สาระ สองล้อ: ไฟซีนอน ( XENON )

ไฟซีนอน ( XENON )
H.I.D : HYPER INTENSITY DISCHARGE

น้อยคนนักที่อาจจะยังไม่รู้จัก และมีหลากหลายสื่อในวงการรถยนต์ในประเทศไทยก็ได้เคยนำเสนอเกี่ยวกับไฟซีนอน ( XENON HID ) แต่ก็ยังมีอีกหลายคนยังไม่เข้าใจหลักการทำงานของไฟซีนอน ( XENON HID ) จนทำให้ยังงงๆกันอยู่ ซึ่งบางคนอาจเข้าใจผิดว่า ไฟซีนอน ( XENON HID ) สว่างมากเกินไป จนแยงสายตารถคันอื่น

ในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาระบบไฟซีนอน ( XENON HID ) ให้มีแผ่นรองกั้นแสง ( Filter ) เพื่อไม่ให้แสงซีนอน ( XENON ) ตกกระทบบริเวณ Reflex ภายในโคมด้านล่าง ซึ่งมีผลทำให้แสงซีนอน ( XENON ) สะท้อนออกไปอย่างเป็นระเบียบไม่ฟุ้งกระจาย และจะเห็นได้ชัดเจนในหลอดไฟซีนอน ( XENON HID ) ในชนิดขั้ว H4 Lo/Hi จึงทำให้หมดปัญหาในเรื่องแสงไฟซีนอน ( XENON ) แยงตาอีกต่อไป ซึ่งในอดีตไฟซีนอน ( XENON HID ) เป็นเพียงของเล่นราคาแพงสำหรับคนมีเงินที่ต้องการเน้นเรื่องความปลอดภัยในการขับขี่รถยนต์ในยามค่ำคืน หรือเป็นชุดแต่งรถสำหรับผู้ที่ต้องการความสวยงามโดดเด่น จนเป็นเหตุให้ต้องจ่ายเงินอีกหลายหมื่นบาทในการติดตั้งชุดไฟซีนอน ( XENON HID )

สำหรับไฟซีนอน ( XENON HID ) เริ่มถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ติดในรถอย่างจริงจังเมื่อ ประมาณ 10 ปี ที่แล้ว ซึ่งเริ่มต้นมีติดตั้งในรถหรูหราราคาแพงคันละหลายล้านบาท แล้วก็เริ่มมีบริษัทรถยนต์อื่นๆ เริ่มนำระบบไฟซีนอน ( XENON HID ) มาติดตั้งในรถราคาไม่ถึงล้านบาท แม้กระทั่งรถปิคอัพบางยี่ห้อก็มีใช้แล้ว แต่ก็ยังไม่แพร่หลายซักเท่าไหร่ ถ้าไม่นับรถปิกอัพแล้ว ก็จะมีแต่รถคันละล้านกว่าบาทขึ้นไปที่มีไฟซีนอน ( XENON HID ) จึงทำให้ระบบไฟซีนอน ( XENON HID ) เป็นเสมือนระบบไฟชนิดพิเศษที่มีในรถราคาแพงเท่านั้น และยากที่จะหาซื้อใช้ได้ง่ายๆ แต่ก่อนถ้าจะติดตั้งเพิ่มเติมก็ต้องเสียเงินชุดละหมื่นถึงสองหมื่นบาท ซึ่งหลายคนอาจรู้จักไฟซีนอนเพียงผิวเผิน รู้แต่ว่ามีใช้ในรถราคาแพงและสว่างดี ส่วนการทำงานจริงเป็นอย่างไร หรือติดตั้งเพิ่มได้ไหม จะรู้สึกว่าเป็นเรื่องไกลตัว

