Jak działa halogen?

Raven Media – Maciej Blum
Maciej Blum
8.4.2022
Reklama
Reklama

Pierwszym rodzajem oświetlenia, jakie zastosowano w automobilach, były świeczki umieszczone w lampie. Dzięki lusterku wstawionemu za płomień możliwe było znikome oświetlenie drogi przed pojazdem. Szybko okazało się, że to nie wystarcza i zaczęto stosować lampy naftowe. Przełomowa jasność nastała jednak z chwilą zastosowania lamp karbidowych.

 

  • ​Pierwsze światła samochodowe podobne do współczesnych pojawiły się w 1913 r.
  • Przełomem był wynalazek firmy Philips z 1924 r. – żarówka samochodowa Philips Duplo z dwoma żarnikami.
  • Kolejnym zwrotem w rozwoju techniki oświetlenia były żarówki halogenowe wprowadzone w latach 60. XX w. 
  • Właściwie wszystkie żarówki stosowane w reflektorach samochodowych – o ile nie są w technologii LED lub wyładowczej – są żarówkami halogenowymi.
  • Pierwszym samochodem wyposażonym fabrycznie w lampy wyładowcze było BMW serii 7 z 1991 r. 
  • Zaletą lampy wyładowczej jest stabilność, co oznacza, że nie jest ona wrażliwa na skoki napięcia w instalacji elektrycznej samochodu.
  • Każda lampa w samochodzie jest homologowana do użytku na drogach publicznych wyłącznie z konkretnym źródłem światła o ściśle określonej mocy – żarówką halogenową lub palnikiem ksenonowym.
Reklama

W lampie karbidowej wytwarzany był acetylen, który ze względu na jasny i wydajny płomień nazwany został gazem świetlnym. Po erze lamp karbidowych nastała era oświetlenia elektrycznego. Pierwsze światła samochodowe podobne do współczesnych pojawiły się w 1913 r.

Kolejnym przełomem był wynalazek firmy Philips z 1924 r. – żarówka samochodowa Philips Duplo z dwoma żarnikami. Dawała ona możliwość emisji świateł mijania i świateł drogowych. Rozwiązanie to udoskonalono, zwiększono zasięg reflektorów i wprowadzono światła asymetryczne, jednak źródłem światła była konwencjonalna żarówka. Była to bańka wypełniona obojętnym gazem z umieszczonym wewnątrz drucikiem wolframowym. Drucik, żarząc się pod wpływem przepływającej przez niego energii elektrycznej, emitował światło. Niestety żarówka taka – podobnie jak te stosowane w domach – ma ograniczoną żywotność. Drucik wolframowy powoli się wypala i następuje tzw. zjawisko czernienia, czyli osadzanie się oparów wolframu na wewnętrznej stronie szklanej bańki żarówki.

Halogenowy standard na dziesięciolecia

Kolejnym zwrotem w rozwoju techniki oświetlenia były żarówki halogenowe wprowadzone w latach 60. XX w. Mimo upływu lat wciąż są najpowszechniej wykorzystywanym źródłem światła przednich reflektorów samochodowych. Żarówki halogenowe są pozbawione wad konwencjonalnych żarówek wolframowych. Wnętrze bańki takiej żarówki wypełnia się gazem obojętnym i halogenem, najczęściej jodem. Wśród innych pierwiastków z grupy halogenowej są fluor, chlor, brom, astat i zsyntetyzowany w drugiej połowie 2009 r. tenes. Nazwa „halogeny” pochodzi od greckich słów „sól” i „tworzyć”. Pierwiastki te zwane są też fluorowcami.

Halogen tworzy związek chemiczny z wolframem żarnika (parami wolframu w bańce i na ściankach bańki). Związek ten krąży wraz z gazem w bańce, a w temperaturze, jaka panuje blisko żarnika, rozpada się na wolfram i jod. W rezultacie tej reakcji następuje przenoszenie cząstek wyparowanego wolframu z bańki na żarnik. Proces ten nazywa się halogenowym cyklem regeneracyjnym. Występowanie tego cyklu pozwala zwiększyć temperaturę żarnika do około 3200 K oraz znacznie przedłużyć jego trwałość.

