A Járművek Menetellenállásai és a Légellenállás Szerepe

Autónk fogyasztása számtalan tényező függvénye. Elsősorban persze magától a típustól függ, egy terepjáró mindig többet fog fogyasztani, mint egy kicsi városi használatra szánt jármű. Az üzemanyag fajtája szintén befolyásoló tényező, de mindezek mellett az egyik legfontosabb a vezetési stílus. Ahhoz azonban, hogy megértsük, miért is olyan fontos a takarékos vezetés és a járművek aerodinamikai kialakítása, tekintsük át a jármű mozgásával szembeni ellenállásokat, melyek legyőzése jelentős energiafelhasználással jár.

A Menetellenállások Átfogó Képe

A hosszirányú járműdinamikai modellezés két fő témaköre a menetellenállások, mint például a gördülési ellenállás, kanyarellenállás, légellenállás, emelkedési ellenállás, gyorsítási ellenállás, vizsgálata. Ha tehát azt akarjuk megkapni, hogy mekkora erőt kell legyőznie az autónak haladás közben, azt a fentiek összege fogja adni. A járművek esetében a tüzelőanyag-felhasználás a különböző motorikus veszteségek fedezésére, a jármű gyorsítására és az ellenállások leküzdésére szolgál.

Léteznek ezen kívül is ellenállások, melyeket szintén figyelembe kell venni a tervezésnél. Ezeket részletesebben is megvizsgáljuk:

• Gördülési ellenállás: Általános megfogalmazásban ez az az erő, amely akkor lép fel, ha egy testet legördítünk egy másikon.
• Légellenállás: A haladó járművel szemben fellépő levegő ellenállása.
• Emelkedési ellenállás: A jármű tömegéből adódó súlyerő lejtőirányú komponense, melyet le kell győznie. Ez a jármű súlyerejétől és az út emelkedésétől függ.
• Gyorsítási ellenállás: Ami nem más, mint a jármű szerkezeti részeinek felgyorsításából származó tehetetlenségi erő. Gyorsításkor a jármű transzlációs és rotációs mozgást végző tömegeinek tehetetlenségi ellenállását kell leküzdeni.
• Hajtómű-ellenállás (belső ellenállás): Ez abból fakad, hogy a hajtáslánc különböző erőátviteli szerkezeteit mozgásra, forgásra kényszerítjük (tengelykapcsoló, sebességváltó, differenciálmű stb.). Bizonyos szakirodalmakban belső ellenállásként is hivatkoznak rá.
• Kanyarellenállás: Ívmenetben a gumiabroncs oldalirányú deformációja következtében keletkezik. A kerékoldalerő mozgással ellentétes irányú komponense a jármű mozgását fékezi.

A Légellenállás Részletesen

A mozgásban lévő járművön a menetszél következtében a mozgás irányával ellentétesen ható erő, légellenállás keletkezik. Ez az egyetlen ellenállásforma, amely a sebesség növelésével négyzetesen növekszik. A légellenállás nagysága a jármű alakján kívül elsősorban az áramlási sebességtől függ.

Az Alaktényező (Cw vagy Cd érték)

Az alaktényező egy nehezebben leírható adat (a német terminológiában jellemzően cw értékként hivatkoznak rá, az angolszász területeket a cd az elterjedtebb). Röviden úgy lehetne megfogalmazni, hogy ez az érték azt írja le, hogy a test alakja hogyan befolyásolja a körülötte áramló levegő haladását. Minél könnyebb a levegő részecskéinek megkerülni a tárgyat, annál kisebb lesz ez az érték. A gyártóknak természetesen érdeke, hogy minél inkább kihasználják a formában rejlő aerodinamikai lehetőségeket, azonban a karosszéria alakjának megtervezésekor nem csak ez számít uralkodó szempontnak.

Kárbejelentés Aegon biztosítónál

Ma a legmodernebb személyautók légellenállási együtthatója 0,22. Elméletileg egy tökéletes csepp forma tud 0,04-et, de sajnos az úton közlekedve inkább elméleti fél csepp formáról beszélhetünk, ami 0,09. Személyautók esetében a C_D=0,2-0,25 körüli értékek számítanak jónak, egy kisteherautó 0,35-0,5 körüli értékkel bír, egy busz esetében ez az érték 1 körüli.

A Légellenállás és a Sebesség Kapcsolata

A képletből látható, hogy a légellenállás a sebesség négyzetével arányos. Ez azt jelenti, hogy ha a sebesség megkétszereződik, a légellenállás négyszeresére nő, ha a sebesség háromszorozódik, a légellenállás kilencszeresére nő, négyszeres sebességnövekedés pedig 16-szorosára növeli a légellenállást. Ezért ma már a közúti autók is kellően gyorsak ahhoz, hogy ez számítson a legfontosabb leküzdendő ellenállásnak.

