Шины — давление и температурные изменения
Шины держат на себе вес вашего автомобиля, не так ли? Нет, не так! Вес машины держит находящийся в них воздух. Если вы хотите, чтобы ваши шины демонстрировали всё, на что они способны в том, что касается управляемости, сцепления и износостойкости, следите, чтобы они всегда были хорошо накачаны.
К сожалению, нельзя просто накачать шину – и забыть о ней! Необходимо периодически контролировать давление, чтобы удостовериться, что оно не изменилось со временем под воздействием окружающей температуры или скрытого прокола.
Давление, которое указано в сервисной книжке вашего автомобиля или на информационной табличке, это рекомендованное давление в холодной шине. Это означает, что проверять его нужно утром, до того, как вы совершите длительную поездку, или до того, как солнце или растущая температура воздуха нагреют шину.
Поскольку воздух – вещество газообразное, он расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Поэтому в большинстве районов России осенью и в начале зимы нужно особенно тщательно следить за давлением: дни становятся короче, температура воздуха падает – и давление в ваших шинах снижается!
При изменении температуры окружающего воздуха на 8°С давление в шине изменится примерно на 0,1 атм. (вырастет при повышении температуры и упадет при понижении).
В большинстве районов России разность средней летней и зимней температур составляет приблизительно 28° С, поэтому с установлением зимних температур давление падает примерно на 0,35 атм. А недостаток 0,35 атм. уже существенно влияет на управляемость, сцепление и износ!
Кроме того, разница между холодной ночной температурой и тёплой дневной в большинстве регионов страны составляет около 11°С. Это значит, что давление, установленное утром, в полдень окажется примерно на 0,13 атм. выше (если автомобиль припаркован в тени). И всё бы ничего, но если вы накачаете колесо в жаркий полдень, на следующее утро давление в холодной шине будет на 0,13 атм. ниже.
И, наконец, если автомобиль припаркован на солнце, то давление искусственным образом ненадолго повысится под действием его тепла.
Мы решили проверить теорию на практике. Сначала мы смонтировали две шины на диски и оставили их полежать на ночь, чтобы уравнять и стабилизировать температуру и давление. Следующим утром мы накачали каждую до 2,45 атм. Одно колесо разместили в тени, а другое выставили на солнце. В течение дня мы замеряли температуру воздуха, температуру шин и давление в них. По мере того, как дневная температура росла с 19°С до 30°С, давление в шине, которая лежала в тени, поднялось с 2,45 до 2,55 атм. Шина, размещённая на солнце, нагревалась за счёт теплового излучения и температуры воздуха. В ней давление выросло с 2,45 до 2,79 атм. В обоих случаях, если бы мы установили нужное давление в полдень, на следующее утро значения были бы на 0,1 – 0,35 атм. ниже.
Затем мы изучали влияние нагрева шин во время езды. Мы решили исключить непостоянные факторы, возникающие в дорожных условиях, и провели тест на нашем «прогревочном» барабанном стенде для спортивной резины. Чтобы сымитировать реальные условия движения, колесо катится по роликам стенда под нагрузкой. Мы фиксировали изменение давления каждые пять минут. Тестовые шины были накачаны до 1,0; 1,4; 1,7 и 2,0 атм. При одинаковой нагрузке давление во всех шинах поднималось примерно на 0,07 атм. каждые 5 минут в течение первых 20 минут движения. Затем давление стабилизировалось и не поднималось выше 0,07 атм. в течение следующих 20 минут. Это означает, что даже если вы ненадолго съездите подкачать шины у ближайшей заправки, на следующее утро вполне можете недосчитаться пары десятых долей атмосферы в колёсах.
Сложите вместе всё сказанное выше, и вы поймёте, что выбрать подходящие условия для подкачки шин почти так же важно, как накачать их.
Важно запомнить, что рекомендуемое для колёс вашего автомобиля давление – это «холодное» давление в шинах. Проверять его нужно утром, прежде чем вы преодолеете десяток километров, или до того как оно изменится под воздействием температуры воздуха и солнечных лучей.
И кстати, если вы живёте на севере и ставите машину в отапливаемый гараж, зимой вы начнёте терять давление, едва выехав из тёплого помещения. Добавьте к холодному давлению в шинах по 0,1 атм. на каждые 10°С разницы в температуре воздуха на улице и в гараже.
Как меняется давление в шинах при изменении температуры воздуха?
Давление в шинах является важным показателем, так как воздух держит вес автомобиля, учитывается степень сцепления покрышек с дорожным полотном. Нужно следить, чтобы шины были накачаны в соответствие с их характеристиками.
