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.