Řazení bez spojky

Protože se na diskuzním fóru pořád dokola opakují thready, kde se řeší řazení bez spojky a v nich stále dokola zaznívají nesprávné názory "že řazení bez spojky ničemu nevadí", rozhodl jsem se sepsat tento článek. Strojařům se omlouvám za místy nesprávné nebo nepřesné označení, článek je napsán primárně pro BFU.

Pro správné pochopení dějů při řazení je dobré si udělat výlet mimo jednu stopu, konkrétněji do převodového systému ve starších náklaďácích.

Pokud by někdo neznal základní principy převodovky, doporučuji prostudovat tenhle článek:
http://auto.howstuffworks.com/transmission3.htm
Je sice pouze v angličtině, ale interaktivní animace převodovky je více než zřejmá.

Ideální řazení bez rázů - s meziplynem

U automobilových převodovek bez synchronizace je nutné řadit dolů s takzvaným meziplynem.

sešlápnout spojku
vyřadit na neutrál
pustit spojku
prošlápnout plyn
sešlápnout spojku
zařadit nižší stupeň
pustit spojku

Proč tak složitě? Je totiž potřeba srovnat poměr otáček hnaného a hnacího hřídele v převodovce tak, aby souhlasil s nově řazeným převodovým stupněm. (V moderních převodovkách se o vyrovnání otáček postarají synchrony, takže lze řadit tak, jak jsme všichni zvyklí - spojka, přeřadit, pustit spojku). Při dokonalém provedení nedojde k žádnému rázu.

Nejprve ubereme plyn tak, aby motor nebyl v záběru - nedocházelo k akceleraci, ani k brzdění motorem. Sešlápnutím spojky se odpojí motor od převodovky, ta je dále poháněna od hnaných kol (vozidlo setrvačností pokračuje konstantní rychlostí). Protože motor nebyl v záběru, nedochází k prokluzu spojky.
Vyřazením rozdělíme celý systém pohonu na tři nezávislé části - motor, hnací hřídel a hnaný hřídel plus zbytek převodů ke kolům. V tuto chvíli by šlo tyto části zase spojit, protože se točí konstantní rychlostí jako před rozpojením a tedy mají navzájem nulové rozdíly v úhlových rychlostech dosedacích ploch. Chceme ale změnit převodový stupeň a tam by už rychlosti dosedacích ploch obou hřídelí byly znatelné.
Pustíme spojku, čímž propojíme motor s hnací hřídelí převodovky. Protože jednáme rychle, hřídel se ještě nestačila vlivem tření zpomalit. Motor má stále ještě stejné otáčky jako na začátku, takže k prokluzu spojky nedochází (rozdíl v úhlových rychlostech je nulový).
Přidáním plynu se zvýší otáčky motoru a tím i hnací hřídele v převodovce. Tento krok je velice citlivý na odhad řidiče. V ideálním případě se trefí na stejnou úhlovou rychlost, kterou je potřeba, aby při zařazení nižšího stupně nedošlo k nárazu hřídelí.
Sešlápnutím spojky opět rozdělíme hnací systém na tři části. Vozidlo jede pořád stejně rychle jako předtím, takže i hnaný hřídel převodovky se otáčí jako na začátku řazení. Vlivem meziplynu se ale jak motor, tak hnací hřídel otáčí rychleji. A pokud jsme postupovali správně, tak ten rozdíl je dán rozdílem převodových poměrů obou "kvaltů".
Zařazením nižšího stupně spojíme oba hřídele v novém převodovém poměru. Protože se otáčí správnou rychlostí, k zasunutí dojde lehce a bez nárazu.
Pustíme spojku a protože se všechno otáčí jak má, nedochází k prokluzu a spojka si jen sedne a zase propojí motor s hnanými koly v novém převodovém poměru. Nyní můžeme opět přenášet výkon (akcelerovat nebo brzdit motorem).

