Oświetlenie samochodu

    1. Źródła światła.
    2. Rodzaje reflektorów.

1. Źródła światła.

1. Konwencjonalne lampy żarowe

Dziś konwencjonalne lampy żarowe nie są już prawie stosowane do świateł mijania czy drogowych. Zastąpiły je wydajniejsze źródła światła. Nadal pozostają jednak na wyposażeniu samochodu tyle, że jako światła postojowe czy światła stop. W tego typu żarówkach światło pochodzi od rozżarzonego wolframowego drutu umieszczonego w szklanej bańce wypełnionej gazem obojętnym. Zasada pracy identyczna jak w typowych domowych żarówkach. Ze względu na niekorzystne zjawisko czernienia (osadzania się par wolframu na szklanej bańce od wewnątrz) żywotność tego typu lamp jest ograniczona. Do wad należy także zaliczyć fakt, że większa cześć energii jest tracona na ciepło, a nie przetwarzana na światło. Obecnie produkowane są jeszcze lampy dwuwłóknowe typu R2 o mocy 45/40 W na potrzeby starszych pojazdów.

2. Żarówki halogenowe

Żarówki halogenowe są dziś najpowszechniej stosowanym źródłem światła przednich reflektorów samochodowych. Wyparły one wcześniej stosowane żarówki wolframowe przede wszystkim ze względu na większa trwałość i korzystniejszą barwę światła. W żarówkach typowych (wolframowych) występowało tzw. zjawisko czernienia. Każdy z pewnością zastanawiał się w momencie wymiany żarówki tego typu dlaczego bańka jest wyraźnie zaczerniona od środka. Wolfram, który parował z żarnika osadzał się na ściance bańki. Zatem z biegiem czasu, część wolframu z żarnika przenosiła się na bańkę. Żarnik stawał się zatem coraz cieńszy, ale świecił aż do momentu przepalenia. Żarówki halogenowe są pozbawione tej wady. Wnętrze bańki takiej żarówki wypełnia się gazem zawierającym związki jodu i bromu (tzw. związki halogenowe) Gaz tego typu zapobiega osadzaniu się wolframu na bańce czyli czernieniu szkła.. Pary wolframu osiadają zatem ponownie na żarniku co znacznie zwiększa trwałość żarówki. Można powiedzieć, że mamy do czynienia z pewnego typu samo regeneracją żarówki. Dzięki temu żarówka halogenowa podczas swej eksploatacji pracuje prawie z niezmienną wydajnością.

Żarówki halogenowe posiadają następujące cechy:

• Strumień świetlny ok. 1500 lm

• Trwałość150 - 1100 h

• Temperatura świała ok. 3000 - 3200 K

• Zasięg ok. 100 m

Najczęściej spotykane są żarówki halogenowe typu H4 oraz H7. Żarówka H4 jest dwuświatłowa tzn. że posiada dwa włókna i stosowana jest w systemie świateł mijania i drogowych (60 / 55 W). Żarówka H7 jest jednoświatłowa tzn. że ma tylko jedno włókno. Jest ona modyfikacją żarówki H4 przystosowaną do użycia w nowoczesnych reflektorach (reflektorach całopowierzchniowych). W żarówkach dwuwłóknowych stosuje się przesłonę, która kieruje strumień światła w dół i w prawo. Dzięki temu zapewniona jest wymagana przepisami granica światła i cienia oraz asymetryczność wiązki światła w celu zapewnienia oświetlenia pobocza.

3. Lampy wyładowcze

Lampy wyładowcze stanowią obecnie źródło światła cechujące się najlepszymi parametrami. Istota lamp wyładowczych polega na wyeliminowaniu żarnika. Źródłem światła jest bowiem łuk elektryczny powstający pomiędzy dwoma elektrodami w atmosferze mieszaniny gazów szlachetnych (takich jak argon, ksenon) oraz soli metali (takich jak rtęć, skand, sód). Łuk elektryczny pobudza gazy szlachetne do świecenia. Sam łuk ma 4 - 5 mm długości. Konstruktorom lamp wyładowczych najtrudniej było pokonać przeszkodę w postaci konieczności przyłożenia bardzo wysokiego napięcia do elektrod lampy, w celu zainicjowania przeskoku łuku elektrycznego. Napięcie na elektrodach, które jest w stanie wywołać przeskok łuku wynosi bowiem od 10 do 24 kV ! Chwilowy pobór mocy wynosi wówczas ok. 100 W. Do podtrzymania łuku wymagane jest już o wiele niższe napięcie, rzędu 80 -100 V.

Prześledźmy sobie zatem zjawiska jakie mają miejsce podczas zapłonu lampy: Impuls wysokiego napięcia powoduje przeskok iskry pomiędzy elektrodami. Następuje jonizacja gazu. Łuk elektryczny zaraz po zapłonie "zmusza" ksenon do świecenia. W tym momencie lampa osiąga do 20% mocy światła docelowego. Następuje zwiększenie mocy lampy. Wzrasta temperatura. Sole metali osadzone na wewnętrznej stronie bańki zaczynają parować co powoduje wzrost ciśnienia wewnątrz bańki. Barwa światła zmienia się z niebieskawej na białą. Zmniejsza się moc pobierana przez lampę. Łuk przestaje migotać. Opisany powyżej proces trwa maksymalnie 3 s. Ponowny zapłon rozgrzanej już lampy nie stanowi problemu. Niewątpliwą zaletą lamp ksenonowych jest barwa emitowanego światła. Jest ona najbardziej zbliżona do światła dziennego, a zatem najlepiej tolerowana przez ludzki wzrok. W trakcie normalnej pracy lampa zużywa mniej energii od klasycznej żarówki halogenowej (ok. 35 W przy 60 W dla żarówki klasycznej).

Lampy wyładowcze posiadają następujące cechy:

• Strumień świetlny ok. 3000 lm

• Trwałość1500 - 2000 h

• Temperatura świała ok. 4200 - 6000 K

• Duży zasięg i równomierne oświetlenia jezdni


Wyróżniamy lampy wyładowcze typu D2S oraz D2R.
D2S - do reflektorów projektorowych
D2R - do reflektorów odbłyśnikowych i całopowierzchniowych

Kwestią kontrowersyjną pozostaje jedynie oslepianie kierowców jadących naprzeciw samochodu z lampami wyładowczymi.

2. Rodzaje reflektorów.

Nieodłącznym zagadnieniem przy omawianiu tematu źródeł światła jest temat reflektorów samochodowych. Jeszcze nie tak dawno możliwości stylistów były bardzo ograniczone jeżeli chodzi o kształt reflektora. Było to spowodowane koniecznością zastosowania lamp żarowych. Teraz gdy nastąpił rozwój źródeł światła, styliści mogą tworzyć reflektory o niemal dowolnych kształtach nadając przez to oryginalnego charakteru bryle każdego nadwozia.

Reflektor samochodowy jako zespół składa się z następujących części:

• Obudowa

• Urządzenie regulacyjne (mechaniczne lub elektryczne)

• Źródła światła

• Lustra czyli odbłyśnika

• Szyby

Poniżej zajmę się tylko dwoma ostatnimi elementami z tej listy jako najważniejszymi.

1. Lustra (odbłyśniki) - istnieje wiele typów kontrukcji odbłyśników. Postaram się omówić najważniejsze, a zarazem najczęściej stosowane. Są to odbłyśniki: paraboloidalne, wielo paraboloidalne oraz projektory.

- paraboloidalne
W rozwiązaniu najbardziej tradycyjnym lustro ma kształt paraboloidalny i wykonane jest z ciągnionej blachy stalowej o szlifowanej i lakierowanej powierzchni. Na powierzchnię tą nakłada się (właściwie naparowuje próżniowo) warstwę aluminium. Rozkład światła w tego typu odbłyśniku pokazuje rysunek. Niebieskim kwadratem oznaczono schematycznie źródło światła, natomiast żółte linie obrazują bieg promieni światła.




- wielo paraboloidalne
Kolejnym etapem rozwoju odbłyśników było stworzenie odbłyśnika wielo paraboloidalnego typu Free Shape (FF) czyli po prostu odbłyśnika ukształtowanego swobodnie. Jest to odbłyśnik zaprojektowany przy użyciu metod komputerowych. Odbłyśnik składa się z wielu wycinków paraboloid o tym samym ognisku. Rozwój tego typu konstrukcji był możliwy dzięki wprowadzeniu do użycia tworzyw sztucznych wytrzymałych na wysoka temperaturę, np. duroplastu czy termoplastu. Żądany kształt odbłyśnika jest uzyskiwany poprzez wtryskiwanie lub prasowanie. Dzięki układowi wielo paraboloidalnemu możliwe jest pełne wykorzystanie powierzchni odbłyskowej w kształtowaniu promienia świetlnego. Strumień światła może być kształtowany bardzo precyzyjnie co pozwoliło wyeliminować stosowanie przysłony kierującej światło w dół w celu nie oślepiania kierowcy jadącego z naprzeciwka. Można zatem było doświetlić i wygasić odpowiednie strefy przed pojazdem biorąc pod uwagę potrzeby przeciętnego kierowcy. Dzięki swobodniejszemu kształtowaniu wiązki światła uzyskano lepsze doświetlenie poboczy i większy zasięg reflektora. Pokazuje to ponizszy rysunek.





