Sprzęgło – moment pod kontrolą

Silnik i skrzynia biegów to dwa odrębne mechanizmy, które nie mogą być ze sobą stale połączone. Gdyby taka sytuacja miała miejsce, zmiana przełożeń byłaby znacznie utrudniona, a napęd byłby nieustannie przekazywany na tylne koło, czego chyba nikt by sobie nie życzył. Dlatego między tymi elementami potrzebny jest mechanizm umożliwiający ich łączenie i rozłączanie. Jest nim oczywiście sprzęgło cierne. 

Perfekcyjne zgranie

Pierwsze sprzęgła motocyklowe nie miały wiele wspólnego ze stosowanymi obecnie. Przybierały różne formy np. napinaczy pasków, ale gdy w latach 20. ubiegłego wieku silniki jednośladów zaczęły rozwijać jakkolwiek przyzwoite osiągi, standardem zaczęło się stawać sprzęgło wielopłytkowe, królujące zresztą do dziś. Jego głównymi elementami są dwa kosze sprzęgłowe. Pierwszy, zwany także piastą sprzęgła, zamontowany jest na wieloklinie wałka skrzyni biegów. Kosz zewnętrzny jest również nałożony na ten wałek, ale na łożysku. Napędzany jest natomiast przez wał korbowy – za pośrednictwem samych zębatek lub z udziałem łańcucha.

Antyhopping zachowuje w większości konwencjonalną formę. Różnica tkwi w możliwości samoczynnego rozłączenia, tutaj akurat za pośrednictwem klina

Każdy z tych koszy jest wyposażony w komplet tarcz. W przypadku piasty są to metalowe przekładki, zaś w koszu zewnętrznym umieszczone są tarcze cierne. By możliwe było ruszenie i dalsza jazda, tarcze cierne muszą „spiąć się” z metalowymi przekładkami, tak by napęd z wału korbowego mógł być przeniesiony na piastę, a co za tym idzie, na wałek skrzyni biegów. W momencie rozłączenia napędu, np. gdy klamka sprzęgła jest wciśnięta, popychacz sprzęgła odsuwa od siebie tarcze cierne i przekładki. A właściwie to odsuwa wyposażony w sprężyny talerz dociskowy.

Od korka po kevlar

Konstrukcja wielopłytkowa od ponad 100 lat nie ma poważnego konkurenta i nie ma w tym nic dziwnego. Takie sprzęgło potrafi bardzo skutecznie przenosić duży moment obrotowy, a przy tym, w przeciwieństwie do jednotarczowego sprzęgła samochodowego, jest małe i lekkie. Przez te wszystkie lata zasada jego działania nie zmieniła się znacząco, ale materiały już tak, co pozwoliło zgubić trochę masy wirującej, czyli tej mocno odczuwalnej. Najistotniejszy był jednak rozwój materiałów używanych w tarczach ciernych. Początkowo był to po prostu korek, który wystarczał, gdy silniki nie były ani mocne, ani wysokoobrotowe. Wraz ze wzrostem osiągów korek nie był już w stanie utrzymać odpowiedniej przyczepności i pojawiały się uślizgi sprzęgła. Problemem była także niewielka wytrzymałość takich tarcz.

Pierwsze sprzęgła motocyklowe nie miały zbyt wiele wspólnego ze współczesnymi. Czasami były to np. zwykłe napinacze pasków

Dlatego dziś stosuje się tarcze z powierzchnią cierną wykonaną z kompozytów z włóknem szklanym bądź kevlarem. Te ostatnie spotkamy najczęściej w silnikach o wysokich osiągach, gdzie potrzebna jest duża wytrzymałość i pewne, błyskawiczne przeniesienie napędu. Ciekawostką są niektóre sprzęgła stosowane w motocyklach żużlowych. Tam powierzchnia cierna wykonywana jest z twardego i przyczepnego tworzywa, bardzo przypominającego gumę. Takie tarcze wyjątkowo szybko „sklejają się” z przekładkami i przenoszą napęd bez najdrobniejszego uślizgu, co w żużlu ma kolosalne znaczenie. To rozwiązanie nie jest jednak odporne na długotrwałą eksploatację, szczególnie w wysokich temperaturach, więc w innym użytkowaniu kompletnie by się nie sprawdziło.

