W przypadku silników umieszczonych poprzecznie, czyli takich, których wał korbowy ułożony jest w poprzek osi wzdłużnej motocykla, napęd z wału korbowego jest przenoszony za pośrednictwem przekładni łańcuchowej lub zębatej do skrzyni biegów, której wałki także są umieszczone w poprzek osi wzdłużnej motocykla. W przypadku skrzyni biegów z wałkami umieszczonymi poprzecznie do osi motocykla bardzo łatwo jest wyjść z napędem na tylne koło, którego oś też przebiega poprzecznie do osi wzdłużnej motocykla: wystarczy zastosować przekładnię łańcuchową lub pasową.

Przekrój ogniwa łańcucha z jego elementami składowymi.

Przekrój ogniwa łańcucha z jego elementami składowymi. Źródło: RK Japan

Przekrój ogniwa łańcucha BMW M Endurance (produkowanego przez włoską firmę Regina) z pierścieniami uszczelniającymi typu „X” oraz wałkami pokrytymi tetraedrycznym, amorficznym węglem.

Przekrój ogniwa łańcucha BMW M Endurance (produkowanego przez włoską firmę Regina) z pierścieniami uszczelniającymi typu „X” oraz wałkami pokrytymi tetraedrycznym, amorficznym węglem. Źródło: BMW Motorrad

Przekładnia łańcuchowa ma wiele zalet, ale także wady. Jak podkreśla Wojciech Pogoda, kierownik Biura Technicznego w Larsson Polska sp. z o.o.: – W połączeniu z konstrukcją samego motocykla wadą jest brak wspólnej osi zębatki zdawczej i wahacza, co prowadzi do zmiany naciągu łańcucha wraz ze zmianami obciążenia i ugięcia tylnego zawieszenia. Dlatego konieczne jest, aby taki łańcuch miał pewien luz. Jednak luz przy dużych prędkościach nie wnosi nic dobrego: jest powodem wibracji skutkujących nieoczekiwanym zachowaniem i nadmiernym zużywaniem zębatek, łożysk wałków, kół itd. Istnieją oczywiście motocykle, w których konstruktorzy umieścili wałek zdawczy w osi wahacza i ten problem zniknął. Jednak pojawił się inny: wymiana zestawu napędowego jest wtedy skomplikowana i czasochłonna, a więc kosztowna od strony serwisowej.

Przejdźmy do takich cech, jak wytrzymałość i eksploatacja. Wojciech Pogoda tłumaczy, że w zależności od gatunku stali płytek bocznych, metody wytwarzania łańcucha (wycinanie laserem lub odkuwanie) i rolek, twardości sworzni oraz typu uszczelnień łańcuchy można podzielić na mniej lub bardziej wytrzymałe i odporne na działanie warunków atmosferycznych oraz drogowych. Stąd tak wiele odmiennych typów łańcuchów do różnych typów motocykli. Są łańcuchy nieuszczelnione wykorzystywane głównie w sporcie, by zminimalizować straty mocy, a także uszczelnione, by utrzymać smar wewnątrz współpracujących elementów łańcucha maksymalnie długo, co wydłuża jego żywotność. W tym drugim przypadku mamy wiele rozwiązań uszczelniaczy, zaczynając od klasycznego typu O-ring, który później wyewoluował w stronę zwiększenia ilości powierzchni styku uszczelnienia z płytką łańcucha. Obecnie bardziej zaawansowane łańcuchy mają X-ringi lub XW-ringi z dwoma i trzema miejscami styku. Są także uszczelnienia bardzo cienkie i stawiające mniejszy opór skrętny ogniwa, np. U-ringi i UW-ringi wykorzystywane najczęściej w sporcie, gdzie masa i opory mają być minimalne, ale długość wyścigu wymaga dobrego smarowania, a więc uszczelnienia są konieczne.

Wojciech Pogoda, kierownik Biura Technicznego w Larsson Polska sp. z o.o.

