Konstrukce motocyklů
Bakalářská práce
Studijní program: B2301 – Strojní inženýrství Studijní obor: 2301R000 – Strojní inženýrství Autor práce: Nikola Stripačuková
Vedoucí práce: prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D.
Liberec 2015
Bachelor thesis
Study programme: B2301 – Mechanical Engineering Study branch: 2301R000 – Mechanical Engineering
Author: Nikola Stripačuková
Supervisor: prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D.
Liberec 2015
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří- padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna- ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Poděkování:
Ráda bych poděkovala vedoucímu mé bakalářské práce prof. Ing.
Celestýnu Scholzovi, PhD. za cenné rady a připomínky po celou dobu
psaní. Dále děkuji rodině a přátelům Jance Stykové, Lukáši Bártovi
a Romanu Rybáčkovi za vytvoření příjemného pracovního prostředí a za
psychickou podporu.
Anotace:
Cílem bakalářské práce je sestavit databázi dostupných motocyklů pro stanovení vývojových trendů v jednotlivých skupinách (cestovní, volnočasové a sportovní) podle základních parametrů a použití. Teoretická část je zaměřena na popis hlavních částí motocyklu, jejich rozdělení a funkce. Praktická část obsahuje databázi motocyklů, ve které jsou motocykly roztříděny podle jednotlivých parametrů. Z databáze jsou v praktické části použity grafy, které ukazují vývojové trendy vybraných parametrů.
Klíčová slova: motocykly, konstrukce, vývoj, databáze, časové trendy
Annotation:
The aim of this bachelor thesis is to compile a database of available motorcycles for determining developmental trends in different groups (travel, leisure and sports) according to the basic parameters and usage. The theoretical part focuses on the description of the main motorcycle parts, their classification and function. The practical part includes a database of motorcycles, in which motorcycles are categorized according to various parameters. In the practical part the database is used for the graphs that show the trends of selected parameters.
Keywords: motorcycles, construction, development, database, time trends
7
Obsah
Úvod ... 12
1. Historický vývoj motocyklů ... 13
2. Hlavní části motocyklů ... 14
2.1 Rámy motocyklů ... 15
2.2 Motory ... 18
2.2.1 Pístové spalovací motory ... 18
2.2.2 Elektromotory ... 25
2.3 Převodové ústrojí ... 26
2.3.1 Primární a sekundární převod ... 26
2.3.2 Spojky ... 29
2.3.3 Převodovky ... 31
2.4 Kola a pneumatiky ... 34
2.4.1 Motocyklová kola ... 34
2.4.2 Pneumatiky ... 38
2.5 Řídící a brzdné systémy ... 41
2.5.1 Geometrie motocyklu ... 41
2.5.2 Řízení ... 43
2.5.3 Brzdový systém ... 45
2.6 Příslušenství a kapotáže ... 50
2.6.1 Elektronika ... 52
2.6.2 Kapotáže ... 55
Závěr ... 67
Použitá literatura: ... 69
Přílohy: ... 72
8
Seznam obrázků:
Obr. 1: Einspur ... 14
Obr. 2: Trubkový rám Hyosung GT 125 N ... 17
Obr. 3: Dvojitý lisovaný rám Zündapp K 400 ... 17
Obr. 4: Schéma dvoudobého motoru ... 19
Obr. 5: Schéma čtyřdobého motoru ... 20
Obr. 6: Kardanova hřídel ... 29
Obr. 7: Kotoučová třecí spojka s obvodovými pružinami ... 30
Obr. 8: Litá kola Marchesini ... 35
Obr. 9: Drátové kolo s duší ... 36
Obr. 10: Diagonální pneumatika ... 39
Obr. 11: Radiální pneumatika ... 39
Obr. 12: Závlek kola ... 42
Obr. 13: Tlumič řízení Öhlins pro motocykl Yamaha YZF R6 ... 44
Obr. 14: Bubnové brzdy: Simplex (vlevo), Duplex (vpravo) ... 46
Obr. 15: Kotoučová brzda s pevným (vlevo) a plovoucím (vpravo) třmenem ... 47
Obr. 16: Schéma ABS ... 50
Obr. 17: Imobilizér ... 54
9
Seznam grafů:
Graf 1: Vývoj pohotovostní hmotnosti u cestovních motocyklů ... 58
Graf 2: Nárůst maximálního výkonu ... 58
Graf 3: Vývoj maximálního výkonu ... 59
Graf 4: Trend vývoje maximální rychlosti ... 60
Graf 5: Trend vývoje maximálního výkonu ... 61
Graf 6: Vývoj hmotnosti ... 61
Graf 7: Vývoj maximální jízdní rychlosti ... 62
Graf 8: Časový trend maximálního výkonu ... 63
Graf 9: Časový trend ve vývoji rozvoru kol ... 63
Graf 10: Vývoj točivého momentu ... 64
Graf 11: Vývoj maximální jízdní rychlosti ... 65
Graf 12: Vývoj spotřeby paliva ... 66
10
Seznam zkratek:
Vz Zdvihový objem
Cm3 Kubický centimetr
n Otáčky motoru
min Minuta
Mmax Maximální točivý moment
Nm Newtonmetr
v Maximální jízdní rychlost
km Kilometr
h Hodina
pstřef Střední efektivní tlak
MPa megapascal
kap Chlazení kapalinou
vzd Chlazení vzduchem
m Pohotovostní hmotnost
S Suchá hmotnost
kg kilogram
i Počet převodových stupňů
V Vidlicové uspořádání válců
Ř Řadové uspořádání válců
B Uspořádání Boxer
V90 Válce svírají 90°
V60 Válce svírají 60°
vzd+ol Chlazení vzduchem a olejem
DK Dvojitý kolébkový rám
J Jednoduchý rám
T Trubkový rám
DP Dvojitý pátéřový rám
P Příhradový rám
O Ocel
HS Hliníková slitina
ChO Chrommolybdenová ocel
l Rozvor
11
mm Milimetr
h Výška sedla
V Objem nádrže
l litr
D1 Průměr předního kola
‘‘ palec
D2 Průměr zadního kola
E1, E2, E3 Emise
DKT Dvojité kotoučové brzdy
KB Kotoučové brzdy
SC Silniční cestovní motocykl
SV Silniční volnočasový motocykl
SP Sportovní plochodrážní motocykl
SE Sportovní terénní motocykl
SS Sportovní silniční motocykl
SSk Silniční skútr
např. Například
resp. Respektive
H-D Harley Davidson
12
Úvod
Od dob sestrojení prvního motocyklu uběhlo již mnoho let. Na počátku jejich vývoje byla využívána koncepce bicyklu se spalovacím motorem. Motocykl se stal velmi populárním dopravním prostředkem, jelikož jezdec nemusel šlapat jako na bicyklu a jízda tak mimo jiné byla mnohem komfortnější. Vznikem sajdkár popularita motocyklu ještě vzrostla, protože jezdec tak mohl převážet větší náklad či spolujezdce pohodlněji. V období první republiky a po druhé světové válce byly motocykly nejrozšířenějším dopravním prostředkem vůbec. Využitelnost motocyklů se tak zvětšovala.
Motocykly během svého vývoje prošly velkými změnami v konstrukci, použitých materiálech i technologiích výroby. V současnosti se výrobci orientují na potřeby zákazníka, které jsou velmi různé. K uspokojení poptávky je proto na trhu široká škála typů motocyklů, které jednotliví výrobci zařazují do různých skupin a podskupin. Jejich zařazení je někdy sporné, poněvadž některé motocykly mohou být využívány pro více účelů. Současná nabídka motocyklů je však tak rozsáhlá, že si každý zákazník pro své potřeby motocykl najde.
Motocykly prošly velkým vývojem, který byl ovlivněn jak historickými událostmi, tak i vývojem materiálů a technologiemi výroby. V rámci bezpečnosti, ovladatelnosti a spolehlivosti jsou současné motocykly na velmi vysoké úrovni.
Práce se zabývá stanovením časových trendů ve vývoji motocyklů. V první části je uveden popis jednotlivých částí, ze kterých se motocykl obecně skládá. V praktické části je pak vlastní rešerše, která je postavena na databázi motocyklů. Databáze obsahuje parametry motocyklů podle zadání. Z těchto parametrů jsou vytvořeny grafy, které znázorňují a nastiňují trendy, kterým se motocykly, potažmo výrobci, ubírají.
