Давление в шинах

Данная статья будет полезна автовладельцам, уделяющим внимание всем системам своего автомобиля. Вы узнаете, для чего необходимо регулярно измерять давление в шинах и чем опасны неправильно накаченные шины; как влияет изменение температуры атмосферного воздуха на давление шин и как снизить это влияние, а также как правильно измерить давление в шинах.

Влияние давления в шинах на основные характеристики при вождении

Регулярное измерение давления шин позволит избежать множества проблем и сделает поездку на автомобиле максимально безопасной. Давление в шинах влияет не только на долговечность покрышек, но и на другие параметры при эксплуатации автомобиля. Основные характеристики шин при разных показателях давления приведены в следующей таблице.

Влияние давления в шине на основные эксплуатационные параметры

Благодаря правильному давлению в шинах покрышка сохраняет задуманную производителем форму и имеет пятно контакта, обеспечивающее максимальное сцепление, курсовую устойчивость на дороге, высокую управляемость автомобилем, устойчивость в поворотах, торможение и отвод влаги. Перекаченные и недокаченные шины имеют сильную деформацию пятна контакта, что приводит к значительному сокращению сцепления и быстрому износу (см. рисунок).

Стертая боковина шины

Пониженное давление в шине формирует излишний изгиб боковой стороны, который вызывает перегрев и неравномерный износ. При пониженном давлении в шинах автомобиль медленнее набирает скорость, увеличивается расход топлива и тормозной путь. При очень низком давлении перетирается боковина шины, покрышка разрушается изнутри. Если на боковине шины после эксплуатации при очень низком давлении появилась полоса по всей окружности, что свидетельствует о перетёртости нитей корда (см. рисунок слева), то такую шину эксплуатировать в дальнейшем небезопасно — высока вероятность взрыва из-за разрыва боковины! При повышенном давлении в шине уменьшается пятно контакта и снижается показатель сопротивления качения, как следствие - снижается расход топлива. Однако это приводит к неравномерному износу шины в центральной зоне протектора и значительному снижению срока эксплуатации. Показатель давления в шинах, превышающий рекомендованную норму для вашего автомобиля, приводит к заметному ухудшению управляемости и значительному увеличению тормозного пути. А показатель выше допустимого значения для данной шины (около 3 атм), который указан на боковине, может привести к взрыву шины.

Для измерения эффективности своей продукции мировые производители проводят такое испытание: специальную стеклянную пластину покрывают слоем окрашенной воды и осуществляют по ней поездку, а скоростные камеры под пластиной делают фотографии. Подобный тест провела компания Michelin, выбрав для испытания всесезонную модель шин из серии HydroEdge с разными показателями давления в них. Результаты представлены ниже.

Шина, накаченная до 2.07 атм (2.1 бар или 30 psi), стоит в воде на стеклянной пластине. Чёрная область — пятно контакта.	Шина, накаченная до 2.37 атм (2.4 бар или 34 psi), движется по стеклу со скоростью 90 км/ч. Пятно контакта сохранило свою форму, но стало меньше. Сцепление сохранено.	Шина, накаченная до 1.97 атм (2 бар или 28 psi), движется по стеклу со скоростью 90 км/ч. Пятно контакта деформировано, плохое сцепление.	Шина, накаченная лишь до 1.68 атм (1.7 бар или 24 psi), движется по стеклу со скоростью 90 км/ч. Контакт с пластиной практически отсутствует, вся нагрузка приходится на плечевые зоны протектора.

Какое давление должно быть в шинах?

Правильным давлением в шинах для многих автомобилей считается показатель в диапазоне от 2 до 2,5 атмосфер, который способствует не только безопасности при вождении, но и экономии в расходе топлива. Стоит учесть, что значения оптимального давления могут быть разными в зависимости от автомобиля. Этот показатель указан в руководстве по эксплуатации к вашему авто, внутри крышки бензобака или на стойке водительской двери, а в новых моделях автомобилей Mercedes-Benz и smart — в QR-коде, наклеенном на внутренней стороне крышки заливной горловины топливного бака или на стойке B на противоположной стороне кузова. На шинах также указывается показатель давления, который многие принимают за норму — psi (0,07 бар). Однако это неверно — на шинах указывается максимальное давление, которое она может выдержать.

Бывают случаи, когда для комфортного передвижения по различным видам дорог возникает необходимость снизить давление в шинах. При езде по песку, грязи или снегу допускается снизить давление, так как это увеличит пятно контакта и на невысокой скорости улучшит сцепление с дорогой. После того, как трудный участок будет преодолен, давление необходимо восстановить. При движении по льду, камню и воде давление лучше не менять, а вот на лёгком снегу немного выпустить воздух все же разрешается.

