В последние годы шиномонтажные мастерские пытаются популяризовать новую услугу – заполнение автомобильных шин азотом вместо обычного воздуха. Данная тема обросла множеством небылиц и мифов, поскольку продавцы наделяют «азотные» скаты вымышленными преимуществами, а противники выдвигают теории, не проверенные практикой. Зачем накачивать колеса чистым азотом и какие реальные плюсы получает водитель, читайте в данной публикации.
Технология закачивания газа
Из школьного курса физики известно, что в окружающем воздухе уже содержится 78% азота (имеются в виду объемные доли). Оставшиеся 22% распределяются между кислородом (почти 21%) и добрым десятком различных газов, чья доля составляет около 1%. Также в воздушной среде растворен водяной пар, составляющий от 0,2 до 2,5% от объема газов. Эта величина меняется в зависимости от погоды, периода года и широты местности.
Суть технологии проста: выделить из воздуха 78% газа и наполнить автомобильные баллоны. На практике закачка азота в шины производится следующим образом:
- Колесный вентиль подключается шлангом к автоматической вакуумно-азотной установке.
- После включения агрегат полностью отсасывает из покрышки воздушную смесь.
- Пропустив ее через систему специальных фильтров и осушитель, установка выдает азот чистотой не менее 95%.
- Очищенный газ закачивается в колесо с соблюдением требуемого производителем давления.
Обрабатывая обычный воздух, азотный генератор не только удаляет кислород и другие примеси, но и улавливает водяной пар. Данный факт следует учитывать в дальнейшем рассмотрении вопроса, чтобы отделить реальные плюсы и минусы процедуры от мифов.
Справка. Перед техническими специалистами, обслуживающими гонки «Формула-1» и разнообразные ралли, подобный вопрос не стоит. Скаты всех болидов по умолчанию заполняются азотом.
Реальные и вымышленные преимущества
Для начала стоит перечислить все плюсы, указанные на рекламных щитах возле шиномонтажных мастерских. Что дает использование азота в баллонах автомобиля по заверениям продавцов услуги:
- неизменное давление в шинах независимо от температуры окружающей среды и дорожного покрытия;
- улучшение сцепления с дорогой и замедление износа протектора;
- ход машины становится мягче;
- покрышки не спускают с течением времени;
- сокращение тормозного пути и улучшение разгонной динамики;
- вероятность взрыва покрышек при нагрузках заметно снижается.
При нагреве резины давление не увеличивается
Об эффекте теплового расширения воздуха в шинах знают все водители, покачивающие скаты самостоятельно. Суть в следующем: когда на улице наступает потепление, газ в баллонах расширяется и давление в колесах возрастает на 0,2–0,5 Бар. И наоборот, после наступления холодов скаты «проседают». Реклама утверждает: коэффициент теплового расширения азота в 7 раз меньше, поэтому давление в шинах практически не меняется.
Противники данной теории опираются на законы физики, согласно которым все газы расширяются одинаково. То есть, разница давлений в колесах, накачанных азотом и воздушной смесью, мизерна.
На практике дело обстоит иначе: накачка шин азотом действительно позволяет удерживать давление на одном уровне независимо от температуры на улице. Вероятно, здесь играет роль наличие в воздухе водяных паров, отсутствующих в азотной среде (вспомните – газ перед закачкой осушается).
Улучшение эксплуатационных свойств резины
Сцепление рабочей поверхности колеса с покрытием дороги зависит от многих факторов, в том числе:
- свойства резины, качество изделия;
- форма, рисунок и конструкция протектора;
- величина пятна контакта и распределение усилий в нем;
- тип и состояние дорожного покрытия.
Разновидность газа, закачанного в шину, никакого влияния на сцепление и износ протектора не оказывает. Можно искусственно менять давление в скатах и таким способом увеличивать либо уменьшать пятно контакта, но содержимое баллона значения не имеет. Утверждение не соответствует действительности.
Мягкий ход автомобиля
Еще один ответ на вопрос, для чего заполнять шины азотом, звучит следующим образом: накачанный этим газом баллон не настолько упругий, как воздушный. В результате колесо меньше отскакивает от неровностей дороги, езда становится комфортнее, а подвеска служит дольше.