13
1. Historický vývoj motocyklů
Motocykly prošly více než stoletým vývojem, který započal dřevěným rámem a motorem o výkonu 0,3 kW, a který končí dnešními superbiky s twin-tube rámem a výkonem 175 kW. Vše začalo díky Einspuru Gottlieba Daimlera ve Stuttgartu roku 1885.[1] Parní pohon zajišťoval motor o objemu 265 cm3. Od páry se však postupně ustupovalo a díky německým bratrům Hildebrandovým se přecházelo na benzín. Bratři Hildebrandovi roku 1894 na ocelový rám připevnili vodou chlazený čtyřdobý dvouválec a poprvé použili vzduchem plněné pneumatiky Johna Dunlopa. První čtyřdobý jednoválec o objemu 125 cm3 sestrojili Count Albert de Dion a Georges Bouton z Francie. Tento motor se používal k pohonu tehdy velmi populární tříkolky. Díky nedovolenému kopírování designu různými firmami se tak motocyklová výroba začala rozšiřovat po Evropě. Roku 1901 však pařížští bratři Wernerovi vytvořili zcela novou koncepci, kde se motor nacházel nízko mezi koly ocelového rámu a pomocí koženého řemenu poháněl zadní kolo. Dále použili brzdy, které působily na ráfek kola, a sedadlo z bicyklu. Téhož roku vznikl v Americe motocykl Indian. O tři roky později se objevil první Harley-Davidson s dvouválcovým motorem a přidáváním plynu na řidítkách.
První superbike byl sestrojen v Belgii roku 1905 a jeho koncepce spočívala v použití vzduchem chlazeného řadového čtyřválce s objemem 363 cm3. O rok později však britští konstruktéři začali používat vodou chlazený dvoudobý dvouválcový motor, nožní spouštěč, řetězový sekundární převod a teleskopické přední vidlice. První závodní motocykl předvedla firma Peugeot, ten měl vertikální dvouválec s dvěma vačkovými hřídeli a osmi ventily. Ve 30. letech 20. století byl nejlepší na trhu motocykl Square Four od britské firmy Ariel, jednalo se o cestovní motocykl s objemem motoru 1000 cm3. Roku 1937 značka Triumph zkonstruovala první řadový paralelní dvouválec, jehož koncepce byla myšlena pro dalších padesát let. Po druhé světové válce se však vývoj velmi zpomalil, a tak až v 50. letech konstrukce prošla změnou ve formě teleskopických vidlic, stojánku, kyvného ramene, rychloměru apod.
14
Obr. 1: Einspur [11]
V Itálii si získávaly stále větší popularitu rychlé závodní motocykly s objemem 100 a 125 cm3 značek MV Agusta, Ducati a Gilera. O deset let později začala evropskému trhu velmi konkurovat japonská Honda spolu s dalšími značkami, jako Yamaha, Suzuki a Kawasaki.
Moderní éra motocyklů začala roku 1969 díky motocyklu CB750 od Hondy s maximální rychlostí 193 km/h. Její součástí byla bohatá výbava v podobě elektrického startéru a přední kotoučové brzdy. O deset let později vznikl tehdy nejvýkonnější stroj Kawasaki Z1300 s šestiválcovým řadovým motorem. V osmdesátých letech byl požadavek trhu orientován především na použití kapotáží, zavazadlových sad pro cestovní motocykly, zadní kyvné vidlice a radiálních pneumatik. V 90. letech minulého století se japonské značky rozhodly pro vodou chlazené motory, a to kvůli přísnějším emisním normám. [2]
2. Hlavní části motocyklů
Podle definice je motocykl jednostopé silniční motorové vozidlo s vlastním motorem určené pro dopravu jedné nebo dvou osob sedících za sebou. Má pevnou oporu pro kolena řidiče, pevné stupačky a nemá šlapadla. Podle zákona č. 56/2001 Sb.
jsou motocykly označovány písmenem L a dále se dělí mopedy, motocykly, tříkolky nebo čtyřkolky a motokola. [3]
Funkce motocyklu jsou obdobné jako u vícekolových silničních motorových vozidel. Rotační pohyb klikové hřídele v motoru umístěného většinou uprostřed rámu je prostřednictvím primárního převodu převáděn do převodového ústrojí. Odtud
15
je krouticí moment veden přes sekundární převod na zadní kolo motocyklu, které se stává pro motocykl hnacím kolem.
Hlavními částmi motocyklu jsou:
- rám - motor
- převodové ústrojí
- jízdní kola a pneumatiky - řídící a brzdný systém - elektronika
- kapotáže
Jednotlivými částmi motocyklu se práce zabývá v následujících kapitolách.
2.1 Rámy motocyklů
Rám je základní nosnou částí spojující jednotlivé části motocyklu do jednoho celku pomocí čepu řízení se zadní vidlicí. Rám je svařen z nosných prvků – výlisků, profilů a trubek.
Podle uspořádání nosné části podvozku se motocykly dělí na:
- Motocykly se samonosnou nástavbou - Motocykly s nosným rámem
První skupinu tvoří většinou skútry. Svařením výlisků z ocelového plechu vznikne tuhý celek, ke kterému jsou přivařeny výztuhy pro uložení přední a zadní vidlice, motoru a dalších dílů. V horní části má nástavba výztuhy pro uložení sloupku řízení. Ve spodní části je vyztužena trubkou. Nástavba nahrazuje stupačky a poskytuje ochranu nohou jezdce. Zadní část karoserie má funkci blatníku, schránek, někdy i nádrže a nosné kostry sedla. Na zadní kyvné vidlici bývá upevněn motor s celým převodovým ústrojím. Samonosnou nástavbu mají i některé silniční závodní motocykly.
Celkově se sníží jejich hmotnost, avšak konstrukční potíž představuje vestavění hlavy rámu do přední části nádrže.
Nosné rámy se dělí na:
- Trubkové - Lisované
16 - Lité
- Kombinované
Trubkové rámy jsou pro motocykly velmi vhodné, protože mají nízkou hmotnost, vysokou pevnost a tuhost. Rám se sestavuje z několika kusů rovných si tvarovaných trubek rozdílného průřezu, plechových výztuh a závěsů. Tyto části jsou svařeny elektrickým obloukem nebo plamenem. Zvláštním druhem trubkových rámů jsou rámy pátéřové. Jejich základem jsou dvě trubky většího profilu s kruhovým, oválným nebo obdélníkovým průřezem. Trubky vycházejí z hlavy rámu, vedou nad motorem a končí u horních závěsů zadních pružicích jednotek. Trubkové rámy se dále dělí na:
- Uzavřené a otevřené
- Jednoduché, rozdvojené a dvojité
Základ uzavřeného jednoduchého rámu tvoří hlava rámu v přední části, v jejíž trubce jsou nalisována ložiska řízení. V dolní části hlavy je přivařena trubka spojující hlavu s předními držáky motoru. Tato trubka je vedena dál pod motorem k závěsu stupaček a k uložení zadní kyvné vidlice. Jestliže přední část rámu není sestavena z jedné trubky, pak je v horní části shora k hlavně rámu přivařená šikmá trubka, která se spojuje s dolní trubkou. Navařením rovných či tvarovaných výztuh v okolí spojení trubek jsou zesilována pevnostně namáhaná místa. Jiným způsobem vyztužení namáhaných trubek je nalisování výztužné trubky dovnitř nebo vně trubky rámu.
Pro upevnění dalších dílů motocyklu, např. palivové nádrže, sedla, stojánku apod., se na rám přivařují různé závěsy. Nevýhodou jednoduchých rámu je malá tuhost proti bočním deformacím.
Rozdvojené rámy jsou dvojité jen v některých částech, a to vždy v uložení zadní kyvné vidlice. Rozdvojení začíná nejčastěji pod motorem a končí pod sedlem.
Dvojité rámy mají v horní i dolní části rámu dvě trubky vedle sebe. Díky tomu se do hlavy rámu zakotvují čtyři trubky a spojení je tak tužší a pevnější. Tento typ rámu je vhodný pro širší uložení zadní kyvné vidlice a motoru. Nevýhodou je vyšší cena a špatně přístupná místa u hlavy rámu.