Při dokonalém provedení spojka neklouže a nedochází k absolutně žádným rázům. Pokud bychom vynechali vypínání spojky, šlo by vše také jako po másle bez jakéhokoli opotřebení. Ale to by fungovalo jen v teoretické rovině. Žádný řidič není tak přesný, aby dokázal odhadnout otáčky přesně a proto se malé chyby ztratí v mírném proklouznutí spojky (od toho tam taky je :-) ). Kromě toho v praxi by byl takový dokonalý řidič taky na houby - pokud by se hnací a hnaná hřídel na dosedacích plochách otáčely skutečně přesně stejnou rychlostí, nemohlo by dojít k zasunutí zubů (snad jen v případě že by vyšly přímo naproti sobě - ale jaká je pravděpodobnost?). V reálu se hřídele otáčejí s mírným rozdílem v rychlosti. Při řazení rychlosti jsou na sebe přitlačeny pomocí řadícího mechanismu, kloužou po sobě a když se potká zub s protikusem, zapadnou do sebe. Vznikne zde zanedbatelný ráz tím, jak je hnací hřídel náhle zrychlen/zpomalen (záleží na tom, na kterou stranu to řidič nevychytal přesně). Protože se ale jedná o malý rozdíl rychlosti a jen setrvačnost hnacího hřídele, jedná se opravdu o minimální rázy.

Řazení na vyšší rychlostní stupeň u převodovky bez synchronizace probíhá stejně jako dolů, jen v bodě 4 se nepřidá plyn, ale naopak počká, až motor sníží otáčky na požadovanou hodnotu.

Námět na ověření pokusem

Zkuste si v autě s manuální převodovkou za jízdy vyřadit bez spojky. Nejdřív při akceleraci, pak při brzdění motorem a nakonec když nebude motor v zátahu. Nejlépe tak, že začnete tlačit na řadící páku ve směru neutrálu a u toho dejte nohu z plynu (v případě jízdy z kopce a brzdění motorem naopak plyn prošlápnout)
Hlavně pak zařaďte rychlost už se spojkou, nechci mít na svědomí vaše převodovky!
Takhle by se dalo začít řazení s meziplynem bez použití spojky - když se vychytá, aby byl motor mimo záběr, jde to jako po másle. Použití spojky je ale jednodušší, protože se nemusí ladit záběr motoru. Stejně lehce lze teoreticky i zařadit bez spojky, ale chce to hodně dobrý odhad (tak nějak robotický) a proto zařadit bez spojky radši nezkoušejte.

Řazení na motorce

Na motocyklu ale takový postup nejde aplikovat, protože mezi každými dvěma rychlostními stupni není neutrál a vyřazení a zařazení probíhá prakticky v jeden okamžik.

Ideální řazení na motocyklu

Vymáčknout spojku
Přeřadit
Srovnat otáčky (zároveň s přeřazením)
Pustit spojku

A co se u toho děje uvnitř? Řekněme, že se bavíme zase nejdřív o podřazování:

Opět před začátkem řazení ubereme plyn tak, aby nedocházelo k přenosu síly ve směru motor - zadní kolo ani naopak. Vymáčknutím spojky oddělíme motor od převodovky (plus zbytek převodů na zadní kolo). Protože celé řazení trvá chvíli, motocykl pokračuje stále stejnou rychlostí vlivem setrvačnosti.
Dochází k přeřazení. Protože řadíme na rychlostní stupeň s jiným převodovým poměrem (jinak by řazení postrádalo smysl), potřebujeme změnit otáčky hnacího hřídele. K zařazení nové rychlosti dojde prakticky ihned po vyřazení - motorky nemají neutrál mezi každými dvěma rychlostmi. Proto se hnací hřídel musí náhle roztočit na vyšší úhlovou rychlost (bavíme se o podřazení). K tomuto dojde v podstatě v jeden okamžik kdy do sebe zapadnou zuby nového převodu. Kdyby k nenulovému zvýšení rychlosti došlo během nulového času, musely by působit nekonečně veliké síly. To by asi převodovka nezvládla, co? Dotknutí zubu je otázkou opravdu okamžiku, tak kde vezmeme ten potřebný čas? Ten se vezme vlivem pružné deformace obou hřídelí. Ty zapruží a umožní zlomek sekundy hnací hřídeli zrychlovat na požadovanou rychlost. Tento ráz je znatelný, protože není možné předem nijak vyrovnat otáčky hnací hřídele. Naštěstí ale u motocyklu není tato hřídel příliš těžká, takže nedisponuje takovou setrvačnou silou. Samozřejmě je tato síla a tedy i výsledný ráz závislý na otáčkách motoru při řazení, čím vyšší, tím více setrvačné síly je třeba překonat. Tento ráz je při řazení nevyhnutelný, ale počítá se s ním a převodovka je na to stavěná.
Zároveň s přeřazením je dobré "vrknout plynem" - občas se to nesprávně nazývá meziplyn (ale ten se probíral výše a evidentně to není to stejné), já preferuju označení falešný meziplyn nebo "meziplyn" (včetně těch uvozovek), nebo prostě vrknutí. Název je ale na vkusu každého soudruha. Tím se srovnají otáčky motoru a hnacího hřídele (tedy obou částí spojky), šetříme tak spojku.
Pustíme spojku a zde nedojde k žádnému prokluzu.

Sice nedochází k prokluzu spojky, ale na rozdíl od řazení přes neutrál v automobilové převodovce ji zde vynechat nemůžeme. Ráz v bodě 2 byl malý, protože samotná hnací hřídel nemá příliš velkou hmotnost a tedy ani setrvačnost. Když by se k ní ale při vynechání rozepnutí spojky přidal ještě celý motor (tedy klika, ojnice, písty, rozvody, alternátor, čerpadlo vody a oleje), zvyšuje se setrvačnost mnohanásobně. A zase dochází k deformacím. Tentokráte ale mnohem větším. Je třeba si také uvědomit, že každá akce vyvolává reakci a tedy největší ráz na dosedacích plochách hnací a hnané hřídele se šíří oběma směry - jak do motoru, tak k zadnímu kolu. A přebytečná/chybějící pohybová energie celého motoru se mění na teplo při pružných deformacích hřídelí, řetězu, pneumatiky ... Spojka při tom také zlehka proklouzne, ale pulz pokračuje i dál a deformuje klikovou hřídel, ojnice ...

Při řazení nahoru je to stejné, jen místo "meziplynu" je třeba nechat otáčky padnout (na malou chvíli ubrat). Pulzy jsou úplně stejné, jen v druhém směru (hnací hřídel nárazově zrychlí)

Špatné řazení se spojkou

Už jsem i viděl, jak někdo na motorce vytočil dvojku, vymáčkl spojku, zavřel plyn přeřadil na trojku a pustil spojku. Jenomže ve vysokých otáčkách a strašně pomalu, takže motor z řekněme 12.000 rpm padl na volnoběžných 1.500 rpm a pak ho spojka zase roztočila na cca 9.500. Opotřebení převodovky minimální, ale opotřebení spojky veliké.

Závěr

Správné řazení se spojkou tedy spojku nezatěžuje (nedochází k prokluzu) a samotnou převodovku jen minimálně. Řazení bez spojky nezatěžuje spojku (nebo jen minimálně) ale způsobuje nadměrné opotřebování zejména převodovce, sekundárnímu převodu a pneumatice (ale nejen těmto částem). Špatné řazení se spojkou vyloženě ubližuje spojce a protože spojka nemá takovou výdrž jako převodovka, pravděpodobně odejde dřív. U spojky se ale s opotřebováním a výměnou počítá, zatímco převodovka je designovaná aby vydržela po celou dobu životnosti motocyklu (a většinou by zvládla i několikrát více). Taky je výměna převodovky podstatně dražší než u spojky.

Každopádně pár rozumně provedených řazení bez spojky motorce zas tak neublíží, ale určitě neprospívá. Při závodech má ušetření pár setin sekundy opodstatnění, u sprintu tuplem. Při jízdě po zadním by vymáčknutí spojky znamenalo okamžité položení předního kola (pokud tedy není motocykl v mrtvém bodě, nebo za ním). Při normální jízdě je to jen zbytečná machrovinka, která zvyšuje opotřebení motocyklu.

Tento text neplatí pro závodní speciály, které mají na řadící páce čidlo a při jejím doteku vynechají pár zápalů, čímž samy sníží otáčky motoru. Také neplatí pro JAWY, které mají poloautomatickou převodovku (při vyklonění řadící páky z klidové polohy se rozepíná spojka).

Třeba takhle může dopadnout dvojkové kolečko (nadměrné opotřebení):