Jeśli chodzi o wymiarowanie łańcucha, to trzeba zwrócić uwagę na skok, szerokość i średnicę rolki. Jak wyjaśnia Wojciech Pogoda, pierwsza cyfra oznacza skok (pitch): 4 oznacza 4/8”, a więc 12,7 mm (5 to 5/8” – 15,875 mm). Kolejne cyfry opisują szerokość rolki, a więc wewnętrzną szerokość ogniwa łańcucha. I tak: 20 to 2/8” – 6,35 mm (25 to 2,5/8” – 7,94 mm, 30 to 3/8” – 9,53 mm. Zewnętrzna średnica rolki dla łańcuchów 420 wynosi 7,77 mm (dla łańcuchów 428 – 8,51 mm, a w przypadku łańcuchów 520, 525 i 530 – 10,16 mm).

Zarówno metoda wytwarzania stalowych płytek, rolek i sworzni, jak i technologia oraz kształt uszczelnień gumowych wpływają na wytrzymałość całego łańcucha. Wojciech Pogoda podkreśla, że podstawowa zasada jest niezmienna: łańcuch jest tak mocny, jak jego najsłabsze ogniwo. Oczywiście mniejsze rozmiary łańcuchów, a co za tym idzie – lżejsze łańcuchy stosuje się w lekkich motocyklach ulicznych o małych pojemnościach czy pojazdach off-roadowych, a większe – w motocyklach turystycznych i supersportowych. Na rynku dostępne są też takie, które przenoszą ogromne moce i działają z bardzo wysokimi prędkościami obrotowymi. Praktycznie wszystkie flagowe, najszybsze modele motocykli osiągające seryjnie prędkość prawie 300 km/h mają napęd realizowany w ten sposób.

Ponadto w układzie napędowym są potrzebne jeszcze zębatki, które, co oczywiste, muszą być dopasowane do rozmiaru łańcucha. Wojciech Pogoda zwraca uwagę na fakt, że technologie wytwarzania dobrych zębatek są różne, tak jak i materiały, z których się je wykonuje. Małe zębatki na wałku zdawczym są stalowe z uwagi na duże obciążenia. Są niewielkie, a co za tym idzie – lekkie. Zębatki tylne są duże, a to rodzi pokusę, aby zmniejszyć ich wagę (wiadomo: masa wirująca i do tego nieresorowana). W efekcie w sprzedaży dostępne są zębatki całe stalowe, całe ze stopów aluminium oraz tzw. dualne, wykonane przez połączenie lekkiego środka ze stopów aluminium lotniczego, często anodowanego na różne kolory, z zewnętrznym stalowym pierścieniem zębatym. To daje dużą wytrzymałość i zmniejszoną masę.

Przebiegi motocykli z tym typem napędu są dużo mniejsze w porównaniu z motocyklami z wałem Kardana. Wojciech Pogoda podkreśla, że dzięki nowym pomysłom i technologiom wciąż się zwiększają (12 000–25 000 km), mimo rosnącej mocy przenoszonej z silnika na koło, a koszt wymiany samego napędu nie jest tak duży jak koszty awarii wału Kardana. Wiele zależy od sposobu jazdy kierowcy, odpowiedniego doboru wytrzymałości łańcucha do mocy silnika, masy całego pojazdu, ale także warunków eksploatacji. Stąd też popularne systemy automatycznego smarowania łańcuchów, zwłaszcza w motocyklach turystycznych. Najważniejsze jest to, że stan układu przeniesienia napędu łańcuchem przez koła zębate jest dość łatwo ocenić i wskazać zużycie lub uszkodzenia zarówno łańcucha, jak i zębatek. Świadomy i rozważny motocyklista nie powinien więc być narażony na przykre niespodzianki w dalekiej trasie. Wymiana zestawu napędowego nie jest skomplikowana i droga, ale – co warto podkreślić – powinna odbywać się zawsze w całości (a więc dwie zębatki i łańcuch), gdyż pozostawienie jednej starej, zużytej części bardzo przyspiesza zużycie nowej w wyniku błędu skoku, czyli niedopasowania zazębienia.