17
Otevřené rámy využívají pevnosti skříně motoru jako nosného prvku rámu.
Společným prvkem je přerušení spodních nosných trubek a jednoduchá montáž motoru do rámu. Výhodou je nižší cena i hmotnost, nevýhodou menší tuhost.
Obr. 2: Trubkový rám Hyosung GT 125 N [12]
U lehkých strojů velkosériové výroby se velmi často využívá lisovaných rámů.
Výhodou je možnost libovolného profilu, který se svařuje z plechových výlisků.
Nevýhodou je nutnost výroby nástrojů na výrobu výlisků. Základním prvkem těchto rámů je uzavřený tvarovaný profil, který má na jednom konci hlavu rámu a na druhém dva tenčí lisované nosníky k upevnění sedla, blatníku a horní časti tlumicích a pružicích jednotek. Hlavní nosný profil má uprostřed výběžek, na který se zavěšuje motor a čep kyvné vidlice a stupaček.
Obr. 3: Dvojitý lisovaný rám Zündapp K 400 [13]
18
Výhodou litých rámů je široká škála tvarů i průřezů. Odlitek je však z hlediska výroby náročný. Pro tento typ rámů se používají jakostní slitiny lehkých kovů.
Kombinované rámy spojují trubkové a lisované rámy, ovšem často mají jeden z hlavních částí konstrukce odlitek či výkovek. Kombinovaný rám se může skládat z odlitku tvořícího hlavu a spodní přední část rámu, a z trubkové části tvořící horní a zadní část rámu.
Požadavky na materiály rámů zdůrazňují především na nízkou hmotnost, cenu a vysokou tuhost.
V minulosti se používaly především ocelové trubkové rámy, které byly dostačující až do 80. let minulého století. V dnešní době se používá kombinace ocelových trubek (např. chromolybdenových u Ducati) s navařováním rovných nebo tvarovaných výztuh ze stejného nebo podobného materiálu. [4] V případě litých otevřených rámů se používají slitiny lehkých kovů, např. hliníku či hořčíku.
U sportovních motocyklů kvůli snižování hmotnosti převažují rámy ze slitin hliníku, buď dvojité či samonosné (monokoky). Pro návrhové výpočty pevnosti a tuhosti rámů se používá metoda konečných prvků.
2.2 Motory
K vykonání pohybu je nutné vytvořit potřebnou hnací sílu, respektive hnací moment na zadním kole, který překoná všechny jízdní odpory a uvede motocykl do pohybu. Pro tyto účely je využíváno buď pístových spalovacích motorů, nebo elektromotorů.
2.2.1 Pístové spalovací motory
Pístový spalovací motor pracuje na principu tepelného stroje, kde se část tepelné energie vzniklá spálením směsi paliva se vzduchem mění na tlakovou energii.
Poté dochází k přeměně této tlakové energie prostřednictvím klikového mechanismu na mechanickou práci. U motocyklů dělíme tyto motory podle
- počtu zdvihů (dvoudobé nebo čtyřdobé) - počtu válců
- způsobu chlazení
- konstrukce rozvodového ústrojí
19 - počtu ventilů
U dvoudobých motorů se pracovní oběh uskuteční během dvou dob, tedy během jedné otáčky klikové hřídele. První dobou se rozumí sání a komprese, druhou dobou pak expanze a následně výfuk. Pracovní prostory pro směs jsou nad i pod pístem. Ve stěně válce je přepouštěcí kanál, ve kterém se vyměňuje obsah válce. Horní a dolní hrana pístu zajišťuje vyplachování spalovacího prostoru. Sací kanál, který přivádí zápalnou směs do klikové skříně, je otevírán a zavírán dolní hranou pístu. Přepouštěcí kanál, který zajišťuje proudění směsi z klikové skříně do spalovacího prostoru, je otevírán a zavírán horní hranou pístu. Pro efektivnější výměnu směsi se používá dmychadlo, které v pracovním prostoru zvyšuje tlak. Výměna spálené směsi za čerstvou probíhá souproudým nebo protiproudým vyplachováním. Vyplachování probíhá díky přetlaku vyvolaného dmychadlem nebo stlačením směsi paliva v klikové skříni díky vratnému pohybu pístu do dolní úvrati. Čerstvá náplň vyplachuje pracovní prostor od spalin.
Výhodou těchto motorů je především jednoduchost konstrukce, vyšší měrný výkon, menší hmotnost a rovnoměrnější průběh krouticího momentu. Nevýhodou je však vyšší spotřeba paliva a oleje, hlučnost a nepravidelný chod při nízkých otáčkách. Z těchto důvodů jsou používány u malých motocyklů nižších kubatur nebo terénních.
U motocyklů tyto motory v minulosti převládaly nad čtyřdobými, v současnosti jsou čtyřdobými prakticky nahrazovány, a to především kvůli stále přísnějším emisním předpisům.
Obr. 4: Schéma funkce dvoudobého motoru [14]
U čtyřdobých motorů se pracovní oběh uskutečňuje na dvě otáčky klikové hřídele, kdy postupně probíhá sání směsi paliva a vzduchu, její komprese, hoření směsi
20
a následná expanze, a nakonec výfuk spálených plynů. Pracovní prostor je tentokrát pouze nad pístem. V hlavě válce jsou uspořádány ventily (sací a výfukový), které se ovládají pomocí vačkové hřídele a ovlivňují tak výměnu náplně ve válci.
U čtyřdobých motocyklových motorů se velmi často používají ventilové rozvody typu DOHC, kde jsou dvě vačkové hřídele uložené nad hlavou válce a ventily jsou umístěny v jeho hlavě. Při pohybu pístu do dolní úvratě vzniká podtlak a směs tak vniká do válce.
K dosažení co největší plnosti pracovního prostoru válce se sací ventil otevře ještě na několik stupňů úhlu otočení klikové hřídele. Při začátku sání je také otevřen i výfukový ventil, kvůli odstranění zbytků proudících výfukových plynů. Při kompresi pohybující se píst do horní úvrati stlačuje směs, která je zapalovací svíčkou těsně předdosažením horní úvrati zapálena. Na začátku komprese je sací ventil ještě otevřen pro co nejefektivnější naplnění válce směsí paliva. Při expanzi tlak ve válci dosahuje nejvyšších hodnot těsně po dosažení horní úvrati a píst se díky tomu posouvá dolů.
Přes ojnici, klikový hřídel a další mechanismy tak uvádí motocykl do pohybu.
Výfukový ventil se otevírá ještě před dosažením dolní úvrati, tak dosáhnou spaliny vysoké rychlosti. Při výfuku píst všechny zbylé plyny vytlačuje z pracovního prostoru.
Sací ventil je otevřen těsně před horní úvratí kvůli zkrácení prodlevy proudění čerstvých plynů. Výfukový ventil je otevřen po celou dobu a uzavírá se po dosažení horní úvratě.
Směs paliva se do válců může dopravovat dvěma možnými způsoby, a to buď přirozeným sáním, nebo přeplňováním. Čtyřdobé motory s přirozeným sáním nasávají směs paliva díky podtlaku při pohybu pístu do dolní úvrati. U přeplňovaných dvoudobých i čtyřdobých motorů se k zajištění přetlaku používá mechanicky poháněné dmychadlo nebo turbodmychadlo. Čtyřdobý motor s přeplňovaným kompresorem před pár lety poprvé použila japonská Kawasaki u svých supersportových modelů.
Obr. 5: Schéma funkce čtyřdobého motoru [15]
21
Motory můžeme rozdělit podle počtu válců na jednoválcové a víceválcové.