Аргумент поясняется меньшим удельным весом азота по сравнению с воздухом, хотя в действительности разница невелика. Тут есть интересный момент: удельный вес воздушной смеси – величина переменная, зависящая от температуры и содержания влаги. Если закачивать холодный воздух при минус 20 °С, то вес 1 м 3 равен 1,396 кг, теплого (+10 °С) – 1,248 кг.
Практические наблюдения показали, что смягчение хода ощущается при езде по мелким неровностям на автомобилях бюджетной ценовой категории с классической подвеской. В машинах бизнес– и премиум-класса улучшение комфорта не чувствуется, поскольку там используется эффективная многорычажная подвеска.
Скаты не спускают
Реклама гласит: молекула азота больше частицы воздуха, поэтому она не «пролезает» в микротрещины резины, неизбежно образующиеся в результате эксплуатации по неровным дорогам. Поэтому шины не спускают длительное время и не требуют подкачки.
Утверждение относится к разряду абсурдных. Разница между частицами воздуха и азота настолько мизерна (0,02 нанометра), что в случае возникновения трещины молекулы обоих газов свободно в нее проникнут. Что происходит на практике: за одинаковый промежуток времени «воздушное» колесо теряет 0,5 Бар, заполненное азотом – 0,47 Бар.
Повышение ездовых качеств и безопасности
Когда шины накачивают азотом, улучшается разгонная динамика и укорачивается тормозной путь автомобиля. Данный аргумент является логическим следствием не правдивого утверждения о повышении сцепления с дорожным покрытием. Значит, в реальности разгон и торможение машины остается неизменным, а преимущество – вымышленным.
Безопасность езды повышается на том основании, что «азотные» скаты меньше взрываются. Доля истины в подобных выводах есть: покрышки лопаются от большой нагрузки и нагрева, отчего давление воздуха в баллоне возрастает до критического. Азот более терпим к увеличению температуры и не дает роста давления, поэтому резина взрывается реже.
Очевидные недостатки
В целом накачивать шины азотом полезно. Не зря данный газ широко применяется в сфере кольцевых гонок и ралли. Минусов всего два:
- приличная цена услуги;
- невозможность подкачки и потеря азотной смеси в случае прокола колеса в пути.
По сравнению с обычным воздухом цена заполнения азотом выше в 5–10 раз в зависимости от региона. Зная, какие реальные минусы и плюсы дает эта процедура, вы примете верное решение о пользовании услугой. Вреда она точно не нанесет.
Азот в шинах многих коммерческих автомобилей, а также автобусов в странах Европы и США обязательным требованием не является, однако применяется широко. В нашей стране данная услуга для большинства автовладельцев ещё в новинку. Накачка азотом пошла в массы с гоночных трасс Формулы-1, колёса болидов стали заполнять азотной смесью именно в этом классе. Техрегламент гонок не обязывает использовать какой-то определённый вид смеси, команды вольны накачивать шины обычным воздухом или азотом по своему усмотрению.
Чем лучше накачивать шины
На самом деле, даже среди профессиональных автомобилистов единого мнения не сформировалось. Одни относятся к этому положительно, с подачи производителей газогенераторов азота, а также автосервисов, предлагающих данную услугу, которые в красках расписывают множество преимуществ азота в шинах. Другие же уверены, что эта услуга является лишь очередным способом выкачивания денег из не очень осведомлённых автолюбителей. Так что же, на самом деле, собой представляет эта услуга, насколько она полезна?
Характеристики воздуха и азота
Из школьного курса многие из нас знают (помнят), что окружающий нас воздух состоит из смеси азота и кислорода, причём азота в этой смеси почти 80 процентов, 20 процентов кислород и разбавляют эту смесь некоторые другие газы, в том числе и углекислый. Азотный генератор может увеличить содержание азота до 95 процентов. Насколько эти дополнительные 15 процентов азота в улучшают эксплуатационные характеристики шин?
Стоит ли накачивать шины азотом
Плюсы азота против реальности
Главное преимущество насыщенной азотной смеси в шинах, это более высокий уровень безопасности. Обусловлено это разницей коэффициента расширения при температурных изменениях. Для азота этот показатель ниже в семь-восемь раз, в сравнении с кислородом. При движении, шины разогреваются, давление, соответственно, увеличивается. Иногда изменения могут превышать 0.6 атмосферы, это немало много, и может привести к повреждению шины. Особенно это актуально для летнего времени и для скоростных машин. Но! Если закачать чистый азот в колёса, то рассчитывать на семикратное уменьшение цифр не стоит. Это расчёты для идеального газа, кислород же с азотом начинают показывать значительные расхождения только при очень сильном давлении, до нескольких МПа.
Это значит, что при нормальных условиях эксплуатации серьёзной разницы давления в шинах не будет, тысячные доли даже немногие приборы покажут. Эффект от применения азота увеличивается пропорционально увеличению диаметра самого колеса, поэтому европейцы и американцы используют его в основном на крупном транспорте.
Плюсы и минусы накачки шин азотом
Вторым плюсом азота является меньшая утечка, поскольку размер молекулы азота крупнее такового у кислорода. Да, в действительности так и есть, однако на практике это означает, что при периодическом подкачивании воздухом, в шинах будет расти содержание азота, поскольку молекулы кислорода будут утекать быстрее. Третьим плюсом в копилке азота являются особенности химических свойств, которые способствуют снижению коррозийных процессов, замедляют старение материалов шины. Что это даёт водителю на практике? Практически ничего, поскольку в реальной жизни от воздействия на неё различных факторов снаружи, внутри ничего не успевает окислиться и т.д. Про уменьшение веса колеса даже не стоит говорить, ибо разница ничтожна.
И всё же…
Если взвесить все плюсы и контраргументы, можно говорить о том, что азот определённо имеет свои положительные стороны, но все эти преимущества гораздо скромнее, чем это преподносится сторонниками. И если учесть стоимость услуги, то возникают обоснованные сомнения в практической пользе для обычного автовладельца.
Большинство автолюбителей сталкивались с предложением по накачке шин азотом. Стоит ли делать эту процедуру, и какие преимущества может получить автовладелец? Рассмотрим плюсы и самые распространенные мифы.
Накачка шин азотом происходит следующим образом:
- На первом этапе специальное оборудование откачивает воздушную смесь из колеса.
- Затем шины наполняются азотом, содержащим не более 5-10% других газов, в том числе кислорода.
Для грузового транспорта требования к качеству азотного наполнения более строгие. Допускается не более 5% других газов в виде примесей азота.
Что обещают в автосервисе и правда ли это
Мнение автолюбителей о накачке шин этим газом сильно различаются. Часть водителей утверждает, что разница между кислородом и азотом существенна. Другие говорят, что не заметили различия, а значит, недешевая процедура была бесполезной.
Работники автосервиса обещают значительное изменение поведения автомобиля, а также качества вождения после закачки инертного газа.
Проведем анализ наиболее распространенных утверждений.
Исключается риск взрыва колеса, так как в нем нет кислорода
Сторонники азота утверждают, что колесо не взрывается из-за того, что газ не поддерживает горение. Но любой водитель понимает, что внутри колеса не взрывается воздух. Покрышка лопается – и как результат резкого выхода газа под давлением получается хлопок.
То есть, при разрыве колеса, накачанного азотной смесью, будет тот же хлопок.
Но возникает наводящий вопрос: как часто автолюбители наблюдают взрыв колеса с возгоранием на городских улицах?
Покрышка имеет меньший вес
Здесь потребуется помощь науки.
Масса «куба» воздуха равна 1,29 килограмм, азота — 1,25 кг. Одно колесо вмещает 0,078 кг воздуха или 0,075 азота. То есть разница массы четырех колес составляет около 10 грамм.
Стабильное давление в шинах
Снова призываем на помощь физику.
Закон Гей-Люссака говорит, что объем газа зависит от его температуры при постоянном давлении. То есть всякий газ обладает одинаковым объемом расширения при изменении условий.
