CN1012148B - 车头灯***及其所使用的灯泡 - Google Patents

车头灯***及其所使用的灯泡

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Abstract

一种车头灯***，它包括灯(1a)，该灯带一个高度小于60毫米的矩形窗玻璃(10)和一扁平凹面反光器(11)，其中灯丝(20)配置在一狭窄管状的外壳中。灯丝(20)具有非常高的色温，并被包围在压力非常高的气体中。这种灯***发出的光束优于尺寸更大的普通车头灯发出的光束。

Description

本发明是关于一种车头灯***，它包括：
至少两对灯它们适宜于装在汽车的前部，各对灯中的一个灯装在汽车前部的一侧，一对灯的各灯在工作时发出近光，另一对灯的各灯发出远光，四个灯各个都有一个凹面扁平反光器，反光器有一个光轴和一个焦点，还有一个四边形的窗玻璃封闭着各反光器，该窗玻璃的平均高度尺寸小于60毫米，平均宽度尺寸对平均高度尺寸的比值大于3;
各有关的电光源，它们轴向配置在各个灯中，该光源具有一些供电导线，并被一半透明的外壳包围，该外壳中充有气体，并密封于供电导线上。
本发明还涉及一种适用于该车头灯***的灯泡。
从英国专利2，154    726（PHH    10，925）可以了解到这种车头灯***的情况。
在该车头灯***中，光源采用高压气体放电灯。这种灯比起汽车常用的白炽灯（包括汽车用的囟素灯在内）来具有的优点是光源的亮度非常高。因此有可能使用反光器的凹面表面较小的灯，这在透镜的高度尺寸较小时是很显然的。尽管如此，这种车头灯***根据窗玻璃的设计还是能满足世界各国对近光和远光提出的要求的。
灯的高度尺寸小具有这样一个很大的好处，即可以使汽车的前部矮一些，因而空气阻力小，而且使汽车设计人员具有较大的自由选择的余地。
这种车头灯***的缺点在于，要点燃气体放电灯并使其工作需要昂 贵的电子***，而且这些灯不能即刻发射出所有的光，它们只能在仍然处在发热状态下可以困难地重新加以点燃。
本发明的目的是提供本说明书开头部分所述的那种车头灯***及其所使用的灯泡，该灯***具有这样的优点，即高度尺寸小，而且灯***一经激发即能即刻发光。
根据本发明，这个目的在本说明书开头部分所述的那种车头灯***中通过以下各点而实现的：
-光源是一种灯丝，这种灯丝在额定电压下工作时，其色温在约3300°K至约3450°K之间;
-光源的外壳呈管形，内径大约在2至6毫米的范围内;
-填充气体在室温下的压力在8至60巴的范围内;
-填充气体主要由选自氙、氪和氙/氪混合气体的气体组成，每立方厘米含有2×10-8～12×10-7克分子卤素，其中卤素是选自Br、Cl、Br/Cl混合物;
-光源在额定电压下工作时消耗功率在40至70瓦范围内。
由于上述相关特点的组合使本发明的灯***特别适合装在车辆的前部。它使车辆的前部有可能设计得非常矮，尽管如此，还是能够发出照亮车辆前面道路各部分的很强的光束。
由于光源的工作温度高，因而其效率高达约28至33流明/瓦左右。但这个高效率并不是该光源可用于本发明的车头灯***的决定因素。事实上，其它具有同等或甚至更高效率的光源还是不适用于本发明的车头灯***。这类光源的一个例子可以是这样的一种白炽灯，其中红外辐射是通过一个经选择的反光器（例如红外反射干涉滤光镜）反射到灯丝上而获得同样的高效率。在这类灯泡中，由于消除了热损失，因而节约了电能，从而获得了高的效率（流明/瓦）。这类灯泡不装设亮度极高的灯丝。
效率非常高的低压放电灯也不能用于本发明的车头灯***中，因为这种灯亮度低：较大量的电能都转换成可见辐射。要借助于较小的反射器和较小的透镜（如果有的话）来会聚大量光源的光，使对远光和近光的要求那怕是只得到大致上的满足，也是不可能的。
本发明的车头灯***的光源，由于其温度高的缘故而具有很高的亮度。该温度和该亮度要比汽车用的一般卤素白炽灯（例如H1灯，其色温仅为3215°K）的温度和亮度要高得多。一般说来，本发明的车头灯***的光源的色温在3300至3450°K的范围内，通常在3330和3430°K之间。
由于光源的亮度高，即从直径约为0.8至1.2毫米（例如1毫米）长度约为4至6毫米的体积较小的灯丝发射出较大的光通量，因而较矮的反射镜的较小的凹面表面能往窗玻璃上投射出足量的光，使从窗玻璃射出合乎规定要求的光束。
我们意外地发现，不仅是本发明的车头灯***的灯（尽管它们的尺寸小，）能发出大大超过有关规定的最低要求的光束，而且光源在寿命方面也能满足要求，即至少320小时的寿命。值得注意的是，迄今还没有人把灯丝与高度极小的车头灯***联系起来。事实上，对灯丝作为白炽灯的光源所持续进行的改进已有一百多年的历史。汽车在持续不断地进行流线型化方面已有数十年的历史，特别是近十年来已把重点放在空气阻力系数（Cw）上。显然在过去提出的降低车灯高度的各项建议中，没有人认为使用灯丝可以大大降低车灯高度。
光源的管状外壳可以只有一个（箍缩的）封口，因此光源的两根供电导线都装在该封口中。鉴于在该外壳中一供电导线必须延伸到光源远离封口的一端，因而外壳应较宽，且其内径应在4至6毫米的左右的范围。作为一种变换管状外壳也可以在两端各有（箍缩的）封口，各供电导线即配置在该封口中。这类外壳的优点是可以使内径减小到大约2毫米的最小值，因而外壳能承受相对来说非常高的气体压力。这种外壳的 内径一般在2至6毫米的范围，大多数在2至4毫米的范围。外壳的壁更通常约为1至2毫米，举例说，壁厚在1至1.5毫米范围。
外壳可以由SiO2重量百分比含量至少为95%的玻璃构成，例如石英玻璃，或由硬质玻璃构成，例如线性膨胀系数相当于钼的那种硬质玻璃。
灯丝通常在额定电压（多半为12至13.5伏）下消耗的功率在40至70瓦的范围内。灯丝通常绕制成单螺旋形。该螺旋灯丝上可以绕有旋制的细金属丝，由此提高了光源的发光率。若该螺旋灯丝的螺距/金属丝比值较小，例如在1.25至1.70的范围内，也可以使光源具有较高的发光率。
光源通常配备有灯头，该灯头确保光源以很小的容差安置在有关的灯具中。为此该灯具有一个带边缘的孔口，灯头即安置得使其与所述边缘相配合。灯头至少有一个突出的接触件，供连接到电源的连接器之用。灯头的第二个触点可以是与灯头体隔离的整体式触点或突出的接触件。
灯头的各触点都连接到接光源的各相关的供电导线上。在光源外壳相对于供电导线密封的所在部位的供电导线以呈金属丝形的为宜。我们发现这类密封特别能承受非常高的气体压力。
灯头外表面可以有一个切向槽供容纳密封圈之用，灯头相对于反光镜连接的密封即由此密封圈实施的。想使其发出近光的光源可以与近光屏构成一个整体。近光屏在侧面围绕着光源的周围部分。在一特殊实施例中，近光屏系安置在外壳外部。
但近光屏也可以与灯，特别是灯的反光器，构成一个整体。作为一种变换，近光也可以按其技术要求而不使用近光屏来形成。
一般说来，灯的窗玻璃的平均高度尺寸是在35至60毫米的范围内，特别是在40至50毫米范围内。
为减少光源的寿命对偶然条件的依赖关系，例如装有本发明的车头***的汽车的发动机的高速转动，车头灯***可装设限制着光源的功率损耗的功率限制器、电流限制器和/或电压限制器。额定电压为12伏的 车辆其控制的电压事实上可以升高到一高得多的电压值，例如16伏。这种成比例高得多的电压在很大程度上影响着灯丝的实际寿命。特别是对发出近光且由于此缘故。而经常和长时间使用的灯丝来说，更不希望有这种现象。
附图示出了本发明的车头灯***及适用于该灯***的灯泡的一个实施例。附图中：
图1是装在一辆汽车前部的本发明的车头灯***的一个实施例的透视图;
图2是图1中灯的轴向剖视图，连同其光源的纵向剖视图和供电电路;
图3是适用于图2中所用的车头灯***的一种灯泡的一个实施例的示意图。
图1中，本发明的车头灯***具有分别为1a、1b和2a、2b的两对灯，在汽车前部3中央的两侧分别装有各对灯中的一个灯1a和2a以及1b和2b。图中只看到灯的各矩形窗玻璃，窗玻璃的平均高度尺寸h小于60毫米，平均宽度尺寸为w，比值w/h大于3。
和其余的灯1b、2a和2b一样，灯1a（图2）有一个凹面扁平的反光器11，反光器11上有一光轴12和在光轴上的一焦点，该反光器11为窗玻璃10所封闭。此外在灯1a中轴向配置有电光源20。灯1a和灯1b并联连接到电源电路40上，电源电路40则包括一功率限制器43。光源20被包括在第一电流回路41、42、20、41中。42是个电阻器，它起使电池41的额定电压与光源20的额定工作电压相适配的作用，举例说，当电池电压为13.2伏且灯泡为12伏60瓦时，就需用0.24欧的电阻器。
齐纳二极管44与光源20并联连接，当光源电压超过12伏时，该二极管导通，结果，电流流过回路41，42，44，和41因而限了光源20两端的电压，从而也限制了该光源所消耗的功率。光源20有一个灯头30，灯头30 （图2）处在灯丝20内。
灯丝20的在额定电压下工作时的色温至少约为3300°K。外壳23呈管状，其内径在大约2至大约6毫米的范围内，管内在室温下的充气压力在8至60巴的范围内。充填气体主要由氙、氪或氙/氪混合气体组成，每立方厘米含有2×10-8至12×10-7克分子的卤素，卤素则选自Br、Cl、Br/Cl混合物。灯丝在额定电压下工作时消耗功率在40至70瓦范围内。
灯头30具有突出的接触件31、32，供连接到电源的一个连接器之用。灯丝20的供电导线21、22在外壳23两端的部位24、25处呈金属丝状，该外壳即在其该两端处密封在各导线上。
适用于本发明的车头灯***的灯泡的技术规格如下：
石英玻璃制成的管状灯管，内径6毫米，壁厚1毫米，两供电导线通过在灯泡一端的一个封口延伸到外面，灯丝是钨丝灯丝，长4毫米，外径1毫米;
充填气体为在室温下的10巴Xe和7毫巴CH2Br2即5.7×10-7克分子卤素/立方厘米;
色温在12.1伏下为3360°K;
功率在12.1伏下为55.6瓦。
灯泡寿命409小时，效率27.9流明/瓦，发光率30.000千烛光/平方米。
灯泡是在具有40×132毫米矩形窗玻璃的扁平抛物面反光器中工作的，因而反光器的焦点位于灯丝内。带反光器和窗玻璃的灯泡所形成的近光光束与普通9006灯泡在普通LF灯（其窗玻璃尺寸为75×135毫米）中所形成的近光光束进行了比较。灯泡的发光率为19，000千烛光/平方 米。两种灯都按满足美国汽车工程师学会SAE    J579C标准的要求进行设计。结果如表一所示。
表1
垂直    水平    要求    本发明    公知技术
1    r    （在25米处的    （在25米处的    （在25米处的
勒克斯）    勒克斯）    勒克斯）
1.0U    1.5-1    ＜＝1.12    0.79    0.62
0.5U    1.5-1    ＜＝1.60    1.42    0.83
0.5D    1.5-1    ＜＝4.80    4.17    1.99
1.5U    1-r    ＜＝2.24    0.53    0.85
0.5U    1-3    ＜＝4.32    2.53    2.49
＞＝16.00
0.5D    1.5    ＜＝32.00    27.68    22.75
1.0D    6    ＞＝1.60    4.86    2.56
1.5D    2    ＞＝24.00    38.21    38.75
1.5D    9    ＞＝1.60    5.25    3.54
1.5D    9    ＞＝1.60    7.03    4.44
2.0D    15    ＞＝1.36    1.66    2.75
2.0D    15    ＞＝1.36    4.22    3.11
4.0D    4    ＜＝20.00    2.56    12.35
4.0D    0    0    ＜＝11.20    2.45    9.53
0.0    0    0    ＜＝8.00    4.11    4.85
最大值    43.21    40.85
最大值的位置    水平    1.94    2.71
垂直    -1.07    -1.43
试验电压（伏）    12.1    12.8
试验电流（安）    4.6    4.21
功率消耗（瓦）    55.6    53.9
在25米距离的勒克斯＝625烛光
从表1可知，本发明的车头灯***在所有各方面完全满足了标准的要求。尽管本发明车头灯***的灯的反光器和窗玻璃的尺寸只有公知技术灯的一半，且消耗的功率不相上下，但本发明灯***的光束在许多方面比已知技术的灯更为优越。举例说，照度在重要点0.5D，1.5r处高21%，在点2.0D15r处高35%，而在点1.5D，2r处经测定只小了2%不到。这些点确定了在汽车前面75米处的照度和在汽车前面30米处的路边缘的照度。此外该车头灯***的最大照度比公知技术灯的照度高5%。

Claims (7)

1、一种车头灯***，它包括：
一至少两对灯，它们装在汽车的前部，各对灯中的至少一个灯装在汽车前部中央的一侧，一对灯的各灯在工作时发出近光，另一对灯的各灯发出远光，四个灯各个都有一个凹面扁平反光器，反光器有一个光轴和一个焦点，还有一个四边形的窗玻璃封闭着各反光器，该窗玻璃的平均高度尺寸小于60毫米，平均宽度尺寸对平均高度尺寸的比值大于3；
一各有关的电光源，它们轴向配置在各个灯中，该光源具有一些供电导线，且四周围被充有气体的半透明外壳包围，外壳密封供电导线；
该灯***的特征在于
-该光源是一种灯丝，这种灯丝在额定电压下工作时，其色温在约3300°K至约3450°K之间；
-光源的外壳呈管形，内径大约在2至6毫米的范围内；
-填充气体在室温下的压力在8至60巴的范围内；
-填充气体主要由选自氙、氪和氙/氪混合气体的气体组成每立方厘米含有2×10-8～12×10-7克分子卤素，其中卤素系选自Br、Cl、Br/Cl混合物；
-光源在额定电压下工作时消耗功率在40至70瓦范围内。
2、根据权利要求1所述在车头灯***，其特征在于，各灯的反光器中具有一带边缘的孔口，各光源具有一带有至少一用于连接到连接器的突出接触件的灯头，该灯头的外形系制成使其能与各反光器中的孔口的边缘相配合。
3、根据权利要求1或2所述的车头灯***，其特征在于，至少在工作时发出近光的灯上设有功率限制器。
4、一种适用于权利要求1所述的车头灯***中的灯，它包括一装在一充气半透明外壳中的光源和接光源的一些供电导线，外壳密封在这些供电导线上，该灯的特征在于：
-光源是一种灯丝，这种灯丝在额定电压下工作时，其色温在约3300°K至约3450°K之间;
-光源的外壳呈管形，内径大约在2至6毫米的范围内;
-填充气体在室温下的压力在8至60巴的范围内;
-填充气体主要由选自氙、氪和氙/氪混合气体的气体组成每立方厘米含有2×10-8～12×10-7克分子卤素，其中卤素系选自Br、Cl、Br/Cl混合物;
-光源在额定电压下工作时消耗功率在40至70瓦范围内。
5、根据权利要求4所述的灯，其特征在于，该灯具有一至少有一用以连接到一连接器的突出接触件的灯头，该灯头的外形系制成使其能与反光器中的孔口的边缘相配合，该接触件则与供电导线相连接。
6、根据权利要求4或5所述的灯，其特征在于，供电导线在外壳密封在该供电导线上的部位处呈金属丝形。
7、根据权利要求6所述的灯，其特征在于，管形外壳两端有一个装有各供电导线的封口。
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