柴国生 杨正名
(广东雪莱特光电科技股份有限公司)
摘 要 简述了前灯照明对机动车辆安全行驶的重要性以及现代车辆对头灯的要求。介绍了正在迅速普及的新型车前灯——氙气金卤灯的特征、特性及广东雪莱特公司为减少此种车灯的眩光而设计的一种新型结构。
关键词 车用氙气金卤灯 球泡型外壳 眩光 电子镇流器
Ⅰ 引言
1879年爱迪生发明了以碳丝作辐射体、以电能作能源的真空白炽灯而震动科技界。随后并以寿命更长、更易加工的钨丝代替碳丝，制成了可供实用的钨丝白炽灯泡，从而结束了人类文明史上延续了数万年的燃烧照明时代，开创了电气照明的先河。今天作为人类文明重要象征之一的电气照明尽管与太阳并辉给了人类一半时间的光明，并且更加五光十色、无比辉煌、无所不在，但却因为已经如此普及、廉价、易得、而使如此伟大的科技成果，显得如此平凡，不再为人们所瞩目。
稍后于灯泡的发明，人类的另一项重要科技成果、现代经济的主要支柱之一的汽车进入了人们的生活，和电气光源一样，汽车的出现本质地改变了人们的生活、生产以及一切活动。很难设想当今世界如果没有电气照明、没有汽车，人们的生活、生产以至整个社会将是怎样一种情况。
电气照明和汽车看起来是两个孤立的发明、但实际上却已密切联系在一起、相辅相成、相互促进、成了推动社会发展的动力。电气光源的出现为汽车的发展提供了重要的基础，不能想象没有车灯的汽车将如何行驶。同样汽车的发展则向电气照明提出了更高的要求、给电气照明的发展提供了动力更多的发展机会和新的发展领域——汽车照明。
1886年汽车问世之初，当那些古老的老爷车以不到30公里/小时的速度在狭窄而崎岖的马路上慢条斯理地行驶时，它的古怪身影和动作、震耳的噪声，特别是夜晚时摇晃不定的悬挂式汽灯曾经引起过人们极大的好奇。当时由于车速甚低、车辆更少，震耳的噪声又传播甚远，既无伤人之虞，更无撞车之险、一盏汽灯足以照亮它的前程、伴之作长夜之行。但就从那时开始，车辆和车灯已结下了不解之缘。
在汽车稍稍普及、车型略经改进，车速有所提高以后，路上熙熙攘攘的行人以及日渐增多的车辆已不再允许汽车仅靠一盏汽灯悠闲晃荡了。这时光源工程师即时依托新兴的钨丝白炽灯为汽车设计了一双铮亮的白炽灯眼睛、使能看清前进途程中的事物，得以及时趋吉避凶、保证安全。当然其时汽车工程师已给汽车配上了发动汽车所需要车载小型发电机、这是汽车电气照明发展的前提。
在车辆日益增多、车速不断提高的形势下单是瞻前已经不够，还需左顾右盼、还须免除后顾之忧，从此不仅车前灯、各种车尾灯如行车灯、刹车灯、转向灯、后雾灯等一系列灯种相继发明问世，为避免夜晚行车的追尾或转弯时的相撞起了关键作用。随后前照灯又发展成近光灯、远光灯、前雾灯等多种灯种。一辆现代车辆的车前、车尾、车侧及车内已安装了不下十余种不同功能的电气照明装置。
完善的车灯照明不仅给驾车人提供了方便和舒适，也给驾车人和行人提供了安全保证。完善的汽车照明使得车速得以大幅提升，从而增加了道路的汽车容量，给汽车的发展提供了更广泛的空间，同时也为汽车照明工业提供了更充分的发展基础和条件。