Jednoválcové motory stály na počátku celého vývoje motocyklů. Dnes se používají u terénních motocyklů, kde se upřednostňuje větší krouticí moment už při nízkých otáčkách. Jejich výhodou je nízká hmotnost, a proto se velmi často používají u malých motocyklů a skútrů. Speciální kategorií užití je pak plochá dráha, kde podmínkou pro možnost účasti v závodu je jednoválcový dvoudobý motor. Jak u dvoudobých, tak i u čtyřdobých motorů ale dochází k vibracím, které se musejí kompenzovat vyvažováním klikové hřídele. Víceválcové motory mají oproti jednoválcovým výhody většího výkonu, klidnějšího chodu a větší životnosti. Dělíme je na jednořadé, dvouřadé a vidlicové. S ohledem na ovladatelnost motocyklu se však nevyrábí motory s více než šesti válci. Řadové dvouválcové motory mají klikovou hřídel a skříň konstruované kolmo na směr jízdy a stěny válců tvoří blok motoru. Tyto motory mohou být paralelní nebo protiběžné. U paralelních se písty pohybují zároveň ve stejné výšce. Pokud však písty ve válcích běží střídavě, respektive jsou fázově posunuty o 180°, jedná se o motory protiběžné. Speciálním případem jsou tzv. boxery. Písty se pohybují současně směrem ven a dovnitř a jsou konstruovány proti sobě, takže motor je plochý a sníží se tak těžiště. Kliková hřídel je ve směru jízdy a je zde možnost ji propojit přímo se spojkou a převodovkou, čímž se zmenší mechanické ztráty a tření. Díky této konstrukci mají také velmi tichý chod. Vidlicové motory mají válce vyklopené nahoru pod určitým úhlem. Do rámů se montují buď podélně, nebo příčně. Hlavním parametrem pro jejich označování je úhel, který válce svírají. Nejčastěji je to 90° nebo 70°. U motorů s menším úhlem dochází k vibracím. Řadové tříválcové se do rámů montují většinou příčně, jen občas se dvěma válci položenými a jedním válcem stojícím. Písty se pohybují ve fázi 120°. Tyto motory mají velmi tichý chod.
Čtyřválcové motory jsou v současnosti velmi časté a mají různá provedení - řadový s příčnou nebo podélnou montáží, boxer s podélnou montáží, V90 s montáží příčnou či čtvercové motory. Čtyřválcové motory jsou vhodné pro širokou škálu zdvihových objemů. Z důvodu rozdělení specifických zatížení do všech válců je jejich chod velmi klidný a mají velkou životnost. Nevýhodou je však vyšší hmotnost díky většímu počtu součástí. Šestiválcové motory jsou dnes raritou, i když mají velmi klidný chod a téměř žádné vibrace. Jediným vyráběným sériovým motocyklem byla roku 1977 Honda CBX se 77 kW. Po menších úpravách ze sportovních verzí na cestovní pak vznikly šestiválcové stroje od značek Benelli a Kawasaki. Roku 2011 byl zkonstruován
22
motocykl BMW K1600GT s výkonem 160 koní. Nevýhodou je jejich šířka při montáži a velmi vysoká suchá hmotnost.
U motocyklů se jako paliva využívá především motorového benzínu.
Požadavkem na benzín je snadné a rychlé vypařování, odolnost proti detonačnímu spalování a bránění korozi palivového systému. U motorů s katalyzátory se musí používat bezolovnatý benzín, protože jinak by přítomné sloučeniny olova pokryly povrch katalyzátoru a znemožnily by tak jeho funkci. Snížením obsahu olova se však snižuje oktanové číslo, které se získá až přidáním antidetonátorů (prostředky proti detonačnímu hoření). V současnosti se používají antidetonátory bez obsahu kovu, např. benzen nebo toluen (oktanové číslo 108-112). Jejich množství je kvůli zdravotní závadnosti omezen na 5 % objemu. Antidetonátory na bázi organických sloučenin kyslíku, např. alkoholy a éter, jsou nevýhodné z hlediska špatného rozpouštění v palivu, zápachu a horší ekonomice kvůli menšímu obsahu energie. Organické sloučeniny (metylterciální etylétery) oktanové číslo benzínu velmi zvyšují, a to díky svému již vysokému oktanovému číslu (110-115). [5]
Palivová soustava zážehových motocyklových motorů se skládá z několika částí.
- Palivová nádrž - Palivový filtr - Palivové čerpadlo - Palivové vedení - Odvětrávací systém
Palivová nádrž se vyrábí z ocelových plechů, plastů či hliníku. Musí velmi dobře těsnit a udržovat tlak vypařujícího se paliva při intenzivnějším slunečním záření. Víčko v horní části nádrže, které slouží k naplnění palivem, bývá zamykatelné, a je v něm zabudovaný výstup pro vyrovnávání tlaků, který nesmí být ucpaný. Palivové kohouty plní funkci ovládání přítoku paliva z nádrže nebo z rezervy do karburátoru či průtok paliva plně uzavírají. Standardní třícestný palivový kohout má tři polohy ovládací páčky, kdy v poloze dolů je palivo volně přiváděno do karburátoru, v poloze nahoru je otevřena rezerva a v poloze vodorovně je přívod paliva zavřený. Tento palivový kohout může mít ještě filtr zachycující jemné nečistoty a separátor vody zachycující vodu obsaženou v palivu, která je těžší než benzin, a proto se usazuje na dně nádrže.
V podtlakovém třícestném palivovém kohoutu je průtok benzinu řízen membránou
23
a zabraňuje přehlcování karburátoru při zaseknutí jehlového ventilu nebo plováku, kdy průtok paliva není ničím omezen. Má čtyři pracovní polohy. V první poloze (ON) protéká palivo pouze při chodu motoru, v druhé (OFF) je přívod paliva mechanicky i tlakově zavřený. V poloze rezervy (RES) je při zastaveném motoru zavřená membrána. V případě prázdné nádrže, poškozené membrány či startování po dlouhé době, je k dispozici poloha (PRI), kde palivo může obtékat membránu a zajišťuje se tak přímý tok paliva do karburátoru.
Palivové filtry mají za úkol zabraňovat nečistotám průchod z nádrže do palivového systému. Existují tři typy konstrukce. Filtr (sítko) uložený v nádrži, uzavírá vyústění do palivového kohoutu a zabraňuje průchodu nečistot. Filtr může být uložen i v palivovém kohoutu a pomáhá tak sítku v nádrži v zadržování jemnějších nečistot. Třetí možností je filtr zabudovaný mezi palivovým kohoutem a karburátorem a mívá vyměnitelnou papírovou vložku.
Palivové čerpadlo je nutné v případě, pokud je hladina paliva v nádrži ve stejné výšce nebo níže než karburátor či v případě, kdy je toto čerpadlo pomocné pro čerpání paliva z rezervní nádrže. Jednoduché membránové čerpadlo se používá při dopravování paliva do karburátorů. U vstřikovacích systémů musí čerpadlo vytvářet provozní tlak.
Přitom je celé ponořeno v palivu, které ho chladí. Čerpadlo se vypne, pokud není motor v chodu.
Palivové vedení je tvořeno hadicemi z pryžových materiálů a bývá potažené tkaninou. Přípojky k palivovému kohoutu se musí pravidelně kontrolovat, neboť zde hrozí popraskání či zpuchření.
Odvětrávací systém zamezuje vzlínání palivových par při slunečním záření nebo kvůli vracejícímu se přebytečnému palivu od vstřikovacích ventilů. Tím vznikají emise HC (uhlovodíky). Čerstvý vzduch přichází přes ovládací ventil a dál přes jazýčkové ventily, které zajišťují jednosměrný průchod vzduchu, těsně za výfukový ventil. Podtlak vzniklý za tlakovou vlnou spalin umožňuje nasátí vzduchu do potrubí, ve kterém zoxidují uhlovodíky na vodu a CO2. Ovládací ventil je řízen podtlakem v sacím potrubí nebo elektronikou a při deceleraci přerušuje přívod vzduchu do potrubí.
Jednou z možností vnější přípravy směsi je karburátor. Jeho základem je difuzor (Ventouriho trubice). V něm díky výraznému zúžení průřezu vzrůstá kinetická energie
24
a až na hodnotu podtlaku prudce klesá jeho tlak. Do nejužšího místa difuzoru ústí palivová trubice se zpěněným benzínem, který je zpěněn pomocí vzdušníku. V difuzoru jsou kapičky benzínu vysávány a mísí se se vzduchem. Přes škrtící klapku a sací ventily je tato téměř homogenní směs nasávána do válce motoru. Její množství je regulováno škrticí klapkou. Důležitým parametrem je stechiometrický směšovací poměr, který udává teoretické složení směsi, při které dojde ke spálení veškerého benzínu. Jeho hodnota je 1:14,7 (na 1 kg benzínu připadá 14,7 kg, resp. 10 300 litrů vzduchu).
Skutečný směšovací poměr se pohybuje mezi 1:16 (chudá směs, pro střední zátěž a zahřátý motor na provozní teplotu) a 1:13 (bohatá směs, při volnoběhu a plné zátěži motoru). Motocyklové motory mají pro každý válec jeden karburátor, protože optimální tvorba směsi se může dosáhnout při co nejkratší dráze nasávaného vzduchu.
Do každého válce je tak nasávána individuálně připravená směs. Karburátory se rozdělují podle uspořádání sacího potrubí a směru proudu nasávaného vzduchu na horizontální, spádové a s diagonálním průtokem. Diagonální průtok však velmi zvyšuje výšku motoru, a proto se u motocyklů používají jen zřídka. Podle regulace vstupu proudu vzduchu do směšovací komory se karburátory rozdělují na šoupátkové, stejnotlaké nebo se škrticí klapkou. U šoupátkového karburátoru se v sacím potrubí aktivně ovlivňuje Ventouriho efekt (tlak v proudící kapalině je nepřímo úměrný její rychlosti proudění). Na pohyblivém šoupátku je upevněná jehla spojená s tryskou a zajišťuje tvorbu směsi. Rukojetí plynu a na něm připevněného táhle se šoupátko ovládá. V klidovém stavu je přístup vzduchu do směšovací komory šoupátkem uzavřen a motor se pohání díky volnoběžné trysce umístěné přímo v karburátoru. Čím více je šoupátko otevřeno, tím více směsi do motoru proudí a výkon motoru je vyšší.
Karburátor s konstantním tlakem je dalším stupněm vývoje karburátoru šoupátkového.
Rukojetí je ovládáno pouze množství vzduchu vstupujícího do motoru. Motor si sám reguluje množství potřebné směsi. Pracuje tak plynule a úsporně. Škrticí klapka je otočně uchycená v sací trubce karburátoru na straně motoru a díky ní řidič reguluje množství nasávaného vzduchu.
Jinou možností přípravy směsi je vstřikování benzínu, které je u současných motocyklů stále ve větší oblibě díky hospodárnosti a nízkému obsahu škodlivých látek ve výfukových plynech. Každý válec motoru má vlastní vstřikovací trysku, kterou je přesně dávkováno palivo. V celém režimu chodu motoru je dodržení správného směšovacího poměru přesnější než u karburátoru.
25 Existují tři typy vstřikování:
- přímé
- centrální (bodové) - vícebodové
Přímé vstřikování se u motocyklů nepoužívá. U centrálního vstřikování je vstřikovací systém elektronicky řízen a palivo je přerušovaně vstřikováno do sacího potrubí z jednoho elektromagnetického ventilu nad škrticí klapkou. Vstřikovací ventil je umístěn v místě případného karburátoru. Toto vstřikování je vhodné pro motocykly s výkonem do 80 kW a maximálně čtyřmi válci. U motocyklů se většinou používá vstřikování MPI (vícebodové – multi point injection), kdy je každému válci přiřazen vstřikovací ventil vstřikující palivo přímo před sací ventil. Pro tento typ vstřikování se používá například systém L-Jetronic, který používá značka BMW. V tomto systému je zatížení motoru a otáčky klikové hřídele základním řídícím signálem pro určení doby vstřiku. Výsledné množství vstřikovaného paliva je určováno z údajů snímačů chladicí kapaliny, teploty a podobně. V současnosti kompletní elektroniku zážehového motoru spojuje elektronický systém řízení, který pomocí snímačů na motoru získává provozní data, např. rychlost jízdy, zařazený rychlostní stupeň, teploty v motoru a podobně. Také je velmi důležité, aby směs byla pomocí sacích ventilů dopravena do válce ve správný okamžik a zajistilo se tak co nejoptimálnějšího spálení při každém pracovním zdvihu.
Systémy vstřikování jsou sice velmi efektivní a jednoduché na údržbu, jejich nevýhodou ovšem je složitost konstrukce a oprava. [5]
2.2.2 Elektromotory
Elektromotor je elektrický stroj měnící elektrickou energii na mechanickou práci. Ve většině případů to je stroj točivý. Pracuje na principu využití silových účinků magnetického pole, kdy dochází k využití vzájemného přitahování a odpuzování elektromagnetů nebo přitahování elektromagnetů a železa. Elektromotor funguje ve třech režimech – motorickém, generátorickém a brzdném. Skládá se z elektrického obvodu (cívky s izolacemi) a magnetického obvodu (elektricky izolované transformátorové plechy). Vnější pevná část je stator obsahující cívky vinutí s magnetickým obvodem. Rotor je otočná část stroje s magnetickým obvodem, hřídelí a vinutím. [6]
26
Kvůli stále přísnějším emisním normám některé značky začínají vyrábět motocykly na elektrický pohon. Elektromotory se montují do skútrů, jelikož u nich není požadavek na velký dojezd a vysokou jízdní rychlost. Elektromotor je nejčastěji uložen v zadním kole a akumulátory jsou umístěny pod sedadlem řidiče. Maximální výkon je 4 kW (5,4 HP), maximální rychlost většinou do 50 km/h a dojezdová vzdálenost sepohybuje mezi 40 a 100 km podle kapacity akumulátoru. [7] Též se využívají v motocyklech typu enduro, u kterých je pak údržba s tímto motorem mnohem levnější než s motorem spalovacím. Elektromotor je umístěn v rámu v pozici případného spalovacího motoru a nad ním jsou baterie. Výkonový rozsah se pohybuje od 7 do 25 kW (9,4 až 33,5 HP) a podle stylu jízdy se vybijí za 30 až 180 minut. Hmotnost celého motocyklu se pohybuje kolem 90 kg a maximální rychlost okolo 90 km/h.
Podobných hodnot dosahují i motocykly typu supermotard. [8] Ve sportovních speciálech se tyto motocykly objevují především v soutěži Tourist Trophy, kde dosahují rychlosti okolo 170 km/h a časy na jedno objeté kolo jsou téměř srovnatelné s motocykly se spalovacími motory. [9]
2.3 Převodové ústrojí
Převodové ústrojí spojuje motor s hnacím zadním kolem a uskutečňuje přenos krouticího momentu nebo jeho přerušení a mění jeho velikost či smysl. Má za úkol uzavřít otáčkovou mezeru a měnit výkon a krouticí moment tak, aby se co nejlépe využila ideální oblast. Přenášení výkonu motoru na hnací kolo zajišťuje spojka. Ta má za úkol i odpojování motoru od hnacího systému při startování. Plné spojení spojka zajistí až po rozjetí motocyklu. Při sepnutí páky na levé straně řídítka se spojení přeruší a při plynulém uvolňování se postupně obnovuje. V tomto okamžiku do sebe postupně zabírají třecí součásti spojky. [4]
2.3.1 Primární a sekundární převod
Primárním převodem se rozumí přenos hnacího momentu z motoru do převodovky. Například Ducati Monster 1200 má primární převod 1,84. [10] Kliková hřídel motoru vykoná 1,84 otáčky, zatímco spojka na vstupní hřídeli vykoná jednu otáčku. Tento primární pohon mají všechny motocykly. U některých motocyklů (např. BMW, motory typu boxer) vede kliková hřídel přímo do spojky, a tak je primární pohon umístěn v převodovce. U příčně uložených motorů se pro přenos krouticího momentu z motoru používají čelní ozubená kola nebo válečkové řetězy. U podélně
27
uložených motorů je vstupní hřídel převodovky poháněna přímo klikovou hřídelí nebo ozubenými čelními koly či ozubeným řetězem. Kliková hřídel se se spojkou nejčastěji spojuje ozubenými koly. Ta jsou vyrobena z vysoce ušlechtilé legované a tvrzené oceli.
Ozubená kola s čelním ozubením jsou hlučnější, ale nevyžadují axiální uložení. Naproti tomu je šikmé ozubení tišší, ale vyvíjí na klikovou hřídel axiální tlak, který musí být zajištěn radiálními ložisky, která přenášejí axiální sílu.
Levnější variantou primárního převodu je použití řetězu místo ozubených kol.
Tento pohon je tvořen dvěma řetězovými koly s řadami zubů odpovídajícími konstrukci motocyklu a spojené článkovým řetězem. Pastorek je upevněn na klikové hřídeli, větší kolo je součástí spojky. Pro silnější kubatury jsou vhodnější převody ozubenými řetězy, v současnosti jsou však více používané převody ozubenými koly (větší trvanlivost).
Pro primární převod se také používá, kromě ozubených kol a řetězů, také ozubený řemen. Ten je tišší, trvanlivější a ohebnější než ozubený řetěz. Nevýhodou je však nutnost zajištění dobrého odvětrávání a chlazení, neboť se při zahřátí výrazně protahuje.
Tyto řemeny jsou vyrobeny ze zpevněného plastu, který je vyztužen ocelovými nebo skelnými vlákny. [4]
Sekundární převod převádí hnací moment z převodovky na zadní kolo.
U podélně uložených motorů se hnací moment převádí pomocí kloubové hřídele a u příčných motorů pomocí řetězu. Existují tři typy těchto převodů:
- válečkový řetěz a řetězová kola - ozubený řemen a ozubené řemenice - kardanový převod
První typ má válečkový nebo pouzdrový řetěz, který spojuje výstup převodovky přímo se zadním kolem. Pastorek na převodovce je spojen články řetězu s řetězovým kolem pohánějícím zadní kolo motocyklu. Řetěz s řetězovými koly může být na pravé nebo levé straně motocyklu. Pro zvýšení jízdní rychlosti se pastorek u převodovky vyměňuje za větší (s větším počtem zubů). Při požadavku většího záběru motocyklu se naopak řetězové kolo na zadním kole vymění za větší (1 až 2 zuby navíc). Pastorek je kvůli svým menším rozměrům opotřebováván více než zadní řetězové kolo, na kterém se silové zatížení rozloží rovnoměrněji. Řetězová kola se vyrábějí z tvrzené oceli a legovaného hliníku. Hliníková kola jsou lehčí a mají stejnou únosnost jako ocelová, jsou však dražší. Životnost řetězu závisí na velikosti pastorku a zadního
28
řetězového kola. Důležitým prvkem je kryt řetězu, který chrání řetěz před vnějšími vlivy a také chrání jezdcovu nohu při případném přetržení řetězu. Při montáži se musí dbát na dovolené prohnutí řetězu mezi řetězovými koly, které se pohybuje mezi 2,5 až 3 cm. Prohnutí se kontroluje na motocyklu zatíženého jednou osobou a měří se směrem nahoru i dolů. Při malém prohnutí je řetěz příliš namáhán, rychleji seopotřebovávají řetězová kola a řetěz se může přetrhnout. Naopak při velkém prohnutí řetěz při jízdě kmitá a z řetězového kola se může vysmeknout. Pro napnutí řetězu se používají dva typy. První typ napínáku se skládá ze dvou plechů ve tvaru písmene U, je upevněn na obou ramenech zadní vidlice a prochází jím hřídel zadního kola, kterou lze pohybovat v podélných otvorech. Druhý typ napínáku spočívá v excentricky uložené hřídeli zadního kola v otočném úchytu zadní vidlice, což zajišťuje nevybočení zadního kola při seřizování napnutí. Excentr funguje podobným způsobem. Na konci ramen zadní vidlice se otáčením hliníkovými kotouči posouvá osa zadního kola. Při posunu osy kola vzad se řetěz napne a opačně. Řetězové kolo se k zadnímu kolu připojuje unášečem vybaveným tlumičem rázů, který využívá progresivní charakteristiky stlačované pryže či jinému podobnému materiálu. K zajištění napínáků slouží napínací šrouby s pojistnými maticemi. Jejich šroubováním na obě strany lze posouvat osou zadního kola, a tím tak napínat nebo povolovat hnací řetěz. Nevýhodou je možnost špatného seřízení zadního kola kvůli možnosti rozdílného vyšroubování seřizovacích šroubů. Tlumič odstraňuje klepání v zadním kole vzniklé při změně rychlosti. Pohon ozubeným řemenem nepotřebuje mazání, má nízkou hmotnost, tichý chod a nenáročnou údržbu. Díky těmto výhodám je tento způsob pohonu dnes výrobci velmi oblíben. Hnací pastorek je na výstupní hřídeli převodovky a druhé ozubené kolo je na zadním kole motocyklu. Třetí možným způsobem přenosu hnací síly z převodovky na zadní kolo je kloubová, též kardanova, hřídel. Na zadním kole je nutná rozvodovka sloužící k přenosu hnací síly z hřídele na kolo. Na výstupu převodovky je převodové soukolí zajišťující přenos hnací síly. Dále k zadnímu kolu vede kardanova hřídel s křížovým kloubem pro otáčení při vzájemných pohybech zadní vidlice a převodovky. Na zadním kole je přenosové soukolí pro přenos hnací síly na zadní kolo, které tvoří samostatnou jednotku s vlastní náplní převodového oleje. Někdy se do skříně umisťuje i zadní čep hnací hřídele a je tak mazán stejným olejem. Velkou výhodou je zapouzdření hřídele, a tím odolnost proti všem povětrnostním podmínkám. Odpadá problém s napínáním, protože hřídel má konstantní délku. Kardanův převod má tichý chod a je velmi spolehlivý. Nevýhodou je však náročnost na výrobu, nákladnost a vysoká hmotnost,
29
což je problém především u lehkých sportovních motocyklů. Nejčastěji se s ní můžeme setkat u chopperů či cestovních motocyklů. [4]
Obr. 6: Kardanova hřídel [19]
2.3.2 Spojky
Spojka má u motocyklu za úkol:
- Přerušit spojení mezi motorem a převodovkou při startu motoru - Přenést potřebný točivý moment z motoru do převodovky
- Za jízdy přerušit přenos sil mezi motorem a převodovkou a zajistit tak plynulé a tiché řazení jednotlivých rychlostních stupňů
Nejčastěji se používají třecí spojky. Při uvolnění páky spojky se přes třecí obložení přenese hnací síla z převodovky na zadní kolo. Síly se přenáší i opačně, tedy ze zadního kola, převodovkou a spojkou do motoru, při tzv. brzdění motorem. Spojka také přerušuje silový tok mezi motorem a převodovkou a odlehčuje ozubená kola v převodovce při řazení rychlostních stupňů. Spojka také slouží jako bezpečnostní článek při zablokování motoru, kdy proklouzne. Spojka může působit v axiálním (kotoučová nebo lamelová) nebo radiálním (samočinná odstředivá suchá nebo v olejové lázni) směru. Při podélně uloženém motoru se spojka umisťuje do setrvačníku, kdy se otáčí otáčkami motoru a přenáší pouze jeho točivý moment. U příčného motoru je umístěna na vstupní hřídeli převodovky, otáčí se otáčkami zmenšenými o primární převod a ve stejném poměru přenáší zvýšený točivý moment, kvůli kterému je nutné použít až 8 lamel (podle výkonu). Axiální jednokotoučové třecí spojky se používají suché nebo mokré. Suché jsou tvořeny jedním nebo více kotouči. Mokré, tedy v olejové lázni, se používají jen u lamelových spojek.
Velmi častá jednolamelová suchá třecí spojka je upevněná v setrvačníku, který je mezi blokem motoru a vstupní hřídelí převodovky. Na setrvačníku je upevněn koš spojky s přítlačným štítem, který je při uvolněné páce přitlačován silou membránové pružiny nebo několika vinutých pružin na třecí kotouč spojky. Třecí kotouč se může
30
podélně posouvat po vstupní hřídeli převodovky a je uložen uvnitř pouzdra spojky.
Když je spojka uvolněná, může se přenášet hnací síla. Třecí kotouč tak zabírá do podélných drážek na vstupní hřídeli a může se i posouvat. Při zmáčknutí páky spojky se síla přenese na vypínací tyč, která odtlačí přítlačný štít od třecího kotouče, a tím sesilový styk mezi motorem a převodovkou přeruší. Dvoulamelová suchá spojka se používá u motorů s velkým výkonem a točivým momentem. Dva ocelové kotouče odpovídají přítlačnému štítu u jednokotoučové spojky a k přenosu sil slouží dvě třecí lamely. Vícelamelové suché spojky se používají u závodních motocyklů nebo u sportovnějších volnočasových. Kliková hřídel je spojená přes primární pohon s košem, převodovka a systém zadního kola je spojen s unášečem uvnitř spojky.