Зависимость давления в шинах от температуры окружающей среды

Давление в шинах создается закачкой воздуха или азота. Стоит учесть, что при этом давление в шинах зависит от температуры окружающей среды. Например, если вам производили накачку шин воздухом в сентябре (при +20 ºС), то в ноябре при снижении температуры воздуха до -5 ºС, давление в шинах снизится. Это происходит из-за того, что для кислорода коэффициент теплового расширения достаточно высокий, и при резких температурных изменениях давление шины меняется на 0,5-0,8 атмосфер. Почему так происходит?

Вспомним тему из школьной физики «Давление газов». В отличие от жидкостей и твёрдых тел, газы всегда занимают весь объём сосуда, в котором находятся. Например, баллон, воздушный шарик, автомобильная шина полностью и практически равномерно заполнены газом. Стремясь расшириться, газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, шарика, шины или другого тела, твёрдого или жидкого, с которым он соприкасается.

Давление газа обусловлено другими причинами, чем давление твёрдого тела на опору. Молекулы газа беспорядочно движутся. При своём движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Это напоминает удары теннисного мячика о пластину на пружине — при ударе пружина сжимается, а затем под действием силы упругости возвращается в первоначальное положение.

А если мячиков будет огромное количество? Они будут поочерёдно ударяться о пластину, и она будет в сжатом положении постоянно. В газе также находится множество молекул. Поэтому число их ударов о стенки сосуда достаточно велико. Сила удара каждой из молекул мала, но действие всех молекул значительно. Оно и создаёт давление газа.

Как известно, скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы ударяются об стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку сосуда становится сильнее. Вследствие этого стенки сосуда испытывают большее давление.

Проверим это на опыте. Нагреем склянку с плотно вставленной в её горлышко резиновой пробкой. Посмотрим, что произойдёт.

При нагревании давление газа в колбе будет постепенно возрастать до тех пор, пока пробка не вылетит из склянки. Из данного опыта видно, что чем выше температура газа, тем давление газа больше. То же самое происходит и с давлением в шинах: при повышении температуры атмосферного воздуха давление повышается, а при понижении — снижается.

Для примера рассмотрим изменение давления в шине 175/70 R13 легкового автомобиля ВАЗ. Принимаем, что объем закачиваемого в шину газа составляет 40 л, 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 — 30,61 л; кислород — 8,21 л; пары воды — 0,8 л; аргон — 0,37 л; углекислый газ — 0,01 л. Осуществление работ по закачке газов в шину может выполняться при различных температурных режимах окружающей среды. Определим массу основных закачиваемых в шину газов при температуре воздуха +5 ºС, +10 ºС и +20 ºС и доведении давления до 2,0 кгс/см². Расчет выполняем по уравнению:

a = 0.01605 p M V/273+t

где:

• 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 приведены в следующей таблице.

Приведенные расчетные данные свидетельствуют о значительной разнице в массе закачиваемого воздуха и азота в шину легкового автомобиля при закачке в различном температурном режиме, которая по воздуху при изменении температуры между +5 ºС и +30 ºС составляет 8,33 г, а по азоту — 8,11 г (порядка 8%). Разница между массами закачиваемого воздуха и азота при одной и той же температуре составляет в вышеуказанном температурном диапазоне от 2,33 г до 2,55 г. Эти данные необходимо учитывать при доведении давления в шинах до рекомендованных значений заводов-изготовителей.

Накачка шин азотом

Как вы уже наверняка заметили, современные технологии позволяют накачивать шины не только воздухом, но и азотом. Благодаря своей инертности азот способствует повышению стабильности давления внутри шины при любых температурных показателях, что повышает уровень безопасности. В отличие от кислорода, азот не является окислителем, его влажность на выходе из азотного генератора близка к нулю, разрушительные окислительные процессы в данном случае отсутствуют, что способствует продлению срока эксплуатации шин и колёсных дисков.

В накачанных азотом шинах замедляется естественный процесс падения давления, который постоянно происходит на молекулярном уровне. Из-за большого размера молекул азота процесс выхода газа через молекулярную структуру резины затруднен. Накачанным азотом шинам реже требуется подкачка, что способствует экономии времени, повышению комфорта и безопасности.