为在不降低白炽灯寿命的前提下提高灯丝工作温度和发光效率，上世纪50年代光源专家们发明了充气白炽灯泡，随后60年代又发明了在充气白炽灯中加入卤素、利用卤钨循环以减少钨丝蒸发使灯寿命延长的卤素灯（或称卤钨灯）。当时这类先进光源很快都在汽车上使用。由于卤素灯中充入的碘(溴)甲烷、碘(溴)乙烷或碘(溴)化氢等卤素化合物使蒸发到泡壳上的黑色钨层变成钨的卤化物。当灯泡工作时，高温使泡壳上钨的卤化物蒸发回到空间，在3000K左右的高温钨丝附近卤化钨分解成卤素原子和钨原子，使得钨丝附近的钨蒸汽密度增加，钨的蒸发减少，同时还消除了玻壳上黑色钨层的吸光作用，明显提高了灯的工作温度并使光效从白炽灯的9-10lm/W提高到20lm/W甚至达到25lm/W。 20世纪70年代，卤素灯大规模替代了白炽灯用于汽车照明、至今仍然是汽车前照灯中占统治地位的灯种。用于汽车前灯照明的卤钨灯的光效达到20lm/W时灯寿命可保持在200-300小时之间。一些更高光效灯的寿命可能降低到100小时，甚至50小时，而光效可升到25lm/W到30lm/W。
经历了30多年的辉煌之后，卤钨灯辐射的光通量、光效和寿命已难满足现今高速车辆的照明要求，特别是随着车速提高，为给驾车者以足够时间因应前方各种突发事件，车辆的有效前照距离必须延长，这时照明科技工作者又为汽车设计了一种更为先进的高效、高亮度、长寿命前照光源——车用氙气金卤灯。
Ⅱ 车用氙气金卤灯
车用氙气金卤灯是一种超小型金卤灯，点亮时利用其短隙、超亮的电弧作为发光体，光效可高达90lm/W以上，寿命长达3000hr。此种光源中充有6大气压的高压氙气，点灯时氙气除作启动气体外还保证灯中立即形成高气压弧光放电，并以更快的速度加热灯泡，在秒的量级使灯亮到足够照明的程度。高压氙气的充入使灯的着火电压大幅提高，必需有23KV的高触发脉冲才能使灯点燃。Fig.1所示D1S型35W车用氙气金卤灯的灯头中就装置了这样的高压触发器，当然还需要一个高性能镇流器配合，才能保证这种灯的长寿命稳定工作。一只典型的35W车用氙气金卤灯可以发射3200lm的光通量，为传统55W卤素车灯的3倍，后者光通量为1100lm。
卤素灯灯丝螺旋的长度为5.5mm，而车用氙气金卤灯的极间距离为4.2mm，其发光体比卤素灯短，更接近点状光源。采用此种光源将简化灯具设计，光利用率更高。
车用氙气金卤灯的工作原理和特性与传统的车用白炽灯或卤素灯完全不同，后者的发光体是钨丝绕制的螺旋，在电流通过时被加热到3000K左右、产生炽热发光，它的大部分能量转化为红外辐射，所以光效不高。
Fig.1
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Fig.1车用氙气金卤灯是放电灯，没有灯丝，泡壳中除一对电极外还充有高气压氙气、填充有汞和金属卤化物，其结构示如Fig.1。工作时电极间产生强弧光放电，电弧温度高达6000K，电弧管壁温度约1000℃,这时充入灯中的所有物质包括汞和各种金属卤化物全部汽化，金属卤化物分子在高温电弧附近离解为卤素和金属原子如汞、钠、镝、钪、铊、铟……等和卤素原子，除汞外此类金属元素原子的谐振电位多在1.9~3电子伏特之间，换言之其谐振辐射都在可见光区。这些原子在电弧中被激发时产生高效率的可见光辐射，并且其色温和显色指数很容易通过调整充填的金属卤化物成分和比例加以控制。正是因为其中充入了多种稀土或碱土或碱金属的碘或溴的化合物作为主要发光物质，所以这种灯被称为金属卤化物灯或简称金卤灯。通常照明用金卤灯中充入的启动气体是低压氩气，而作为汽车前照灯光源的金卤灯中充入的则是高压氙气，所以此种车用灯最恰当的名称是车用氙气金卤灯。
