Oświetlenie pojazdów ciężarowych – jak to działa?

, 7 października 2013, 13:24

Zadaniem konstruktorów oświetlenia jest zapewnienie dobrej widoczności pojazdu. W przypadku refl ektorów przednich problem polega na tym, by zapewnić kierowcy dobrą widoczność i jednocześnie nie oślepiać prowadzących pojazdy jadące naprzeciw.

Źródła światła

Oświetlenie pojazdu jest elementem bezpieczeństwa, na które stawia się obecnie duży nacisk. Wraz z wprowadzeniem nowej generacji pojazdów modyfikuje się nie tylko silniki, układ jezdny czy kabinę, zmienia się również system oświetlenia. W oświetleniu pojazdu stosuje się różne źródła światła. Tradycyjnym i najmniej wydajnym źródłem światła w samochodach jest żarówka, stosowana obecnie w światłach pozycyjnych i migaczach. W żarówce światło jest wytwarzane przez żarzący się drut wolframowy w wyniku doprowadzenia do niego prądu, ale tylko ok. 8% dostarczanej energii elektrycznej jest zamieniane na światło. Co gorsza, odparowane drobiny wolframowe, widoczne jako zaciemnienia na bańce żarówki, osłabiają emisję światła i zmniejszają jej żywotność. Dlatego obecnie żarówki są zastępowane diodami LED.

Wydajniejszym źródłem światła jest żarówka halogenowa, w której źródłem światła jest wolframowy żarnik umieszczony w mieszance halogenowej. Przy zbliżonej do tradycyjnej żarówki żywotności, żarnik żarówki halogenowej pracuje przy wyższych temperaturach, dlatego emituje silniejszy strumień światła. Zaciemnienie bańki żarówki zlikwidowano dzięki dodaniu jodu do mieszanki halogenowej. Produkuje się różne typy żarówek halogenowych – od H1 do H7. Dość wysoką sprawność, ok. 28%, mają gazowe lampy wyładowcze, popularnie zwane ksenonowymi. Lampy wyładowcze wytwarzają światło na zasadzie jonizacji gazu wypełniającego lampę łukiem elektrycznym. Zapalenie lampy polega na przyłożeniu napięcia zapłonowego z zapłonnika (ok. 23 kV) do elektrod lampy. Napięcie to powoduje powstanie między elektrodami łuku elektrycznego, który jonizuje gaz (ksenon oraz mieszanka par metali i metalogenidów) wypełniający lampę i pobudza go do świecenia. Podczas kontrolowanego podania na elektrody lampy wysokiego napięcia prądu zmiennego (ok. 400 Hz) powstaje w bańce wysoka temperatura, powodująca odparowanie substancji płynnych i stałych. Lampa osiąga pełną jasność dopiero po kilku sekundach, w  momencie kiedy cała zawartość bańki odparuje i  zjonizuje się. Aby uniknąć uszkodzenia lampy przez niekontrolowane dostarczenie napięcia w czasie jonizacji, prąd ten jest ograniczany przez elektroniczny sterownik. Do utrzymania jonizacji i świecenia lampy wystarcza napięcie ok. 85 V, które elektroniczny sterownik dostarcza do lampy po jej zapłonie. Mimo zalet lamp wyładowczych, takich jak: duża żywotność wynosząca 2500 godzin (w przypadku żarówek H7 jest to tylko 500 godzin) oraz wytwarzanie dwukrotnie więcej światła niż żarówka halogenowa H7 i to przy zużyciu mniejszej o 2/3 energii (ok.  35  W), to źródło światła nie rozpowszechnia się. Powodami są wysokie koszty wytwarzania i skomplikowany zapłon. Ze względu na wysoką światłość lamp ksenonowych przepisy homologacyjne wymagają, by reflektory ksenonowe miały system automatycznego lub dynamicznego poziomowania oraz system ich oczyszczania. Z tego względu zabrania się przeróbki reflektorów z żarówkami halogenowymi na reflektory ksenonowe, które nie mają systemu poziomowania i oczyszczania.