Homlokfelület és a C_D*A Érték

A légellenállás a C_D érték mellett függ a jármű homlokfelületétől (A) is. Míg a személyautóknál a levegőre merőleges homlokfelület viszonylag nagy (~3-4 m²), addig egy naked motornál ez ~0,7 m², sportmotornál ~0,35 m², versenymotornál 0,25 m². A C_D*A (a felszín jele az A - a szerk.) értékek összehasonlítása már beszédesebb, hogy miért kedvezőbb a motorkerékpárok helyzete. Míg egy modern BMW i8-nál ez 0,55 m², egy Suzuki Hayabusa esetében már csak 0,3 m².

Lamináris és Turbulens Áramlások

Az áramlásoknak két fajtája van: turbulens és lamináris. A turbulens energia kavargó, nagy energiájú és megmozgat mindent, amivel találkozik. A lamináris áramlás nyugodt, lassú és csendes. Logikusan következik, hogy a levegő irányításának célja utcai motorkerékpárok esetében a szélzaj csökkentése a pilóta feje körül úgy, hogy lamináris áramlás érje a motorost. A pilóta mögött olyan turbulens áramlás jön létre, ami tele van leválásokkal: a fej mögött, a karok alatt az oldal mentén. Ezt a kaotikus áramlást nemigen lehet már felhasználni, ezért vannak az idomok és az utóbbi években már megjelent szárnyak is a motor elején.

Az Aerodinamika Fejlődése a Motorsportban

Már a háború utáni években felfedezték, hogy a teljesen burkolt elejű motorokkal sokkal nagyobb sebességeket lehet elérni kisebb teljesítmény mellett. Ezért hoztak a motorsportban számos korlátozást, ami miatt ezeket az idomokat évtizedek óta nem lehet használni, valamint a kerekek burkolását is korlátozzák. A légellenállással a motorok esetében azonban van egy komoly probléma. A levegő a legnagyobb ellenállást az orridomon fejti ki. Ezt nevezzük nyomási középpontnak (CoP - Center of Pressure). Ezért van a szívórendszer nyílása középen, mivel a legnagyobb nyomású levegővel ott találkozik a motor.

A DEKRA kárbejelentő nyomtatványa

Egyértelmű, hogy a motorokra illesztett szárnyak az első kerékre ható leszorítóerő növelésére szolgálnak. Különböző tesztek kimutatták, hogy a kis méretű szárnyak 320 km/h körül 20 kg-nak megfelelő leszorítóerőt hoznak létre. Az első években látható nyitott végű szárnyak esetében a szárnyak sarkában olyan leválások alakultak ki, mint a Forma-1-es autók szárnyainak végén is láthatóak. Ez a struktúra nem volt hatékony, ami eredményezte a véglapok megjelenését és a szárnyak hosszirányban történő megnyúlását. Az utóbbi néhány évben megjelent a kerékburkolat is, ami elsősorban a kerekek körüli áramlások irányításáért felelnek.

Végül egyértelműnek látszik, hogy nagy dőlésszögek mellett, az aszfalthoz közel ground effect (talajkölcsönhatás) jelenség is megvalósul. A ground effect az aerodinamikai tapadást hozza létre a szárnyprofil körüli áramlás nyomáskülönbsége alapján, ám ez motorkerékpárok esetében nehezen megvalósítható, mivel extrém nagy dőlésszögekre van szükség hozzá. Azzal azonban, hogy nőni látszik az aerodinamikai csomagok fejlesztésének jelentősége, szükséges lesz megnyitni a végtelen pénzcsapokat is, mivel a szélcsatornában eltöltött órák jelentik a fejlesztések legdrágább szegmensét. Ez pedig a költségvetési különbségeket kiélezheti, ami a vastag pénztárcájú gyártóknak jelenthet előnyt.

Egyéb Jelentős Menetellenállások

A Gördülési Ellenállás

A gördülési ellenállás általános megfogalmazásban az az erő, amely akkor lép fel, ha egy testet legördítünk egy másikon. A gördülési ellenállás a tömeg és a gumik függvénye. A gumiknál a gyártóknak a gördülési ellenállás, kopás és tapadás hármassal kell kísérletezniük, sajnos ez a 3 dolog egymással szoros kapcsolatban áll. Kicsit egyszerűsítve jobb tapadás gyorsabb kopás és magasabb ellenállás.