Łańcuch nie do zdarcia

Niedawno BMW zaprezentowało nowy rodzaj łańcucha napędowego produkcji firmy Regina. Wykorzystano w nim zaawansowane technologie materiałowe, które według BMW mają zrównać komfort użytkowania łańcucha z komfortem, jaki oferuje napęd wałem Kardana. Chodzi tu przede wszystkim o bezobsługowość i czystość. Podobnie jak poprzednie łańcuchy z pierścieniami X, łańcuch M Endurance ma stałe wypełnienie smarem między rolkami i sworzniami, otoczone pierścieniami X. Zupełną nowością jest jednak to, że uprzednio konieczne dodawanie smaru do rolek, a tym samym znane „smarowanie łańcucha”, nie jest już konieczne. Nie jest też wymagane od czasu do czasu ponowne napinanie z powodu zwykłego zużycia.

Wał napędowy z dwoma przegubami Kardana poprowadzony we wnętrzu wahacza motocykla BMW K 1300 S, BMW K 1300 R i BMW K 1300 GT.

Wał napędowy z dwoma przegubami Kardana poprowadzony we wnętrzu wahacza motocykla BMW K 1300 S, BMW K 1300 R i BMW K 1300 GT. Źródło: BMW Motorrad

Ten olbrzymi wzrost komfortu był możliwy dzięki zastosowaniu nowego materiału powlekającego wałki. Jest nim tetraedryczny, amorficzny węgiel (ta-C), znany również jako diament przemysłowy. Powłoka ta charakteryzuje się niezwykłą twardością oraz odpornością i pod tym względem plasuje się pomiędzy powłoką DLC (Diamond Like Carbon) a czystym diamentem. W przeciwieństwie do dotychczas stosowanych powierzchni metalowych powłoka z przemysłowego diamentu ta-C nie ściera się. Jednocześnie ten rodzaj powłoki zapewnia wyraźne zmniejszenie współczynnika tarcia. Łańcuch M Endurance o podziałce 525 jest dostępny w dwóch 4-cylindrowych modelach BMW – S 1000 RR i S 1000 XR. Przygotowywane są jednak kolejne modele BMW, w których będzie można go założyć – fabrycznie lub opcjonalnie. Według niepotwierdzonych informacji łańcuch ten jako opcja dodatkowa do nowego motocykla kosztuje nieco ponad 400 złotych. Jako część zamienna ma być do kupienia za kwotę nieco ponad 900 złotych. Łańcuch ten wymaga zastosowania specjalnej spinki, której wałki również są powleczone tetraedrycznym węglem amorficznym. W przypadku zastosowania spinki nieoryginalnej zachodzić będzie ryzyko jej przedwczesnego zużycia i rozciągnięcia tego jednego ogniwa.
Jedyne, co zastanawia w tym przypadku, to współpraca łańcucha z kołami zębatymi. Na ich styku z łańcuchem nie ma już bowiem nowatorskiej powłoki, w związku z czym może występować zużycie współpracujących elementów.

Napęd paskiem

W niektórych motocyklach znaleźć można pasowe przeniesienie napędu w miejscu, gdzie najczęściej spotyka się przekładnię łańcuchową. Jak podkreśla Wojciech Pogoda, przekładnia pasowa spotykana jest często w motocyklach klasycznych produkcji amerykańskiej, takich jak H-D, nowoczesnych future-bikach od Buell, w turystycznych motocyklach europejskich, jak np. modele BMW z serii F800, oraz czasem w motocyklach po konwersji. Dlaczego producenci decydują się na takie rozwiązanie? Zasada działania jest taka sama jak w przypadku przekładni łańcuchowej. Jednak pas zębaty jest cichy, lekki, nie wymaga smarowania, pochłania mikrodrgania i, co ciekawe, nie zużywa się tak szybko jak stalowy łańcuch. Problemem jest wymagana większa średnica kół pasowych z uwagi na ograniczony promień zazębiania pasków. Stąd często widzimy na tylnym kole motocykla dość duże koło pasowe. Także zdawcze koło pasowe przy silniku jest też dużo większe niż zębatka zdawcza w przypadku napędu łańcuchem, a to już wymaga zmiany konstrukcji całego motocykla, aby znalazło się tam miejsce na tak duże koło. Bywa, że użytkownik motocykla z napędem łańcuchowym zmienia go na pas, jednak nie zawsze jest to możliwe właśnie z powodu różnic wymiarowych. Duże przebiegi, bezobsługowość i cicha praca stanowią z pewnością istotne zalety, ale rozwiązanie to ma też wady, w tym głównie wysoki koszt pasków, które są droższe od łańcuchów, oraz konieczność wymiany bardzo drogich w porównaniu z zębatkami kół pasowych, które np. BMW zaleca wymieniać przy każdej zmianie pasa napędowego.