То есть воздух, или любой другой газ, при нагревании в шинах, будут расширяться с одинаковым показателем. Давление будет изменяться под воздействием температуры .
Колеса не требуют подкачки
Еще одно утверждение, что молекулы азота больше, чем у кислорода, поэтому колеса меньше травят давление.
Разница между молекулами газов составляет 0,000000002. То есть через микротрещины в резине оба газа будут просачиваться с одинаковой скоростью.
Уменьшается коррозия дисков и резины
Это правда. Здесь нам на помощь приходит химия.
Кислород вступает в реакцию даже при низких температурах. Именно этот газ считается сильным окислителем, вызывающим ржавчину металла и старение резины.
Азот в этом отношении отличается стабильностью, и не способствует разрушению материалов.
Почему вообще эта тема оказалась так живуча? С одной стороны, «любому адекватному человеку очевидно», что это развод – пошутили и забыли. Но с другой стороны есть автоспорт. Где машину строят десятки инженеров, которые знают о физике всё. И где «накачивают колёса азотом».
Человек здорово изложил суть. Помнит даже законы Шарля и Гей-Люссака. И делает вывод: «В "Формуле-1" закачивают азот в шины ТОЛЬКО! для пожаро-безопасности. Чистый азот, при повреждении колеса, выходя из шины, действительно не способствует горению» . Это утверждение неверно.
Теперь к сути. В автоспорте действительно накачивают колёса азотом. Расскажу, почему.
Во-первых, это не всегда азот, это может быть смесь подобных газов либо просто осушенный воздух. Конкретно в Формуле-1 сейчас запрещено регламентом качать чем-то, кроме воздуха, поэтому качают воздухом – ключевое слово – осушенным. (Кстати, как видите, опасность пожаров:) не помешала внести этот пункт в регламент.)
Простой поиск гуглом находит нам интервью Пола Хембри, руководителя Пирелли Моторспорт, с ответом на этот вопрос.
- Какой газ вы используете для накачивания шин?
- Раньше разрешалось использование специальных газов, но сейчас это запрещено и мы накачиваем шины сухим воздухом – влага удаляется, чтобы обеспечить необходимую стабильность.
Но по ссылке выше мы читаем:
Утверждение 1. Повышение стабильности давления в шине.
– Это утверждение противоречит законам физики, а именно закону Шарля (давление газа в постоянном объеме прямо пропорционально температуре) и закону Гей-Люссака (коэффициент объемного расширения всех газов одинаков), которые мы проходили в 9 классе общеобразовательной школы.
Неужели глава Пирелли Моторспорт не был в девятом классе? Пол Хембри, Шарль с Гей-Люссаком и уважаемый двайвовчанин - предлагаю вам прямо сейчас сделать ставку, кто из них «чего-то не догоняет». :)
На самом деле всё просто. Суть проблемы - в содержащейся в газе влаге.
Действительно, «давление газа в постоянном объеме прямо пропорционально температуре» (сам закон Шарля звучит как P(давление газа)/T(температура)=const и верен для идеального газа, которым с очень большой степенью точности является и воздух с азотом в шине). То есть, в данном случае, чем выше температура внутри покрышки, тем выше давление. Поэтому когда машина начинает ехать и у неё начинают нагреваться колёса – давление в покрышках растёт. Две-четыре десятых атмосферы даже уже разогретая перед стартом шина набирает легко. Азот совершенно не является исключением из этого закона - даже если вы накачаете колеса азотом, шина наберет те же две-четыре десятки давления, что и на «обычном воздухе».
Не нужно объяснять, насколько давление в колёсах важно для гоночной машины. Причем важно именно давление «на горячую». Какое давление в холодном колесе – без разницы, оно должно быть правильное, когда колесо поедет - нагреется и начнет работать. И суть проблемы в том, что если в колёса накачать влажный воздух, то при охлаждении и нагреве колеса количество газа в шине начнет произвольно изменяться – и начнет произвольно скакать давление.