Dociskać, ale bez przesady

O tym, czy sprzęgło będzie działać precyzyjnie i bez uślizgów, decydują także sprężyny i docisk, które po cofnięciu popychacza dociskają tarcze i przekładki do siebie. W teorii im sprężyny są sztywniejsze, tym mocniejszy jest docisk i większa przyczepność. Z drugiej jednak strony, bardzo twarde sprężyny będą stawiały zbyt duży opór, przez co operowanie sprzęgłem będzie sporym wyzwaniem dla lewej dłoni, zwłaszcza jeśli obsługiwane jest ono za pomocą linki. 

Jednotarczowe suche sprzęgło ma wiele zalet, ale jest zbyt duże do poprzecznych silników

Gdy pojawia się konieczność użycia sprężyn o wysokiej twardości, warto zrezygnować z linki na rzecz hydrauliki. Dzięki temu praca dźwigni jest znacznie lżejsza, a kontrola nad sprzęgłem znacznie bardziej precyzyjna. Takie sterowanie oparte jest na pompie hydraulicznej, konstrukcyjnie identycznej jak hamulcowa, oraz na wysprzęgliku zamontowanym przy popychaczu. Podnosi to co prawda poziom skomplikowania konstrukcji, a co za tym idzie – cenę, ale w modelach wyższej klasy czy maszynach wyczynowych jest to koszt wart poniesienia. W przypadku crossówek, enduro i triali, gdzie praca sprzęgłem jest niemalże nieustanna, hydraulika jest już właściwie standardem, właśnie ze względu na lekkie i precyzyjne działanie.

Ciekawe rozwiązanie na zmniejszenie zmęczenia lewej dłoni opracował KTM. Początkowo w MX/enduro, a dziś już w niemal każdym swoim modelu zrezygnował z tradycyjnych sprężyn śrubowych na rzecz jednej sprężyny talerzowej. Dzięki takiemu zabiegowi docisk rozkłada się bardziej równomiernie, a obsługa sprzęgła jest znacznie łatwiejsza i precyzyjniejsza. Co ciekawe, w niektórych wariantach można regulować napięcie sprężyny, a tym samym charakterystykę sprzęgła, np. by pracowało nieco wolniej i lżej, co jest przydatne na bardzo śliskich i technicznych odcinkach enduro.

Na sucho i w kąpieli

Nie licząc kilku drobiazgów, konstrukcja sprzęgła wielopłytkowego jest pozornie zawsze taka sama. Można przy tym wyróżnić dwa jego gatunki, różniące się warunkami, w jakich pracują. Mowa o odmianie suchej lub mokrej. To pierwsze, jak sama nazwa wskazuje, pracuje na sucho, bez żadnej cieczy smarującej czy chłodzącej. Takie sprzęgło sprawdza się głównie w konstrukcjach wyścigowych, gdzie moment obrotowy jest potężny i przekazywany w brutalny sposób, ale przez dość krótki czas.

Pracujące sprzęgło powoduje szarpnięcia, dlatego stosowane są tłumiki, np. sprężyny

Suche sprzęgła w takich warunkach odnajdują się wyśmienicie, ze względu na natychmiastowo osiąganą przyczepność między tarczami i przekładkami. W maszynach drogowych spotyka się je niezwykle rzadko, dziś już w zasadzie nie stosuje ich żaden producent, poza Moto Guzzi. Kiedyś jednak były wizytówką Ducati, co było słychać już z daleka. Sprzęgło suche wydaje bowiem charakterystyczne, grzechoczące dźwięki, naturalne dla pracy takiego mechanizmu. Do tego operowanie nim w ruchu miejskim nie należy do precyzyjnych i lekkich. Nie dość, że pracuje twardo, to jeszcze kultura jego działania jest dosyć niska. 