Przeniesienie napędu pasem zębatym w motocyklu Buell 1125R. Widoczne na zdjęciu koło pasowe jest duże, co wynika z konieczności użycia większej średnicy opasania niż w przypadku napędu łańcuchem. W tym rodzaju napędów stosuje się też napinacz, aby pas nie był luźny i nie zachodziło ryzyko przeskoczenia zębów.

Przeniesienie napędu pasem zębatym w motocyklu Buell 1125R. Widoczne na zdjęciu koło pasowe jest duże, co wynika z konieczności użycia większej średnicy opasania niż w przypadku napędu łańcuchem. W tym rodzaju napędów stosuje się też napinacz, aby pas nie był luźny i nie zachodziło ryzyko przeskoczenia zębów. Źródło: Buell

Bez obsługi, bez problemów?

Napęd wałem Kardana najczęściej realizowany jest w motocyklach, w których oś wału korbowego jest równoległa z osią wzdłużną motocykla, tj. kiedy silnik zamontowany jest wzdłużnie w stosunku do motocykla. I tutaj należy się wyjaśnienie: silnik montowany w Harley-Davidson wygląda, jakby był zamontowany wzdłużnie, ale jest to silnik poprzeczny, ponieważ wał korbowy przebiega w poprzek osi wzdłużnej motocykla. Natomiast silnik w BMW R80, mimo że tłoki i cylindry są ułożone w poprzek motocykla, jest silnikiem wzdłużnym, ponieważ wał korbowy usytuowany jest wzdłużnie w stosunku do motocykla.

Najczęściej spotykane w napędzie połączenie to silnik ułożony wzdłużnie i wał Kardana albo silnik ułożony poprzecznie i łańcuch napędowy (lub pas). Ale od powyższej reguły są odstępstwa – i to nieraz bardzo egzotyczne. Silnik poprzeczny i napęd wałem stosowany jest na przykład w takich maszynach jak Yamaha FJR1300 czy BMW K1300/K1600. Aby jednak napęd z poprzecznie usytuowanego wału korbowego przenieść na wzdłużnie umieszczony wał napędowy, konieczne było zastosowanie dodatkowej przekładni kątowej. A jak wiadomo, każda dodatkowa przekładnia to strata mocy oraz dodatkowe kilogramy, w związku z czym napęd wałem Kardana stosuje się zazwyczaj w motocyklach ciężkich, gdzie masa i osiągi nie mają aż tak dużego znaczenia.

Podstawową zaletą napędu przez wał Kardana jest jego bezobsługowość. Przekładnia kątowa przy kole motocykla jest zamknięta w szczelnej obudowie i zalana olejem przekładniowym. Jeśli nie ma wycieków z uszczelnień i nie zaobserwowano uszkodzenia przekładni lub łożyska, to olej ten wystarcza na bardzo długo, a jego wymiana powinna być przeprowadzana nie częściej niż raz na rok. Warto to zrobić ze względu na naturalne starzenie się oleju. W starszych konstrukcjach, takich jak IFA BK lub Simson AVO, wał napędowy był odsłonięty, a elementami przegubowymi były gumowe pierścienie elastyczne. W nowszych konstrukcjach stosowanych na przykład w BMW wał jest prowadzony wnętrzem wahacza. Elementami przegubowymi są tam przeguby Kardana, które w porównaniu z pierścieniami gumowymi mają znacznie większą żywotność. Osłonięcie wału napędowego oraz przegubów czyni ten napęd odpornym na zabrudzenia i warunki atmosferyczne, dzięki czemu praktycznie nie ma mowy o uszkodzeniu tego podzespołu. W związku z tym napędy wałem uchodzą za praktycznie bezawaryjne i bezobsługowe.

Położenie silnika a sprzęgło

Położenie wzdłużne lub poprzeczne silnika determinuje w dużej mierze rodzaj sprzęgła używanego  do przeniesienia napędu z silnika do skrzyni biegów. W przypadku silnika umieszczonego poprzecznie i napędu łańcuchem zazwyczaj pojawia się problem z szerokością motocykla i z ilością miejsca między silnikiem a skrzynią biegów. Z tego względu najczęściej stosuje się tam sprzęgła mokre – wielotarczowe. Dzięki zwielokrotnieniu liczby tarcz możliwe jest zmniejszenie średnicy samego sprzęgła i zmieszczenie go we wspólnej obudowie silnika i skrzyni biegów.
W silnikach umieszczonych wzdłużnie problem dotyczy zwykle długości silnika i skrzyni biegów. Boxery w BMW i V-ki w Moto Guzzi są relatywnie krótkie, ale za nimi musi się zmieścić jeszcze skrzynia biegów. Aby zespół napędowy był jak najkrótszy, konieczne jest zamontowanie sprzęgła, które też jest krótkie. A sprzęgło jednotarczowe jest krótsze od wielotarczowego – ma tylko większą średnicę, co akurat nie jest problemem.

Różnorodność rodzajów sprzęgła wymaga odpowiedniego podejścia do napędu podczas serwisowania. Ireneusz Aniołkowski, konsultant ds. części, serwisu, pojazdów w Motor-Land, podkreśla, że podstawową zasadą doboru części przy wymianie sprzęgła jest określenie podczas rozbiórki stopnia zużycia i właściwa weryfikacja elementów sprzęgła.

Należy dokonać pomiaru grubości tarcz sprzęgła oraz przekładek metalowych; skontrolować należy również ich powierzchnie robocze pod kątem oznak zużycia oraz przegrzania. Trzeba też zwrócić uwagę, czy tarcze i przekładki nie są zwichrowane, a kosz sprzęgła i zabierak sprzęgła nie ma nadmiernego luzu oraz czy powierzchnie robocze, w których przesuwają się tarcze sprzęgłowe, nie są powybijane, a sprężyny sprzęgła nie straciły na sprężystości i z właściwą siłą ściskają powierzchnie cierne.

Ireneusz Aniołkowski, konsultant ds. części, serwisu, pojazdów w Motor-Land

 

Przekrój silnika i skrzyni biegów motocykla BMW K 1300 S, BMW K 1300 R i BMW K 1300 GT. Na pierwszym planie widoczne jest wielotarczowe sprzęgło.

Przekrój silnika i skrzyni biegów motocykla BMW K 1300 S, BMW K 1300 R i BMW K 1300 GT. Na pierwszym planie widoczne jest wielotarczowe sprzęgło. Źródło: Źródło: BMW Motorrad

Podobnie sprawa wygląda, jeżeli chodzi o elementy sterowania sprzęgłem. Właściwy luz linki sprzęgła i świeży płyn w układzie hydraulicznym przyczynią się do jego właściwej pracy i wydłużą czas eksploatacji sprzęgła.

Większość motocykli produkowanych obecnie posiada klasyczne sprzęgło wielotarczowe pracujące w kąpieli olejowej. Jednak należy pamiętać o tym, że są też stosowane konstrukcje z suchym sprzęgłem (np. w Ducati) oraz z centralną, pojedynczą tarczą sprzęgłową i zwykłym dociskiem (np. w BMW czy Moto Guzzi).

Wielu producentów motocykli decyduje się stosować nowoczesne, bezpieczne sprzęgła, które nie powodują ślizgania się i podskakiwania tylnego koła przy zbyt gwałtownej redukcji biegów. Sprzęgła tego typu nazywa się „anyhoppingowymi” – ich specjalna konstrukcja umożliwia prześlizgiwanie się sprzęgła przez jego rozłączenie w czasie, gdy moment obrotowy przyłożony od strony skrzyni biegów jest większy niż określony przez konstruktora moment z silnika. Układ np. wałeczków, kulek lub dźwigni w koszu sprzęgła powoduje minimalny luz tarczek, dzięki czemu odciążone tylne koło nie traci przyczepności.