Автомобильные шины нуждаются в постоянном уходе, давление нужно постоянно контролировать, оно не должно меняться под влиянием окружающей среды или небольшого прокола. Производители автомобилей указывают в сервисной книжке машины величину давления в холодных шинах. Оно также отражается на информ.табличке. Проверку давления следует проводить утром, до выезда с парковки или из гаража. Автолюбителям следует помнить, что если температура окружающей среды возрастает на 8°С, то давление в колёсах меняется на 0,1 атмосферы.
В случае повышения температуры воздуха, давление растёт, при понижении оно падает. В различных регионах страны среднестатистическая летняя температура находится в пределах 27-28 °С.
Автолюбителям нужно учитывать, что зимой давление становится меньше на 0,35 атмосферы. Такой недостаток оказывает значительное влияние на степень управляемости машиной. Сила сцепления покрышек с дорогой и их износ в различных регионах страны разнятся между собой.
Температура шин в условиях ночного похолодания не превышает 11°С.
Это означает, что давление, которое выставили рано утром, в 12:00 дня будет на 0,13 атмосферы выше, при условии, что машина находится в тени. Если накачать колесо в летний полдень, когда стоит жара, а вслед за этим поставить машину в прохладный гараж, то утром следующего дня давление в шинах будет на 0,12 атмосферы меньше.
Влияние внешней среды следует в обязательном порядке учитывать при установлении давления в шинах.
При невысоких показателях снижаются характеристики покрышки, приемистость автомобиля при разгоне ухудшается. Если перекачать колесо, то возникает угроза заноса транспортного средства. Сцепление такой шины с дорожным полотном становится хуже, пятно центральной дорожки уменьшается.
Как меняется давление в шинах при изменении температуры
Проведено исследование изменения давления в шине легкового автомобиля ВАЗ при изменении температурного режима окружающей среды. Анализ результатов свидетельствует о больших колебаниях давления в шинах автомобиля при изменении температурного режима в процессе эксплуатации расчетным путем определены изменения давлений в шине легкового автомобиля при различных изменениях температуры после закачки газов до давления, рекомендованного заводом-изготовителем транспортного средства.
Автомобильный транспорт, без сомнения, является становым хребтом экономики государств. Базовой частью любого автомобиля являются шины. Давления газов в шинах регламентируется рекомендациями заводовизготовителей транспортных средств. Чаще всего давление в шинах создается закачкой атмосферного воздуха.
Состав сухого воздуха приведен в табл. 1.
В воздухе присутствует и водяной пар. Его содержание составляет по объему
Таблица 1. Состав сухого воздуха на высоте уровня моря
Углекислый газ (СО2)
до 4%. По данным исследований состав воздуха на различной высоте атмосферной оболочки до 22 км сходен с составом воздуха у поверхности Земли. Коэффициенты объемного расширения основных газов воздуха β, 10-3К-1 составляют: азот-3,672; аргон — 3,676; водород — 3,664; гелий — 3,66; углекислый газ3,726; кислород -3,672; неон -3,661, а сухого воздуха — 3,665.
По данным срочных наблюдений за изменением температуры воздуха в различных климатических зонах земного шара можно сделать вывод, что она существенно зависит от поступления в атмосферу и на земную поверхность солнечной радиации. Из-за вращения Земли вокруг своей оси наблюдается суточный ход потоков солнечной энергии, а в зависимости от ее положения на орбитесезонный. Кроме того, сферичность планеты обуславливает зависимость поступления солнечной радиации от географической широты. Неоднородность полей температуры определяется особенностями теплообмена земной поверхности с атмосферой, фазовыми преобразованиями воды, свойствами подстилающей поверхности. Диапазон изменения температур может быть охарактеризован такими данными. Минимальная температура воздуха в феврале 1892г. в Верхоянске составляла -67,8ºС, на станции «Восток» в Антарктиде88,3ºС, а максимальная в Тиндуфе (пустыня Сахара) — 57,1ºС. На континентах колебание суточных значений температуры воздуха достигает 20-25ºС, а в пустынных, засушливых районах -30-35ºС. Анализ многочисленных материалов наблюдений показывает, что на формирование суточного хода температуры значительное влияние оказывают особенности рельефа и высота местности над уровнем моря. В своих исследованиях выдающийся русский исследователь А.И.Воейков доказал, что в вогнутых формах рельефа суточная амплитуда колебания температуры воздуха больше, а на выпуклых меньше, чем на равнине. В вогнутых формах рельефа, котловинах, долинах и т.п. в дневное время увеличивается прогревание воздуха, а в ночноевыхолаживание. В низкие формы рельефа стекает воздух с выпуклых формвершин, склонов, охлажденный на них ночью. горно-долинная и бризовая циркуляция также определяют особенности суточного хода температуры. Данные срочных наблюдений за температурой воздуха в мегаполисах показывают большие перепады между центром и окраинами в одно и то же время. Так, в г. Москве она достигает 10-12ºС ( особенно в зимнее время).