Droga obiegu cząstek wewnątrz bańki żarówki halogenowej
Droga obiegu cząstek wewnątrz bańki żarówki halogenowej. Źródło: Lumileds

Właściwie wszystkie żarówki stosowane w reflektorach samochodowych – o ile nie są w technologii LED lub wyładowczej – są żarówkami halogenowymi. Wyróżniamy kilkanaście typów żarówek halogenowych, które różnią się cokołem montażowym, mocą oraz wielkością i kształtem szklanej bańki (H1, H3, H4, H7, H8, H11, HB3, HB4, HIR2)​. Najczęściej spotykane są jednak żarówki halogenowe typu H4 i H7. W porównaniu z lampami wolframowymi starego typu halogeny mają nie tylko większą żywotność (150–2000 godz.), ale również większy zasięg i mocniejszy strumień światła (ok. 1500 lm).

Palnik ksenonowy wraz z soczewką skupiającą i zapłonnikiem
Palnik ksenonowy wraz z soczewką skupiającą i zapłonnikiem. Źrodło: Hella

Lampy wyładowcze z ksenonem

Następnym ważnym krokiem w rozwoju oświetlenia samochodowego było zastosowanie lamp wyładowczych, popularnie zwanych ksenonami. Opracowane w latach 40. XX w. lampy ksenonowe zostały wprowadzone w 1951 r. przez niemieckiego producenta oświetlenia – firmę OSRAM. Były dobrym zamiennikiem niewydajnej kinowej węglowej lampy łukowej. Nadal są używane w kinach na całym świecie jako źródło światła do projektorów. Pierwszym samochodem wyposażonym fabrycznie w lampy wyładowcze było BMW serii 7 z 1991 r. 

Powiązane firmy

Reklama

Lampa wyładowcza to odmiana lampy metalohalogenkowej, wypełniona ksenonem w celu szybkiego osiągnięcia satysfakcjonującego poziomu strumienia świetlnego. Źródłem światła jest łuk elektryczny, który powstaje między dwoma elektrodami w atmosferze mieszaniny gazów szlachetnych (argon, ksenon) oraz soli metali (rtęć, skand, sód).

Łuk elektryczny pobudza gazy szlachetne do świecenia. Sam łuk ma 4–5 mm długości. Za zapłon łuku elektrycznego i dalszą stabilizację napięcia w lampie odpowiada generator prądu – starter. Do rozpalenia łuku potrzebne jest napięcie ok. 25 000 V (starter dostarcza właśnie takie napięcie), jednak w późniejszej fazie pracy lampy do podtrzymania łuku wystarczy 85 V. Napięcia podtrzymania są różne – najniższe może wynosić nawet 20 V. Dzięki temu samochodowa lampa ksenonowa o mocy 35 W generuje o ponad połowę więcej światła niż żarówka halogenowa o mocy 55 W.

Dodatkowo temperatura barwowa ksenonów jest bardzo zbliżona do temperatury światła słonecznego naturalnego dla człowieka. W świetle ksenonów z uwagi na lepszy kontrast barw i wyraźne odcięcie wiązki światła lepiej i szybciej można rozpoznać pieszego na poboczu, znaki drogowe czy rowerzystę. Kolejną zaletą lamp ksenonowych jest ich dłuższa żywotność (w porównaniu z żarówkami halogenowymi).

Zaletą lampy wyładowczej jest stabilność, co oznacza, że nie jest ona wrażliwa na skoki napięcia w instalacji elektrycznej samochodu. Ponadto lampa wyładowcza nie zawiera wrażliwych żarników, co czyni ją odporną na drgania. Ogólnie żywotność tego typu oświetlenia jest kilkukrotnie większa niż tradycyjnego, w którym wykorzystuje się żarowe źródła światła.

Ze względu na ilość emitowanego światła lampy ksenonowe najczęściej wymagają fabrycznego dodatkowego doposażenia samochodu – w układ regulacji wysokości strumienia świetlnego (poziomowanie) i system czyszczenia kloszy lamp, aby zabrudzenia nie powodowały rozproszenia światła i oślepiania kierowców samochodów jadących z przeciwka. Jednak aby większą liczbę samochodów wyposażyć fabrycznie w ksenony bez konieczności montowania układu samopoziomującego i czyszczącego reflektory, stworzono odmianę lamp wyładowczych o mniejszej mocy (25 W). Fabrycznie wyposażone w nie pojazdy nie miały systemu spryskiwaczy ani poziomowania, ponieważ układy te nie są wymagane w przypadku palników ksenonowych D8S o mocy 25 W.