Każde z opisanych źródeł emituje światło o innej barwie. Im wyższa temperatura źródła światła, tym w spektrum kolorów większy udział barwy niebieskiej, a mniejszy czerwonej. Tradycyjna żarówka ma temperaturę barwową wynoszącą ok. 2700 K, żarówka halogenowa ok. 3200 K, a lampa ksnonowa (D2S) świecąca światłem białym chłodnym – ok. 4250 K. Obecnie dąży się do tego, by źródła światła emitowały światło zbliżone do barwy światła dziennego, ok. 6500 K. Ostatnio coraz większą popularność zdobywają diody elektrolumine scencyjne LED. Elektroluminescencja jest zjawiskiem fizycznym polegającym na emitowaniu w półprzewodnikach, np. arsenku galu, promieniowania elektromagnetycznego pod wpływem prądu elektrycznego. Diody LED są wykorzystywane w oświetleniu tylnym oraz przednim pojazdów, np. w  światłach do jazdy dziennej. Diody LED, w porównaniu z tradycyjnymi żarówkami, przy identycznej wydajności, mają o ok. 86% niższe zużycie energii elektrycznej. Ponadto diody LED są odporne na drgania, wilgoć i zmiany temperatury otoczenia. Z tych powodów np. standardowa żarówka P21W ma żywotność ok. 500 godzin, a dioda LED nawet do 10 tys. godzin.

Linie produkcyjne żarówek halogenowych

Najpopularniejszym źródłem światła stosowanym w reflektorach są…czytaj dalej


Linie produkcyjne żarówek halogenowych

Najpopularniejszym źródłem światła stosowanym w reflektorach są żarówki halogenowe. Producenci oświetlenia oferują z reguły dwie linie produktowe żarówek halogenowych do ciężarówek – podstawową oraz o wydłużonej trwałości. W zależności od producenta, w linii podstawowej oferowane są produkty kierowane na pierwszy montaż (gdy dany wytwórca oświetlenia je dostarcza), o jakości odpowiadającej żarówkom skierowanym na pierwszy montaż lub o jakości podstawowej (w przypadku małych wytwórców). Kupując żarówkę, warto przeczytać na opakowaniu, z jaką żarówką mamy do czynienia. W linii podstawowej Hella oferuje żarówki Standard, Bosch – Trucklight, Philips – MasterDuty, a Osram – Oryginal Line. W ofercie do ciężarówek rzadkością są żarówki o zwiększonej światłości. Na opakowaniu takich żarówek widnieje symbol np. +30 lub +50. Oznacza to, że dana żarówka ma wyższą luminancję, popularnie mówiąc emituje więcej światła niż tzw. żarówka wzorcowa. Pomiaru tej luminancji dokonuje się w  określonych normami miejscach przed źródłem światła i jeśli natężenie oświetlenia z badanej żarówki jest większe np. o 30% w stosunku do żarówki wzorcowej, producent może napisać na opakowaniu +30. Zwiększenie luminancji żarówki odbywa się jednak kosztem jej trwałości, co warto mieć na uwadze podczas zakupu. W handlu spotkać można również żarówki halogenowe o niebieskiej barwie (ok. 4000  K) imitujące światło ksenonowe, np. Philips MasterDuty BlueVision. Szkło kwarcowe bańki tej żarówki pokryto powłoką dającą efekt świateł ksenonowych. Jednak bańki żarówek nieznanych producentów są często pokryte przysłoną pochłaniającą światło, przez co mogą emitować za mało światła, co jest niezgodne z normami. Żarówki halogenowe samochodów ciężarowych muszą być odporne na wstrząsy, drgania oraz wibracje. Odporność ta dotyczy najczęściej elementów najbardziej czułych w żarówce – żarnika oraz sposobu jego mocowania. Każdy producent żarówek ma swoje, oryginalne rozwiąza-
nia.

Jednak każda żarówka kiedyś się przepali i ma na to wpływ wiele czynników. Pomijając naturalne zużycie, żarówki halogenowe przepalają się z  powodu drgań i wibracji, ale także z  powodu przepięć (chwilowych wzrostów napięcia) w instalacji elektrycznej pojazdu. W niektórych pojazdach to niejako cecha konstrukcyjna, dlatego częściej przepala się żarówka np. w lewym reflektorze, a rzadziej w prawym. Żarówki z linii o wydłużonej trwałości są po prostu bardziej odporne na wahania napięcia w instalacji elektrycznej, ale kosztem ich luminancji. Zmniejszenie luminancji jest oczywiście zgodne z normami. Konstruktorzy żarówek zalecają, by włączać żarówki halogenowe po uruchomieniu silnika pojazdu, a nie przed, i po uprzednim włączeniu innych odbiorników prądu o dużym poborze mocy. 

Rodzaje reflektorów

Żarówka jest osadzona w reflektorze i to on…czytaj dalej


Rodzaje reflektorów

Żarówka jest osadzona w reflektorze i to on kształtuje odpowiedni, zgodny z przepisami strumień światła. Dlaego ważne jest, by żarnik żarówki znajdował się w ściśle określonym miejscu w reflektorze. W żarówkach niskiej jakości, tolerancja osadzenia żarnika na taśmie produkcyjnej jest zbyt duża. W efekcie po włożeniu żarówki do reflektora strumień światła jest słaby lub skierowany w złą stronę. W samochodach stosuje się różne typy reflektorów:

  • paraboloidalny – z historycznego punktu widzenia to najstarszy typ reflektora, dzisiaj już nie stosowany w reflektorach głównych pojazdów. Powierzchnia odbłyśnika ma kształt paraboloidy, a na szybie umieszczone są żłobienia spełniające rolę elementów optycznych;

 

  • elipsoidalny (DE) – o powierzchni odbłyśnika w postaci trzyosiowej elipsoidy, która odbija światło od żarówki i skupia je w drugiej ogniskowej (soczewce). Przesłona ogranicza rozkład światła i wytwarza granicę światłocienia;

 

  • reflektor typu FF (swobodnych pól) – ma odbłyśnik złożony z wielu elementów projektowanych komputerowo, dzięki czemu właściwy rozkład światła (odchylenie w dół, rozproszenie, granica światłocienia) uzyskuje się przez odpowiednie uformowanie odbłyśnika. Dzięki temu można stosować gładki klosz reflektora. Ponieważ niemal cała powierzchnia odbłyśnika jest wykorzystywana w światłach mijania, reflektory typu FF są powszechnie stosowane do tych właśnie świateł;
     
  • Super DE – układ optyczny jest identyczny z układem w reflektorze elipsoidalnym (DE), ale odbłyśnik złożony jest z wielu elementów, jak w reflektorze FF. Reflektory super DE, dzięki odbłyśnikowi typu FF dają lepsze oświetlenie poboczy i dłuższy zasięg światła.

 

W praktyce stosuje się kombinacje różnych typów reflektorów, w zależności od źródła światła (żarówki halogenowe H1, H4, H7, lampy ksenonowe) oraz zastosowania (światła drogowe, mijania, do jazdy dziennej). Dzięki wielu kombinacjom uzyskać można pożądany rozkład światła dla świateł mijania i drogowych. W samochodach osobowych ostatnim krzykiem mody są reflektory z diodami LED, a w Mercedesie klasy S nie ma ani jednej żarówki. Można się więc spodziewać, że w przyszłości z  oświetlenia ciężarówek również zostaną wyeliminowane żarówki.

Artykuł pochodzi z czasopisma Inter Truck nr 3 Wrzesień 2013

Komentarze

Brak komentarzy