Рассмотрим вопросы изменения давления в шине 175/70R13 легкового автомобиля ВАЗ при изменении температурного режима окружающей среды. Принимаем, что объем закачиваемого в шину газа составляет 40л, а рекомендуемое заводом-изготовителем давление составляет 2.0 кгс/см2. При закачке в шины воздуха принимаем, что содержание водяных паров в нем составляет 2%. Тогда содержание закачиваемых основных компонентов воздуха в шину при давлении 101,3 кПа по объему в соответствии с законом Дальтона о парциальном давлении всех входящих в него газов составит: азот — 30,61л; кислород — 8,21л; пары воды — 0,8л; аргон — 0,37л; углекислый газ — 0,01л. Осуществление работ по закачке газов в шину может выполняться при различном температурном режиме окружающей среды. Определим массу основных закачиваемых в шину газов при температуре воздуха 5ºС, 10ºС и 20ºС и доведении давления до 2,0 кгс/см2. Расчет выполняем по уравнению:
a =0.01605 p M V/273+t ( 1)
- а -весовое количество газа (в г) в данном объеме V (в л );
- р — давление газа в мм рт. ст.; М — молекулярный вес газа;
- t — температура в ºС.
Результаты расчетов сведены в таблицу 2
Таблица 2. Весовое количество основных компонентов воздуха и азота (в г. ), закачиваемых в шину легкового автомобиля при различной температуре окружающей среды и доведения давления до 2 атм ( 202,6 кПа)
Масса основных газов воздуха и азота, закачиваемых в шину при температуре окружающей среды в ºС
Почему падает давление в шине
Многие автовладельцы сталкивались с тем, что шины постепенно сдуваются, хотя никаких видимых повреждений обнаружить не удается. Отчего же возникает такой эффект и какова причина снижения давления в шинах? Существует несколько ответов на этот вопрос – попробуем разобраться более детально.
Основные причины разгерметизации
Для начала следует убедиться в том, что не повреждены диски. Обычно, любое его повреждение приводит к деформации. Чаще всего такое случается, когда колесо ударяется обо что-то на большой скорости. Шина неплотно примыкает к ободу и происходит утечка воздуха. Диагностировать повреждение самостоятельно удается не всегда – оно может быть скрыто с внутренней стороны диска. Так что без помощи специалистов тут не обойтись.
Еще одной причиной снижения давления может быть разгерметизация ниппеля. Из-за механического воздействия, попадания частичек пыли может случится разгерметизация золотника. В таком случае постепенно спускается давление в шинах.
Если два предыдущих пункта под вашу ситуацию не подходят, следует искать прокол. Это одна из самых очевидных причин. Случается, что автомобиль наезжает на острый крупный предмет например, гвоздь или осколок, который застревает в месте прокола. В таком случае воздух будет спускаться постепенно. Если же проколота покрышка вместе с камерой – она лопнет моментально. Это чревато аварией. Также причиной снижения давления может послужить боковой порез. Таким образом можно повредить шину о бордюры, кромку колеи, торчащие острые предметы. Обычно, если случается порез боковой стороны, зимнюю или летнюю покрышку приходится менять.
Влияние температуры на уровень давления
Перепад температур – не самый очевидный для многих автовладельцев фактор. Тем не менее, он очень важен, поскольку имеет непосредственное влияние на состояние шины.
Давление в шинах изменяется в теплую и холодную погоду. Еще из школьного курса физики мы знаем, что при нагреве газ расширяется и увеличивается в объеме. А при низких температурах газ сжимается. Тот же самый процесс происходит внутри ваших колес. В странах, где температура существенно меняется на протяжении дня, очень важно уделять внимание давлению.
Научно доказано, что внутреннее давление изменяется на 3-4% при изменении температуры на 10°C. Проще говоря, если температура повысилась на 10°C , давление увеличилось на 3-4%, а если температура снизилась на 10°C, давление уменьшилось на 3-4%.
При этом следует принимать во внимание не только температуру воздуха вокруг. Есть еще и тепло, генерированное самой шиной, что также приводит к изменению давления.
Изменение температуры воздуха, а также нагрев самой шины, приводят к изменению уровня давления в шинах. Сцепление падает, ухудшается маневренность, портится каркас, идет увеличение расхода топлива. Но и перекачивать шину нельзя – это приводит к интенсивному и неравномерному износу. Наилучшим вариантом будет установка датчиков давления, которые помогут вам отслеживать состояние ваших шин.