При желании накачать шины азотом следует обратить внимание на качество оборудования и процесса накачки шин. Шиномонтажные центры используют азотные генераторы, через которые происходит забор воздуха и отделение молекул азота от кислорода. Наиболее эффективными являются стационарные генераторы, в рабочей системе которых давление достигает 8 атмосфер, обеспечивается многоуровневая фильтрация, и вследствие чего происходит обезжиривание воздуха, а также его очищение от масел, примесей и влаги. Затем молекулы азота отделяются через специальные мембраны, в результате чего получается азот. Стоит обратить внимание и на сам процесс накачки шин — для того, чтобы накачать шину максимально чистым азотом из неё должен быть выкачен воздух. Для этого оборудование должно быть оснащено вакуумной установкой. Только в этом случае чистота азота будет достигать 95-99,5%, что гарантирует уменьшение износа шины благодаря отсутствию потери давления, уменьшение потребления топлива вследствие снижения сопротивления качения колеса, уменьшение риска спуска шины, превосходную прочность и надежность материалов благодаря отсутствию влаги, вызывающей коррозию, увеличение времени эксплуатации благодаря постоянному давлению в шине. Таким оборудованием оснащён каждый гипермаркет сети «Колесо»!

Как измерить давление в шинах?

Давление в шинах рекомендуется проверять не реже раза в месяц. Проще всего измерить давление в шинах с помощью манометра — устройства, измеряющего давление. Автомобильный манометр можно приобрести в специализированных магазинах или воспользоваться манометром, установленным на любой автозаправке. Измерение давления нужно производить на холодной шине, поскольку чем выше температура воздуха в шине, тем давление соответственно будет выше.

Портативные автомобильные манометры бывают цифровые (электронные) и аналоговые (механические). Чем выше класс манометра, тем точнее его показания. Стоимость манометра может колебаться от 100 рублей за так называемый манометр-брелок до 3000-5000 рублей за высокоточный прибор с возможностью подкачки шин. Необходимо подключить шланг к колесу, выбрать необходимое давление, и установка сама отрегулирует давление внутри шины. Важно помнить, что давление должно быть одинаковым во всех четырех шинах. Если оно будет различным, это повлияет на курсовую устойчивость вашего автомобиля.

Многие современные автомобили оснащены автоматической системой контроля давления в шинах, которые бывают нескольких видов в зависимости от способа получения информации: прямой контроль или dTPMS, косвенный контроль или iTPMS и колпачки контроля давления в шинах.

Как правило, датчики контроля давления в шинах dTPMS включены в стандартную комплектацию автомобилей премиум-класса. Для получения информации используются датчики, вставляемые прямо в обод колеса. В свою очередь, они бывают внутренними и внешними. Внутренний датчик крепится вместо вентиля на шинах и кроме выполнения своих прямых функций передает данные о величине давления в них. Внешний датчик накручивается на вентиль. Они измеряют давление и температуру, затем отправляют эту информацию через компактный передатчик, работающий на частоте в несколько сотен мегагерц, на панель бортового компьютера.

Для экономии энергии (система работает от батареек) передача происходит только при движении автомобиля и только в том случае, если давление отличается от записанного в памяти. Некоторые системы работают и в «статике», передавая сигнал один раз в 24 часа. Приемник собирает показания от 4 датчиков и передает информацию водителю. Самый простой сигнал тревоги — включение светодиода и звукового сигнала. Более сложные устройства могут отображать на дисплее картинку с указанием точного давления в шинах в данный момент.

Системы косвенного контроля давления в шинах iTPMS, входящие в состав ABS-системы, по своим задачам аналогичны dTPMS. Но получение информации происходит по-другому: с помощью штатных элементов ABS/ESP измеряется скорость вращения колес. При потере давления в шинах уменьшаются их геометрические размеры, что приводит к увеличению скорости вращения колеса, это изменение и определяет система. Допустимые значения изменений хранятся в памяти контроллера, и выход измеренных результатов за определенные пределы свидетельствует о снижении давления в колесе.

Автоматическими системами контроля давления в шинах должны быть оснащены все автомобили, владельцы которых предпочитают шины RunFlat! Иначе эксплуатация шин RunFlat становится крайне опасной из-за того, что водитель может не ощутить потерю давления в шине и продолжать движение без ограничения скорости, совершая резкие повороты и маневры.

Ещё один простой способ контроля давления в шинах — колпачки контроля давления в шинах. В этом случае, в машине не требуется устанавливать никаких дополнительных датчиков, достаточно накрутить на вентили специальные колпачки.

Отслеживая их цвет (колпачки имеют прозрачную верхнюю часть, которая и выступает как индикатор), можно определить текущее состояние колес. Недостатком, которым отличаются подобные колпачки, является необходимость их периодического визуального контроля и невозможность проведения этого в процессе движения. В данной статье мы узнали об оптимальном уровне давления в шинах; влиянии шин с недостаточным и избыточным давлением на рабочие характеристики шин; особенностях шин, наполненных воздухом и азотом при температурных изменениях; преимуществах накачки шин азотом и о способах измерения давления в шине.

Напоминаем, что давление в шинах напрямую влияет на безопасность, управляемость и комфорт при вождении автомобиля. Поэтому необходимо правильно накачивать шины и регулярно измерять уровень давления в шинах. Пусть управление вашим автомобилем будет только в радость!