Wszystko, co chcecie wiedzieć: opony motocyklowe

Technologiczna mozaika

Te zadania wiążą się z przenoszeniem ogromnych sił we wszystkich kierunkach, na powierzchni zaledwie kilkudziesięciu centymetrów kwadratowych, na których opona styka się z nawierzchnią. Do tego dochodzą zmieniające się warunki atmosferyczne, różnorodne nawierzchnie i temperament kierowcy. Liczba zmiennych, jakie trzeba wziąć pod uwagę przy projektowaniu opony motocyklowej, przyprawia o zawrót głowy. Lecz inżynierowie nie poddają się. Chodzi nie tylko o komfort czy ekonomikę jazdy, ale o zdrowie i życie motocyklisty.

Dla przeciętnego człowieka opona to tylko odpowiednio ukształtowany kawałek gumy, który założony na obręcz stanowi koło jezdne. Tak prosto może to wyglądać z zewnątrz, lecz w istocie opona to rozmaite elementy, takie jak odpowiednio ułożone warstwy oplotu czy różne materiały – stal, nylon, sztuczny jedwab, kevlar oraz guma złożona z naturalnego i syntetycznego kauczuku, sadzy, plastyfikatorów, żywic, dodatków zapobiegających starzeniu, krzemionki i polimerów.

Sama liczba komponentów jest imponująca, a przecież trzeba je połączyć w odpowiednich proporcjach, tworząc skomplikowaną układankę, dostosowaną do rodzaju jednośladu i konkretnych warunków drogowych, w jakich ma służyć. To najtrudniejsze zadanie wymaga ogromnej wiedzy od projektantów oraz praktycznego sprawdzenia w centrach badawczych, a potem w realnych warunkach drogowych.

Fot. materiały prasowe

Fot. materiały prasowe

Kształt i głębokość bieżnika to efekt komputerowych symulacji i testów drogowych. W oponach przednich, zazwyczaj sporo węższych od tylnych ze względu na ułatwienie kierowalności, rowki bieżnika są nieco węższe. Krzywizny rowka przełamują fale dźwiękowe podczas toczenia i redukują hałas.

Teoria nie poparta drogowymi testami na niewiele się zda. Zachowań sprężystego pierścienia o średnicy 15, 17 czy 19 cali nie da się do końca wyliczyć i zasymulować na komputerze, choć oczywiście komputer jest ważnym narzędziem w tworzeniu nowoczesnego ogumienia. Przykładem może być program 3D CTDM (3D Comprehensive Tire Design Method), umożliwiający prowadzenie dynamicznych, trójwymiarowych symulacji i analiz zachowań opon, a także znalezienie optymalnych rozwiązań dla kształtu opony i rzeźby bieżnika.

Podstawowy, choć już nieco przebrzmiały podział opon, wyróżnia dętkowe i bezdętkowe. Obecnie opony dętkowe to rzadkość. Montuje się je tylko w jednośladach najniższych klas albo w motocyklach spod znaku wielkiej turystyki. Miłośnicy wypraw po bezdrożach cenią dętkowe konstrukcje, bowiem pozwalają one kontynuować jazdę nawet po niewielkim pęknięciu opony. Generalnie jednak koła dętkowe są bardziej kłopotliwe i mniej bezpieczne, bowiem praktycznie każde przebicie opony kończy się całkowitą i niemal natychmiastową utratą ciśnienia.

Fot. materiały prasowe

Fot. materiały prasowe

Przy opracowywaniu profilu bieżnika konstruktorom zależy między innymi na poprawie manewrowania liniowego oraz zredukowaniu efektu odkształcania się opony. Opony tylne są zazwyczaj dużo szersze od przednich, przenoszą bowiem większe obciążenia i zapewniają większą powierzchnię styku z jezdnią dla lepszej przyczepności.

W kołach bezdętkowych opona szczelnie przylega do obręczy, a zawór do pompowania zamontowany jest w obręczy. Powietrze wtłacza się bezpośrednio w przestrzeń między oponą a obręczą. Opony bezdętkowe są droższe, bowiem mają precyzyjniej wykonane powierzchnie przylegające do obręczy. Wymagają też uwagi przy montażu i demontażu, by nie zniszczyć gładkich przylgni. Są za to dużo bezpieczniejsze. Cokolwiek wbije się w oponę, zazwyczaj pozostaje w niej, dzięki czemu ciśnienie nie zmniejsza się gwałtownie.

