Motorkerékpárok gumiabroncsai 2. rész
Előző cikkünkben bemutattuk, hogy miért, s milyen eszközökkel álltunk neki vallatni a motorkerékpárok meghajtott gumiabroncsait. Most nézzük, hogyan végeztük a méréseket, illetve milyen eredményekre jutottunk! Ismételten fölhívjuk a figyelmet, hogy a kutatással kapcsolatos minden szerzői jog a kutatás megrendelőjét illeti. Így a közölt adatok, információk, képek stb. bárminemű, akár csak részleges fölhasználása is csak a jogtulajdonos írásos jóváhagyásával lehetséges!
Kerekek és abroncsok szerelése
1. Mérések lebonyolítása
1.1 Mérés helye: Dunaharaszti külterülete. Az Energotest Kft. bocsátotta rendelkezésünkre azt a területet, ahol a hatósági előírások megsértése nélkül elvégezhettük az igen nagy zajjal járó méréseket.
1.2 Mérések ideje: a vizsgálatokat 2008. augusztus 4–27-ig végeztük.
1.3 Meteorológiai körülmények: a vizsgálatok szempontjából nagyon fontos volt, hogy olyan időszakot válasszunk, amikor az időjárás stabil: a hőmérséklet, a légnyomás és a relatív páratartalom nem változik lényegesen. A fönti időszakban ez teljesült. Például a levegő hőmérséklete a mérések idején 27 és 35 ºC között ingadozott, ami az elméleti számítások szerint a várt eredmények nagyságrendjéhez képest csak elhanyagolhatóan csekély mérési pontatlanságot okozhatott.
1.4 Méréseket végzők:
Topor Róbert (MAMI tanára),
Kutrik Zsombor (MAMI tanára),
Hegedűs János (MAMI tanára),
Frecska János (MAMI tanára).
1.5 Konkrét mérési adatok:
Az abroncsokat az Energotest Kft. jóvoltából egy ECO típusú géppel szereltük, majd ragasztott súlyok segítségével állványon, statikusan centríroztuk.
Minden abroncsot 2,5 bar nyomásúra állítottunk be 25 ºC abroncshőmérséklet mellett úgy, hogy a méréseket viszont egységesen 45 ºC-os abroncshőmérsékletről kezdtük. A visszahűtést nagy sebességű levegővel, illetve vízpermettel, az előmelegítést pedig a fékpadon történő előjáratással oldottuk meg.
A gyári dokumentáció szerint végzett kerékszerelés után a motorokat 280–300 kg terheléssel húzattuk le a fékpadra. Így az abroncsok terhelése jóval nagyobb lett (kb. 100 kg-mal), mint a mindennapi használat esetén, de még így sem közelítettük meg a megengedett határértéket (360 kg). Tehát a vizsgálatokat biztonságosan a megengedett terhelhetőség alatt végezhettük.
A motor és a görgő fordulatszámának szinkronizálásakor 300 N terhelést használtunk, hiszen így gyorsabban elvégezhető a beállítás.
Gyorsításos (instacioner) mérésnél állandó, 400 N-os fékgépterhelést alkalmaztunk, ezzel közelítve a menetellenállások hatását.
A munkaponti (stacioner) méréseket a motor sajátosságaitól függően 5000 és 14 000 1/min fordulatszámhatárok között végeztük, 1000 1/min-es lépésekben.
Abroncs visszahűtése a méréskezdeti hőmérsékletre
2. A megválaszolandó kérdések
2.1 Mekkora kW-ban (LE) kifejezhető energia megy veszendőbe a motorkerékpárok gumiabroncsaiban?
2.2 Vagyon-é mérhető különbség az egyes abroncstípusok energiavesztesége között?
2.3 Függ-é a fönti energiaveszteség az adott belső égésű motor geometriai kialakításától, forgatónyomatékától?
2.4 Vagyon-é értelme motorkerékpárok gumiabroncsait nitrogénnel (N2) tölteni?
3. Válaszok
Mielőtt rátérnénk a konkrét válaszok részletes ismertetésére, mindenképpen meg kell említenünk, hogy a kutatás során kb. 20 MB mérési adat, több óra digitális videofelvétel és igen jelentős mennyiségű digitális fénykép keletkezett. Ezek teljes részletességű elemzése többéves munka lesz. A következő információk az adatok egy igen jelentős részének, de messze nem teljes egészének elemzése alapján születtek.
