Žárovka, výbojka, diody a laser: Jak fungují různé typy světlometů

  • Halogenová světla i po desetiletích existence představují spolehlivé a levné řešení

  • Xenony byly kdysi revolucí, dnes je ale vytlačují LED světlomety

  • Laser se sice již nabízí v sériové výrobě, má ale zatím spoustu omezení

  • Nakonec ale záleží především na konstrukčním řešení daného světlometu, lepší technologie neznamená automaticky lepší výsledek

Ještě před deseti lety byla problematika automobilového osvětlení poměrně jednoduchá. Levnější auta měla halogenové žárovky, v dražších byly xenonové výbojky a jen pár nejdražších modelů nabídlo pokročilejší technologie nebo speciální funkce. Dnes se naopak marketing nepříjemně doplňuje hned s několika rozdílnými principy, podle nichž ve světlometech vzniká světlo.

Světlomet patří k těm nemnoha součástkám, které jsou starší než auta sama. Už koňské povozy měly nějakou formu osvětlení, ke konci 19. století se na ně instalovaly acetylenové nebo olejové lampy – stejně jako na první automobily. První elektrická světla se objevila v roce 1898, o deset let později je pak do sériové výbavy svých vozů zařadila dnes již neexistující americká značka Peerless (zkrachovala v roce 1931).

Klasika jménem halogen

Nejběžnější způsob osvětlení se začal šířit v šedesátých letech a o dvě dekády později se stal vlastně univerzálním řešením – jedním z posledních aut, která mohla mít namísto halogenové žárovky (tzn. plněné některou ze sloučenin halogenových prvků) starší typ R2 byl původní Fiat Tipo. Princip fungování halogenového světlometu v nejjednodušším reflektorovém provedení je prostý: světlo ze žárovky se odráží od parabolického reflektoru, který jej směřuje do požadovaného tvaru světelného kužele.

Takový světlomet je levný na výrobu i na údržbu. Výměnu žárovky, pokud je snadno přístupná, zvládne každý. V případě, že světlomet má jedinou parabolu a dvouvláknovou žárovku (typ H4), jsou funkce potkávacích a dálkových světel soustředěny do jediného světelného zdroje. Jen o málo sofistikovanější je řešení se dvěma parabolami a dvojicí jednovláknových žárovek, typicky H7. Reálné schopnosti těchto světlometů se samozřejmě mezi jednotlivými modely liší, jeden základní předpoklad je ale důležitý vždy: velká plocha reflektoru.

Test deseti žárovek H7: Kterou vybrat, abyste za tmy viděli co nejlépe?

Pokročilejším řešením je projektorový světlomet. V něm se světlo z žárovky neodráží od paraboly, nýbrž hyperboly, a následně prochází čočkou. Tvar světleného kuželu usměrňuje clona vložená před projektor. Přepínáním mezi dvěma clonami dokáže projektorový světlomet elegantně vyřešit přepínání mezi potkávacími a dálkovými světly. Oproti reflektorovým světlometům je projektor přece jen o něco složitější, má však výhodu menších nároků na velikost světlometu. Uplatňuje se proto především v modelech, kde je dostupnější alternativou k pokročilejším typům světlometů – například v Kie Ceed nebo Suzuki Vitara.

+

  • Nízké výrobní náklady a jednoduchý princip fungování
  • Světlomet je proto jako náhradní díl velmi levný
  • Možnost vyměnit světelný zdroj v domácích podmínkách

  • Vysoká spotřeba energie a omezená životnost žárovek
  • Slabý dosah, nerovnoměrné osvětlení plochy před autem
  • Výsledky jsou ještě zhoršené tím, že výrobci vývoji a ladění obvykle nevěnují velkou pozornost
  • Příliš teplé světlo zhoršuje ve srovnání s modernějšími zdroji viditelnost

Xenony bývaly frajeřinou, dnes rychle mizí

Trvalo tři desetiletí, než halogenové žárovky dostaly prvního vážného konkurenta. Xenonové světlomety jako první nabídlo BMW řady 7 v roce 1991, a to pochopitelně za příplatek. V případě tohoto světelného zdroje světlo nevzniká rozžhavením vlákna v baňce žárovky naplněné plynem – světlo vydává samotný plyn, v němž dochází k elektrickému výboji při vysokém napětí. Odtud je ostatně odvozena anglická zkratka „xenonů“ HID: high intensity discharge, neboli výboj s vysokou intenzitou.

Ke své funkci potřebují xenonové světlomety startér, řídicí elektroniku a trafo, které mění stejnosměrných 12 V z palubní sítě auta na střídavých až 30 000 V potřebných pro fungování výbojky. S výjimkou „slabších“ světlometů se světelným tokem do 2000 lumenů (to odpovídá nejsilnějším halogenům) jsou povinnou součástí xenonových světlometů také samonivelační systém a ostřikovače světlometů.