Wystarczy lekkie skrzywienie tarczy lub kosza, by móc zapomnieć o sprawnym sprzęgle

Zdecydowanie łatwiej żyje się ze sprzęgłem mokrym, które pracuje w kąpieli olejowej, wspólnej ze skrzynią biegów. Dzięki stałemu smarowaniu, jego praca jest nie tylko dużo lżejsza, ale i cichsza. Olej po prostu wycisza dźwięki wydawane przez kosz sprzęgłowy, sprężyny czy ocierające się przekładki i tarcze. Do zalet należy jeszcze zaliczyć większą trwałość takiego wariantu i odporność na przegrzanie, ze względu na stałe chłodzenie i smarowanie. Przy tym wszystkim nowoczesne mokre sprzęgło wysokiej klasy, w każdym silniku, który nie pochodzi z MotoGP, doskonale radzi sobie z płynnym i błyskawicznym przeniesieniem napędu. Do tego praca w oleju wcale nie komplikuje konstrukcji, bowiem wystarczą kanały w koszach, przez które będzie przepływać olej. Nie dziwne zatem, że suche sprzęgła zniknęły już z nowych motocykli.

Front jednotarczowców

Przez wiele lat z nurtem wielopłytkowych sprzęgieł nie płynęły dwie marki – BMW i Moto Guzzi. Obowiązkowym wyposażeniem bokserów i wzdłużnych silników V2 było jednotarczowe suche sprzęgło, na wzór samochodowego. Ze względu na wagę i duże wymiary, przy relatywnie gorszej sprawności niż wielopłytkowe rozwiązania, BMW odeszło w końcu od jednej tarczy. Dziś stosuje je jedynie Moto Guzzi. A jeśli już o odstępstwach od reguły mówimy, to spotkamy je również w skuterach. Tam, ze względu na obecność przekładni bezstopniowej, stosuje się sprzęgło odśrodkowe. Ma ono formę ramion z powierzchniami ciernymi zamocowanych na sprężynach o określonej twardości. Po przekroczeniu konkretnych obrotów, dzięki sile odśrodkowej, są one dociskane do tzw. dzwonu, dzięki czemu możliwe jest przeniesienie napędu.

Sprężyna talerzowa ułatwia operowanie sprzęgłem, zapewnia równomierny docisk i pozwala
na regulację charakterystyki sprzęgła. Do tego taki zestaw słynie z bardzo wysokiej wytrzymałości

Za to odstępstwem od reguły zdecydowanie nie jest ostatnia nowinka sprzęgłowa, czyli antyhopping. Jest to rozwiązanie znacząco podnoszące bezpieczeństwo, a jednocześnie pozwalające (w sporcie) na znacznie skuteczniejszą kontrolę nad motocyklem. Dzięki niemu, podczas gwałtownej redukcji biegów i szybkiego wzrostu obrotów, tylne koło nie blokuje się i nie podskakuje. A to podskakiwanie bywa naprawdę groźne, zwłaszcza że może osiągnąć częstotliwość nawet i 15 razy na sekundę. W takiej sytuacji moment obrotowy od strony koła jest wyższy niż od strony silnika, stąd właśnie blokowanie koła.

Gdy motocykl wyposażony jest w antyhopping, w momencie wystąpienia takiej sytuacji sprzęgło od razu jest rozłączane. Jest to możliwe dzięki podzieleniu piasty sprzęgła na dwie części, między którymi umieszcza się elementy sterujące np. prowadnice. Dzięki nim, w sytuacji kryzysowej, piasta rozdziela się i sprzęgło działa jak wolne koło w rowerze lub po prostu oba elementy pracują niezależnie od siebie. Kiedyś to rozwiązanie stosowano jedynie jako element tuningowy bądź w nielicznych motocyklach sportowych. Dziś znaleźć je można w wielu nowych modelach, czasem nawet klasy 125. 

Na chwilę obecną to właśnie antyhopping jest sprzęgłowym hitem ostatnich lat i nie zapowiada się, by sytuacja miała ulec poważnej zmianie. Współczesne konstrukcje wydają się być po prostu niemalże doskonałe i trudno byłoby je zastąpić czymkolwiek innym.

Tekst: Tomasz Niewiadomski 
Zdjęcia: BMW, KTM, Moto Guzzi, archiwum redakcji