Z racji swojej budowy w reflektorach wielo paraboloidalnych możliwe jest stosowanie wyłącznie żarówek jednowłóknowych. Dlatego w samochodach mamy oddzielne świało mijania i światło drogowe. Są one najczęściej umieszczane w jednej obudowie.

- projektor czyli zespół odbłyśnik soczewka
Zasada działania tego typu układu jest niemalże identyczna jak w rzutniku. Odbłyśnik ma formę elipsoidy obrotowej (najczęściej trzyosiowej oznaczany jest DE). Elipsoida obrotowa ma dwa ogniska. Umieszczenie punktowego źródła światła w jednym z nich zapewnia, po odbiciu od jego powierzchni zwierciadlanej, przejście promienia przez drugie ognisko. Otrzymany w ten sposób rozsył wiązki świetlnej ma charakter bardzo rozproszony. Zastosowanie następnie soczewki płasko - wypukłej umożliwia skupienie strumienia świetlnego w kierunku zgodnym z wymaganiami światła samochodowego. Zastosowanie między soczewka skupiającą a odbłyśnikiem mechanicznej przesłony jest konieczne aby zapewnić wymaganą granicę światła i cienia. W reflektorach tego typu stosuje się żarówki jedno włóknowe (halgenowe) jak również lampy ksenonowe. Układ taki pokazuje ponizszy rysunek.




2. Szyby - jak z pewnością każdy zauważył we współczesnych samochodach mamy do czynienia z dwoma rodzajami szyb stosowanych w reflektorach.

- szyba rozpraszająca (szkło rozpraszające) Składa się z bardzo, bardzo wielu soczewek lub pryzmatów zaprasowanych w szybie. Soczewki i pryzmaty pozwalają otrzymać pionowy i boczny rozdział światła. Szyby tego typu wytwarza się ze szkła lub coraz częściej z tworzywa sztucznego. Typowy przykład zastosowania tego typu szyby to Fiat 126p, Fiat Uno, niektóre wersje Opla Astry Classic i wiele innych. Przykład szyby rozpraszającej wykonanej z tworzywa sztucznego pkazuje rysunek obok.

3. - szyba gładka
   Jest ona niczym innym jak przeźroczystym elementem zabezpieczającym lampę przed wpływami z zewnątrz. Najczęściej jest wykonywana z tworzywa sztucznego odpornego na zarysowania i inne uszkodzenia mechaniczne. Zastosowanie tworzywa zamiast szkła pozwala obniżyć masę całkowitą pojazdu. Tworzywo cechuje się także większą przejrzystością. Łatwość kształtowania tworzywa sztucznego pozwoliła odkryć zupełnie nowe możliwości wzornicze.

4. Podejście zespołowe i porównanie reflektorów. - rodzaj reflektora wiąże się ściśle z rodzajem zastosowanego lustra (odbłyśnika) i szkła. Rodzaj odbłyśnika determinuje bowiem rodzaj zastosowanego szkła.

Reflektor paraboliczny - składa się z lustra jedno paraboloidalnego oraz szyby rozpraszającej odpowiedzialnej za kształtowanie strumienia światła. W tym przypadku istnieje możliwość stosowania dwu włóknowych źródeł światła. Przykład takiego reflektora pokazuje rys. 1

Reflektor całopowierzchniowy - składa się z odbłyśnika wielo paraboloidalnego (FF) czyli ukształtowanego swobodnie oraz z szyby gładkiej. W tym przypadku stosujemy tylko jedno włóknowe źródła światła. Przykład takiego reflektora pokazuje rys. 2 (jedno światło drogowe i jedno światło mijania oba z lustrem typu FF)

Reflektor projektorowy - składa się z odbłyśnika elipsoidalnego (DE) oraz szyby gładkiej.Stosowanym tutaj źródłem światła jest lampa halogenowa lub wyładowcza. Przykład takiego reflektora pokazuje rys 3. Ściślej ujmując jest to światło mijania (światło na środku pokazanego reflektora) Zaznaczyłem je celowo ramką koloru niebieskiego.

Oczywiście na co dzień mamy do czynienia z układami łączonymi, np. zastosowaniem w jednej obudowie reflektora projektorowego i całopowierzchniowego. Pierwszy z nich pracuje jako światło mijania , a drugi jako światło drogowe. Dokładnie taki układ pokazany został na rys. 3 powyżej. Porównując reflektor świateł mijania wielo paraboloidalny do jedno paraboloidalnego stwierdzono, że daje on przy tych samych wymiarach o 60% więcej światła. W przypadku reflektora świateł drogowych różnica wynosi 50%. Najlepszy jest oczywiście reflektor projektorowy z lampą wyładowczą. Jego zalety wynikają wprost z zalet lampy wyładowczej, które omówiłem wcześniej.

---