Podział ze względu na zastosowanie do różnych typów motocykli obejmuje opony do skuterów, terenowe, do terenów twardych, średnich lub miękkich, terenowe typu enduro, szosowe i szosowo-terenowe do pojazdów lekkich, do motocykli klasycznych i turystycznych, sportowo-turystyczne, szosowo-wyścigowe, wyścigowe, wyścigowe na nawierzchnię mokrą i wyścigowe typu „slick”. Gama produktów jest bardzo szeroka, a najbardziej zaawansowane technologie znajdziemy w większości segmentów.

Oponiarskie priorytety

Każda kategoria ogumienia ma unikalne cechy, odpowiadające warunkom eksploatacji klasy motocykli, do której jest przeznaczona. Opony do skuterów i małych motocykli projektowane są taki, by zapewnić komfortową jazdę w mieście, stabilność podczas skręcania oraz dużą żywotność. W oponach do terenów miękkich najbardziej liczy się możliwość szybkiej jazdy po błocie i piasku. Stosuje się w nich jednokierunkowe bieżniki, zapewniające nie tylko maksymalną przyczepność na grząskim podłożu, ale również stabilność podczas mocnego hamowania, niezawodne wyczucie kontaktu z podłożem w wychyleniach podczas pokonywania zakrętów. Takie opony dobrze niwelują też brak przyczepności w koleinach.

Ogumienie do terenów średnich zapewnia lepszą przyczepność na twardszych gruntach i pełną kontrolę motocykla w zakrętach, aż do pełnego wychylenia. Umożliwia też dobrą kontrolę uślizgów koła na wyjściach z zakrętów, dzięki czemu można w pełni wykorzystać dynamikę silnika przy przyśpieszaniu. W oponach do terenów twardych priorytetem jest dobre tłumienie wstrząsów i optymalna sztywność bloków bieżnika. Opony typu enduro muszą zapewniać maksymalną przyczepność na twardym i miękkim gruncie, w każdych warunkach pogodowych.

W oponach do lekkich jednośladów najbardziej liczy się komfort jazdy i duża żywotność. W tej grupie istnieje duże zapotrzebowanie na ogumienie do motocykli jeżdżących po mieście, a także poza nim, zarówno po utwardzonych, jak i nieutwardzonych drogach. Tego typu opony muszą zapewniać idealną równowagę między przyczepnością na szosie i w terenie. Zwraca się w nich uwagę na harmonijne współdziałanie bieżnika, kształtu opony i mieszanki gumowej, co pozwala zachować dobrą przyczepność na mokrej nawierzchni, nawet przy przejeżdżaniu pasów namalowanych na jezdni czy pokryw włazów kanalizacyjnych.

Fot. materiały prasowe

Fot. materiały prasowe

W oponach przeznaczonych do motocykli turystycznych i klasycznych (custom, cruiser) priorytetem jest nie tylko duża żywotność i uniwersalność mieszanki, pozwalająca na bezpieczną jazdę w każdych warunkach pogodowych, ale również estetyka. Kategoria opon sportowo-turystycznych wymaga od konstruktorów zachowania niezwykłej równowagi różnorodnych cech. Z jednej strony ważna jest w nich duża żywotność, z drugiej zaś znakomita przyczepność, pozwalająca wykorzystać w pełni dynamikę motocykla zarówno w sportowej, jak i turystycznej jeździe na suchych i mokrych nawierzchniach.

Fot. materiały prasowe

Fot. materiały prasowe

Opony sportowe to najbardziej wyrafinowane produkty, do których najszerzej wprowadza się nowoczesne technologie. Wersje przeznaczone na tor i na szosę, komponuje się z różnych mieszanek, by dynamikę motocykla można było wykorzystać w różnych warunkach drogowych. W oponach typowo sportowych żywotność nie jest tak ważna, jak przyczepność w każdym położeniu motocykla, także przy maksymalnych przechyłach bocznych oraz zachowanie optymalnych własności mieszanki w szerokim zakresie temperatur i szybkie nagrzewanie w każdych warunkach pogodowych. Oczywiście, istotne są w nich również takie cechy, jak wyczucie kontaktu z podłożem, reakcji zwrotnej oraz zapewnienie stabilności jazdy w każdym położeniu jednośladu.

