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Der Antriebsmotor ist in den meisten Fällen ein Viertakt-Ottomotor, seltener ein Zweitaktmotor.
Zweitaktmotoren werden zunehmend seltener, weil sie Geräusch- und Abgasregelungen nur unzureichend erfüllen.
Motorräder haben typischerweise einen bis vier Zylinder; Zweizylindermotoren sind als Reihenmotoren, Boxermotoren oder V-Motoren angeordnet, Drei- und Vierzylindermotoren sind fast immer Reihenmotoren.

Maschinen mit untypischen Motoren sind die Honda PanEuropean mit 4-Zylinder-V-Motor und einzelne Modelle von Honda, Kawasaki und Benelli mit 6 Zylindern.
Die Honda Goldwing mit 4- oder 6-Zylinder-Boxermotoren und verschiedene Wettbewerbsfahrzeuge mit 3 Zylindern (2 Zylinder stehend, 1 Zylinder liegend).
Suzuki RE 5, Van Veen OCR, Norton Commando und TT).

Alternative Antriebskonzepte sind Dieselmotoren (Taurus 325/Centaurus 851, Enfield Diesel [Indien], Sommer-Hatz-Diesel [Deutschland]) und Wellenturbinen (Y2K Turbine Superbike).

In den meisten Fällen wird die Motorleistung mit einer Kette auf das Hinterrad übertragen.
Daneben werden als wartungsärmere Alternativen Kardanwellen oder Zahnriemen benutzt.
Der Nachteil der Kardanwelle ist zum einen das höhere Gewicht, zum anderen auch durch Lastwechsel bedingte Aufstellmomente, die allerdings durch Einbau einer Paraleverstrebe abgefangen werden können.
Dies erhöht jedoch wiederum das ohnehin hohe Gewicht des Kardanantriebs, weswegen bei sportlichen Motorrädern fast immer Kettenantrieb verwendet wird.
Diese Art der Kraftübertragung hat aber auch spezifische Nachteile wie ihre Pflegebedürftigkeit (Spannen und Schmieren) sowie den Verschleiß von Antriebsritzel, Kettenrad und Kette.
Das Vorderrad wird nur bei sehr wenigen Modellen zusätzlich angetrieben.
Bereits seit über 40 Jahren gibt es Allrad-Motorräder der Marke ROKON (USA), bei denen beide Räder durch Ketten angetrieben werden.

Bedient wird ein Motorrad mit Händen und Füßen, jedoch ist die Anordnung der Bedienelemente anders als beispielsweise beim PKW.
Am weitesten verbreitet ist folgende Kombination: Die Gangschaltung wird mit dem linken Fuß bedient, die Kupplung mit der linken Hand, das Gas mit der rechten Hand (Drehgriff), ebenso wie die Vorderradbremse (Bremshebel), während die Hinterrradbremse mit dem rechten Fuß bedient wird.
Der Blinker ist meist links zu finden, während die Schalter für die Beleuchtung oft auch rechts sind.

Ein Motorrad zeichnet sich durch ein im Verhältnis zum PKW niedrigeres Leistungsgewicht aus.
Die Motorleistung muss so weniger Masse beschleunigen.
Relativ hohe Beschleunigungswerte sind die Folge (z. B.: 0−100 km/h in knapp über 3 Sekunden).

Die leistungsstärksten serienmäßigen Straßenmotorräder erreichen mit über 300 km/h höhere Geschwindigkeiten als die meisten Serien-PKW,
durch den gegenüber PKW geringeren Luftwiderstand (das Produkt aus Luftwiderstandsbeiwert [cw-Wert] und der Stirnfläche [m²]).
In Europa haben sich die Importeure und Hersteller 2002 eine freiwillige Geschwindigkeitsobergrenze von 299 km/h auferlegt, um einer gesetzlichen Regulierung entgegenzuwirken.

Inzwischen werden für zahlreiche Motorräder Fahrassistenzsysteme wie bei Autos angeboten, so das ABS und Verbundbremsen; und ab 2007 auch die Antriebs-Schlupfregelung (Automatic Stability Control - ASC) bei BMW-Motorrädern.

Motorräder entwickeln je nach Fahrweise mehr Verkehrslärm als PKWs, bei denen vorwiegend die Abrollgeräusche als störend wahrgenommen werden, während hier die Motor- und Ansauggeräusche des freiliegenden Antriebsaggregats eher wahrgenommen werden.