Jak to działa? Przyglądamy się sprzęgłom motocyklowym

Element, który pozwala zatrzymać transmisję momentu obrotowego z silnika i ponownie ją wznowić, towarzyszy motocyklom od ich narodzin. Gdyby nie było możliwości rozłączania układu napędowego za silnikiem, to każde włączenie biegu powodowałoby natychmiastowe ruszenie motocykla z miejsca. Przy słabszym silniku taka sytuacja zapewne często skutkowałaby zatrzymaniem pracy jednostki napędowej. Mocniejszy silnik mógłby zaś „pociągnąć” jednoślad w sposób trudny do kontrolowania przez kierowcę.

Wielopłytkowy standard

Początkowo były to mechanizmy bardzo prymitywne, ale szybko odeszły w zapomnienie. Już w latach dwudziestych XX w. zaczęto stosować sprzęgła wielopłytkowe o niewielkich gabarytach, idealne dla motocykli. Szybko zdominowały one rynek i do dzisiaj niepodzielnie panują w wersji „mokrej”, czyli takiej, gdzie sprzęgło pracuje w kąpieli olejowej. W kilku konstrukcjach wciąż stosuje się jednotarczowe sprzęgła suche, doskonale sprawdzające się w niektórych układach napędowych.

Zasadnicza konstrukcja sprzęgieł płytkowych nie zmieniła się przez blisko wiek. Tyle tylko, że dawniej płytki często pracowały „na sucho”. Z upływem lat i sukcesywnym podnoszeniem dynamiki silników standardem stały wielopłytkowe sprzęgła w kąpieli olejowej. Mimo niewielkiej średnicy, mogą one przenosić duże momenty obrotowe, bowiem środek smarny zapobiega spaleniu tarcz w fazie poślizgu, która pojawia się głównie przy sprzęganiu napędu.

Działanie takiego sprzęgła polega na tym, że kilka płytek o pierścieniowym kształcie, mimo małej średnicy, tworzy w sumie powierzchnię niezbędną do przeniesienia momentu napędowego z silnika do skrzyni biegów. Mocne, współczesne silniki mają sprzęgła z dziesięcioma płytkami. Przy silnikach o niższych mocach liczba płytek może być mniejsza.

Linka czy hydraulika?

Wielopłytkowe sprzęgła suche wciąż jeszcze są stosowane, zwłaszcza w motocyklach wyczynowych albo w seryjnych jednośladach o zdecydowanie sportowym charakterze. Taki element działa jednak mniej płynnie i wymaga zastosowania bardziej wytrzymałych, a więc droższych materiałów. Suche sprzęgła montowano również do niedawna w motocyklach znanych z wzdłużnego ustawienia silnika (BMW z silnikami typu bokser, Moto Guzzi), ale mają one konstrukcję tarczową i znacznie większą średnicę niż sprzęgła wielopłytkowe.

Mieć sprzęgło to jedno, a włączać je i wyłączać – to drugie. Można to robić zwykłą linką zwaną cięgłem Bowdena i układem dźwigni przy sprzęgle. Takie rozwiązanie jest tanie i lekkie, ale wymaga użycia większej siły na obsługiwanej przez kierowcę „klamce” przy kierownicy. Wszystko przez to, że dźwignia przy sprzęgle nie może być zbyt długa i wytworzony przez nią moment wspomagający dłoń kierowcy ma niewielką wartość.

Zupełnie inaczej jest w układach hydraulicznych. „Klamkę” można obsługiwać „jednym palcem”. To bardzo komfortowe rozwiązanie, lecz skomplikowane, droższe i cięższe.

Bezpieczniej w napędzie

Trzeba jeszcze wspomnieć o sprzęgłach odśrodkowych, hydraulicznych i mechanicznych, stosowanych przy przekładniach bezstopniowych. Ich rolą jest tylko umożliwienie ruszania i zatrzymania się przy pracującym silniku. Nie rozłączają napędu podczas jazdy, stale przenosząc moment obrotowy z silnika. W takich przekładniach rozłączanie napędu podczas jazdy nie jest potrzebne, bowiem nie opierają się na współpracujących parach kół zębatych. Napęd przenosi bowiem pasek, łączący dwa koła pasowe o zmiennej średnicy.

Wydawałoby się, że w elemencie takim jak sprzęgło wielopłytkowe trudno cokolwiek usprawnić. W istocie przez kilkadziesiąt lat zmiany konstrukcyjne sprowadzały się do różnicowania średnic, liczby płytek ciernych czy materiałów, z których są wykonywane. Gdy w grę coraz powszechniej zaczęły wchodzić względy bezpieczeństwa, zorientowano się, że sprzęgło może zapobiegać bardzo niebezpiecznym sytuacjom, powstającym podczas jazdy motocyklem.

Na czym polega antyhopping?

Ze względu na niską masę jednośladu i zjawisko odciążania tyłu pojazdu podczas redukowania biegów, łatwo można zablokować w nim tylne koło. Pojawia się bowiem zjawisko zwane „hoppingiem”. Polega ono na tym, że koło napędzane zatrzymuje się i ponownie zaczyna obracać, odbijając się od nawierzchni i przesuwając w sposób niekontrolowany. Częstotliwość tych odbić może sięgać nawet 15 razy na sekundę! Sprzęgło, które zapobiegało temu niebezpiecznemu efektowi, zastosowano po raz pierwszy na początku lat osiemdziesiątych w Hondach. Jednak zainteresowanie tym wynalazkiem przez ponad dekadę było znikome. Dopiero w latach dziewięćdziesiątych, gdy wykształciła się pewna moda na bezpieczeństwo, sprzęgła typu „anti-hopping” zyskały naśladowców.

