Elastyczna transmisja

W klasycznym silniku dwusuwowym problem napędu elementów rozrządu nie istnieje. Za otwieranie i zamykanie odpowiednich kanałów odpowiada tłok (lub tłoki). Czterosuwowe jednostki napędowe są bardziej skomplikowane, z ich zaworami i wałkami rozrządu oraz elementami przekazującymi im napęd od wału korbowego.

Bo łańcuch był tani

W początkach motocyklizmu czterosuwy były wolnoobrotowymi maszynami o niewielkich mocach, dlatego konstruktorzy nie zaprzątali sobie zbytnio głowy napędem rozrządu. Wałek lub wałki rozrządu montowano w bloku jednostki napędowej, blisko wału korbowego, który przez przekładnie zębate lub łańcuchowe przekazywał im moment obrotowy.

Ale w poszukiwaniu coraz lepszej dynamiki silników, konstruktorzy musieli przenieść wałki do głowicy, by były bliżej zaworów. Takie rozwiązanie gwarantowało mniejszą bezwładność układu i zwiększały szybkobieżność silnika.

To zaleta, ale nie bez konsekwencji. Znacząco wzrosła odległość od wału głównego, więc napęd wałków rozrządu w systemie OHC lub DOHC bardzo się skomplikował. W teorii przekazanie momentu obrotowego na odległość 20 czy 30 cm to banał, lecz praktyka nastręczyła niemało problemów.

Rozwiązywano je na bardzo różnorodne sposoby. Jedni ogromnym nakładem pracy i kosztów montowali przekładnie zębate lub wałki królewskie z zębatymi przekładniami kątowymi, inni sięgnęli po znacznie tańszy i cichszy łańcuch.

Przewaga łańcucha była ewidentna, nie tylko w kosztach, ale także w prostocie konstrukcji napędu wałków rozrządu. Co prawda nie zapewniał on tak precyzyjnego sterowania zaworami, jak przekładnie zębate czy wałek królewski, ale była to jedyna wada. Po podliczeniu kosztów innych pomysłów, wielu producentów bardzo szybko się z nią pogodziło.

Łańcuch nie był jednak ostatnim słowem konstruktorów. Na początku lat sześćdziesiątych przybył mu groźny konkurent: pasek zębaty.

Słomiany zapał

Po raz pierwszy zastosowano go w silniku samochodu Glas S 1004 w 1961 r., a sam pasek przygotowała firma Continental. W motocyklach został wprowadzony nieco później. Pierwsze wzmianki o jego użyciu dotyczą wyścigowej pięćsetki Ducati z 1973 r. Włoska firma stała się wkrótce prekursorem stosowania zębatych pasków napędu rozrządu w szerokiej gamie pojazdów.

Zanim tak się stało, Honda wprowadziła w 1974 r. do seryjnej produkcji model GL 1000 Gold Wing z czterocylindrowym bokserem, którego wałki rozrządu opleciono właśnie paskami zębatymi. Zrazu wydawało się, że opanują rozrządy silników motocyklowych, tak jak zrobiły to z silnikami samochodowymi, lecz szybko okazało się, że nie budzą entuzjazmu wśród speców od jednośladów. Honda powieliła to rozwiązanie tylko w modelu ST 1100 Pan European, ale potem i tak z niego zrezygnowała.

Zwolennikami pasków stały się jeszcze austriackie firmy Rotax i KTM. Na tym wyliczanka seryjnych zastosowań w zasadzie się kończy. Dlaczego?

Tworzywo górą

Pasek zębaty ma wiele zalet. Podstawowe to mała masa i prosta budowa. Nie wymaga również smarowania, więc może pracować poza korpusem silnika, pod zwykłą, blaszaną lub plastikową osłoną. A to bardzo ułatwia ewentualną wymianę. Można mu też powierzyć napęd dodatkowych urządzeń (alternator, pompa cieczy chłodzącej), co w samochodach jest wręcz standardem.

Paski są znacznie cichsze od łańcuchów. Dobrze znoszą pracę między osiami osadzonymi w małej odległości od siebie. Poliuretanowa lub neoprenowa taśma z zębami o trapezowym lub półokrągłym zarysie bez problemu wytrzymuje mocne zgięcia. Zalet jak widać jest wiele, a co z wadami?

Tak naprawdę trudno się ich doszukać. Pewnym problemem jest ich wytwarzanie: proces technologiczny jest pracochłonny (obejmujący między innymi wulkanizowanie) i wymaga nowoczesnych materiałów. To dlatego paski nie są tanie. Na pewno nie są też tak trwałe jak koła zębate czy łańcuchy, a wymieniać trzeba je razem z rolkami prowadzącymi i napinającymi. W samochodach widać wyraźne, że w napędzie rozrządu znów odchodzi się od pasków na rzecz łańcuchów właśnie ze względu na trwałość i ograniczanie czynności obsługowych. Nowoczesne łańcuchy wytrzymują w samochodach 250-350 tys. km. Nowoczesny pasek rozrządu – 100-150 tys. km.

