Nowoczesne reflektory | Piorun pod kciukiem

Do tworzenia głównego strumienia świetlnego w przednich reflektorach jednośladów w zdecydowanej większości w wykorzystywane są żarówki. Szklana bańka z żarzącym się wewnątrz drutem zrobiła zawrotną karierę w motoryzacji i wciąż jest najtańszym sposobem na rozświetlenie ciemności przed pojazdem. Tyle tylko, że do lamusa odeszły konstrukcje, które miały żarnik osadzany w próżni, a ich miejsce zajęły konstrukcje z wolframowym drutem zamkniętym w szklanej bańce wypełnionej mieszaniną gazów z grupy halogenów. Triumfalny pochód żarówki halogenowej trwa nieprzerwanie od 1972 r., gdy niemiecka firma Bosch pokazała ją po raz pierwszy. Wtedy debiutowała znana i stosowana do dzisiaj H4, potem dołączyły do niej H1, H2, H3 i H7. Mieszanina halogenów, zwanych też fluorowcami, umożliwia wolframowemu żarnikowi osiąganie wyższej temperatury, co skutkuje silniejszym strumieniem świetlnym z reflektora. Trwałość żarnika wzrasta, bo w mieszaninie fluorowców następuje rodzaj procesu regeneracyjnego, a wyższe ciśnienie gazu w szklanej bańce spowalnia proces rozpadu wolframu. Mniejsze rozmiary żarówek halogenowych gwarantują wyższą stabilność temperatury, a to też pozytywnie wpływa na trwałość.

Od paraboli do soczewki

Jednak fakt powszechnego stosowania żarówek halogenowych nie oznacza, że wszystkie reflektory motocyklowe są takie same. Żarówka jest bowiem tylko sposobem na wytworzenie strumienia świetlnego, pomysły na jego wyprowadzenie z reflektora mogą być bardzo różne. Przez wiele lat trzymano się tego samego schematu, czyli reflektora parabolicznego. Wytworzone przez żarówkę światło odbijało się w nim od chromowanego odbłyśnika po czym przechodziło przez ryflowane szkło, by ulec odpowiedniemu załamaniu. Ryflowanie rozkładało strumień świetlny w odpowiedni sposób na drodze przed pojazdem i zapobiegało oślepianiu jadących z przeciwka. W poszukiwaniu lepszych rozwiązań w latach dziewięćdziesiątych XX w. konstruktorzy sięgnęli po soczewki, które pozwoliły wyprowadzić na drogę więcej światła wytworzonego przez żarówkę. Najpierw były to konstrukcje soczewkowe typu DE, a potem projektorowe. Dzięki nowym światłom powstały też nowatorskie pomysły stylizacyjne, bo soczewkowe punkty świetlne wyglądały niezwykle oryginalnie.

Wolne pola

Układy soczewkowe, choć dokonały wyraźnego postępu w konstrukcji przednich reflektorów, nie mogły stać się rozwiązaniem dominującym. Były bowiem kosztowne i ciężkie. Dzięki komputerom opracowano coś znacznie lżejszego, a przy tym bardziej wydajnego. Reflektory zaprojektowane w technologii wolnych pól, zwanej w skrócie FF, nie mają ani soczewek, ani ryflowanych szkieł, a świecą całą powierzchnią odbłyśnika. Jako osłona zewnętrzna wystarcza cienka i lekka tafla poliwęglanu. Reflektory typu FF pokazało w 2000 r. kilku producentów jednocześnie. Dzisiaj są one niezwykle popularne, ich koszt jest porównywalny z tradycyjnymi reflektorami parabolicznymi. Produkcję reflektorów w technologii swobodnych pól zawdzięczamy dużej sile obliczeniowej współczesnych komputerów i wprowadzeniu nowych technik wytwórczych.

Dzięki tym czynnikom płaszczyzny odbłyśników można kształtować w dowolny sposób i obliczyć optymalne kąty poszczególnych stref. Reflektor dzieli się na segmenty, które mają oświetlać różne pola w obszarze drogi. Niemal cała powierzchnia odbłyśnika może być wykorzystana. I to nie tylko w fazie świateł drogowych, ale również w fazie świateł mijania. Czyli tych, które używane są najczęściej. Płaszczyzny poszczególnych fragmentów odbłyśnika są tak ustawione, by światło ze wszystkich tych stref kierowane było w dół, ku drodze. Załamanie promieni świetlnych i rozproszenie światła odbywa się bezpośrednio na płaszczyznach odbłyśnika. Dzięki temu można stosować gładkie, nieryflowane osłony zewnętrzne. Światło użyteczne w reflektorze typu FF stanowi ok. 45 %, podczas gdy w konwencjonalnym reflektorze parabolicznym zaledwie 27 %. Różnica jest ogromna, chociaż w grę wchodzą wciąż proste zjawiska refleksyjne.

Jasno jak w dzień

Jeśli konstruktorzy doszli do tego, że odbłyśnik pracuje praktycznie całą swoją powierzchnią, to zwiększenia skuteczności świecenia reflektorów musieli poszukiwać tylko w samym źródle światła. To akurat nie było problemem, przynajmniej w teorii. Rozwiązanie stanowiły znane od początku XX w. lampy wyładowcze, wykorzystujące zjawisko świecenia łuku elektrycznego w parach metali albo w niektórych gazach. Mogą one generować światło o temperaturze barwowej 4500-6000 kelwinów, a zatem niemal tak jasne jak światło dzienne. Ich adaptacja do pojazdów kołowych przysporzyła jednak sporo kłopotów. Przemysł samochodowy pokonał je już w 1986 r., ale dopiero w 1995 r. mógł świętować rozpoczęcie seryjnej produkcji.