คนในยุคนี้ส่วนใหญ่จะคุ้นเคยกับหลอดไฟแบบฮาโลเจน หรือหลอดแบบมีไส้ภายในที่บรรจุก๊าซฮาโลเจน บางคนก็เรียกเพี้ยนๆ ว่าหลอดไฮโดรเจน ซึ่งแตกต่างกันกับหลอดไฟซีนอน ( XENON HID ) ในเรื่องรายละเอียดของหลักการทำงานเพื่อให้เกิดแสงสว่าง ซึ่งส่วนประกอบภายในหลอดฮาโลเจน (Halogen) จะมีรหัสเรียก อาทิ H1, H3, H4 , H7, HB3, HB4, H11 เป็นต้น ซึ่งมีราคาตั้งแต่หลอดละ 50 บาทขึ้นไปจนถึงหลักหลายพันบาท เมื่อเปรียบเทียบหลักการทำงานแบบง่ายๆ ของหลอดฮาโลเจน ก็คือเป็นหลอดแบบมีไส้จ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปแล้วทำให้ขดลวดร้อนเปล่งแสง ผ่านก๊าซที่มีชื่อเรียกว่า ฮาโลเจน ที่บรรจุอยู่ในหลอดชนิดนี้ ถ้าหลอดแตกจนก๊าซรั่วหรือไส้ขดลวดขาดก็จะเสียทันที ซึ่งจะใช้ไฟฟ้า 12 V / 4.8A ( 55W ) จากระบบไฟฟ้าปกติของรถ เพื่อให้เกิดแสงสว่าง โดยจะสว่างขึ้นอย่างฉับไวแบบเดียวกับที่กระพริบไฟสูง ลองนึกถึง ดวงไฟกลมๆ แบบเกลียว หรือ เขี้ยวที่ใช้ในบ้าน เป็นทรงคล้ายน้ำเต้า มีไส้ขดลวดต่อไฟฟ้าเข้าโดยตรงนั่นเอง แสงของไฟมักจะสว่างแบบอมเหลือง

ส่วนหลอดไฟซีนอน ( XENON HID ) ภายในจะบรรจุก๊าซชื่อว่า ซีนอน ( XENON ) เป็นหลอดแบบไม่มีไส้ขดลวด เกิดแสงสว่างโดยก๊าซซีนอน ( XENON ) ทำปฎิกิริยากับกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดแสงสว่าง ซึ่งจะแตกต่างกับหลอดแบบฮาโลเจน แต่จะทำงานคล้ายกับหลอดไฟนีออนที่ใช้ในบ้านหรือหลอดตะเกียบ และจะต้องมีตัวแปลงกระแสไฟฟ้าที่เรียกว่า บัลลาสต์ ( BALLAST ) ซึ่งจะเป็นกล่องที่คั่นระหว่างสายไฟปกติ ก่อนต่อเข้ากับตัวหลอดไฟซีนอน ( XENON HID ) แสงที่ได้จะออกมานวลๆใกล้เคียงกับแสงอาทิตย์และสามารถเลือกเฉดสี หรือค่าอุณหภูมิสี (Kelvin) หรือค่า K ได้อีกตามความชอบ ซึ่งการเปิดให้หลอดไฟซีนอน ( XENON HID ) ให้สว่าง ตัวบัลลาสต์จะสร้างกระแสไฟฟ้าระดับ 20,000 กว่าโวลต์ส่งเข้าไปยังตัวหลอดไฟซีนอน ( XENON HID ) เพื่อสตาร์ทตัวในครั้งแรก และในอีกประมาณ 1-2 วินาที แล้วก็จะลดกระแสไฟฟ้าลงเหลือ 12 V / 3.2 A ( 35W ) ต่อเนื่องตลอดการทำงาน

ดังนั้น ระบบไฟซีนอน ( XENON HID ) จะมีกระแสไฟฟ้าเป็นหมื่นโวลต์ถูกสร้างขึ้น มาด้วยกล่องบัลลาสต์ในช่วงระยะเวลาสั้นๆ เพื่อจุดหลอดให้สว่างขึ้นต่อจากนั้น ประมาณ 1-2 วินาที ก็จะลดกระแสไฟฟ้าลงมาเหลือ 12 V / 3.2 A ( 35W ) ความสว่างในตัวหลอดซีนอน ( XENON ) ก็จะสว่างเต็มที่ ซึ่งนิยมใช้แต่กับหลอดไฟต่ำแต่ไม่นิยมใช้ กับไฟสูง เพราะไฟซีนอนจะชาร์ตตัวสว่างขึ้นไม่ทัน ดังนั้น จึงไม่นิยมใช้เป็นหลอดไฟ ซีนอน ( XENON HID ) ในส่วนของไฟสูงซึ่งในปัจจุบันจะนิยมใช้หลอดฮาโลเจนเป็นไฟสูง เนื่องจากปัญหาในการใช้งานน้อย สรุปก็คือ ฮาโลเจน คล้ายกับหลอดไฟกลมที่ใช้ในบ้านต่อไฟฟ้าเข้าไปได้โดยตรงเลย ส่วนหลอดไฟซีนอน ( XENON HID ) จะคล้ายกับหลอดนีออนหรือหลอดตะเกียบชนิดไม่มี ไส้ที่ใช้ภายในบ้านและต้องมีตัวแปลงไฟหรือบัลลาสต์ใช้ในการใช้งานคู่กัน

