まさみの整備日記

あなたの車 放っておくと 大変なことになりますよ!

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タイヤに窒素ガスは本当にメリットあるの?その3


その2 http://blogs.yahoo.co.jp/porche964_rs/48402991.html 
からの続きです


疑問(1)〜(5)でお答えしましたように
(2)〜(5)は間違っているか 又は あまり関係ないといいました。

(1)では酸素より窒素の方がゴムの透過係数は少ないので 酸素透過は少なくなるからタイヤエア圧は下がり難いだろうと書きました。



では 何故 飛行機のタイヤやF1のタイヤに窒素を入れているか考えて見ましょう



飛行機は空を飛びます(当たり前ですが。。。)
上空に飛行機上がるとでは低いところではマイナス50℃〜マイナス60℃ぐらいまでに温度は下がるそうです。
一方、地上の地面は40℃〜50℃ぐらいですよね
だから飛行機の温度は50℃前後と思われている方が多いと思いますが、実は違うんですねぇ〜

飛行機が着陸するときにブレーキ熱が加わるのでタイヤの温度は150℃ぐらいまで温度は上がるそうです。

つまり上空と地上のときのタイヤの温度差は約200℃

冷間時と温間時の温度差が激しため 圧力の調整は非常にデリケートです。

では何故飛行機のタイヤに普通の圧縮空気ではなく、窒素ガスを入れるかといえば
タイヤの圧力を出来るだけ一定にしたいためなのです


空気でも窒素ガスでも 温度が上がれば圧力は上がります
(一部のデタラメなHPでは窒素ガスは温度が上がっても圧力が上がらないと書いてありますがアレは嘘です! その2に書きましたPV=nRTでも明らかです)
しかし、飛行機のタイヤは窒素ガスを使うのは 温度が上がっても圧力の上がり方が圧縮空気に比べて少ないからです。

あれ?
おかしいと思いませんか?
私が言っていること 矛盾してますよね

それは大事なことが今までに書いていなかったのですから。。。

圧縮空気は 空気をコンプレッサーで圧縮したものです
以前(その2)お話した大気(空気)の全体の約78%が窒素・約21%が酸素だけなら
温度を上げても圧縮空気 窒素ガスの圧力の差はありませんが
圧縮空気には 湿気があるのです!
そう 空気中に入っている水分のことです


ヤカンを沸騰させたところを想像してください
水が入っていないヤカンと 水(沸騰した湯)が入ったヤカン
どちらも火をつけると・・・・
そうですよね、水が入ったヤカンは蓋が水蒸気で踊ります
一方、水が入っていないヤカンの蓋は動かないはず

これは水分(水蒸気)の膨張率が非常に高いことを示しています

さて飛行機のタイヤにもどりましょう
もし圧縮空気をタイヤに入れた場合は どうしても空気中の水分が入ってしまいます。

上空と地上のタイヤ温度差は200℃以上あるので もちろん圧力は上がります(PV=nRTより)
この温度差200℃で起こったタイヤ圧力上昇!
さらに、水分(水蒸気)の膨張率が高いので温度があがればさらに圧力があがります。
つまりWパンチと言うわけです

一方、窒素ガス100%の場合は そのガスに水分は入っていませんので
温度上昇によるタイヤ圧力だけなので 圧力上昇は圧縮空気より少ないです


今まではタイヤ温度が上がった場合のみ考えてきましたが
逆も考えて見ましょう
今度は 地上でタイヤ圧を一定にした場合です
地上でちょうど良くしても
上空に上がれば 気温はマイナス50度ぐらいになります
そうなるとタイヤ圧力は 下がります
もし圧縮空気だと 水分の影響で 温度が下がったために起こる圧力効果+さらに水蒸気の圧力がなくなるので さらに下がります

もし、極端に下がった場合 タイヤ圧力がさがったためタイヤを押さえる力が弱くなり
空気が抜けやすくなります。 抜ける量が多いと着陸時 非常に危険です!

よって飛行機は窒素がガスを入れています

F1も同様です
水分による圧力変化を嫌ったのです!よって窒素ガスを入れているのです



さて、ここでお気づきの方がいると思いますが
その2の疑問(1)において 透過率が窒素ガスが少ないため 漏れにくいと書きましたが??の人もいると思います。

自分の車のタイヤに窒素ガス入れたけど 減った経験の人いると思います
その疑問も書きましょう!

確かに透過率は少ないので ゴム自体からの漏れはほとんどありませんが
実は もっと漏れる箇所があるのです!

それはタイヤとホイールの当り面です
本当はここが一番漏れるのです
圧縮空気を入れても 窒素ガスを入れても漏れます!

窒素ガスを薦めているHPなどでは一番重要なこのことを書いていません!
と言うのは
窒素ガスを薦めているHPは 商売して設けるためのHPですから
このようなマイナス面は書かないのです!