Na koniec warto wspomnieć o oponach zimowych, które dostępne są na rynku od kilku lat. Produkują je nieliczni wytwórcy, głównie z przeznaczeniem do skuterów i małych motocykli.

Technologiczny przekładaniec

Różnice wewnętrznej konstrukcji opon wynikają przede wszystkim z układu osnowy, zwanej też kordem. W oponie diagonalnej warstwy osnowy ułożone są ukośnie, pod kątem mniejszym niż kąt prosty w stosunku do osi wzdłużnej bieżnika. To opona prosta w budowie i trwała, ale przy wysokich prędkościach mocno się grzeje i traci stabilność. Najczęściej stosowana jest w motocyklach terenowych i klasycznych. Opona diagonalna może mieć opasanie dodatkową warstwą kordu, tuż pod bieżnikiem, co zmniejsza ewentualne odkształcenia i zapobiega zbyt mocnemu nagrzewaniu, a w efekcie zapewnia większą stabilność.

Opona radialna (grafika powyżej) ma osnowę ułożoną pod kątem prostym w stosunku do osi wzdłużnej bieżnika. Takie poprzeczne ułożenie kordu oraz dodatkowe opasanie do minimum zmniejszają tarcie wewnętrzne, a więc i temperaturę. Opona radialna jest najbardziej odporna na zniekształcenia wywołane siłą odśrodkową, rosnącą wraz ze wzrostem prędkości. To właśnie opony radialne montuje się w najszybszych motocyklach.

Jednym z ciekawszych pomysłów jest monospiralne opasanie opony pod kątem 0 stopni (równolegle do osi wzdłużnej bieżnika) przy wykorzystaniu drutu stalowego albo włókien kevlaru. Likwidacja nakładających się na siebie opasań i łączeń zmniejsza masę opony, eliminuje wibracje, zapewnia większą stabilność w zakrętach i zwiększa pewność zachowań opony przy dużych prędkościach. Niektórzy producenci stosują w tego typu opasaniu stalową linkę, w której każdy z pięciu drutów jest dokładnie izolowany gumą (pionierskie rozwiązanie Bridgestone). To pozwala dodatkowo zredukować wytwarzanie ciepła wewnątrz opony i zwiększyć jej stabilność bez szkody dla skutecznego absorbowania wibracji.

Świat Motocykli

Świat Motocykli

Niezwykle ciekawa jest również technologia trzech lub nawet pięciu różnych mieszanek, czyli różnicowanie cech bieżnika w różnych jego sektorach. W centralnej części bieżnik ma twardszą mieszankę, zapewniającą maksymalną stabilność i dużą żywotność opony. W bocznych strefach bardziej miękka mieszanka daje lepszą przyczepność podczas jazdy w przechyłach. W układach pięciostrefowych na bocznych krawędziach bieżnika umieszcza się taki rodzaj mieszanki, który daje najlepsze wyczucie nawierzchni przy maksymalnych przechyłach jednośladu.

Świat Motocykli

Świat Motocykli

Najnowsze zdobycze oponiarskiej technologii to polimery – rodzaj tworzyw sztucznych wprowadzanych do mieszanki gumowej. Optymalizują dystrybucję krzemionki w mieszance gumowej i poprawiają elastyczność bieżnika. Opona lepiej przystosowuje się do zmian warunków drogowych. Kontakt z nawierzchnią jest dobry zarówno gdy jest ciepło, jak i przy zimnej pogodzie. Nie odczuwa się drastycznych zmian przy przejściach z nawierzchni suchej na mokrą.

Czy wprowadzenie polimerów do ogumienia przybliża nas do opon wykonanych całkowicie z tworzywa sztucznego? Być może, ale na razie jest to bardzo mało prawdopodobne. Choćby z uwagi na koszty.

Próby tworzenia plastikowych opon podjęto już w latach siedemdziesiątych XX wieku, ale do dzisiaj nie osiągnięto sukcesu na masową skalę. W najbliższej przyszłości czeka nas raczej doskonalenie mieszanek gumowych pod kątem optymalizacji przyczepności i stabilności ogumienia. Jego przyszłość niełatwo przewidzieć, bo w tej dziedzinie motoryzacji postęp dokonuje się w wyjątkowo głębokiej tajemnicy.

Tekst: Dariusz Dobosz na podst. materiałów Bridgestone, Dunlop | Zdjęcia: Bridgestone, Dunlop

Publikacja Świat Motocykli 2/2014.