21.06.2010 10:15

1

Opory toczenia opony

Autor: opony.com.pl

Dowiedz się czym są opory toczenia. Jaki mają wpływ na Twój samochód? Jakie korzyści przyniesie korzystanie z opon z niskimi oporami toczenia? Przeczytaj.

Czym jest opór toczenia?

Opór toczenia jest stratą energii w czasie ruchu. Wynika on z cech opony, która jako ciało lepko-elastyczne w czasie ruchu odkształca się wielokrotnie, tracąc w ten sposób energię w postaci ciepła.

Opór toczenia jest jedną z najważniejszych sił działających na samochód. Jednak nie jedyną. Pozostałe główne siły to:

• siła oporu aerodynamicznego (zależna od współczynnika opory aerodynamicznego Cx danego pojazdu, prędkości ruchu i powierzchni czołowej pojazdu),
• siła bezwładności (zależna od masy pojazdu i zmiany prędkości, występująca w czasie przyśpieszania),
• siła grawitacji (związane z nachyleniem terenu i masą pojazdu),
• siła tarcia wewnętrznego (tarcia występujące w układzie przeniesienia napędu, czyli na mechanizmie różnicowym, skrzyni biegów, łożyskach kół itp.).

Praktyczne znaczenie oporów toczenia opony

Finalnym efektem oporów toczenia jest wydatek energetyczny, w przypadku pojazdów spalinowych będący zużyciem paliwa. Występowanie oporów toczenia jest nie do uniknięcia, gdyż wynika bezpośrednio z istoty opony pneumatycznej.

Opona poruszającego się pojazdu poddawana jest powtarzającym się odkształceniom, które sprawiają, że w czasie obrotu opony odkształca się każdy jej punkt. Ta zdolność do odkształceń pozwala na pochłanianie nierówności nawierzchni, zapewnia komfort i przyczepność. Powtarzające się odkształcenia sprawiają jednak, że ma miejsce rozpraszanie energii, które jest właśnie przyczyną występowania oporów toczenia. Wywołane odkształceniami rozproszenie energii stanowi około 90 % udziału w oporach toczenia.

Odkształcenia dotyczą całej opony i możemy je podzielić na trzy grupy:

• ściskanie bieżnika,
• zginanie czoła (bieżnika), boków opony i stopki,
• ścinanie bieżnika i boków.  

Około 70% rozproszonej energii przypada na czoło opony.
Innymi zjawiskami składającymi się na opory toczenia są:

• mikropoślizg,
• opór aerodynamiczny toczącej się opony.

Zjawisko mikropoślizgu między oponą a nawierzchnia drogi ma miejsce w czasie ruchu.  Jest bezpośrednio związane ze zjawiskiem przyczepności. Dodatkowo, mamy do czynienie z mikropoślizgiem między obręczą felgi, a oponą. W efekcie dochodzi do rozpraszania energii. Udział tych zjawisk w wartości oporów toczenia w czasie ruchu jednostajnego na wprost jest mniejsza niż 5%. Natomiast w czasie przyspieszania, hamowania lub zmiany kierunku jazdy może być wyższy.

Opona zamontowana w pojeździe napotyka opór aerodynamiczny. Wartość tego oporu rośnie proporcjonalnie do kwadratu prędkości obrotowej i może stanowić od 0 do 15% całkowitej wartości oporów toczenia.

Składowe elementy oporów toczenia.

Czy warto wybierać opony o niskich oporach toczenia?

Korzyścią wynikającą z użytkowania opon o niskich oporach toczenia jest oszczędność paliwa. Od momentu wynalezienia opony, wartość oporów toczenia została zmniejszona 3-krotnie. Współczesne opony wykonane w technologii tradycyjnej charakteryzują się współczynnikiem oporów toczenia wynoszącym 12 kg/tonę. W przypadku opon o niskich oporach toczenia, wartość spada do 8kg/tonę.  