私なりの結論:

タイヤに窒素ガスを入れても コスト(1台2000円前後)に見合ったメリットは特にない
(私個人の意見です)

それより
私はタイヤに充填するのは空気で十分だと考えています。
それよりもタイヤの空気圧をきちんと管理することのほうがはるかに重要だと思います!



(注)窒素ガスを入れてもデメリットはないですので すでに入れている方は抜く必要はありません
   また窒素ガスを入れていても タイヤとホイールのあわせ面より圧力がすこしづつ抜けていきますので 窒素ガスを入れていても必ず圧力の点検は定期的にしましょう!






サーキットを走る方は タイヤに窒素ガスを入れると
(温度上昇による圧力上昇はありますが)水分による圧力上昇がほとんどなくなりますので タイヤ圧管理には圧縮空気よりも窒素ガスの方が適していると思います
(但し 窒素ガスを入れてもタイヤ温度が上がれば PV=nRTより温度上昇による圧力は上昇は必ずありますのでお待ちがいなく)
こちらも しばらくサーキット走行をしましたら必ず走行途中で何度か圧力点検を行ってください
窒素ガスを入れていても 圧力は上がるので。。。

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タイヤに窒素ガスは本当にメリットあるの?その2



まずはタイヤに窒素ガスを入れるメリットと言われているのは
・乗り心地が良くなる
・タイヤの騒音(ロードノイズ)が静かになる
・燃費がよくなる
・バーストしにくくなる
・タイヤの圧が下がらない
などです。


本当でしょうか?



地球を取り巻いている空気の層を、大気といいます。
大気は約500kmの厚さがあり、全体の約78%が窒素・約21%が酸素で、残りは二酸化炭素などで構成されています。
つまり私たちが吸っている空気には 約78%が窒素・約21%が酸素なのです。
そこを思えて置いてください。
このことは重要になってきます



疑問 (1)タイヤ圧が下がらない?

これが窒素ガス充填のいちばんのメリットとされている部分です。
バルブ周りなどに特にトラブルがなくても空気圧が自然に低下して行くことは、皆さん経験されていると思います。
「窒素ガスを充填すると空気圧が下がらない」と言われています。
本当でしょうか?

その理由として「分子のサイズが酸素より窒素の方が大きいので、ゴムの微細な穴から抜けにくい」という点が挙げられていますが、実際には分子の大きさはそれほど変わりません。

ただ、気体が膜状の物質をどれくらい通り抜けるかを示した【透過係数】というデータによると、天然ゴムでは酸素の23.4に対して窒素は9.5、ブチルゴムでは酸素の1.3に対して窒素は0.325と、明らかに窒素の方が透過率が少なくなっています。
この数値から判断すれば、空気よりも窒素ガスを充填した方がエア圧が下がりにくいことは確かです。


疑問(2)乗り心地が良くなる?
大気の成分の構成は 約78%が窒素・約21%が酸素です。それを例え100%窒素に代えたからと言って良くなるとは思えません
窒素と酸素の重さが違うので21%分の酸素分が軽くなるから?
もしそうだとと仮定して
どれだけタイヤの重さが減るのでしょうか??
私は疑問です。
そこで簡単な計算をしてみました
空気の質量(重さ)は1リットル1.2〜1.5gと言われています(気温などで変わる)
仮に今回は1リットル1.30g
そして窒素(気体)1リットルを1.25g
酸素(気体)1リットル1.43gと仮定します

205/55R16のタイヤの空気が入る容量はおよそ37.5リットル
タイヤ空気圧を2.2kg/cm2とすると

もし空気を入れた場合 タイヤに入っている空気の質量(重さ)は
37.5×2.2×1.30=107.25gになります
一方、100%窒素ガスを入れた場合のタイヤに入っている窒素の質量(重さ)は
37.5×2.2×1.25=103.125なり

その差は
107.25-103.125=4.125gになります



別の計算もしてみましょう
空気の80%が窒素・20%が酸素と仮定した場合
空気を入れた場合の タイヤに入っている空気の質量(重さ)は
37.5×2.2×1.25×80%+37.5×2.2×1.43×20%≒106.095となります。
100%窒素ガスの場合のタイヤに入っている窒素の質量(重さ)は
37.5×2.2×1.25=103.125ですから

その差は
106.095-103.125=2.97gになります


よって、窒素ガス100%と空気を入れた場合の質量(重さ)の差は3g〜4gと考えられます。
つまり、F1ならいざしらず 通常の車で3〜4グラムのことで乗り心地が変わるとは思えませんね。
いや、タイヤバランス調整でもっと大きなバランスをつけることを考慮すれば
この仮説はあっていないと私は考えます





疑問(3)タイヤの騒音(ロードノイズ)が静かになる?

窒素は、空気よりも音の伝わるスピード(伝播速度)が遅いことから、窒素ガスを充填するとロードノイズが低減すると言われています。具体的に伝播速度にどの程度の差があるのか知りませんが、それより重要なことがあります
それはロードノイズの主原因は空気の圧縮及び解放です。
つまりタイヤが回転することで
タイヤの溝にある空気が地面とタイヤの間で圧縮され それが解放するときに出る音がロードノイズの主原因なのです。

逆に言えば溝のないスリックタイヤは静かなんですねー

よって この仮説(ロードノイズが減る)も過大広告です!
たとえあったとしても 微々たるものと考えます



疑問(4)燃費がよくなる?
なんで?
私には意味が分かりません
もし 本当に良くなるとしたら すべてのメーカーはチッソガスに切り替えます
だって 燃費を上げるために 莫大な開発費をかけているのに
こんなに簡単に出来たらメーカーはすでにやっているはず

よって この仮説は私は信じません



疑問(5)バーストしにくくなる?

『連続高速走行するとタイヤは高温になると内圧が高くなり、それだけバーストの危険性が高くなります。またエア圧の低下は、バーストの危険を増します。チッソタイヤは、エアに比べ、膨張率も半分程度で、その危険性がより小さくなります』とあるHPに書いてありましたが本当でしょうか?

【理想気体の法則】PV=nRTだから 

気体の体積は、圧力に反比例し、温度に比例すると読めます
つまり 
今回 気体の体積(タイヤに入っている空気量)はホイールとタイヤでほぼ決まってしまうので(タイヤの変形を省く)
体積は一定と考えて良いと思います

PV=nRTより V(体積)が一定と仮定した場合、温度(T)が上がれば 圧力(P)も上がります。

窒素だから圧力が上がりにくい
空気だから圧力が上がりやすいとは思えません!
ましては 窒素ガスだから膨張率が半分になるはずがありません!(PV=nRTの公式を見れば明らかです)


実際にサーキットを走っている人に聞たところ
タイヤに窒素を入れいても
サーキットを数周走ればタイヤ圧は上がると言っています
2.0kg/cm2が2.3kg/cm2ぐらい簡単になる
走りこめばもっと上がると言っています

よってこの仮説も間違っていると考えます





しかし
飛行機のタイヤやF1のタイヤには何故チッソガスが入っているのでしょうか
疑問に思いませんか?

私の意見では ほとんど否定的な意見なのに。。。
おかしいですよね

その疑問にお答えします


そして本当にタイヤにチッソガスはメリットがあるかをお答えします



乞うご期待を!

その3につづく


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訂正

先ほど理想気体の法則のことをボイル・シャルルの法則と間違って書いてしまいました
お詫び申し上げます

大学 工学部出身の私がこんなことを書いてしまい恥ずかしいです(>_<;)


ちなみに
ボイル・シャルルの法則とは
理想気体の体積と圧力、温度に関係する法則で、ロバート・ボイルが発見したボイルの法則と、ジャック・シャルルが発見したシャルルの法則を組み合わせたものです。

「気体の圧力Pは体積Vに反比例し絶対温度Tに比例する」というもの。
https://blogs.yahoo.co.jp/IMG/ybi/1/45/5e/porche964_rs/folder/465279/img_465279_48402991_0


これを変形して、状態量を全て左辺に移すと、
https://blogs.yahoo.co.jp/IMG/ybi/1/45/5e/porche964_rs/folder/465279/img_465279_48402991_1

従って、この式の左辺は気体の状態に依存しない定数となる。
https://blogs.yahoo.co.jp/IMG/ybi/1/45/5e/porche964_rs/folder/465279/img_465279_48402991_2

この法則の発見により理想気体の状態方程式 PV=nRT を導くことが可能となったです。
以上 補足終わり。

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タイヤに窒素ガスは本当にメリットあるの? その1


ちまたで流行っているタイヤに窒素ガスを入れるいる方が多くなりました。
タイヤ屋さんで入れたとか某大手部品販売チェーン店で入れたとか
ガソリンスタンドで入れたとか・・・


そこで「タイヤに窒素ガスが有効かどうか」の私なりの考えを書きます


いろいろ意見もあると思いますが 
ここは私なりの考えと今まで窒素ガスが入った車を見た立場で書いています。
個人的な意見ですので お間違えのなく。


窒素ガスのことを良く知らない方に簡単に説明しますと
チッソガスとは
タイヤに圧縮空気を入れて膨らませているのですが、その圧縮空気の代わりに窒素ガスを入れると
いろんなメリットがあると言われています
大体 1本500円ぐらいが相場ですので 1台2000円+消費税と言うところが多いのではないでしょうか
大手部品チェーン店では会員になると1台 1500円ぐらいでやっているところもあります



では本題に移ります

タイヤに窒素ガスを入れるメリット・デメリット、それから本当に必要か否かを考えてみましょう

https://blogs.yahoo.co.jp/IMG/ybi/1/45/5e/porche964_rs/folder/465279/img_465279_48377938_0


まずはタイヤに窒素ガスを入れるメリットと言われているのは

・乗り心地が良くなる
・タイヤの騒音(ロードノイズ)が静かになる
・燃費がよくなる
・バーストしにくくなる
・タイヤの圧が下がらない
などです。

本当でしょうか?


つづく

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