглую. И эта форма должна была оставаться неизменной, пока корпуса фар крепились отдельно от крыльев и капота, к тому же она являлась самой простой и оптимальной для производства. Но с развитием автомобильного дизайна потребовались и более сложные формы. Появились прямоугольные фары – помните наши «Москвичи»? – появились и быстро сошли на нет. Эта ветвь оказалась тупиковой.
Исследования показали, что полноценная фара, отвечающая всем современным критериям, может иметь только параболический отражатель, и никакой иной. А вот сам параболоид можно встраивать куда угодно, насколько позволяет фантазия.
Конструкция современной фары отнюдь не простая, как кажется на первый взгляд. Например, только поверхность отражателя современной фары имеет несколько слоев. Это обеспечивает отсутствие коррозии на протяжении всего периода службы автомобильной фары, она не окисляется. Сначала на стальной лист наносится слой грунтовки, потом лак специальный, два слоя различных лаков, потом алюминиевое напыление и еще защитный слой прозрачного лака. Это довольно дорогая технология, но только так можно обеспечить продолжительный срок службы фары.
До определенного эволюционного момента функции рассеивателя выполняло стекло фары, и он работал по принципу, когда определенный участок стекла отвечал за распределение света на определенный участок дороги под определенным углом. Следующим шагом стала разработка отражателя по сегментируемому принципу. Это был уже отражатель, каждый участок которого отвечал за распределение света на определенный участок дороги. С этого момента стало возможным использование прозрачного защитного стекла, так как за рассеивание света отвечал отражатель.
С 1950 года в отражателях отечественных фар стало применяться алюминирование. Алюминиевый отражающий слой получался путем распыления алюминия в вакууме и осаждения его на предварительно окрашенную лаком внутреннюю поверхность штампованного стального отражателя. Осажденный алюминиевый слой не требует полировки и имеет высокий коэффициент отражения. Однако алюминиевый слой очень мягок и легко повреждается при прикосновении к нему.
Внедрение в производство фар термопластики позволило воплотить в жизнь многие дизайнерские идеи. Особенно в этом преуспели инженеры компании «Hella». Отпала нужда в сложных покрывных стеклах – в 1993 году в серию пошла первая европейская фара с пластиковым рассеивателем для «Опеля-Омеги». Ее преимущества сразу стали очевидны и для конструкторов – сниженный вес, до 1 кг на фару, – и для дизайнеров – стало легче конструировать формы, не задумываясь о сложности производства. Дальнейшее развитие автомобильной фары было бы невозможно без математического моделирования – компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. И современная фара напоминает многократно увеличенный и очень сложно устроенный глаз насекомого, мухи, например, пчелы, стрекозы. Эффективность таких фар, называемых отражающими, очень высока.