Složitější konstrukci však vyvažuje celá řada výhod. V prvé řadě je to zhruba trojnásobná účinnost, která se v praxi projevuje podstatně lepším osvětlením silnice při nižším příkonu světelného zdroje. Studenější barva světla se ve srovnání s halogeny více podobá dennímu světlu, což je pro lidské oko příjemnější – a dříve bylo jasným rozpoznávacím znamením „lepšího“ auta, když xenony bývaly jen v nejdražších modelech na trhu. A xenonová výbojka má zhruba čtyřikrát delší životnost než klasická žárovka.

Názorný pokus Fordu ukazuje, jak dramaticky se od dob Modelu T zlepšily automobilové světlomety

Princip, jak xenonový světlomet osvětluje silnici, je v zásadě shodný s halogenovým projektorovým světlometem. Existují však dva základní typy: složitější s přídavným halogenovým zdrojem pro dálková světla a kompaktnější bi-xenon, kde přepínání mezi potkávacími a dálkovými světly zajišťuje přepínání clony před čočkou. Opět záleží na konkrétním provedení, obecně se však dá říct, že přídavná halogenová žárovka pro dálková světla dokáže zajistit větší výkon. Své o tom vědí majitelé Škody Yeti a Superb II – málokteré auto s konvenčními světlomety svítí na dálková světla lépe.

Důležitým milníkem spojeným s xenonovými světlomety je možnost uplatnění pokročilých funkcí regulace světelného kužele. Ať už jde o natáčení světlometu do zatáček, dynamickou regulaci světelného kužele podle rychlosti jízdy a okolního prostředí nebo zastínění protijedoucích aut při jízdě s dálkovými světly – to vše přišlo s rozvojem xenonových světlometů.

+

  • Výbojky mají oproti žárovkám násobně delší životnost a nižší spotřebu energie
  • Xenonová světla osvětlují větší plochu a mají větší dosah než halogenová
  • Možnost zabudovat pokročilé funkce

  • Samotný světlomet i náhradní výbojky jsou složitější a dražší než u halogenů
  • Mimo nejméně výkonných variant předpisy vyžadují ostřikovače a automatické nastavování sklonu

Diody jsou dnes prakticky normou

Xenonové světlomety jsou však dnes na ústupu. Před deseti lety začaly přepisovat pravidla světelné techniky diody, anglickou zkratkou LED. Ty mají ještě výhodnější poměr výkonu ke spotřebě energie a nabízí bezkonkurenční flexibilitu. Dioda může být velká a výkonná, nebo lze použít větší množství slabších diod.

Mnoho aut vybavených diodovými světlomety navíc dokáže nabídnout solidní parametry a přitom se vyhnout nutnosti použití ostřikovačů světlometů. Takové ostřikovače totiž především zvyšují hmotnost auta a spotřebu ostřikovací kapaliny bez toho, aby z nich měl uživatel nějakou konkrétní výhodu.

Illustration for the technnology lexicon
Konstrukce světlometů „Xenon Plus“ v Audi Q7 z roku 2015…
HD matrix LED headlight
…a podobné schéma světlometů Matrix LED v novém Audi Q8

Nejjednodušší provedení LED světlometů je projektorového typu a využívá výkonnou diodu svítící vzhůru. Dioda je připevněna typicky k měděné destičce doplněné o pasivní chladič podobný tomu, který se používá v počítačích. LED totiž kromě světla produkuje také odpadní teplo, v tomto případě však koncentrované do malého prostoru.

Součástí projektorového typu LED světlometu je dále půlparabola, která usměrňuje světelné paprsky kolem horizontální roviny. Další součástí takového světlometu je čočka, přes kterou světlo ozařuje prostor před vozem. Dálkové světlo může být řešeno přídavným zdrojem, typicky halogenovou žárovkou, nebo clonou, která zajistí přepínání mezi potkávacími a dálkovými světly podobně jako u bi-xenonů. Pomocí clony a natáčení lze zajistit i adaptivní funkce stejně jako u xenonových světlometů.

Kvíz: Poznáte, kterým autům patří tato přední světla?

Existuje ale ještě jeden přístup – použití většího množství menších a méně výkonných diod mířících vpřed. Takové diody mají přímo na sobě nalisovanou plastovou čočku a dokáží opravdové divy. Různou kombinací jejich zapojení lze měnit režimy osvětlení, právě na tomto principu fungují světlomety Matrix LED (používá je např. Audi a Opel). Pokud je však celkový výkon diod ve světlometu vysoký, není nutná jen instalace ostřikovačů, ale také aktivního chladiče s větrákem.

Málo popsanou vlastností diodových světlometů je jejich klesající účinnost v závislosti na teplotě. Při možnosti srovnání dosahu světlometů při tropické noci a v zimě by se zjistilo, že při stejném příkonu svítí diody při vysoké vnější teplotě hůře. V praxi však tato fyzikální danost nepředstavuje zásadní problém.