รูปทรงของหลอดชนิดต่างๆ

ค่าอุณหภูมิสี Xenon H.I.D. (K: Kelvin)
XENON HID Color Temperatures in K (Degrees Kelvin)

Reflector Vs Projector
ทิศทางของลำแสง ของโคมแบบ reflector

จากรูป การที่ลำแสงถูกยิงออกจากหลอดไฟ จะตกกระทบโคมภายใน เมื่อแสงตกกระทบโคมภายในซึ่งมีเหลี่ยมของโคมที่แตกต่างกัน แสงจะเกิดการหักเห การที่เหลี่ยมของโคมถูกออกแบบให้มีมุมต่างกันนั้น ก็เพื่อคำนึงถึงการใช้งานของไฟสูงด้วย ถ้าเหลี่ยมของโคมถูกออกแบบให้สามารถใช้ได้แต่กับไฟต่ำอย่างเดียว ผลที่ออกมาก็คือ ต่อให้เปิดไฟสูงแค่ไหน แสงที่ส่องออกไปก็จะส่องในลักษณะของไฟต่ำตามการออกแบบ โคม reflector จะเน้นหลอดที่มีไส้หลอดทั้งไฟสูงและไฟต่ำในหลอดเดียวกัน อาทิชนิดขั้วหลอด H4 Hi/Low

การที่ไส้หลอดไฟสูงอยู่ในตำแหน่งล่างของไส้หลอดไฟต่ำนั้น ก็เพื่อที่ให้ลำแสงจากหลอดตกกระทบเหลี่ยมล่างของโคมบังคับลำแสงให้เปลี่ยนทิศทางลักษณะพุ่งเชิดขึ้น (แสงเดินทางเป็นเส้นตรงเร็วมากในอากาศ แต่ถ้าในน้ำ หรือในปริซึม หรือในพลาสติกใสๆ หรือแก้ว แสงจะเดินทางช้าลง เนื่องจากมีการหักเหของแสง) ด้วยเหตุที่โคม reflector ภายในได้ถูกออกแบบมาเพื่อคำนึงถึงการใช้งานของไฟสูงด้วย เหลี่ยมมุมองศาต่างๆภายในจึงทำให้ลำแสงที่ตกกระทบ เกิดการหักเหภายในโคมแล้วยิงออกมา จะปรากฏทิศทางการสะท้อนของแสงไม่สม่ำเสมอ แสงจะกระจัดกระจายไม่เป็นระเบียบ ด้วยเหตุที่แสงออกมากระจัดกระจายครอบคลุมพื้นที่บนถนนมากนั้น จึงเป็นเหตุให้คนส่วนใหญ่นั้นชอบใช้ เพราะจะทำให้ทัศนวิสัยในการขับขี่ดี ดูได้ทั่วถึง

ทิศทางของลำแสง ของโคมแบบ Projector

จากรูป โคมแบบ Projector ได้ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะ เพื่อควบคุมการหักเหของแสงและการสะท้อนของแสง การที่ลำแสงถูกยิงออกจากหลอดไฟ จะตกกระทบโคมภายใน เมื่อแสงตกกระทบโคมภายในซึ่งลักษณะทรงโค้งผิวเรียบไม่มีเหลี่ยมใดๆนั้น โคมที่ผิวมนเรียบในลักษณะนี้จะช่วยบังคับทิศทางของแสง ให้ตกกระทบและหักเหโดยมีมุมองศาเป็นแนวเส้นตรงอย่างสม่ำเสมอ หลังจากที่แสงตกกระทบโคมภายในแล้ว แสงที่เกิดจากหักเหภายในโคม จะมีการจำกัดลำแสงที่พุ่งออกไป โดยแผ่นกั้นแสง เพื่อไม่ให้แสงที่ตกกระทบมุมล่างของโคมพุ่งออกไปในลักษณะที่เชิดขึ้น จึงทำให้แสงที่จะหักเหออกไปในทิศทางองศามุมเงยนั้นถูกปิดกั้น จึงทำให้ลำแสงที่ผ่านแผ่นกั้นแสงไปนั้นทำมุมน้อยกว่า 90 องศาของแผ่นกั้นแสง โดยแสงในทิศทางมุมเงยจะถูกกำจัดออกไป