Přítlačný štít spojky je pružinami na unášeči přitlačován na sestavu třecích a ocelových lamel spojky. Ocelové lamely zabírají vnitřním ozubením do unášeče a jsou tak spojeny s motorem. Při zmáčknutí spojky se přítlačný štít zvedne a přitom zatáhne pružiny zpět.
Mezi lamelami tak vznikne axiální vůle a mohou se nezávisle na sobě pohybovat.
Vypínací čep v unášeči je ovládán vypínací pákou uchycenou na bloku motoru, která je dále spojená s lankem na páce řídítka.
Obr. 7: Kotoučová třecí spojka s obvodovými pružinami [16]
U mokrých spojek jsou lamely opatřeny drážkami rozdělující třecí obložení od jednotlivých polí a zajišťující správnou cirkulaci (motorového) oleje. Právě díky oleji je umožněn mnohem jemnější rozjezd motocyklu. Také působí jako tlumicí medium a spojka tak nereaguje rázově jako suché spojky. Lamely obíhají v olejové lázni a potřebná přítlačná síla je vyvozena jednou nebo více axiálními vinutými pružinami.
31
Spojka se ovládá (levou) rukou, výjimečně nohou. Existují dva typy ovládacího systému spojek – hydraulický nebo lankový. Hydraulický systém má na levé straně řídítek hydraulický válec, který je ohebnými hadičkami spojen s pracovním válcem spojky. Při zmáčknutí se vyvozený tlak v hlavním válci přenese hydraulickou (brzdovou) kapalinou do pracovního válce, a tím se vysune píst, který zatlačí na vypínací páku spojky a ta se rozpojí. Kvůli opotřebení časem vznikne mezi lamelami vůle a spojka začne prokluzovat, což je znát hlavně při jízdě v kopcích či při prudké akceleraci. Velikost přenášené síly je dána plochou pístků v hydraulickém a pracovním válci. V lankovém ovládání spojky je použito lanko z bowdenu. Jeden konec je připevněn k páce na řídítkách a druhý konec k vypínací páce na spojce. Při zmáčknutí páky se vedení lanka zapře o uložení před pákou a lanko ve vedení zatáhne za vypínací páku na spojce. Toto ovládání je velmi rozšířené díky jednoduchosti a účinnosti.
Nevýhodou je nutnost seřizování lanka kvůli opotřebení třecího obložení spojky, pravidelná kontrola, mazání a šetrné zacházení v mrazech, kdy se při prudkém zmáčknutí páky může přetrhnout. Již vzniklá vůle se seřizuje seřizovací koncovkou u páky na řídítkách. Mezi pákou na řídítkách a opěrkou táhla by měla být mezera zhruba 3 mm. Další možností je nožní spojka, která byla používána dříve a v současnosti se občas použije u chop peru. Princip je stejný, jen s tím rozdílem, že se ovládá levou nohou.
Jinou variantou jsou odstředivé spojky ze skupiny samočinných třecích spojek.
Odstředivou silou závaží, která rotují se štítem spojky, je vyvozována přítlačná síla.
Při volnoběhu se závaží přitahují pomocnými pružinami a raménka se tak opírají o vnitřní doraz na vnějším bubnu. Tím se uvolní přítlačný kotouč i lamely a spojka se rozepne. Při rozjezdu se zvyšují otáčky a závaží se díky odstředivé síle začnou vychylovat až k vnějšímu dorazu na přítlačném kotouči. Zároveň se závaží po přítlačném kotouči odvalují, kotouč se posouvá k lamelám, které stlačí, a tím se posune opěrný kotouč se seřizovacími šrouby. Díky tomu se zvětší přítlačná síla na pružiny a spojka se sepne. [4]
2.3.3 Převodovky
Převodovka umožňuje změnu převodu mezi motorem a hnacími koly tak, aby měl motor bez ohledu na rychlost jízdy stále takové otáčky, při kterých má plný výkon. Motor musí při jízdě po rovině překonávat ztráty v poháněcím ústrojí, odpor
32
valení, vzduchu, stoupání a zrychlení. Při jízdě se stoupáním se k těmto odporům přidá ještě tíhová složka motocyklu a jeho závaží, která působí proti směru jízdy. Rychlost motocyklu se tak musí snížit, aby se motor zbytečně nepřetěžoval. Tím se sníží i otáčky a motoru tak klesá potřebný výkon. Zařazením nižšího převodového stupně se zvýší otáčky, a tím se dosáhne znovu vyššího výkonu motoru. Dále můžeme pomocí převodovky tzv. brzdit motorem. Mimo jiné se tímto způsobem sjezdu šetří i opotřebení brzdových destiček u kotoučových brzd. Při jízdě ve městě se také vhodnější nižší rychlostní stupeň, motocykl je díky němu ‚, živější ‘‘ v projíždění křižovatek či v předjíždění pomalejších vozidel. V poslední řadě převodovka musí zajistit neutrální chod. To znamená, že se při sepnuté spojce a stojícím motocyklu všechna soukolí nastaví tak, aby byla vstupní hřídel odpojena od výstupní hřídele. Motocyklové převodovky mají obvykle 4 až 6 rychlostních stupňů, které umožňují udržení potřebných otáček motoru při různých režimech jízdy.
Manuálně řazené převodovky jsou koaxiální (tříhřídelové) nebo deaxiální (dvouhřídelové). U koaxiálních převodovek se točivý moment motoru přenáší pastorkem, který je ve stálém záběru s největším kolem na předlohové hřídeli.
Na předlohové hřídeli je tolik ozubených kol, kolik je rychlostních stupňů. Každé kolo zabírá s příslušným kolem umístěným na výstupní hřídeli. Tříhřídelová převodovka umožňuje přímý záběr, kdy se moment motoru vstupující do převodovky přes hnací hřídel přenáší přes zubovou spojku na souosou hřídel vystupující z převodovky. Tato převodovka při přímém záběru pracuje bez ozubených kol a při ostatních rychlostních stupních má v záběru dva páry ozubených kol. Deaxiální převodovky přenášejí moment pro všechny rychlostní stupně vždy jen jedním párem ozubených kol. Jedním párem je tak dána i možnost celkového převodu.
Charakteristika převodovky je dána velikostí, modulem a typem zubů ozubených kol a počtem rychlostních stupňů a musí odpovídat výkonové charakteristice motoru.
Čím více má převodovka rychlostních stupňů, tím lépe lze výkon motoru využít.
To se projevuje především u motocyklů s malým výkonem či točivým momentem.
V případě šestistupňové převodovky jsou jednotlivé rychlostní stupně řazeny velmi blízko u sebe a otáčky motoru při řazení klesají maximálně o 700 min-1. Tento systém se používá u motocyklů s motory nejvyšších výkonů v oblasti vysokých otáček, dále u některých terénních motocyklů a vždy u trialových speciálů.
33
K vyrovnání rozdílu obvodových rychlostí dvou ozubených kol před jejich vzájemným spojením slouží synchronizační zařízení. Díky synchronizaci je tak možné bezhlučně a rychle řadit jednotlivé rychlostní stupně. U motocyklů synchronizace není obvyklá, kvůli větším prostorovým nárokům a hmotnosti. [27]
Pro zařazení potřebného rychlostního stupně nebo pro zařazení neutrální polohy slouží řadící zařízení. V současné době se používá nožní řazení v podobě pohybující sepáky z jedné dorazové polohy do druhé nebo řazení na řídítkách pomocí otočné rukojeti. U nožního řazení je zapotřebí řadicího automatu, který zajišťuje posuv řadicího válečku nebo kulisy o hodnotu odpovídající sousednímu rychlostnímu stupni.
Podmínkou bezporuchovosti je dostatečné dimenzování dorazů, spolehlivá funkce vratných pružin, které musí mít malé mechanické namáhání. Výrobě a kontrole pružin je třeba věnovat náležitou pozornost. Základním řadicím prvkem je řadicí váleček nebo kulisa. U obou prvků je nutné dodržet přesnost tvaru vodicích drážek pro čep řadicí vidlice. Kulisy se vyrábějí lisováním s běžnými výrobními tolerancemi, ale válečky mají technologii výroby složitější. Řadicí vidlice, nejčastěji z výkovku, jsou přesně vedené na dostatečně tuhé tyči. Velmi důležitá je aretace zajišťující řadicí prvek v nastavené poloze a zamezující samovolnému vyřazení rychlostního stupně.
