Ciśnienie w oponach motocyklowych: ile pompować na drogę, a ile na tor?

Autor:

|

27 grudnia 2013

|

Pod:

Postaramy się odpowiedzieć na często zadawane pytania dotyczące ciśnienia w oponach motocyklowych. Jak to wygląda z punktu widzenia fizyki oraz… strat mocy motocykla?

Foto: Mieszko Majba

Motocykl jadąc ma włączony silnik, który to produkuje moc. Nawet jadąc ze stałą prędkością, ta moc jest na coś zużywana. W znakomitej większości jest to opór powietrza, lecz także opór toczny opon. Ten drugi zależy w znacznej mierze od ciśnienia w oponach. Im mniejsze ciśnienie, tym więcej mocy motocykl musi stracić na poruszanie się. Z drugiej strony im większe ciśnienie, tym mniejszą powierzchnią koło styka się z podłożem oraz ma większą sztywność – czyli mniejszy komfort, a nawet mniejszą przyczepność.

W sporcie z kolei opony muszą być ciepłe, bo tylko wtedy mieszanka wyścigowa właściwie pracuje. Żeby nie ostygły, ciśnienie musi być na tyle małe, żeby energia tracona na oporach tocznych była wystarczająco duża, by utrzymać temperaturę cały czas chłodzonej opony. Musimy dojść do równowagi, kiedy ilość energii produkowanej w wyniku odkształcania opony przy dużych prędkościach jest taka sama, jak energia stracona w wyniku chłodzenia.

Tu fizyka odrobinę pomaga. Ale o tym za chwilę. Przemiany gazowe przy stałej objętości opisuje równanie stanu gazu doskonałego pV=nRT.
R to uniwersalna stała gazowa
n to liczba moli gazu
T to temperatura w Kelwinach
P to ciśnienie w Paskalach 

Nie trzeba się jednak tego równania bać, ponieważ zaraz wyrzucamy z niego rzeczy, które się nie zmieniają. A nie zmienia się ani ilość gazu (nie spuszczamy powietrza przecież), ani objętość opony (bo nie puchnie jak balon, tylko jest raczej tego samego Koc grzewczy MotoRmania do oponkształtu). Stała gazowa jest stała nawet z nazwy.

Czyli co nam zostaje? p/T=const.

Znaczy, że stosunek ciśnienia do temperatury jest zawsze taki sam. Tylko pamiętajcie! Temperatura podawana jest w Kelwinach – czyli 0 stopni Celsjusza to 273 Kelwiny. No to do dzieła!

Zimne slicki (tył) pompujemy na 1,8, a ich temperatura to 20 C. Czyli 293K (1C = 1K tylko skala zaczyna się w innym miejscu). Te opony grzejemy do 100 C = 393K. Nasze równanie wygląda wtedy tak:

1,8/293=x/393
(1,8*393)/293=x
X=2,41

Proszę bardzo! Ciepły tylny slick ma ciśnienie 2,4!

Tu istotna sprawa. Znajdą się tacy, którzy będą mówić rzeczy w stylu „To jest nowa generacja opony i tu ciepła opona ma 1,5 bar”. Może to i prawda, ale tylko wtedy gdy na zimno ta opona miała ciśnienie 1,1 bar. Wzór poniżej:

1,5/393=x/293
X=1,1

Wracamy do tego, że fizyka pomaga. Otóż im wyższe ciśnienie, tym mniej energii się zużywa na podgrzewanie. Co oznacza, że zimna opona z małym ciśnieniem podgrzewa się szybko, a im bardziej temperatura rośnie, tym większe staje się ciśnienie i tym mniej opona się podgrzewa. I po pewnym czasie mamy stan równowagi. Stąd właśnie dobór właściwego ciśnienia jest tak ważny, bo od niego właśnie zależy, czy opony będą miały właściwą temperaturę. Znaczy – czy ten stan równowagi ustali się na właściwej temperaturze, czy nie.

Jeśli przesadzimy z ciśnieniem, opony nigdy się nie podgrzeją. Jeśli damy zbyt mało, mimo tego że będą gorące, wciąż będą zbyt mocno się odkształcały (będziemy jechali na tak zwanym flaku).

To było o wyścigach, a teraz o ulicy!

Na ulicy, gdzie niewiele osób używa opon wyścigowych (opon wyścigowych nie sposób rozgrzać w mieście) nie mamy już do czynienia z grzaniem opon. Gumy w tego typu warunkach powinny właściwie pracować w każdej temperaturze. I tu powinniśmy stosować się do zaleceń producenta. Ten jednak zawsze podaje ciśnienie od – do oraz maksymalne dla opony. Jaki to ma wpływ na moc? Zobaczcie więc porównanie opon z większym ciśnieniem i z mniejszym.

Straty mocy na oponach; czerwona 2,1 bar; czarna 2,7 bar

Obydwa wykresy dotyczą rozmiaru kół wyścigowych – czyli klasycznych R17 180. Czarna linia przedstawia pomiar opony napompowanej na 2,7 bar, a czerwona dla opony napompowanej do poziomu 2,1 bar. Różnica jak widać jest ogromna. Z moich doświadczeń wynika, że powyżej 2,7 bar nie zyskuje się już prawie nic.

Innymi słowy: jeśli możecie, napompujcie koła mocniej – motocykl stanie się trochę zrywniejszy. Oczywiście nie należy przesadzić, ale wiedzieć o tym warto. Mając w pamięci, że do poruszania się z prędkością 100 km/h potrzebujemy około 7 kW łącznie, a do poruszania się motocyklem z prędkością 200 km/h około 55 kW, można zauważyć, że ciśnienie ma duże znaczenie przy niewielkich prędkościach, a przy wyższych mniejsze. Choć oczywiście przy tych wyższych prędkościach zawsze może nam zabraknąć właśnie tych ostatnich 10 kW.

Podsumowując

Na wyścigach pompować tyle ile mówi producent na zimno, a na ciepło powinno być tyle ile wynika ze wzoru.

Na drodze pompować tyle, ile jest wygodnie, ale powyżej 2,7 bar nie ma już zysku mocy.

Druga opinia – Pejser

Jeżeli nie macie wysokiej klasy koców do opon wyścigowych, to na torze trudno Wam będzie kontrolować dokładną temperaturę opon i nie będziecie pewni, czy wyjeżdżając na dogrzanych gumach rzeczywiście dysponujecie prawidłowym ciśnieniem (czy rzeczywiście są dogrzane, czy nie). Na torze w Poznaniu dochodzą do tego problemy ze spadkami napięcia. Opony grzane przez godzinę rano nie muszą osiągnąć takiej samej temperatury, kiedy będą grzane przez godzinę po południu. Dlatego osobiście na treningach zawsze zjeżdżam po dwóch okrążeniach, sprawdzam ciśnienie dogrzanej gumy i potwierdzam jego zgodność z zaleceniami zespołów z Mistrzostw Świata dotyczących prawidłowego ciśnienia dla rozgrzanych opon w danych warunkach.