3.1 Mekkora kW-ban (LE) kifejezhető energia megy veszendőbe a motorkerékpárok gumiabroncsaiban?
A közvetlen, lánchajtásos mérések esetén átlagosan 4 LE-vel mértünk nagyobb teljesítményt, mint gumiabroncson keresztül.
Tehát a hátsó keréken történő teljesítménymérés kb. 10–13%-os veszteségéből 3–5%-ért a gumiabroncs a felelős.
Continental Road Attac, Sport Attac
Michelin Pilot Road, Continental Conti Force
3.2 Vagyon-é mérhető különbség az egyes abroncstípusok energiavesztesége között?
Az alábbi táblázat a Suzuki GSX-R 600-as motorkerékpár munkaponti teljesítményméréseinek átlagolt eredményeit tartalmazza. Minél nagyobb teljesítményt mértünk, annál kisebb energiát emésztett föl a gumiabroncs. A közvetlen lánchajtásos méréssel a kis „gixer” 100,2 LE maximális teljesítményt produkált.
Az adatokból egyértelműen kiderül, hogy a mért teljesítmények közötti maximális különbség 8,6 LE, ami gyakorlatilag 8,6%-os különbséget jelent. Ekkora differencia még akkor is jelentősnek minősíthető, ha a mérés +/– 1 LE szórását is figyelembe vesszük.
Ha egy sportmotorra megveszünk egy teljes verseny-kipufogórendszert, akkor a pénztárcánk 100 000–300 000 Ft-tal lészen könnyebb, a motorunk jó esetben pedig 3–5 LE-vel izmosabb. Ehhez képest még jelentősebb a kapott eredmény.
Egy néhány ezer forint különbséggel, célszerűen kiválasztott gumiabronccsal legalább akkora hasznos teljesítménynövekedést lehet elérni, mint egy több százezer forintos berendezés alkalmazásával.
3.3 Függ-é a fönti energiaveszteség az adott belső égésű motor geometriai kialakításától, forgatónyomatékától?
A vizsgált gumiabroncsokat a kapott teljesítmények alapján öt csoportba soroltuk (Lásd a fönti táblázat színjelöléseit!) úgy, hogy az egy csoportba tartozó abroncsok közötti veszteségteljesítmény-különbség minimális legyen.
Az egy csoportba tartozó abroncsokat fölszereltük egy másik motorkerékpárra, és ismételten elvégeztük a méréseket.
Mivel az eredetileg mért teljesítmény-különbségek csak a mérési hibahatáron belül változtak, egyértelműen kijelenthető, hogy a gumiabroncsokban maradó veszteségenergia nem függ a motorkerékpár szerkezeti fölépítésétől (hengerszám, motorkonstrukció stb.), sem pedig a motor karakterisztikájától, rugalmasságától.
A kutatási eredmények szerint tehát egy adott gumiabroncsot fölszerelhetünk akár sportmotorra, akár túramotorra. Ha az abroncs paraméterei (méret, terhelhetőség, max. sebesség) megfelelőek, akkor a különböző tulajdonságú motorokon gyakorlatilag ugyan úgy fognak viselkedni.
3.4 Vagyon-é értelme motorkerékpárok gumiabroncsait nitrogénnel (N2) tölteni?
A kapott adatok statisztikai elemzése azt mutatja, hogy a hagyományos sűrített levegő töltet és a nitrogéntöltet alkalmazása esetén nincs különbség sem a gumiabroncsok üzemi hőmérséklete, sem a relatív csúszása (slip), tapadása között.
Az egyetlen eltérést a bemelegedés sebességében tapasztaltuk (a nitrogéntöltetű gumik gyorsabban érték el az üzemi hőmérsékletüket), ellenben nem értettük ennek okát.
Eredetileg, egy adott motornál először levegőtöltettel mértük a teljesítményt (gyorsítással és statikusan), majd utána nitrogéntöltéssel. Egy kósza ötlettől vezérelve megfordítottuk a mérési sorrendet, s láss csudát, most a levegőtöltetű abroncsok melegedtek gyorsabban, az előző esettel azonos mértékben.