На практике это выглядит очень просто – перед стартом (при сборе) в колесах машины выставляют одинаковое давление, скажем, 2.0 атм. Машина проезжает несколько кругов (или – в ралли – доп), замеряется давление, и оказывается, что в одном колесе давление 2.2, в другом – 2.4. (На этом месте механикам, которые собирали колёса, дают по мозгам – была нарушена процедура сбора колёс.)
Почему так происходит? Есть такое понятие - точка росы. Это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться. Точка росы определяется относительной влажностью воздуха - чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Если относительная влажность составляет 100%, то точка росы совпадает с фактической температурой.
То есть 100%-я влажность воздуха означает, что в данном объеме газа больше водяного пара находиться не может – дальше он начнет конденсироваться. Когда мы такой воздух накачиваем в шину, то есть поднимаем его давление, и после этого даём колесу остыть, то водяной пар конденсируется внутри шины в капельки воды. Проверяя давление в таком колесе, мы увидим, например, 2 атмосферы. Когда машина поедет и колесо начнет нагреваться, часть этих капелек воды начнет испаряться, добавляя в шину дополнительный газ. Добавившееся количество газа добавит давления (см. «парциальное давление» – общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов). Сколько воды испарится, предсказать невозможно (сколько её попало в колесо при накачивании?), поэтому давление перестанет линейно зависеть от температуры. И когда машина поедет – там может стать и 2.2атм, и 2.4атм.
Для гоночной машины такая разница в давлении - драматична.
Поэтому в большом спорте колеса собирают по определенной процедуре. И действительно многие качают именно азотом. Другие команды используют компрессоры, которые осушают воздух.
В тайм-аттаке, где у более чем половины участников нет своей команды механиков, а колеса собирают и накачивают обычным насосом часто даже без осушителя (или с простеньким), просто приходится проверять давление после каждой сессии и соответственно сдувать/подкачивать шины, выставляя оптимальное давление, пока оно не «устаканится» на нужном уровне. Если «гражданский» шиномонтаж предоставляет услугу «накачки шин азотом», то пользоваться ей тоже стоит «осторожно». Для того, чтобы накачать колесо азотом, нужно для начала его сдуть. При сдувании, то бишь уменьшении давления газа, происходит его охлаждение, что тоже может привести к конденсации некоторой части влаги внутри шины. Поэтому в большом спорте для минимизации нахождения влаги внутри колеса его оставляют «открытым» на несколько часов, потом накачивают сухим воздухом (азотом) и оставляют на несколько часов опять-таки для выравнивания температуры, и потом выставляют окончательное давление. При такой процедуре уже можно рассчитывать на то, что при езде давление в колесе будет повышаться линейно, прямо пропорционально температуре, и это повышение можно будет прогнозировать.
Ну и в заключение – имеет ли всё это отношение к гражданскому автомобилю? Практически никакого. Шины гражданского автомобиля почти не нагреваются при езде. (Кстати, многие думают, что шины нагреваются сильнее всего от трения о дорогу, но на самом деле они в первую очередь нагреваются от тормозов через диски, трение о дорогу – это уже второй фактор даже для гоночной машины, а для гражданского колеса второй по важности фактор - внутреннее трение в покрышке, которое возникает от деформации при качении колеса).
Единственный случай, когда ощутимо изменяется температура, и, соответственно, давление в гражданском колесе – это если вы накачали колесо весной при +5 и не проверяли давление до лета, когда стало +30… да ещё и на прямом солнце оставили колёса. Тогда действительно какой-то разброс по давлению может получиться в колёсах (хотя критичным для гражданской езды он всё равно не будет). Но легче просто раз в неделю проверять давление в колёсах, чем заморачиваться с азотом или с осушением воздуха.
Идея пришла из автоспорта: шины болидов Формулы-1 действительно накачивают азотом. Обычно в случае аварии при возгорании автомобиля лопнувшая шина устраивает кислородный наддув, подобно тому, как накачивают воздух в кузнечный горн для повышения температуры. А вот шины, накачанные азотом, в тех же условиях не «подливают масла в огонь».
Но то в спорте. А «на гражданке» пожары при аварии автомобилей мы видим гораздо реже. В конце концов, конструкторы много поработали над снижением пожарной опасности при аварии.
Цена вопроса
Приехав на шиномонтаж и поддавшись уговорам на заправку шин азотом, вы увидите, что из шин вашего автомобиля сначала выкачают воздух, а затем наполнят их азотом из специальной установки. установят согласно техническим требованиям завода-изготовителя автомобиля. Обойдется такая процедура от 180 до 260 рублей за колесо. Чем больше диаметр, тем дороже.
Рекламный ход
На брендовом дорогом шиномонтаже почти любому автовладельцу, а особенно владелице, наверняка предложат . Аргументов в пользу этой процедуры приведут массу. Разберем, какие из них правда, а какие вымысел:
- Давление в шине будет стабильным, потому что азот почти не расширяется от нагрева. Но в воздухе и так 78% азота, так что изменения приходятся на долю остальных газов, которые тоже не расширяются сверх меры. Разница в коэффициенте объемного расширения составляет ничтожную величину со значащей цифрой в четвертом знаке после запятой.
- Молекулы азота крупнее и потому не так быстро проникают сквозь стенки шины наружу, сохраняя давление стабильным. Но не забываем, что кислорода с прочими газами не так и много - около 22%. И когда они станут улетучиваться, а мы начнем подкачивать шину, то концентрация азота будет расти. Так, у 5-6-летнего колеса внутри образуется почти чисто азотная «атмосфера».
- Колесо, заполненное азотом, легче, чем колесо, накачанное атмосферным воздухом. Это позволяет . Несложные расчеты показывают, что колесо среднеразмерного кроссовера полегчает всего на несколько граммов. А сколько весят камешки, застрявшие в протекторе? Давайте лучше чаще очищать протектор, тем более что инженеры-проектировщики шин это очень рекомендуют.
- Отсутствие кислорода защищает материал шины от преждевременного старения. Этот тезис шинники поддерживают, но вы же не надеетесь, что ваши шины по прошествии века будут располагаться на пьедестале, подобно колесам ленинского броневика. Износ и старение внешних слоев резины под воздействием солнца, озона, влаги происходит гораздо быстрее.
- Лучшее сцепление с дорогой и большая безопасность за счет стабильности показателей. Не соглашусь: проверять давление в шинах все равно периодически надо, а с каждым «пшиком» будет выходить драгоценный азот. И ведь сам не подкачаешь. Так сервисмены и норовят привязать автолюбителя к своей мастерской даже по такой ничтожной проблеме, как проверка давления и подкачка колеса.
Реальная альтернатива
На «азотистых» шинах сэкономить сложно, но есть более действенные методы. Причем как бесплатные, так и весьма затратные:- Своевременная сезонная замена шин, отвечающая как требованиям закона, так и здравому смыслу. Летние шины точно катятся полегче!
- Перед дальними поездками по трассе на 0,2 бара. Будет чуть жестче, но, ощутимо экономичнее.
- Применять легкие колесные диски, причем не любые легкосплавные, а желательно кованые, они зачастую имеют ощутимо меньшую массу. И вообще, не по дизайну, а по весу. Но чтобы облегчение было не в ущерб прочности, ищите сертифицированные колесные диски.
- Применять шины, изготовленные по технологии Energy saver. Такие есть сегодня у многих производителей. Они обладают несколько меньшим сопротивлением качению благодаря использованию технологий, заточенных именно на ресурсосбережение.
- Выбирать покрышки, используя результаты , где у каждого претендента измеряется, в том числе, и сопротивление качению.
- Установить легкосплавные (и реально легкие) колесные диски большего диаметра и подобрать с помощью шинного калькулятора соответствующие шины, сохранив при этом наружный диаметр прежнего колеса. Ну или чуть больше.
- Вы много ездите по трассе, да с небольшой нагрузкой, или передачи в коробке вашего автомобиля можно назвать «короткими», как, например, у Renault Logan или Лады Largus. То есть при 100 км/ч двигатель делает на высшей передаче больше 3000 об/мин. Тогда можно установить шины чуть большего диаметра. Это сделает все передачи чуть «длиннее» и позволит сэкономить топливо.
