Nokka-akseli

Nokka-akseli on nykyään useimmiten sylinterinkannessa sijaitseva nelitahtisen polttomoottorin osa, joka aukoo venttiileitä ja sallii venttiilinjousien sulkea niitä.

Nokka-akselin sijainti

Moottorit voidaan jakaa kahteen ryhmään nokka-akselin sijainnin perustella:

• nykyiset moottorit ovat yleensä OHC-moottoreita (overhead camshaft, kannen yläpuolinen nokka-akseli)
  • SOHC: yksi nokka-akseli (single OHC)
  • DOHC: kaksi nokka-akselia (double OHC)
• moottorit, joiden nokka-akseli sijaitsee sylinterilohkossa:
  • työntötanko- tai kansiventtiilikoneet (OHV, overhead valve)
  • sivuventtiilikoneet (SV, side valve), joissa venttiilit ovat lohkon sivussa kannen alapuolella (L-head), jotka alkavat olla jo historiaa.
• monen nokka-akselin erikoisratkaisut
  • mm. DELAHAYE:n muutamassa kilpa-autossa sekä ikonisessa "165"-mallissa toteutettu ratkaisu, missä V12-moottorin kussakin sylinteriryhmässä on pakoventtiilejä ohjaava kannen yläpuolinen nokka-akseli, mutta imuventtiileille V-laaksossa yhteinen kolmas nokka-akseli (valmistusmäärä alle 10 kpl, keskeytyi 1939 toisen maailmansodan syttyessä)
  • mm. Cadillac "Northstar"-V8 DOHC 32 venttiili (neljä nokka-akselia, neljä venttiiliä per sylinteri)

Toiminta

Nokka-akseli saa käyttövoimansa kampiakselilta joko suoraan hammaspyörien välityksellä tai sitä pyöritetään jakoketjulla tai yhä useammin jakohihnalla. Harvinaisempi, kallis ratkaisu on akseliveto nokka-akselille (usein yhdistettynä desmodromiseen venttiilien ohjaukseen, ts. niiden ohjaus on mekaaninen sekä avauksen että sulkemisen osalta, ilman venttiilijousia, ks. Ducati DESMO-mallit) esiintyy korkean tehon kilpa- tai korkeaa luotettavuutta edellyttävissä lentomoottoreissa (mm. Daimler Benz 600-sarjan V12-lentomoottorit 1930- ja 1940-luvuilla) tai panssareissa (T34:n diesel-V12, jonka sukujuuret yltävät nykyaikaisen T90-panssarin moottoriin asti).

Nokka-akselin ohjaamat imu- ja pakoventtiilit mahdollistavat sylinterin palotilan kaasunvaihdon eri tahtien aikana. Yleensä nokka-akselin nokka ohjaa venttiilin karaa venttiilinnostajan (aikaisemmin keinuvivun) avulla.

Nokka-akseli avaa kunkin venttiilin kerran kahden kampikierroksen aikana, joten nokka-akseli pyörii puolella nopeudella kampiakseliin nähden. Nokka-akseleita voi olla rivimoottorissa korkeintaan kaksi kappaletta, V-mallin koneissa neljä. Mikäli käytetään kahta nokka-akselia sylinteriryhmää kohti (DOHC), toinen huolehtii pako- ja toinen imuventtiileiden käytöstä. (imu- ja pakonokka-akseli)

Nokan geometria

Nokka-akselin nokan geometrialla (profiililla) voidaan vaikuttaa venttiilien avautumisnopeuteen ja aukioloaikaan. Parantuneen kaasunvaihdon ansiosta moottorin teho lisääntyy, mutta tehohuippu usein siirtyy korkeamman kierrosluvun alueelle ja alakierrosten vääntömomentti vähenee.

Sarjatuontomoottoreissa käytetään mahdollisimman tasapainoista nokkaa. Moottoreiden virittäjät koneistavat nokka-akselia siten, että nokan profiilia jyrkentämällä lisätään venttiilin avautumis- ja myös sulkeutumisnopeutta. Viritysosana saatavilla olevissa nokka-akseleissa on usein myös lisätty nokan huipun pituutta ts. venttiilien aukioloaikoja. Noston korkeutta voidaan harvoin lisätä merkittävästi.

Nokan nostavan syrjän profiilin jyrkkyydellä on käytännön rajansa, joka johtuu ennen kaikkea venttiilikoneiston massahitausvoimista. Joskus nokan nostava syrjä on hieman lievemmin jyrkkä, kuin sulkeva syrjä, jolloin puhutaan epäsymmetrisestä nokasta.

Viritysmoottoreissa nokka-akselin nokan vastinpinta saatetaan korvata hyvin laakeroidulla rullalla (ns. rullanokka), jolla lievennetään kasvavien kiihtyvyyksien ja massahitausvoimien seurauksena syntyviä liian suuria pintapaineita, jotka johtaisivat poikkeuksellisen ennenaikaiseen kulumiseen ja välittömiin vaurioihin.

Kilpamoottoreissa venttiilikoneiston massahitausvoimia voidaan vähentää natrium-täytteisillä venttiileillä ja venttiilien sulkeutumisnopeutta lisätä joko vahvemmilla venttiilinjousilla tai tuplajousilla.

Venttiilien limitys – overlapping

Koneistettua nokka-akselia käytettäessä on huomioitava ilmiö nimeltään overlapping, joka tarkoittaa imu- ja pakoventtiilin yhteistä aukioloaikaa.

Hyvin paljon viritetyissä koneissa overlap saattaa olla jopa kymmeniä asteita. Tällainen moottori toimii hyvin ainoastaan suurilla kierroksilla (yli 8000 kierrosta minuutissa). Tällöin myös tietyissä tilanteissa (esimerkiksi voimakas moottorijarrutus) menee huomattavasti palamatonta polttoainetta pakoputkistoon ja se näkyy voimakkaana liekkinä pakoputken päässä.

Katso myös

• Sylinterinkansi