A magyarázat kézenfekvő:
Az első méréskor nemcsak a gumiabroncs, hanem a felni is fölmelegszik a kerékagyig, ezért mikor a soron következő mérésre fölszerelt abroncsot vizsgáltuk, azt már nemcsak a mérés igénybevételei, hanem a felni is melegítette.
Tehát motorkerékpároknál nincs kimutatható különbség a sűrített levegő, illetve a nitrogéntöltet alkalmazása között.
4. A kutatás tervezésekor nem keresett, de járulékosan mégis megtalált válaszok
4.1 A szakmában elterjedt az a nézet, hogy a teljesítménymérés komolyan megviseli a motorokat, annak többszöri megismétlése a motor elhasználódásához, teljesítményének, üzembiztonságának a csökkenéséhez vezet.
A kutatás során volt olyan motor, ami több 10 órát (több száz km-t) futott 100%-
on terhelve a fékpadon.
Még a verseny-igénybevételnél is lényegesen durvább terhelés ellenére sem tapasztaltuk a motorok paramétereinek, üzembiztonságának romlását.
4.2 A kutatáshoz a gyártók által ajánlott és fölszerelt terhelés- és sebességindexű abroncsokat választottunk. A delikvensek között akadt olyan motor (Honda CBR 1000 RR), amelynél mérés közben (egyébként „üzemszerűen”) átléptük az abroncsokra megengedett maximális sebességet. A legtöbb esetben ennek nem lett komolyabb következménye, de többször előfordult, hogy az abroncs futófelülete kisebb vagy nagyobb területen levált a karkaszról (Continental Force, Sport stb.).
Ha ez utcán vagy versenypályán történik, akkor annak nagyon komoly következményei lettek volna. Így csak a kollégák tartottak egyórás szünetet, hogy kissé megnyugodjanak.
A piacon kapható legmagasabb sebességindexű gumiabroncsok nem képesek a jelenlegi csúcsteljesítményű (150–170 LE) sportmotorok által keltett igénybevételeket (299 km/h) biztonságosan elviselni, hiszen sebességhatáruk 270 km/h. A forgalmazók vagy limitálják a motorokkal elérhető maximális sebességet a gumiabroncsok sebességindexének megfelelően, vagy fejlesztessenek ki utcai használatra megfelelő sebességtűrésű abroncsokat.
4.3 Részben az előző pontban leírt biztonsági kockázatok, részben pedig a 3.1 pontban ismertetett 3–5%-os abroncsveszteség okán a versenyzésre, sportolásra használt motorok pontos beállításához (tárolt befecskendezési és gyújtásadatok módosítása) kizárólag a gumiabroncsot kiiktató műszaki megoldások használhatók.
Ellenkező esetben a beállításhoz szükséges mérések kockázatossá válnak, illetve az abroncs melegedése által bevitt pontatlanság „agyoncsapja” a precíz behangolás által elérhető esetleges teljesítménytöbbletet.
5. További javasolt kutatási irányok
Az eddigiekben részletesen körbejártuk a motorkerékpárok meghajtott gumiabroncsainak viselt dolgait, jellemzőit. Megállapítottuk, hogy az abroncsokon jelentkező veszteségek a gumik melegedéséből adódnak.
Ami viszont igen érdekes, hogy a melegedésért alapvetően és közismerten felelősnek tartott, az abroncs és az útfelület között föllépő csúszás elhanyagolhatóan csekély (0,5–1,5%).
Az ember fiában jogosan vetődik föl a kérdés, hogy akkor mi okozza az abroncsok melegedését? Persze sejtjük a választ (az alakváltozás), de erre még konkrét számszerű eredményeket nem láttunk.
Jelen kutatás folytatásaként rögzítenénk olyan információkat, amelyek részletes összevetésével, vizsgálatával igazolható vagy megcáfolható lenne e föltételezésünk.
Igen érdekes lehet még a mérési adatok, illetve az abroncsok szerkezetének összevetése. Ez természetesen csak úgy lehetséges, ha röntgennel átvilágítjuk a vizsgált gumiabroncsokat.