หลังจากผ่านแผ่นกั้นแสงไปแล้ว จะเข้าสู่เลนส์ เลนส์ (lens) คือ วัตถุโปร่งใสที่มีผิวหน้าโค้งทำจากแก้วหรือพลาสติก ใช้ทำหน้าที่รับแสง เลนส์แบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ เลนส์นูนและเลนส์เว้า เลนส์นูน (convex lens) คือ เลนส์ที่มีลักษณะหนาตรงกลางและบางที่ขอบ ทำหน้าที่รวมแสง เลนส์ Projector จะทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุ ซึ่งส่วนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นด่านสุดท้ายที่จะจำกัดลำแสงให้มีมุมของแสงที่ส่องออกไปอยู่ในลักษณะที่มีมุมแคบลง ในองศาที่น้อยกว่า 90 องศาของแผ่นกั้นแสง ทำให้ลำแสงที่พุ่งออกไปนั้นไม่เงยขึ้นสูง ลำแสงที่ผ่านเลนส์ออกมาจะพุ่งไปในทิศทางที่เป็นระเบียบ โดยแสงที่ส่องลงบนท้องถนนนั้น มีจุดตัดอย่างชัดเจนสม่ำเสมอ ด้วยเหตุที่แสงถูกจำกัดออกมาในลักษณะนี้ จึงทำให้มีผลกระทบในเรื่องการมองเห็นถนน เพราะลำแสงที่ออกมาจากโคมจะมีมุมที่แคบลง จะพุ่งออกไปด้านหน้ารถแนวเส้นตรง โดยไม่พุ่งออกทางด้านข้างเท่าที่ควร ทำให้ทัศนวิสัยในการขับขี่เวลาเข้าโค้งจะมองไม่ค่อยเห็นรอบๆข้างทางเท่าที่ควร ดูได้ไม่ค่อยทั่วถึง จึงเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้โคมแบบ Projector มีทัศนวิสัยในการมองที่แคบลงหรือน้อยลงกว่าโคม reflector

ถึงแม้ว่าจะปรับระยะ Cut off ของโคมให้ส่องไปไกลก็ไม่สามารถมองเห็นรอบๆอยู่ดี เนื่องด้วยระยะทางของแสงที่จำกัด ทำให้ถ้าตั้งไฟระดับที่สูง จะส่องพุ่งไปมองเห็นได้ไกลก็จริง แต่จะทำให้เห็นในมุมแคบๆไปด้วย ถ้าปรับระดับโคมสูงมากเกินไปเพียงเล็กน้อย สิ่งที่เกิดขึ้นคือความอันตรายอย่างยิ่ง โดยเฉพาะการขับขี่ทางที่มีแสงจากแหล่งอื่นรบกวนมากๆ แสงจากเสาไฟฟ้าข้างถนนหรือในขณะฝนตก จะไม่มีแสงช่วยในการมองถนนเลย

จากรายละเอียดดังกล่าว จะเห็นได้ว่า โคม Projector ถูกออกแบบมาเพื่อควบคุมการหักเหของแสงและทิศทางของแสงโดยเฉพาะ เพื่อคำนึงถึงการใช้งานของไฟต่ำ จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อใส่หลอดที่มี 2 ไส้ Hi/Low ผลที่ออกมาก็คือ ต่อให้เปิดไฟสูง แสงที่ส่องออกไปก็จะส่องในลักษณะของไฟต่ำอย่างเดียว เนื่องจากถูกจำกัดและปิดกั้นลำแสงในมุมเงยโดยแผ่นกั้นแสงนั่นเอง ดังนั้น โคม Projector จึงได้ถูกออกแบบเป็นบล็อค โดยบล็อคช่องไฟสูงและบล็อคช่องไฟต่ำแยกจากกันโดยอิสระ เพื่อเน้นการทำงานของแสงให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดต่อผู้ขับขี่ และลดการก่อความรำคาญต่อเพื่อนร่วมทาง

รูปเปรียบเทียบของลำแสงระหว่าง HID กับ Halogen

ทำไมต้องเลือก H.I.D. จุดเด่นที่สุดก็คือความเข้มของแสงที่เพิ่มขึ้น หลอดฮาโลเจนที่ว่าดีที่สุดจะให้แสงสว่างได้เพียง 1300 ลูเมน ที่กำลังไฟ 55 วัตต์ ในขณะที่ HID สามารถให้แสงสว่างได้ถึง 4200 ลูเมน ที่กำลังไฟเพียง 35 วัตต์เท่านั้น หรือเกือบสามเท่าความสว่าง