Wioletta PasionekLampa ksenonowa w porównaniu z żarówką halogenową charakteryzuje się znacznie dłuższą żywotnością. Ale i ona podlega zużyciu, co nie zawsze jest łatwe do wychwycenia. O ile zwykła żarówka po prostu się przepala, to ksenon stopniowo traci fabryczne właściwości świetlne. A do tego przy codziennej jeździe można się przyzwyczaić. Widocznym objawem zużywającej się lampy ksenonowej będzie zmiana barwy z białej na jasnofioletową. W ich przypadku można przyjąć średnią pracy w przedziale 2000–2500 godzin ciągłego świecenia albo 100 tys. km przebiegu. Należy przy tym pamiętać, że procesowi starzenia podlegają także klosze i optyka reflektorów, przetwornica wysokiego napięcia, mechanizm systemu stabilizacji czy układu spryskiwaczy. Podobnie jak żarówki halogenowe, także i lampy ksenonowe należy wymieniać parami. Wybór produktów na rynku jest bardzo duży, oczywiście pierwszym kryterium jest typ, np. D1S czy D2S. Kolejny to temperatura barwowa, np. Philips Xenon Vision 4300K, a Philips Xenon WhiteVision 5000K czy wydajność wiązki światła, np. Philips Xenon X-tremeVision gen2 +150 proc. względem wymaganego prawem minimum. Każdy kierowca może ustalić sobie optymalne parametry nowych lamp ksenonowych, ale ich wymianę lepiej, a przede wszystkim bezpieczniej jest powierzyć profesjonalistom w warsztacie samochodowym. Odradzamy też próby jej naprawy czy wymiany zapłonników bądź palników, jak też wszelkie modyfikacje układów zasilania.

Wioletta Pasionek
Marketing Manager Central Europe z Lumileds Poland, producenta
i dystrybutora oświetlenia samochodowego marki Philips

Czy da się włożyć palnik ksenonowy zamiast żarówki?

Włożenie palnika ksenonowego zamiast żarówki jest możliwe, jednak może się skończyć pożarem samochodu, a w najlepszym wypadku uszkodzeniem reflektorów. Dziś skala tego procederu jest mniejsza niż jeszcze kilka lat temu, ale wciąż można kupić zestawy do „konwersji” reflektorów halogenowych na ksenonowe. Nie powinno się tego robić z kilku powodów. Jednym z nich jest homologacja.

Każda lampa w samochodzie jest homologowana do użytku na drogach publicznych wyłącznie z konkretnym źródłem światła o ściśle określonej mocy – żarówką halogenową lub palnikiem ksenonowym. Jakakolwiek samowolna zmiana sprawia, że reflektor czy lampa traci homologację, a policjant podczas kontroli może zatrzymać dowód rejestracyjny pojazdu. Należy pamiętać, że samochód w tym momencie jest traktowany jako niesprawny, ponieważ jego element nie spełnia warunków homologacji.

Tyle w kwestii zgodności z prawem. Druga strona to technikalia, czyli – najprościej rzecz ujmując – niedopasowanie palnika ksenonowego do reflektora. Podczas projektowania lampy najważniejszą rzeczą jest takie umieszczenie źródła światła (czyli w przypadku żarówki jej żarnika), aby możliwie najlepiej współpracowało ono z odbłyśnikiem. A to jest możliwe po umieszczeniu go w jednym miejscu, optymalnym z punktu widzenia danego reflektora. Jeśli założymy inne źródło, np. palnik ksenonowy, znajdzie się on w innej pozycji względem odbłyśnika. Wówczas światło, zamiast oświetlać drogę, będzie oślepiać kierowców jadących z przeciwka lub będzie padać tuż przed samochodem.

Ponadto dostępne na rynku zestawy HID, które służą do wyżej opisanej konwersji, najczęściej nie mają filtra UV. A właśnie ultrafiolet najszybciej niszczy reflektor. Promienie UV powodują żółknięcie tworzyw oraz matowienie odbłyśnika i klosza. Nieodwracalne zmiany w reflektorze wymuszają jego wymianę. Warto także wspomnieć, że palnik ksenonowy emituje wyższą temperaturę niż żarówka. Istnieje więc prawdopodobieństwo termicznego uszkodzenia reflektora.

Reklama

O Autorze

Maciej Blum

Redaktor naczelny miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama