http://www.vanekstra.pl/news/54/18/Wiecej-swiatla-wiekszy-problem

Nowości

Więcej światła – większy problem

29-12-2011
Jeszcze stosunkowo niedawno rola reflektorów samochodowych była zupełnie jasna: służyły do rozpraszania ciemności, gdy przyszło podróżować nocą.

Poszukiwano zatem coraz mocniejszych źródeł światła, czyli coraz lepszych żarówek. Można się spierać, czy era nowoczesnego oświetlenia samochodowego rozpoczęła się w drugiej połowie lat 20. XX wieku, gdy w USA zastosowano jako światła mijania żarówki dwuwłóknowe Bilux, czy też dopiero po 1961 r., gdy rywalizację zwyciężyły „halogeny”. Żarówki halogenowe pracują zasadniczo tak samo jak zwykłe, jednak żarnik wykonany ze skręconego w grubszą spiralę włókna wolframowego pracuje w znacznie wyższej temperaturze. W rezultacie świeci jaśniej, światłem zbliżonym barwą do słonecznego, poza tym jest znacznie trwalszy. Co więcej, żarówka halogenowa w czasie pracy traci bardzo wolno swoje właściwości i jest wydajniejsza od tradycyjnej. Ale tylko 9% energii jest zamieniane w światło widzialne, reszta w ciepło. To lepiej niż w żarówce klasycznej, ale ekolodzy już protestują. Technologia lamp wyładowczych zwana także HID (High Intensity Discharge) pojawiła się w samochodach eksperymentalnie na początku lat 90. XX w. Lampa ksenonowa nie jest żarówką (nie ma gorącego żarnika), lecz źródłem światła, które powstaje w łuku elektrycznym zapalonym między elektrodami w atmosferze ksenonu pod wysokim ciśnieniem (ok. 30 barów), uzupełnionego o sole metali z grupy halogenów. Światło widzialne jest emitowane przez stożki plazmy przylegające do obu elektrod. Ma ono temperaturę barwową od 4500 do 6500 K, czyli jest bardzo zbliżone do światła słonecznego. Największą zaletą lampy ksenonowej jest 4-krotnie większa energetyczna sprawność emitowania światła widzialnego niż jakiejkolwiek żarówki. Są one znacznie trwalsze od żarówek, choć mają typowy okres eksploatacji, 1500-2000 godz. W tym czasie trochę zmienia się kolor ich świecenia. Wadą lamp wyładowczych stosowanych w motoryzacji jest cykl pracy takiego źródła światła. Aby zapalić łuk elektryczny jest potrzebne napięcie rzędu 25 000 V, a potem do jego podtrzymania trzeba prądu zmiennego o napięciu kilkudziesięciu V. W efekcie instalacja ksenonowa jest nadal wielokrotnie droższa od lamp halogenowych. Kolejny problem to spory czas dochodzenia łuku do pełnych parametrów świecenia, wynoszący kilka sekund, a także spadek trwałości przy zbyt częstym jej włączaniu i wyłączaniu. W samochodzie taka lampa nie bardzo nadaje się do świateł drogowych, a znacznie lepiej do świateł mijania. W typowych reflektorach parabolicznych wykorzystanie strumienia światła żarówki wynosi do 27%, w reflektorze skonstruowanym z powierzchni swobodnych do 45%, a w projektorze o średnicy 60 mm – do 52%. Idąc tym tokiem myślenia skonstruowano typowe dziś reflektory świateł drogowych/mijania oparte na pojedynczej lampie ksenonowej i nazwano je paradoksalnie „biksenon". Wokół nieruchomego źródła światła znajduje się tam ruchoma przesłona, która odpowiednio przesuwa się i obraca, by zrealizować szybką zmianę świateł z długich na mijania i odwrotnie. Ponieważ jednak typowa lampa ksenonowa o mocy 35 W emituje ok. 9 razy więcej światła widzialnego niż popularna żarówka H7 o mocy 55 W, wykorzystujące ją reflektory mijania muszą być zawsze dobrze ustawione i czyste, by nie oślepiać jadących z przeciwka. Dlatego przepisy europejskie wymagają, by reflektory takie były wyposażone w wysokociśnieniowy lub mechaniczny system czyszczący miały automatyczny mechanizm samopoziomujący. Inżynierowie oświetlenia nie poprzestali na dość prostym systemie biksenon, wprowadzonym do oferty w końcu lat 90. XX wieku. Dysponując mocnym źródłem światła, zaczęli pracować nad modelowaniem