Sokan nem gondolják, de a gumiabroncs is hatással van arra, mennyi üzemanyagot használ el személyautónk. A gördülési ellenállás a gumik és az út közötti súrlódást jelenti, és minél alacsonyabb ez az ellenállás, annál kevesebb energiát igényel az autó mozgatása. Tehát az olyan gumiabroncsok, amelyek alacsony gördülési ellenállással rendelkeznek, hozzájárulhatnak az üzemanyag-hatékonysághoz. A gördülési ellenállás elsősorban az anyagától és futófelületének mintázatától függ.

A gördülési ellenállás tényezője a gumi légnyomásától, a gumiabroncs típusától (összetételétől) és a kerékterhelésétől függ. Terepen a talaj minősége játszik fontos szerepet. A könnyűfém felnik általában könnyebbek, mint az acél felnik, ami segíthet csökkenteni a forgó tömeget és a gördülési ellenállást. Az alufelni tehát kis mértékben ugyan, de az üzemanyag-fogyasztás csökkenését okozhatja. Az elhasznált vagy rosszul karbantartott gumik nagyobb gördülési ellenállást eredményezhetnek, ami növelheti az üzemanyag-fogyasztást.

A Járműmérnöki Képzés részletei

Nedves talajon, bizonyos vízrétegvastagság felett a gördülési ellenállást növeli a lökéshullámból adódó ellenállás, amely a talaj és a gumiabroncs közé ékszerűen benyomuló víz kiszorítása miatt lép fel. A lökéshullám ellenállása a sebességtől, az abroncs szélességétől és a vízréteg vastagságától függ. A gördülési ellenállást növeli a kerékösszetartásból eredő ellenállás is.

Emelkedési Ellenállás

Az emelkedési ellenállás a jármű tömegéből adódó súlyerő lejtőirányú komponense. Ezt az ellenállást le kell győzni. Ez a jármű súlyerejétől és az út emelkedésétől függ. A lejtőn haladó járműre olyan erő hat, amely segíti a jármű mozgását. Ezt lejtőirányú erőnek nevezzük.

Gyorsítási Ellenállás

A gyorsítási ellenállás nem más, mint a jármű szerkezeti részeinek felgyorsításából származó tehetetlenségi erő. Gyorsításkor a jármű transzlációs és rotációs mozgást végző tömegeinek tehetetlenségi ellenállását kell leküzdeni.

Hajtómű-ellenállás (Belső Ellenállás)

A hajtómű-ellenállás abból fakad, hogy a hajtáslánc különböző erőátviteli szerkezeteit mozgásra, forgásra kényszerítjük (tengelykapcsoló, sebességváltó, differenciálmű stb.). Bizonyos szakirodalmakban belső ellenállásként is hivatkoznak rá.

A Vezetési Stílus Szerepe az Üzemanyag-fogyasztásban

Ma már egyre többet hallani a takarékos vezetési stílusról. Ez a téma ugyanúgy része kellene, hogy legyen az autóvezető-képzésnek, mint például a téli vezetési gyakorlat, a különböző vészhelyzetek kezelése. Miként a téli vezetésre, a csúszós utakra, úgy a takarékos vezetésre is megtérülő befektetés felkészülni.

Néhány alapfogást betartva a 10 százalék körüli fogyasztás-csökkentés borítékolható, de akár 20 százalékos spórolás is könnyedén elérhető. Egy 7 literes fogyasztású autónál, évi 20 000 kilométeres futással például bő 50 000 forint a megtakarítás. Ráadásul a takarékos vezetés nem csak pénzből, időből is kevesebbet emészt fel. Ha ugyanazon a távon kevesebbet fékezünk, kevesebbet gyorsítunk, azaz egyenletesebb tempóval haladunk, akkor az adott távot hamarabb tesszük meg.