Na początku artykułu mówiliśmy o pięciu głównych siłach oporu, które przeciwstawiają się ruchowi pojazdu. Dla konkretnego samochodu ich wpływ możemy w zasadzie ograniczyć poprzez delikatny styl jazdy. Przeprowadzone badania wykazują jednak, że stosując opony o niskich oponach możemy ograniczyć zużycie paliwa  zarówno przy niskich, jak i wyższych prędkościach. Co ciekawe, w wartościach bezwzględnych oszczędność ta zarówno w trybie miejskim, jak i pozamiejskim będzie do siebie bardzo zbliżona i może wynosić ok. 0,25 l/100 km, co jeśli chodzi o udział procentowy przekłada się na ok. 3% w cyklu miejskim i ok. 5% w cyklu pozamiejskim przy większych prędkościach. Widzimy więc, że opony o niskich oporach toczenia mogą być opłacalną inwestycja zwłaszcza dla kierowców, którzy sporo podróżują poza miastem.

Czy opony o niskich oporach toczenia mają gorszą przyczepność?

Przez wiele lat tak było, gdyż zarówno przyczepność, jak i opory toczenia są związane ze zjawiskiem histerezy. Dostępna wiedza i technologie pozwalały na produkcję opon o wysokiej histerezie, charakteryzujących się dobrą przyczepnością albo opon o niskiej histerezie i niskich oporach toczenia. Konflikt ten został rozwiązany dopiero w latach 90. XX wieku przez firmę Michelin. We wprowadzonej w roku 1992 gamie Energy pierwszej generacji zastosowano innowacyjną mieszankę gumy bieżnika, w której krzemionka zastąpiła sadzę. Taki typ mieszanek wymaga również stosowanie specyficznego procesu wytwórczego zapewniającego odpowiednie, jednolite rozmieszczenie wypełniacza w mieszance. Pozwoliło to na zmodyfikowanie typowych dotychczas właściwości lepko-elastycznych gumy, wykorzystując obserwację, że za opory toczenia i przyczepność odpowiadają inne zakresy częstotliwości. Takie „zielone mieszanki” cechują się niskimi oporami toczenia, przy jednoczesnym zachowaniu dobrej przyczepności i odporności na zużycie.

Wykres zależności między przyczepnością a oporami toczenia w różnych rodzajach mieszanek.

Jeśli obniżenie oporów toczenia odbywa się przez stosowanie odpowiedniej konstrukcji wewnętrznej i elementów o właściwościach ograniczających rozpraszanie energii nie ma to zasadniczego wpływu na przyczepność. Może się to odbywać przez nowoczesne kordy tekstylne i stalowe, podgumowane specjalnie dobranymi mieszankami o małej skłonności do rozpraszania energii jak też inne niż bieżnik składowe elementy opony wykonane z właściwych mieszanek.

Zdarza się też, że producenci stosują w budowie wewnętrznej opony pewne dodatkowe elementy oddziałujące pozytywnie na wartości oporów toczenia. Istotne jest też zoptymalizowanie grubości poszczególnych części opony, czyli bieżnika, barku i boku. Bardzo ważnym czynnikiem jest też masa opony. Opona osobowa potrzebuje około 30 minut jazdy, aby ustabilizowała się jej temperatura i wartość oporów toczenia, które w przypadku zimnych opon mogą być nawet o 40% większe. Właściwa masa i grubości oraz odpowiednie właściwości mieszanek i kordów pozwalają na szybsze osiągniecie optymalnej temperaturę i stabilniejsze jej utrzymanie.

Tanie opony azjatyckich producentów stosunkowo często cechują się niższymi oporami toczenia. Niestety nie ma to zwykle nic wspólnego ze stosowaniem  wymienionych wyżej innowacyjnych i zaawansowanych rozwiązań, a jedynie tańszych mieszanek charakteryzujących się niską histerezą.

Jak wybrać opony o niskich oporach toczenia?

W tej chwili kierowcy ciężko dokonać wyboru pod względem wartością oporów toczenia kierując się tylko informacjami zawartymi w reklamach i informacjach handlowych części producentów. Duża część producentów nie mówi o wielkość tego parametru mimo, że ich produkty można uznać za całkiem przyzwoite w tym zakresie, przy bardzo dobrym poziomie innych osiągów.  Z momentem wprowadzenia w życie obowiązkowych etykiet dotyczących wielkości oporów toczenia, przyczepności i hałasu sytuacja się zmieni i kierowcy będą mieli zdecydowanie łatwiejsze zadani. W tej chwili jedynym rozwiązaniem jest zapoznanie się z opisami handlowymi dostępnymi na stronach producentów, czy też sklepów internetowych. Ceną wskazówką mogą być też wyniki testów przeprowadzanych przez ADAC, czy przez pisma motoryzacyjne.