Její tvrdost má vliv na funkci převodovky, příliš tvrdá zatěžuje řazení a způsobuje opotřebení celého systému. Naopak nedostatečná aretace může zapříčinit nedokonalé řazení. Pomocí řadicích vidlic se posouvají ozubená kola po jednotlivých hřídelích.
Vidlice jsou uloženy v kulisách nebo v řadicích válcích. V kulise je uchycen čep, který je schopen otáčet dvěma, někdy třemi vidlicemi. Při řazení rychlostních stupňů se pohyby páky přenáší přes různá soutyčí a táhla na kulisu. Válec má tu výhodu, že díky své malé šířce může být umístěn blízko převodových hřídelů. V zářezech na jeho povrchu se při otáčení posunují otáčecí čepy řadicích vidlic.
Řadicí automat je spojen hřídelí s řadicí pákou a ovládá kulisu, případně válec.
U motocyklů je možné řadit nožní pákou jednotlivé rychlostní stupně pouze v řadě za sebou, tedy ne jako v automobilu. Nožní páka je montována na levé straně ve směru jízdy. U sportovních motocyklů se první rychlostní stupeň řadí směrem nahoru a ostatní stupně pak přes neutrál dolů. Řazení nahoru je potřebné především na cílových rovinách, kde je nutné minimalizovat odpor vzduchu, tudíž je pro jezdce (závodníky) vhodnější nechávat levou nohu částečně skrytou za boční kapotáží než ji vysouvat
34
pro řazení opačné. U motocyklů určených pro širokou veřejnost se řadí první rychlostní stupeň dolů a ostatní směrem nahoru.
Pro převodovku umístěnou ve stejné skříni jako motor obstarává mazání motorový olej, který zajišťuje mazání ozubených kol, kluzných ploch a ložisek. Olej musí mít dobré mazací schopnosti a odolnost proti tlaku, jelikož zabraňuje vzájemnému styku čel zubů. Také slouží jako chladicí kapalina odebírající vzniklé teplo způsobené třením od ozubených kol a ložisek a odvádí ho do studenějších míst. Vícerozsahové oleje používané k mazání motoru i převodovky současně mají řetězce molekul velmi namáhané tlakem a smykem. Pokud se molekuly oleje zničí kvůli přestřihávání řetězců molekul sevřených mezi koly, stane se olej jednostupňovým. Proto výrobci doporučují olej často měnit, zejména pokud je v motoru mnoho ozubených kol a ložisek.
U motocyklů s oddělenou převodovkou a motorem se k mazání používá speciální převodový olej, který je pro převodovku vhodnější a interval výměny oleje je tak delší.
[4]
2.4 Kola a pneumatiky
Kola a pneumatiky jsou hlavním spojovacím článkem mezi motocyklem a povrchem vozovky. Kola nesou veškerou hmotnost, tj. hmotnost motocyklu, jezdce a spolujezdce, zavazadel. Přenášejí hnací a brzdné momenty včetně bočních sil a jsou důležitým prvkem v pružicí soustavě z hlediska bezpečnosti a pohodlí při jízdě.
2.4.1 Motocyklová kola
Kola motocyklu musí mít nízkou hmotnost, tvarovou pevnost s dostatečnou pružností i při vysokých rychlostech a musí se jednoduše montovat. Kolo se skládá ze střední nosné části a ráfku. Podle provedení se rozdělují na litá, montovaná a drátěná.
Základem je hlava kola, která může být s ráfkem pevně spojena nebo je k ní paprsky či diskem ráfek rozebíratelně upevněn. K hlavě je dále připevněn brzdový buben či kotouč. V případě hnaného kola je hlava spojena ještě s řetězovým nebo ozubeným kolem sekundárního převodu. Přední i zadní kolo má většinou vzájemně nezávislé brzdy, které mají pevné díly upevněny k příslušné vidlici.
Litá kola mají poměrně krátkou historii. Jejich základem je přesný odlitek ze slitiny hliníku nebo hořčíku. Ve střední části jsou přesně obrobené otvory pro ložiska a příruby pro upevnění brzdových kotoučů pomocí čepů či šroubů. Také je zde
35
upevněno ozubené kolo pohonu. Ráfek je spojený se středem kola pomocí odlitých paprsků, jejichž konstrukce se podle výrobců velmi liší. Zpravidla se soustruží pouze jeho dosedací plochy pro patku pneumatiky, ale také se musí dbát na jeho pevnost a spolehlivost. Výpočet litých kol je složitý, protože se jedná o staticky neurčitou konstrukci s žebry nekonstantních průřezů. Kvůli nehomogennosti odlitku a kolísající pevnosti v různých místech je obtížné stanovit bezpečnost i spolehlivost vlastního kola.
Výhodou litých kol je nenáročná údržba, vysoká tuhost, přesné vyvážení ajednoduchost. Nevýhodou je pak citlivost na tvrdé nárazy a poměrně drahé opravy naraženého kola. Nejčastěji se litá kola používají u silničních závodních motocyklů, ovšem můžeme se s nimi setkat i u sportovně cestovních strojů.
Obr. 8: Litá kola Marchesini [17]
Montované ráfky dobře drží tvar při všech rychlostech a mají znatelně nižší hmotnost oproti odlévaným. Náboj, obruč a paprsky jsou spojeny nýty nebo šrouby.
Náboj se vyrábí z hliníku nízkotlakým odléváním. Obruč je vyrobena z legované ahliníkové slitiny s malou elasticitou. Paprsky se vyrábějí z ocelového plechu se zinkovým antikorozním povlakem nebo z kované hliníkové slitiny. V současnosti se však díky svému ne příliš atraktivnímu vzhledu moc často nepoužívají. Nevýhodou montovaných kol je již výše zmíněná malá elasticita, a to především při přejíždění nerovností při vyšších rychlostech.
Drátová kola se používají u větších průměrů ráfků. V hlavě kola jsou dvě příruby s otvory pro zachycení hlaviček paprsků, které se křižují třikrát či čtyřikrát podle použití motocyklu. Tímto způsobem výpletu se lépe přenese hnací i brzdný moment. Paprsky se vyrábějí z ocelového drátu. Na jednom konci je nakovaná hlavička
36
a na druhém konci je vyválcován závit. Matice paprsků se vyrábějí z mosazi tvářením za studena. Příliš krátký paprsek může způsobit vytržení závitu, naopak dlouhý paprsek musí být po výpletu ubroušen, aby neprorazil duši. Náboj kola je elasticky uchycen uprostřed výpletu a jsou v něm vybrání pro uložení ložisek. Kvůli větší pevnosti a lepšímu odvodu tepla vzniklého třením v ložiskách bývají žebrované. Pro uchycení výpletových drátů jsou okraje náboje s malými otvory vytažené velmi vysoko. Náboj se nejčastěji vyrábí ze slitin lehkých kovů na bázi hliníku a někdy i hořčíku. Příruby pro uchycení paprsků musí mít dostatečnou pevnost. Ochranu duše před poškozením od vyčnívajících výpletových drátů zajišťuje pryžový pás nasazený na ráfku. Právě kvůli konstrukci, která v ráfku vyžaduje otvory pro dráty, není vhodné použít bezdušové pneumatiky, protože by těmito otvory unikal vzduch. Ráfky se vyrábějí z oceli nebo duralu. Polotovarem pro ocelový ráfek je nejčastěji ocelový hlubokotažný plech s tloušťkou 1,2 až 1,8 mm. Pevnější chrommolybdenový plech se kvůli horšímu tvarování neujal. Výhodou ocelových ráfků je nižší cena, vyšší pevnost a možnost vyrovnání po naražení. Duralové ráfky se vyrábějí ze speciálního taženého profilu, který se po stočení svařuje, důlkuje a vyvrtá. Leští se pouze viditelné části. Jsou lehké a při použití kvalitního materiálu a správném dimenzování zajišťují i dobrou pevnost.
Nevýhodou je však jejich vyšší cena. Nejčastěji se s nimi můžeme setkat u silničních závodních motocyklů, kde úspora hmotnosti představuje v průměru 0,5 kg oproti ocelovým ráfkům. Drátová kola jsou lehká, jednoduchá na výrobu, dostatečně pevná.
Mají dobré pružicí vlastnosti a malou citlivost na boční vítr.
Obr. 9: Drátové kolo s duší [18]