Aż 9 lat trwało dopracowywanie konstrukcji i opracowywanie systemu automatycznej stabilizacji reflektorów. Okazał się on konieczny ze względu na niezwykłą jasność strumienia światła. Do minimum trzeba było ograniczyć możliwość oślepiania innych użytkowników dróg. Podczas gdy żarówka halogenowa H7 o mocy 55 W jest w stanie wytworzyć światło o jasności 1500 lumenów, to lampa wyładowcza osiąga poziom 3200 lumenów przy mocy zaledwie 35 W. Tak dobre rezultaty to wyjątkowo kuszące parametry dla inżynierów projektujących motocykle. Ale zastosowanie lamp wyładowczych w jednośladach jest mocno utrudnione ze względu na złożoność ruchu dwukołowych pojazdów. Co prawda montaż samej lampy jest prosty, ale sprawę komplikuje opracowanie systemu odpowiednio automatycznego, a przy tym szybkiego i wielopłaszczyznowego samopoziomowania oraz wprowadzenie nowych, skomplikowanych i drogich elementów instalacji elektrycznej.

Wydajne, trwałe i drogie

Lampy wyładowcze produkowane na potrzeby motoryzacji mają dwie odpowiednio oddalone od siebie elektrody, zamknięte w szklanej bańce wypełnionej ksenonem. Teoretycznie mógłby to być inny gaz szlachetny, na przykład argon, ale właśnie ksenon gwarantuje najszybszą inicjację procesu świecenia. I tak trwa ona kilka sekund. W fazie zapłonu do elektrod dostarczany jest prąd elektryczny o napięciu kilku tysięcy woltów, generowany w specjalnych przetwornicach. Między elektrodami następuje wyładowanie i powstaje łuk elektryczny. Stale doprowadzana energia elektryczna o napięciu o 30% niższym niż w tradycyjnych żarówkach zapewnia ciągłość zjawiska. Wielką zaletą lamp wyładowczych, obok wydajności, jest niezwykła trwałość wynosząca ok. 3000 godzin, co daje przebieg 180 000 km z przeciętną prędkością 60 km/h przy stale włączonych ksenonach. Wadę stanowi wysoka cena. Podnoszą ją dodatkowe komponenty elektryczne i konieczność stosowania systemu automatycznej stabilizacji reflektora. Ale wyższe koszty schodzą często na drugi plan, bo skuteczność reflektorów ksenonowych jest zdumiewająca. Nabywcy aut, którzy mieli okazję porównać ksenony z tradycyjnymi lampami halogenowymi, gotowi byli sporo dopłacić, by zyskać na komforcie i bezpieczeństwie.

Ksenon z lustrem

Współczesność w motocyklach to często nadal reflektory halogenowe, konstruowane w technologii FF lub projektorowej. Swoją kartę atutową w technologii oświetleniowej odkryło wówczas BMW, europejski pionier w dziedzinie elektrycznych reflektorów motocyklowych (1923 r.). Samopoziomujący ksenon zadebutował wraz z sześciocylindrowym K 1600 GT/GTL i stanowił obok silnika największą nowinkę techniczną. Rozwiązanie przyjęte przez Bawarczyków było dość oryginalne, bowiem ma za zadanie nie tylko wytworzenie bardzo jasnego strumienia świetlnego dla świateł mijania, ale również kształtowanie go w odpowiedni sposób przed pojazdem. Jest to zatem reflektor adaptacyjny, który przez cały czas zapewnia oświetlenie odpowiednio długiego fragmentu drogi, niezależnie od położenia, w jakim znajduje się motocykl. Nie mają znaczenia ani przechyły boczne, ani ruchy wzdłużne wywołane przyspieszaniem, hamowaniem czy nierównościami jezdni. Takie samopoziomowanie zapobiega również oślepianiu jadących z przeciwka. Cała tajemnica tkwi w ruchomym lustrze, które odbija i kieruje do przodu światło generowane przez lampę wyładowczą ku górze (korekcja boczna snopa światła) oraz w ruchomej obudowie lampy ksenonowej (korekcja wzdłużna).

Zarówno lustro, jak i obudowa żarnika osadzone są na przegubach. Za precyzyjne ruchy elementów odpowiedzialne są elektryczne silniki krokowe. Otrzymują one polecenia od centralnego sterownika elektronicznego, przeliczającego dane z czujników zamontowanych przy przedniej i tylnej osi. Informacje przesyłane są magistralą elektroniczną CAN, wykorzystywaną również na potrzeby systemu kontroli trakcji DTC i układu przeciwpoślizgowego ABS. Algorytmy sterowania dla nowego reflektora opracowało BMW. Rolę świateł drogowych powierzono dwóm reflektorom halogenowym wykonanym w technologii FF, wyposażonym w dodatkowe, stale włączone pierścienie świetlne na obrzeżach. Takie pierścienie zmniejszają efekt wyjątkowo mocnego oślepiania, charakterystyczny dla wydajnych punktów świetlnych o małej średnicy. Reflektor K 1600 GT/GTL zatem wygląda bardzo podobnie jak reflektory w samochodach BMW.

Przyjemniej i bezpieczniej

Reflektor ksenonowy bez wątpienia podnosi poziom komfortu i bezpieczeństwa jazdy. Zwłaszcza w takim wydaniu, jak zaplanowało to BMW. Oświetlanie przez cały czas drogi na tym samym dystansie przed motocyklem pozwala dostrzegać dużo szybciej przeszkody, niewidoczne przy konwencjonalnych światłach. Samo zwiększenie jasności strumienia świetlnego daje motocykliście zupełnie nowe możliwości obserwacji drogi. Wprowadzenie pewnego poziomu „inteligencji” do reflektora to kolejny cenny element bezpieczeństwa czynnego.