strumienia oświetlającego drogę w zależności od warunków. Pojawiły się rozwiązania takie jak Vario-x i Varilis firmy Hella, gdzie strumień światła był regulowany w zależności od warunków jazdy, szybkości, pogody, intensywności każdego zakrętu itp. Powstały reflektory, które wiedzą lepiej gdzie i jak mają świecić, nawet od samego kierowcy. Inne pomysły dotyczyły tylko „skręcania” strumienia światła w odpowiedni sposób na zakrętach, albo samoczynnego włączania dodatkowych reflektorów doświetlających. Wszystkie te rozwiązania opracowano dość szybko, ale przez kilka lat trwał w tej dziedzinie zastój, gdyż przepisy zdecydowanie zabraniały jakiegokolwiek automatycznego modelowania strumienia światła, a szczególnie świateł mijania. Dopiero w połowie pierwszej dekady XXI w. pojawiły się w tym względzie zmiany. Pierwsze były światła skręcające i doświetlające zakręty. Dziś znajdują się one w wyposażeniu większości samochodów średniej i niższej klasy. Prawdziwe systemy inteligentne zaistniały najpierw w samochodach luksusowych, jak choćby ILS (Intelligent LightingSystem) Mercedesa z 2006 r. ILS ma aż 5 funkcji dostosowywania świateł dojazdy w różnych warunkach, od autostradowej, gdzie lampy ksenonowe pracują w trybie „długim” i zasilane są nieco większą mocą, do zwolnionej, w słabych warunkach oświetleniowych, gdy z przeciwka nadjeżdżają inne pojazdy lub samochód pokonuje zakręty. Nawet lampa ksenonowa ma swojego pogromcę w postaci półprzewodnikowych diod LED. Jest to bardzo specyficzne źródło światła, o całkiem innych właściwościach. Diody emitujące światło są powszechnie znane i stosowane od lat w wielu dziedzinach życia.Wykonanie pojedynczej świecącej diody o dużym strumieniu światła jest dość trudne, natomiast całkiem przeciwnie jest z diodami małymi i o małym strumieniu światła. W rezultacie bez problemu można skonstruować diodową kontrolkę czy lampę wyposażoną wiele diod (samochodowe lampy stop, kierunkowskazów, pozycyjne), natomiast stworzenie diodowego reflektora o dużej mocy świetlnej to zupełnie inna sprawa. Co więcej, problemem jest uzyskanie koloru światła bliskiego słonecznemu. Obecnie technologia produkcji diod o coraz większej mocy (strumieniu światła) i świecących światłem białym stopniowo się rozwija, ale ciągle jest na etapie eksperymentalnym. Ogólnie można przyjąć, że dioda może świecić światłem o dowolnej temperaturze barwowej. Olbrzymią zaletą diod jako źródeł światła jest wysoka sprawność, czyli pobór małych ilości energii i to w postaci prądu stałego o niewielkim napięciu. Ponadto diody są bardzo odporne mechanicznie i emitują niewiele ciepła, jednak szkodzą im nawet tak małe ilości i konieczne jest wydajne chłodzenie, gdy trzeba stworzyć matrycę diod LED. Z drugiej strony, przydaje się ono do osuszania szyby reflektorów. Obecne technologie pozwalają na wyprodukowanie pojedynczych diod o mocy do 5 W, co przy sprawności świetlnej rzędu 94% (75-100 lm/W) pozwala uzyskać intensywne źródło światła. Obecnie jest możliwe stworzenie zwartej matrycy diodowej o mocy do 45 W. Dodajmy, że całkiem łatwe jest regulowanie intensywności świecenia diody, co pozwala uzyskać np. korzystną reakcję świateł sygnałowych na intensywność światła zewnętrznego (noc–dzień). Diody są także zupełnie odporne na wielokrotne włączanie i wyłączanie i czynią to znacznie szybciej niż żarówki. Ich trwałość sięga 200 tys. godzin pracy. Widać więc, że oświetlenie diodowe w motoryzacji to przyszłość. Jeżeli chodzi o reflektory główne, można mówić o kilku rozwiązaniach torujących drogę, m.in. w samochodach amerykańskich oraz Audi R8 i A6.

Jerzy Dyszy

 

 

 

Strona zawiera elementy flashowe. Aby pobrać Adobe Flash Player kliknij tutaj.

Wydawnictwo: AUTO Technika Motoryzacyjna
Odwiedź także: TRANSPORT Technika Motoryzacyjna