W motocyklach przebiegi nie są tak istotne, bowiem w bilansie rocznym są one dużo niższe. Dlatego pasek mógłby z powodzeniem zastąpić łańcuchy. Przykładem może być Honda ST 1100, w której wymiany paska dokonuje się dopiero po 150 tys. km. Nawet dla sporo jeżdżącego motocyklisty oznacza to kilka lat eksploatacji.

Przeszkodą nie są też wysokie obroty, charakterystyczne dla silników motocyklowych. Limit prędkości liniowej dla łańcuchów wynosi ok. 10 m/s, dla pasków jest czterokrotnie wyższy! Ale pewności, że pasek nie pęknie przedwcześnie jednak nie ma. Pod tym względem łańcuch jest bezkonkurencyjny.

Struktura paska może zostać zniszczona nie tylko przeciążeniami wynikającymi z jego codziennej pracy, ale również niespodziewanymi czynnikami, np. mechanicznymi, jak awaria układów napinających. To wciąż jest ważny argument dla zwolenników łańcuchów.

Rynkowe układy

Względy czysto techniczne nie przesądzają o tym, dlaczego paski zębate nie są bardziej popularne w napędzie rozrządu motocyklowych silników czterosuwowych. A co na to specjaliści zajmujący się rynkiem części motoryzacyjnych? Wskazują przede wszystkim na ścisłe powiązania japońskich wytwórni jednośladów z producentami łańcuchów (RK, EK). Ich współpraca od dziesięcioleci przynosi obu stronom wymierne korzyści.

Świetnym potwierdzeniem tej tezy może być fakt, że jest zaledwie jeden japoński motocykl z paskiem w układzie rozrządu. Na dodatek Honda Gold Wing, bo o niej mowa, ma silnik tworzony na bazie samochodowych jednostek napędowych. Gdyby nie to, być może i ten model miałby łańcuch.

Zobacz także: Honda Gold Wing GL 1500/6

Idąc dalej tym tropem łatwo zauważymy, że paski rozrządu rzeczywiście szerzej stosowane są w europejskich konstrukcjach (Ducati, Rotax, KTM).

Z podobną sytuacją mamy do czynienia w przypadku napędowych pasków zębatych. Prekursorem tego rozwiązania był amerykański Harley-Davidson, który pracował nad takim przeniesieniem napędu już w latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia, a do produkcji seryjnej wdrożył je w 1980 r.

Naśladowcy pomysłu wciąż pochodzą głównie spoza Kraju Kwitnącej Wiśni. Na 54 modele z paskiem zębatym w napędzie tylnego koła, objęte europejską ofertą w klasach motocykli powyżej 125 ccm, zaledwie siedem to konstrukcje japońskie. Są to głównie konkurenci Harleya, który całkowicie zrezygnował z łańcuchów napędowych i dla którego pasek zębaty stał się ważnym wyróżnikiem.

Napęd się zmienia

Pasek zębaty w układzie przeniesienia napędu ma podobne zalety, jak w rozrządzie: pracuje znacznie ciszej niż łańcuch, a na dodatek łagodzi szarpnięcia. Znacząco podnosi więc komfort jazdy. Na dodatek nie wymaga praktycznie obsługi. Jest czystszy w eksploatacji, bo nie trzeba go smarować. Co więcej, w tym przypadku jest także trwalszy od łańcucha, bo wytrzymuje nawet 30 – 40 tys. km.

Ma jednak i wady. Przede wszystkim jest droższy. Nie lubi również dużych prędkości w powiązaniu ze zmianą naprężenia. A takie właśnie warunki panują przy przenoszeniu napędu na tylne koło jednośladu. By uniknąć problemów, trzeba opracowywać specjalne układy zapewniające optymalne naprężenie w każdych warunkach. Dlatego na razie pasek napędowy nie znajduje uznania w motocyklach sportowych. Za sprawą firm tuningowych zaczyna trafiać już do maszyn sportowo-turystycznych, więc ekspansja trwa.

Widać to zresztą w seryjnych jednośladach. W 1985 r. pasek napędowy trafił zaledwie do niespełna 3% produkowanych seryjnie motocykli o pojemności powyżej 125 ccm. W 1995 r. było ich ponad 7%, a po kolejnych 10 latach już 15%. Dzisiaj ten wskaźnik przekroczył 20%,  co świadczy o coraz większej popularności tego rozwiązania. Do zdetronizowania łańcuchów wciąż jest jednak jeszcze daleko.

Zobacz także:

Bezpieczeństwo na dwóch kołach

Strażnicy ciszy, czyli układy wydechowe