Zasada ich działania jest bardzo prosta i w wielkim skrócie polega na podzieleniu piasty sprzęgła na dwie części. Elementami pośrednimi mogą być specjalne kształtki, kulki w ukośnych prowadnicach albo prowadnica śrubowa. Dopóki moment obrotowy od strony silnika jest większy, wszystko działa tak, jakby piasta sprzęgła była jednolitym elementem. Lecz jeśli tylne koło zaczyna być blokowane i stawia opór, pokonując moment obrotowy z silnika, wówczas piasta sprzęgła rozdziela się na dwie części i działa jak „wolne koło”. Albo jeden z segmentów zaczyna obracać się swobodnie względem drugiego, albo jeden z segmentów odsuwa się, luzując jednocześnie tarcze sprzęgła. Tylne koło zyskuje możliwość swobodnego obracania się. Jeszcze inne rozwiązanie wykorzystuje podciśnienie, które powstaje w układzie dolotowym podczas zamykania przepustnicy. Dodatkowa instalacja i specjalna pokrywa sprzęgła z membraną pozwalają na szybką reakcję w układzie napędowym. Gwałtowne cofnięcie manetki „gazu” oznacza automatyczne rozsunięcie tarcz sprzęgła i rozłączenie napędu.

Bezpieczne sprzęgła montowane są coraz częściej. Stosuje je kilkunastu wytwórców motocykli. Z pewnością nie staną się czymś powszechnym, bo potrzebują ich głównie motocykle o sportowym zacięciu i wysokiej dynamice silnika. Na rynku są również firmy akcesoryjne, które proponują sprzęgła typu „anti-hopping” do różnych modeli motocykli.

Siła dwóch sprzęgieł

Honda ma spory wkład w nowatorskie konstrukcje sprzęgieł. Za jej sprawą ten element układu napędowego kolejny raz zmienił swoje oblicze i zyskał nowe funkcje. Honda zaproponowała bowiem zautomatyzowaną, dwusprzęgłową skrzynię biegów na wzór przekładni samochodowych. Zamontowane w niej współosiowo dwa sprzęgła są uruchamiane automatycznie przy zmianie przełożeń. Pracują we wspólnej obudowie w kąpieli olejowej i pozornie stanowią jeden mechanizm. Są to jednak niezależne podzespoły, zamontowane na dwóch oddzielnych, współosiowych wałkach (jeden w drugim).

 

Każde ze sprzęgieł ma własny, niezależny układ sterujący i odpowiada za przełączanie innego zestawu przełożeń. Gdy sprzęgło numer 1 obsługuje biegi 1, 3 i 5, to sprzęgło numer 2 nadzoruje włączanie biegów 2, 4 i 6. Dzięki temu możliwa jest preselekcja przełożeń, czyli przygotowanie do włączenia biegu, który prawdopodobnie będzie potrzebny w następnej kolejności. Wymaga to oczywiście odpowiedniego oprogramowania, które pomaga przekładni „wyczuwać” intencje kierowcy dzięki informacjom o parametrach silnika, skrzyni biegów i ruchu motocykla.

A może bez sprzęgła?

Sprzęgło jest w motocyklach niezbędnym elementem układu przeniesienia napędu. Jego konstrukcja może być różna, ale podstawowa funkcja zawsze jest ta sama – rozłączanie układu napędowego w taki sposób, by moment obrotowy z silnika nie był przekazywany do skrzyni biegów. Potrzebne jest przede wszystkim do płynnego ruszania, co jest możliwe dzięki ponownemu sprzęganiu napędu w odpowiednim tempie.

Rozłączanie napędu sprzęgłem przed skrzynią biegów potrzebne jest także podczas zmiany biegów, by koła zębate przekładni zazębiały się bez zgrzytów i szarpnięć. To ważne dla komfortu jazdy i trwałości skrzyni biegów, ale ta funkcja bywa pomijana, zwłaszcza podczas ostrej, sportowej jazdy. Motocyklowe skrzynie biegów, oparte z reguły na kołach z prostymi zębami i pozbawione synchronizatorów, pozwalają zmieniać biegi bez użycia sprzęgła kosztem komfortu oraz szybszego zużycia (tychże kół zębatych i sprzęgieł kłowych).

Konstruktorzy BMW w modelu K 1300 S ucywilizowali jednak ten proces, angażując elektronikę. Kiedy kierowca dotyka dźwigni zmiany biegów, by zmienić przełożenie, sterownik silnika otrzymuje informację z czujnika i na kilkadziesiąt milisekund opóźnia punkt zapłonu. Moment obrotowy z silnika zostaje na chwilę zmniejszony, koła zębate mogą się płynniej zazębić. System działa jednak wyłącznie przy zmianie przełożeń w górę.

Z kolei w jednym z modeli Yamahy montowane jest sprzęgło automatyczne. Kierowca zmienia jedynie biegi, a za rozłączanie i sprzęganie napędu odpowiedzialne są siłowniki. Również sprzęgła w przekładniach DCT, montowanych już w pięciu modelach Hondy, działają bez ingerencji kierowcy.

Sprzęgło w roli swoistego strażnika układu napędowego jest niezastąpione, choć kierowca czasem nie musi nawet wiedzieć o jego obecności.