Takarékos Vezetés Alapelvei

1. Motor melegítésének optimalizálása: Mivel a fogyasztás jelzőszáma a liter/100 km, egyértelmű, hogy álló helyzetben nem érdemes járatni a motort. Még a legkeményebb hidegben sem kell teljesen bemelegíteni, nem csak üzemanyag-pocsékoló, a motor számára sem hasznos, ha álló helyzetben melegítjük, ugyanis alapjáraton lassabban melegszik, mint emeltebb fordulaton. Finom gázzal, legfeljebb 3000/percig, de inkább csak 2000-2500-ig forgatva hideg motorral is nyugodtan el lehet indulni.
2. Stop-start rendszerek tudatos használata: Stop-start rendszeres autónál, ha látjuk, hogy hamar elindul a sor, finom gurulással megelőzhetjük a motor fölösleges megállítását, de hosszabb várakozásnál az e rendszer nélküli autóknál is érdemes leállítani a motort.
3. Dinamikus gyorsítás: A gyorsító mozgás több energiát igényel, mint az egyenletes. Ezért nem érdemes csekély gázzal, hosszan gyorsítani. Sokkal takarékosabb, ha legalább fél, de inkább kétharmad gázzal, dinamikusan érjük el a kívánt tempót s onnantól kezdve csak tartjuk azt. A dinamikus gyorsítás természetesen nem a motor teljes erejének a kihasználását jelenti.
4. Időben történő felkapcsolás: Ahol már magasabb sebességfokozatot is gond nélkül elbír az autó, ott váltani kell, de csakis ott, ahol feljebb kapcsolva már a következő fokozatban is kellő ereje lesz a motornak. A benzines motorokat általában a 2000-3000/perc, a dízelek az 1500-2500/perc tartományban használhatók a legtakarékosabban.
5. Motorfékezés kihasználása: Üresbe tett váltóval és pláne kinyomott kuplunggal gurulni tilos és üzemanyag-pocsékoló is. Motorfékezéskor ugyanis az elektromos üzemanyagpumpák nem szállítanak üzemanyagot, zéró a fogyasztás, másrészt balesetveszélyes, ha nincs összeköttetés a motor és a kerekek között.
6. Tempomat helyes használata: A sebességtartó elektronika nagy segítség az egyenletes tempó tartásában. Ám mint neve is mondja, a sebességet tartja és ehhez emelkedőn akár nagy gázt is ad. Spórolósabb, ha magunk kezeljük a gázpedált s emelkedőn hagyjuk kissé visszaesni a tempót, amit aztán a lejtőn visszanyerhetünk. Távolságtartós tempomatot használva is érdemes a lehető legnagyobb követési távolságot választani, így sok esetben elég a gáz elvétele, nem muszáj fékezni.
7. Előrelátó vezetés és nagy követési távolság: Ha pirosat, vagy bármi egyéb lassulást, megállást látunk, azonnal el kell venni a gázt, s lassú tempóval érdemes megközelíteni a megállási pontot. Ha szerencsénk van, mire odaérünk már meg is indul a forgalom.
8. Sebességkorlátozások betartása autópályán is: A legtöbb autónál már a 130 km/órás tempó is literes többletet jelent a legoptimálisabb 90-100 km/órás tempóhoz mérten, ezért meggondolandó, hogy milyen tempóval futunk, egy nem túl hosszú, 200 kilométeres út során is ezer forintos nagyságrend spórolható a sebesség visszafogásával.

Menetellenállás Teljesítmény és Összefüggések

Ha az F_m eredő külső menetellenállás ismert, akkor állandó v sebesség mellett a menetellenállások legyőzéséhez szükséges teljesítmény meghatározható:

P_m = F_m * v

Ahol:

• P_m a menetellenállás-teljesítmény (kW);
• F_m az eredő külső menetellenállás (N);
• v a haladási sebesség (m/s).

A hajtóteljesítmény (P_h) a hajtott kerekek teljesítménye, amely a járművet előremozdítja.

• Ha a hajtóteljesítmény ugyanakkora, mint a menetellenállás legyőzéséhez szükséges teljesítmény (P_h = P_m), akkor a jármű sebessége állandó.
• Ha a hajtóteljesítmény nagyobb, mint a menetellenállás legyőzéséhez szükséges teljesítmény (P_h > P_m), akkor a járművet P_gy többletteljesítmény gyorsítja. (P_h = P_m + P_gy)
• Ha a rendelkezésre álló hajtóteljesítmény kisebb, mint a menetellenállás legyőzéséhez szükséges teljesítmény (P_h < P_m), akkor a jármű lassul. (P_gy = P_h - P_m)

A Menetellenállások Főbb Jellemzői

Az alábbi táblázat összefoglalja a különböző menetellenállásokat és azok főbb jellemzőit, melyek befolyásolják nagyságukat:

A fent felsoroltak tükrében valószínűleg tisztán látható, hogy sok tekintetben arra kényszerítik a fogyasztók a gyártókat, hogy megpróbáljanak szemben haladni a fizika törvényeivel. Teljesen mindegy, hogy milyen erőforrásunk van az autónkban, ezek a fizikai alapok minden járműre érvényesek és megkerülhetetlenek.

tags: #gepjarmu #leg #ellenallas #magyarázat

• Részecskeszűrő hibák Dacia Dusterben
• A Civic generációk részletes bemutatása
• CRX fényszóró alkatrészek kiválasztása
• Hengerfej megoldások Volvo V40-hez
• Vásárlási útmutató Citroen tetőcsomagtartókhoz