Możemy tylko przypuszczać kto wynalazł koło, wiemy jednak, że oponę do roweru wynalazł Dunlop. Obecnie wszyscy chcą wyprodukować eko-oponę, która dzięki niskim oporom toczenia pozwoli na duże oszczędności paliwa.
Dariusz Matuszek
Mam taką przypadłość, że jak słyszę słowo „eko” to robię się – nazwijmy to – bardzo czujny. Wiele razy bowiem zauważyłem, że to słowo niesie ze sobą cały bagaż niespodzianek, o których nie wypada dyskutować, aby nie wyjść na ignoranta w dziedzinie ochrony środowiska.
Testy i opinie zebrane przez kilka lat
Nie będę się odnosił do konkretnego testu, myślę że można bez problemu znaleźć wiele w sieci. Również producenci opon w Polsce zamieszczają wiele informacji na stronach internetowych. Wystarczy tylko poszukać objaśnień dotyczących etykiet, jakie umieszcza się na oponach od listopada 2012 roku. Także na stronach gazet jest sporo informacji odnośnie opon energooszczędnych.
Na forach internetowych również pojawiają się zapytania, czy warto założyć opony ekologiczne (energooszczędne). Ci którzy ich używają w większości nie widzą różnicy w spalaniu. Być może jest to wina zbyt małego lub zbyt dużego silnika, zbyt małej lub zbyt dużej masy samochodu, za częstej jazdy w mieście lub poza miastem – jak sugerują inni.
Jak wykonuje się testy pokazowe takich opon? Wybiera się samochód, rozpędza się go do 40 km/h i mierzy się odległość, jaką przejedzie na tak zwanym „luzie” na oponach zwykłych i energooszczędnych. Oczywiście na tych drugich samochód przejeżdża znacznie dalej, od 20% do 30%. Przy opisie opon zamieszczana jest więc informacja: „Jedna piąta paliwa spalanego przez silnik pojazdu idzie na pokonanie oporów toczenia opon”.
Spróbuję wykonać kilka prostych obliczeń, aby tę informację sprawdzić.
Analiza teoretyczna
Na początku kilka słów o tym, z jakich materiałów będę korzystał. Głównie będzie to książka wydana w 1964 roku: „Samochody od A do Z”. Są tam zawarte pewne dane odnośnie opon z przed pół wieku. Każda przeciętna opona dzisiejsza będzie z pewnością o kilka klas lepsza niż opona z tamtych czasów.
Wykonam proste obliczenia także według algorytmu z tej książki. Założę, że pojazd porusza się ze stałą prędkością i jedzie po płaskim terenie. Pominę takie składniki jak podjazd pod wzniesienie oraz przyśpieszanie i zwalnianie pojazdu (w czasie przyśpieszania zużycie paliwa wzrasta kilkakrotnie).
Gdy samochód jest w ruchu działają na niego różne siły, ja wyliczę tylko opór toczenia Pt oraz opór powietrza.
Opór toczenia można wyrazić wzorem:
Pt = f•G•g [N]
gdzie:
f - współczynnik oporu toczenia
G - ciężar pojazdu
g - przyśpieszenie ziemskie
Współczynnik oporu toczenia f zależy od czynników decydujących o odkształcaniu ogumienia, jak: ciśnienie w ogumieniu, szybkość jazdy, rodzaj nawierzchni oraz rodzaj ogumienia. Kiedyś współczynnik ten liczono według wzoru Kuehnera: 
gdzie:
f0, f1 - współczynnik oporu toczeniazależy od ciśnienia w ogumieniu, dla 2 bar możemy przyjąć, że f0 = 0,012 natomiast f1 = 0,007
V - prędkość pojazdu w km/h
n - współczynnik zależny od rodzaju podłoża, np. dla asfaltu n = 2
W książce „Samochody od A do Z” zaleca się jednak przyjąć dla samochodu osobowego jadącego po asfalcie i wyposażonego w ogumienie bezdętkowe współczynnik oporu toczenia jako 0,010, niezależnie od prędkości jazdy. Do dalszych obliczeń przyjmę stałe współczynniki podawane w książkach oraz przez producentów opon.
Obecnie każda nowa opona musi być wyposażona w etykietkę, na której podaje się tak zwaną efektywność energetyczną, która zależy właśnie od współczynnika oporu toczenia (WOT), podawaną w kg/t. Najlepsza jest klasa A (WOT < 6.5), natomiast najgorsza: G (WOT > 12.1).
Co oznacza kg/t? Jeśli koło z założoną oponą obciążymy pionowo 1000 kg, to musimy przyłożyć poziomą siłę o wartości np. 6,5 kg (dla klasy A), aby koło ruszyło.
A teraz opór toczenia – założymy pojazd osobowy o masie G = 1200 kg.
Rys. 1
Na wykresie (Rys. 1) pokazałem przeliczone opory toczenia dla różnych opon.
Jak widać, nowoczesne opony w klasie A są zdecydowanie lepsze niż te z klasy G. Do dalszych obliczeń wykorzystam właśnie parametry tych dwóch opon.
Opór powietrza
Opór powietrza jest wynikiem przezwyciężenia przez czołową powierzchnię poruszającego się pojazdu oporu powietrza. Jest on wprost proporcjonalny do powierzchni czołowej samochodu oraz do kwadratu prędkości jazdy.
Zależność tę możemy wyrazić wzorem: 
gdzie:
cx - współczynnik oporu powietrza (zależy od kształtu nadwozia). Współczynnik ten bada się doświadczalnie. Do obliczeń przyjmę cx = 0,34
A - pole powierzchni czołowej pojazdu. Przyjmuję
A = 2 m2
v - prędkość pojazdu (zakładam, że nie wieje wiatr)
ρ - gęstość powietrza - ρ = 1.226 kg/m3 (dla 15 °C i 1013 hPa) 
Rys. 2
Zobaczmy jak wygląda opór powietrza oraz opór toczenia na wykresie, w zależności od prędkości jazdy (Rys. 2).
Do dalszych obliczeń wykorzystam już tylko opór toczenia dla opon z klasy A i G oraz opór powietrza.
Rys. 3
Na wykresie (Rys. 3) pokazałem jak kształtuje się opór toczenia wraz z oporem powietrza dla opon dwóch klas A i G oraz jaka jest różnica względna pomiędzy nimi.
Postaram się wytłumaczyć to na przykładzie. Jeździmy samochodem z oponami klasy G i chcemy kupić nowe opony. Wybieramy opony klasy A, ponieważ opór toczenia mają o połowę mniejszy. Ale tak naprawdę, opór toczenia opon to tylko jeden ze składników oporów ruchu. Jeśli odniesiemy opór toczenia do innych składników oporów, znaczenie oporu toczenia zmaleje – to właśnie symbolizuje zielona linia. Wyraźmy to wzorem: 
Zastanówmy się teraz nad informacją powtarzającą się często przy opisie opon:
„Opór toczenia opon pochłania 20% paliwa spalanego przez silnik. Opona klasy A ma o połowę mniejszy współczynnik toczenia, czyli zaoszczędzimy 10% paliwa na stacji.”
Załóżmy więc, że samochód spala średnio 8 l/100 km, zatem 20% to 1,6 l/100 km, ponieważ opona w klasie A ma o połowę mniejsze opory toczenia niż klasie G, to zaoszczędzimy 0,8 l/100 km. Chyba rozumuję dobrze, bo z takimi wartościami można się właśnie spotkać w materiałach źródłowych.
Podsumowując, jeśli posiadam samochód spalający 8 l/100 km to założeniu najlepszych opon spodziewam się że spalanie spadnie o 0,8 l/100 km.
Podejdźmy teraz do problemu od strony energetycznej. To silnik napędza samochód, a sprawność silnika to powiedzmy 30%. Pozostałe 70% paliwa uchodzi do atmosfery w postaci ciepła.
Obliczmy ilość paliwa, która zostaje zamieniona na energię mechaniczną:
8 l/100 km • 0,3 = 2.4 l/100 km
Pomnóżmy zatem względną różnicę oporów ruchu
przez ilość paliwa jaką silnik zamienia na energię mechaniczną
oraz narysujmy wykres (Rys. 4).
Rys. 4
Oś pionową możemy czytać jako „ile mniej litrów na 100 km spali samochód”.
Jak widać, wyliczona teoretycznie oszczędność jest znacznie mniejsza niż oczekiwana. Przy 90 km/h zaoszczędzimy połowę tego, co się spodziewaliśmy, a przy 140 km/h już tylko jedną czwartą (0,2 l zamiast 0,8 l).
Jak Państwo pewnie zauważyli wykres zacząłem od 60 km/h. Zrobiłem to celowo, ponieważ najniższe zużycie paliwa osiągamy na najwyższym biegu, a trudno jest jechać poniżej 60 km/h na np. piątym biegu. Brak mi danych aby zobaczyć jak układa się to zużycie na niższych biegach.
Na potrzeby artykułu sam zrobiłem test samochodem. Mierzyłem ile czasu jeżdżę na piątym biegu, a ile na innych biegach. Okazało się, że na piątym biegu „spędzam” około 80% – 90% czasu jazdy samochodem. Katalogowe zużycie paliwa także podaje się często dla 90 km/h oraz czasami dla 120 km/h.
Na to jak wygląda spalanie przy prędkości poniżej 60 km/h może odpowiedzieć tylko rzeczywisty test samochodem.
Nieco dziwne jednak wydaje się jednak dla mnie to, w jaki sposób badane są opony w samochodach. Nawet jeśli dwa takie samochody z różnymi oponami jadą na odcinku 300 km w tym samym czasie to czy taki test jest wiarygodny?
Gdybyśmy mieli określić czy nasz rozmówca jest człowiekiem czy komputerem i zostalibyśmy posadzeni przed rozmówcą, czy miałby to wpływ na wynik testu? Jeśli nie widzimy z kim rozmawiamy, to szanse na to, że pomylimy człowieka z maszyną zwiększają się, szczególnie jeśli rozmawiamy w innym języku.
A jak wygląda nasza jazda, gdy jedziemy na rezerwie mając do stacji benzynowej 50 km, a jak z pełnym bakiem?
Jeśli pojazdami jadą osoby, które wiedzą, jakie opony mają założone, to czy już tylko ten fakt nie zaburza testu?
Co innego byłoby, gdyby np. w teście brało udział 10 samochodów, na dystansie 10 tys. km i nikt nie wiedziałby, jakie opony są założone w jego aucie. Dodatkowo kierowcy każdego dnia jechaliby innym samochodem.
Zakończenie
Do napisania tego artykułu sprowokowała mnie informacja podawana nagminnie, że 20% spalanego paliwa jest poświęcane na pokonanie oporów toczenia opon. Do obliczeń użyłem tych właśnie wartości, ale tak naprawdę to te 20% trzeba przemnożyć jeszcze przez sprawność silnika.
Bo sprawności się mnoży, a nie dodaje.
artykuł pochodzi z wydania 6 (69) czerwiec 2013
