Min múlik az autónk fogyasztása?
Az autógyártók rengeteg fejlesztési költséget emésztenek fel pusztán azzal a céllal, hogy minél alacsonyabban tartsák a később piacra kerülő autójuk fogyasztását – és természetesen hogy megfeleljenek az adott emissziós előírásoknak, hiszen ez egyenes arányosságban áll a fogyasztással.
A kérdés, hogy miért ennyire nehéz feladat ez? A választ az alábbi cikkből megtudhatjuk, mely a fizikai törvények mellett arra is fókuszál, hogy maga a vásárló mivel teszi igazán nagy kihívássá a gyártók feladatát.
Menetellenállások
Mielőtt eljutnánk a jelenkor konkrét problémáiig, foglalkozzunk a fizikai alapokkal, melyeket egyetlen jármű sem képes áthágni.
Ebben a fejezetben azokat az ellenállásokat részletezzük, melyekkel az autó haladás közben találkozik.
Gördülési ellenállás
Általános megfogalmazásban ez az az erő, amely akkor lép fel, ha egy testet legördítünk egy másikon. Gépkocsik esetében ez annyit jelent, hogy a jármű úttal való kapcsolata hátráltatja az előre haladásban, hiszen fizikai értelemben nem ideálisak a feltételek.
A gördülési ellenállás mértéke sok dologtól függ (befolyásolják a hajtás és a motor paraméterei is, hiszen például a csapágyakon belül is van gördülési ellenállás – ezekre kitérünk a hajtómű ellenállásnál), de kétségkívül a legnagyobb szelete a gumiabroncs és az út közötti kapcsolódásból ered – pontosabban a kettő kapcsolódásából adódó deformációból.
A számítása a következőképp néz ki:
Fr = Fn x μ
ahol:
- Fn a normálerő, ami a jármű tömegéből eredeztethető
- μ a gördülő súrlódási tényező
Ez utóbbi nagyságára sok dolog hat, például az abroncsunk nyomása, szélessége, a talaj minősége, és hogy például van-e csapadék az úttesten.
Egy átlagos autó aszfaltúton történő haladásánál a μ nagyjából 0,01-0,025-ös értéket vesz fel. Ez elsőre nem tűnik soknak, mégis több mint tízszerese annak az átlagos értéknek, amit a vasúti kocsik kereke mutat a sínekkel való kapcsolódás esetén (0,001).
Ráadásul a talaj minőségromlásával az autók esetén drasztikusan nő az érték: földúton akár a 0,05-ös értéket is elérheti, homokban akár ennek is a többszörösét.
Természetesen minél nagyobb a μ értéke, annál nagyobb fogyasztásra számíthatunk.
Légellenállás
Ma már a közúti autók is kellően gyorsak ahhoz, hogy ez számítson a legfontosabb leküzdendő ellenállásnak. Ugyanis ez az egyetlen ellenállásforma, amely a sebesség növelésével négyzetesen növekszik. Ez ki is derül a formulából, amely alapján kiszámítható:
Fd = ½ x ϱ x cd x A x v2
ahol
- ϱ a levegő sűrűsége
- cd a légellenállási együttható
- A a jármű haladási iránnyal merőleges homlokfelülete
- v a haladási sebesség a közeghez képest
Jól látszik a képletből, hogy a sebesség a második hatványon van, tehát egy 100 km/h-val történő haladás 110 km/h-ra emelése nem 10%-nyi légellenállás többletet eredményez, hanem sokkal többet.
A közeg sűrűségét nyilvánvalóan nem tudjuk befolyásolni, ám a homlokfelület és az alaktényező már egy teljesen más paraméter.
Minél nagyobb a homlokfelülete a járműnek, annál nagyobb a légellenállása – itt azt a nagyságot értjük, amelyet az autóban szemben állva látunk.
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. Hogy mit könnyű megkerülni, annak megértésében nagyban segíthet az alábbi ábra:
A gyártóknak természetesen érdeke, hogy minél inkább kihasználják a formában rejlő aerodinamikai lehetőségeket, azonban a karosszéria alakjának megtervezésekor nem csak ez számít uralkodó szempontnak. Ugyanakkor az elektromos piacon megfigyelhető, hogy az energiatakarékosság jegyében merőben dominánssá vált az alacsony légellenállású cseppforma számos márka esetén.
Emelkedési ellenállás
Az átlagos felhasználó valószínűleg ritkán gondol bele, hogy haladás közben egy emelkedő leküzdése extra energiabefektetést követel az autótól, noha ez sokszor érezhető a jármű viselkedésén, pláne az össztömeghez képest alacsonyabb maximális teljesítmény esetén.
Ezt a plusz erőt az alábbi módon számíthatjuk ki:
Fl = m x g x sinα
ahol
- m a jármű össztömege
- g a gravitációs gyorsulás
- α az emelkedő szöge
Az nyilvánvaló, hogy a jármű tömege nagyon sok tekintetben befolyásolja az autó fogyasztását, ám ha ebben az esetben ezt adottnak vesszük, akkor csak és kizárólag az emelkedő nagysága fogja meghatározni az ellenállás mértékét.
Teljes menetellenállás, egyéb ellenállások
Ha tehát azt akarjuk megkapni, hogy mekkora erőt kell legyőznie az autónak haladás közben, azt a fentiek összege fogja adni. Ezt az összeadást hívjuk menetellenállásnak.
Léteznek ezen kívül is ellenállások, melyeket szintén figyelembe kell venni a tervezésnél. Az egyik ilyen a már korábban említett hajtómű-ellenállás. Ez abból fakad, hogy a hajtáslánc különböző erőátviteli szerkezeteit mozgásra, forgásra kényszerítjük (tengelykapcsoló, sebességváltó, differenciálmű stb.). Bizonyos szakirodalmakban belső ellenállásként is hivatkoznak rá. Lényegében ez határozza meg a teljes hajtáslánc hatásfokát.
Szintén említésre méltó a gyorsítási ellenállás, ami nem más, mint a jármű szerkezeti részeinek felgyorsításából származó tehetetlenségi erő. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a hajtáslánc áttétele, annál nagyobb a tehetetlenség, amit le kell küzdenünk gyorsításkor.
Vevői elvárások
A fent felsoroltak tükrében valószínűleg tisztán látható, hogy sok tekintetben arra kényszerítik a fogyasztók a gyártókat, hogy megpróbáljanak szemben haladni a fizika törvényeivel. Egyre nagyobb homlokfelületű, nagyobb tömegű, ennélfogva nagyobb közeg- és gördülési ellenállású járművektől várjuk el, hogy egyre kevesebb üzemanyagot vagy áramot használjanak el.
Teljesen mindegy, hogy milyen erőforrásunk van az autónkban, ezek a fizikai alapok miden járműre érvényesek és megkerülhetetlenek. Aki tehát úgy készül autót választani magának a jövőben, hogy figyelembe vesz környezetvédelmi szempontokat is, ne a nagyméretű SUV-k között keresse a megoldást.
