Renkaiden hitausmassan vaikutuksesta suorituskykyyn. Kuvitteellinen tilanne, jos vaihtaa renkaat yhteispainoltaan 10kg painavempiin ja renkaiden halkaisija kasvaa 2cm kuinka paljon tästä aiheutuu tehohäviötä kiihdytyksessä?
Oletetaan kuormatun auton massaksi vanhoilla renkailla 1500 kg ja vanhojen renkaiden halkaisijaksi 60 cm. Vaihdossa tulee viisi hidastavaa vaikutusta:
1. Kasvanut renkaan halkaisija. Renkaan voima tiehen (eli myös kiihtyvyys) kullakin vaihteella pienenee noin 3,2 % (100 - (60 cm / (60 cm + 2 cm) * 100 %) = 3,23 %). Toisaalta uusilla renkailla jokainen vaihde yltää suurempaan nopeuteen, jolloin 3,2 % nopeusalueesta menee tuntuvasti (30-80 % neljällä ensimmäisellä vaihteella) nopeammin uusilla, koska niillä on silloin käytössä pykälää pienempi vaihde kuin vanhoilla renkailla. Lopputuloksena keskimääräinen kiihtyvyys 0-150 km/h heikkenee vain hieman yli 2 %, mutta käyttäjän arsdyno tuntee heikennyksen olevan 3,2 %.
2. Auton massa kasvaa 10 kg. Tämä heikentää kiihtyvyyttä 0,7 % (100 - (1500 kg / (1500 kg + 10 kg) * 100 %) = 0,66 %).
3. Hitausmomentti kasvaa. Oletetaan vannekoon pysyvän samana. Halkaisija kasvaa 2 cm. Kulutuspinnassa on selvästi enemmän massaa kuin kyljissä. Jos vanhan renkaan ilmatilan korkeus olisi 10 cm, niin uuden renkaan massapisteiden keskim. etäisyys pyörimisakselista olisi noin 28 cm. Tuolla etäisyydellä siis on 10 kg uutta massaa. Se vaikuttaa karkeasti saman verran kuin (28 cm / 30 cm) ^ 2 * 10 kg = 8,7 kg, eli noin 9 kg massaa kulutuspinnalla. Tämä vastaa samaa kuin autossa olisi 9 kg enemmän massaa. Tämä heikentää kiihtyvyyttä 0,6 % (100 - (1510 kg / (1510 kg + 9 kg) * 100 %) = 0,59 %).
4. Vierinvastusvoima kasvaa, jos vierinvastuskerroin pysyy samana, esim. 0,008. 0,008 * 10 kg * 9,81 m/s2= 0,78 N. Tehohäviö on:
10,9 W@50 km/h
21,8 W@100 km/h
32,7 W@150 km/h (P = F * v).
5. Ilmanvastusvoima kasvaa, jos renkaan leveys pysyy samana, esim. 200 mm. Poikkipinta-ala kasvaa 4 * 20 cm * 2 cm / 2 = 80 cm2. Jos oletetaan Cw:n olevan sama kuin koko autolla, niin normaalilla sedanilla ilmanvastusvoima kasvaa 80 cm2 / 23000 cm2 * 100 % = 0,35 %. Tehohäviö on silloin esim. 0,0035 * 1,2 kg/m3 / 2 * 0,28 * 2,3 m2 * (50 / 3,6 m/s) ^ 3 =
3,6 W@50 km/h
29 W@100 km/h
98 W@150 km/h
Jos autossa on tehoa käytettävissä pelkkään kiihdyttämiseen vastusvoimien jälkeen 65 kW@150 km/h (eli autossa on noin 135-150 kW moottoritehoa), niin 4. ja 5. kohdat heikentävät kiihtyvyyttä noin 0,2 % ((32,7 W + 98 W) / 65000 W * 100 %).
En lähde kännykällä näppäilemään kaikkien viiden kohdan yhteisvaikutusta, koska pitäisi tietää mm. todellinen auton massa, ilmanvastus, vierinvastuskerroin, vetopyörätehon integraali, välitykset, renkaan halkaisija, haluttu nopeusväli jne.
Heitän vain hatusta, että kiihtyvyys on isommilla renkailla nopeudesta riippuen noin 3,5-6 % heikompi (kun kiihdytysväli on vähintään yhden vaihteen kiihdytysalueen pituinen ja molemmille renkaille osuu vaihteen vaihto), mutta kuljettaja kokee selkänojassaan sen olevan noin 4,5-7 % heikompi.
Kannattaa siis vaihtaa noin paljon suurempiin vain jos tarvitset/haluat maavaraa, mukavuutta tai saat isot renkaat halvemmalla.
Edit. Ykköskohdassa vierinkehän kasvamisesta johtuva 3,2 %:n heikennys kiihtyvyyteen kullakin vaihteella pätee vain tehokkaille henkilöautoille ja vain suhteellisen hitaissa nopeuksissa. Jos taas pienitehoisen auton 40 kW:n vetopyörätehosta kuluu moottoritiellä puolet ilman- ja vierinvastuksen voittamiseen, niin silloin renkaanvaihdon heikennys kiihtyvyyteen olisi peräti 40 / 20 * 3,2 % = 6,4 %. Tässä on oletettu, että ei oltaisi vääntökäyrän laskevalla osuudella. Jos oltaisiin, niin heikennys olisi esitettyjä pienempi.
Autoilija tuntee kullakin vaihteella selkänojasta noiden lukujen verran vähemmän painetta suhteessa korviin kantautuvaan murinaan (= moottorin kierrosluku). Todellinen heikennys kiihtyvyyteen ei ole ihan noin suuri, koska samalla vaihteella ja murinalla todellinen nopeus on jo 3,2 % suurempi. Oman mausteensa isompien renkaiden aiheuttamaan todelliseen vaisuuteen tuo 3,2 % pienempi nopeusmittarin lukema vs. vanhat renkaat. Hitaammin nouseva neula korostaa oikeastikin hitaampaa kiihtyvyyttä.
Jos oikke pal hifistellään, niin on vielä toinenkin juttu, mikä ei oikeasti hidasta kiihtyvyyttä, mutta vaikuttaa pikkiriikkisen verran tunnepuolelle. Renkaanvaihdon jälkeen kuljettajan silmät ovat 10 mm entistä korkeammalla verrattuna tiehen. Katumaasturissa 85 km/h tuntuu hitaammalta kuin matalassa autossa, koska silmissä vilistävän röpelöisen tienpinnan "kulmanopeus" on vakionopeudella sitä pienempi mitä suurempi on silmien ja tienpinnan välinen etäisyys. Kuorma-autossa 85 km/h on ihan luruvauhti. Lentokoneella 850 km/h suihkiessa hädin tuskin tunnutaan edes liikkuvan, jos ollaan matkalentokorkeudessa.