+

  • Malé zástavbové rozměry a velká volnost pro designéry
  • Stejně jako žárovky (a na rozdíl od xenonů) vystačí s napětím 12 V
  • Dosud nepřekonané možnosti adaptivních funkcí

  • Diody mají dlouhou životnosti, ale nelze je měnit, takže konec jejich životnosti znamená výměnu světlometu
  • LED automaticky neznamená lepší vlastnosti než u xenonů, záleží na konstrukčním řešení
  • Některé výkonné světlomety vyžadují aktivní chlazení, které zhoršuje celkovou účinnost

Laser: cesta budoucnosti, nebo slepá ulička?

Nejčerstvější inovací jsou laserové světlomety. Ve větším měřítku se zatím objevují jen v modelech BMW, a to v dálkových světlech jako doplněk LED světlometů. Hlavní výhodou je o 30 % větší účinnost, tedy ještě větší výkon, resp. nižší spotřeba energie při dosažení srovnatelných nebo lepších výsledků jako u diod.

Laserlicht_anges
Laserové diody se vyznačují vysokým jasem a malými konstrukčními rozměry
Porovnání dálkových LED (vlevo) a laserových světel na BMW i8

Laserové světlo má ale i své nevýhody. Na rozdíl od diod vyžaduje vyšší napětí a také vícestupňovou regulaci. Světlený paprsek míří na silnici přes soustavu zrcadel, jejíž součástí je kovová destička pokrytá tzv. luminoforem, která modré laserové světlo laseru mění na vhodnou vlnovou délku.

Umění ovládnout laser ve velkosériové výrobě navíc zatím ovládlo jen BMW a výsledky má sice vynikající, ale ne bezkonkurenční. Jestliže systém BMW Laserlight ve sportovní i8 má udávaný dosah 600 metrů a v nové řadě 3 530 metrů, Mercedes v konkurenční třídě C osazené světlomety Multibeam LED složenými z 84 diod na každé straně dosvítí 650 metrů daleko. Čas tedy teprve ukáže, jestli se laser prosadí.

Proč auta používají dvě hlavní světla? A proč se nechytlo ani řešení z Tatry 603?

Laserová světla mají navíc jedno velké úskalí, a tím je bezpečnost. Na jedné straně je zde působivá účinnost – dvojice světlometů v BMW i8 má celkový výkon laserů 2 W. V každém světlometu se nachází šest laserových modulů, jeden má tedy výkon 166 mW. I to je ale hodně, už 50 mW znamená u neregulovaného laserového paprsku riziko krátkodobého poškození zraku (pro srovnání, běžné laserové ukazovátko má výkon jen 7 mW). Proto je potřeba zajistit, aby ani po poškození světlometu z něj nemohlo vycházet nerozptýlené laserové světlo. To je také zřejmě společně s výrobními náklady největší překážkou rychlejšího šíření laserových světel.

+

  • Vysoká světelná účinnost, která překonává LED
  • Obecně vzato extrémní dosah

  • Zatím omezená využitelnost a bezpečnostní rizika při nehodě
  • Vyžadují vyšší napětí, což je proti LED komplikací
  • Diody dnes umí dosvítit podobně daleko (i dál)

 

Milníky vývoje světlometů

  • 1908 elektrické světlomety v sériové výbavě (Peerless)
  • 1917 možnost přepínání dálkových světel (Cadillac)
  • 1935 natáčecí světlomet (Tatra); dvojici natáčecích světlometů ale přinesl až Citroen DS
  • 1936 vyklápěcí světlomety (Cord 810)
  • 1962 první standardizovaný halogen, H1
  • 1971 dvouvláknová žárovka H4 (Mercedes-Benz 350 SL)
  • 1977 povinné denní svícení ve Švédsku (v celé EU plošně zavedeno 2011)
  • 1986 projektorový světlomet (BMW řady 7)
  • 1990 světlomety s čirou optikou (Honda Accord v USA)
  • 1991 xenonové světlomety (BMW řady 7)
  • 1999 bi-xenon (Mercedes-Benz třídy CL)
  • 2003 aktivní natáčecí světlomety (Mercedes-Benz E)
  • 2004 poslední vyklápěcí světlomety (Lotus Esprit a Chevrolet Corvette)
  • 2006 LED pro potkávací světla (Lexus LS)
  • 2007 full LED světlomety (Audi R8)
  • 2014 laserová dálková světla (BMW i8)
  • 2016 závan budoucnosti: OLED v zadních světlech (zatím jen omezená série na Audi TT RS)
Žárovka, výbojka, diody a laser: Jak fungují různé typy světlometů
Ohodnoťte tento článek!
4.1 (82%) 40 hlas/ů

1 komentář

PŘIDAT KOMENTÁŘ: