Tổn thất năng lượng ở lốp do nhiệt phát sinh trong quá trình làm việc. Khi bánh lăn, bề mặt lốp biến dạng để duy trì tiếp xúc với mặt đường. Lúc rời mặt đường, chúng dần phục hồi lại. Biến dạng liên tục theo chu kỳ quay sản sinh nhiệt làm nóng lốp, một phần tiêu tán vào môi trường gây tổn thất. Các tính toán năng lượng cần thiết để biến dạng lốp được gọi là cản lăn.
Việc giảm cản không chỉ liên quan tới hoa lốp mà còn cần đến nhiều yếu tố. "Mỗi một phần tử, vật liệu trong lốp đều góp phần làm giảm cản lăn", Giám đốc R&D tại Continental Tires ông Alessandra Ferraris cho biết. Nếu các phần tử được tối ưu, thì hiện tượng trễ nhiệt và biến dạng sẽ nhỏ nhất.
 |
| Mẫu lốp tiết kiệm nhiên liệu của Continental. |
Nguyên lý làm việc
Ông Girvin từ hãng lốp Michelin giải thích: "Cao su không phải là vật liệu đàn hồi hoàn hảo, đặc tính trễ nhiệt rất đáng quang tâm. Nếu bạn cầm hai quả bóng cao su và thả lần lượt chúng từ trên cao xuống, nó sẽ nảy lên nhưng sẽ luôn thấp hơn vị trí thả. Điều đó chứng tỏ năng lượng bị tổn thất. Trường hợp khác nó gần như nằm sát đất, cơ năng bị hấp thụ và chuyển thành nhiệt".
Ông Berger của Bridgestone cho rằng diện tích hoa lốp, phần tiếp xúc trực tiếp với mặt đường là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới sự cản lăn. Nó chiếm khoảng 40 - 50% giá trị. Thành bên và lốp vỏ bọc chiếm khoảng 20 - 30%. Còn lại thuộc về phần gờ cố định với vành xe.
Thế hệ lốp tiết kiệm nhiên liệu đầu tiên có thể làm từ những vòng cao su siêu cứng. Nhưng chúng lại phát sinh một số vấn đề liên quan đến lực bám và khả năng giảm xóc. Nó tạo ra áp lực buộc các nhà sản xuất phải tạo ra các hợp chất cao su mới bằng cách bổ sung thêm chất liệu tự nhiên và tổng hợp để hạn chế sự sinh nhiệt mà không làm mất đi đặc tính lốp.
Cao su chỉ là nhân tố đầu tiên
Lốp không phải đơn giản chỉ làm từ một loại cao su. Thực tế, có tới 20 loại vật liệu cấu thành cao su làm lốp, gồm cả các vật liệu tự nhiên và tổng hợp. Trong số đó phải kể đến sợi thủy tinh, than đen (carbon black), cát nóng, dầu hướng dương (sunflower oil), tinh bột ngũ cốc chuyển hóa thành polymer, sợi carbon, kevlar... Công nghệ phân phối nhiệt linh hoạt, công nghệ nano.
 |
| Công nghệ NanoPro Technology (NPT) do Bridgestone phát triển. |
Michelin từng tiết lộ về việc sử dụng dầu hướng dương trong loại lốp Primacy MXM4. Thuộc tính quý của dầu hướng dương là khả năng lưu hóa cao su, cho phép cao su vượt qua ngưỡng cân bằng đặc tính truyền thống trong nỗ lực thiết kế loại lốp đặc tính cao phù hợp với mọi điều kiện thời tiết.
Tinh bột ngũ cốc chuyển hóa thành polymer lấp đầy bên trong loại lốp BioTRED của Goodyear. "Gia cố thêm các phần tử cao su làm giảm hiện tượng trễ nhiệt và cản lăn", giám đốc quản lý dự án và công nghệ hãng lốp Goodyear Tim Richards nói. Cát nóng giúp lốp tăng cường khả năng bám đường vào mùa đông. Sợi carbon và kevlar gia cố thêm thành bên.
Hãng Continental lại sử dụng công nghệ phân phối nhiệt linh hoạt để làm giảm cản lăn cho loại lốp DW và DWS. Bridgestone đang tìm kiếm loại dầu thơm 300 giống như dầu hướng dương. Hãng cũng song song phát triển công nghệ NanoPro Technology (NPT).
Than đen là thành phần chính trong lốp cao su. Nếu nhìn vào hợp chất cao su thông thường sẽ thấy rất nhiều liên kết giữa các phân tử than đen. Nó ngẫu nhiên và thực tế tạo ra ma sát lớn giữa các phân tử. Công nghệ NPT sẽ đính các phân tử polymer vào phân tử than đen, tạo ra không gian để các phân tử đồng nhất hoạt động nhưng không chạm vào nhau. Kết quả là giảm được nội ma sát, lực cản lăn, đồng thời cải thiện lực kéo.
Với những thay đổi lớn về mặt công nghệ, lốp tiết kiệm nhiên liệu ngày nay đã cải thiện được cả 3 chỉ tiêu làm việc quan trọng: hiệu suất cao, lâu mòn, và bám dính tốt ngay cả trong điều kiện đường ướt.
Thế Hoàng
