Teemad:
- üld-
- Ülemine nukkvõll
- Alus nukkvõll
- Kiired nukkvõllid
- Klapi kattumine
- Muutuva klapi ajastus ja klapi tõstejõud
- Määrimine
Üldine:
Nukkvõll on mootori oluline osa. Nukkvõll tagab, et klapid avatakse ja suletakse, võimaldades õhul silindrisse sisse ja välja voolata. Nukkvõll pöörleb nii, et nukk avab klapi klapi vedru vedrujõu vastu. Klapivedru tagab, et avatud klapp on suletud, kui nukk jätkab pöörlemist.
Nukkvõll asub silindripea üla- või alaosas või mootoriploki allosas. Nukkvõlli käitavad hammasrihm, kett või ketirattad. Vaata selle kohta lähemalt peatükist jaotus.
Ülemine nukkvõll:
Ülemine nukkvõll on kasutusel vaid tänapäeval. Seejärel asetatakse nukkvõll silindripeasse. Ülemise nukkvõlliga mootorite eeliseks on see, et nad saavad hakkama suurematel pööretel kui nende all oleva nukkvõlliga mootorid.
Vasakpoolsel pildil on näha, et klapp on suletud, kuna klapi vedru surub klapi kinni ja nukkvõll pöörleb päripäeva. Parempoolsel pildil on nukkvõll väänatud, mistõttu nukk surub klapi alla. Vedru on nüüd kokku surutud, surudes klapi alla. Kui nukkvõlli on edasi pööratud, surub klapivedru klapi uuesti ülespoole. Klapivedru avaldab umbes 20 kg vasturõhku.
Neljataktilise mootori klapid avatakse 1 või 2 nukkvõlli abil. 1 nukkvõlliga versioonis töötab see nii sisselaske- kui ka väljalaskeklappidega.
2 nukkvõlliga versioonis juhib üks nukkvõll sisselaskeventiili(d) ja teine väljalaskeklapi(sid). 2 nukkvõlli saab ajada üksteise järel 1 hammasrihma abil, kuid on ka süsteeme, kus üks nukkvõll ajab teist eraldi rihma või keti abil (vt allolevaid pilte)
Allolevad pildid on vaid näited hammasrihma ehitusest. Ajastusahela põhimõte on sama.
Vasakpoolne ülaltoodud pilt on ühe nukkvõlliga varustatud mootorist. See töötab nii sisselaske- kui ka väljalaskeklappidel. Tavaliselt rakendatakse seda näiteks neljasilindriliste 8 või 12 klapiga mootorite puhul (st 2 või 3 klapiga silindri kohta).
Keskmisel pildil on kahekordse nukkvõlliga mootor, mida veavad kaks hammasrihma. Nukkvõlli ketiratast (1) käitab otse väntvõll suure rihmaga. Käigu 1 rihmaratta taga on väike hammasratas, millest jookseb üle tagumine rihm. See tagumine (väike) rihm veab nukkvõlli ketiratast (2). Väikese rihma jaoks on vaja eraldi pingut. Seda rakendatakse tavaliselt 16 või enama klapiga neljasilindriliste mootorite puhul. (nii 4 või enam klappi silindri kohta)
Paremal pildil on kahe nukkvõlliga mootorratta mootor. Nukkvõllid veavad nii rihm kui kett. Nukkvõlli 1 juhib hammasrihm, mida veab väntvõll. Nukkvõlli 2 juhib kett, mida juhib nukkvõll 1. See kett on paigaldatud ventiilikaane alla pinguti või reguleerimismehhanismiga. Tavaliselt rakendatakse seda näiteks 16 või enama klapiga neljasilindriliste mootorite puhul. (neli või enam klappi silindri kohta)
Alus nukkvõll:
Varem olid mootorid varustatud nukkvõlliga. Tänapäeval on sõiduautode mootorid varustatud ainult ülemise nukkvõlliga. Konstruktsioon koos selle all oleva nukkvõlliga on kadumas. Selle konstruktsiooni puuduseks on see, et need mootorid ei suuda suuri pööreid taluda, kuna nukkvõlli ja klapi vahel on palju massi. Suurtel kiirustel tekib liiga palju lõtku ja klapp ei avane ega sulgu enam õigel ajal.
Väntvõll käitab abil väike ajastuskett või rihm selle all oleva nukkvõlli külge (vt pilti allpool). Nukkvõll surub klapi kraani ja tõukurvarda otse üles. Nookurvarre parem pool on üles lükatud. Nookur 'tõmbub' ümber nookuri telje, surudes vasaku külje alla. See sunnib ventiili allapoole vastu klapivedru jõudu. Kui nukkvõlli edasi pöörata, surub klapivedru klapi kinni ja klapihoob naaseb algasendisse.
Kiired nukkvõllid:
Kui nukk on ovaalsem ja pikem, jääb klapp kauem lahti. Seejärel saab silindrisse voolata rohkem õhku. Selle tulemuseks on kapitalikasum. Seda põhimõtet kasutatakse muuhulgas mootorite häälestamisel. Seda nimetatakse "kiireteks nukkvõllideks". Kui ots on teravam (rohkem terava kujuga), sulgub klapp kiiremini. Samuti peab see olema kergelt kumer, vastasel juhul paiskub klapp liiga suure kiirusega tagasi istmele, põhjustades klapipesade tugevat kulumist. Mootori projekteerimisel testitakse seda ka hoolikalt, nii et paigaldatakse nukkvõllid, mis on võimsuse, kütusekulu ja emissiooniväärtuste jaoks kõige optimaalsemad.
Klapi kattumine:
Klapi kattumise ajal on sisselaske- ja väljalaskeklapid korraga korraks avatud. Väljalasketakti lõpus, kui kolb on peaaegu TDC-s, avaneb sisselaskeklapp enne väljalaskeklapi sulgemist. Sellises olukorras on põlemiskambrist väljuvate heitgaaside kiirus nii suur, et vaakumefekt tõmbab sisselaskeõhku juba sisse. Pärast väljalaskeklapi sulgemist ja kolvi liikumist ODP-le avaneb sisselaskeklapp täielikult. Sissevõetav õhk täidab seega põlemisruumi.
Klapi kattumise eeliseks on see, et sisselaskeklapi avanemisel suureneb sissetuleva õhu kiirus, mille tulemuseks on suurem täituvus.
Joonisel on kujutatud olukord, kus sisselaskeklapp (vasakul) ja väljalaskeklapp (paremal) avatakse samaaegselt.
Diagramm näitab väljalaske- ja sisselaskeklappide avamist ja sulgemist. Kui nukkvõll pöörleb, avaneb ja sulgub väljalaskeklapp uuesti (sinised jooned). Klapi kattumine toimub graafiku keskel. Seda näidatakse punaselt. Sisselaskeklapp (näidatud roheliste joontega) on siin juba veidi avatud.
Klapi kattumine saavutatakse nuki kujuga. Alloleval pildil on näha, et ülemisel nukkvõllil on kõrgeimad nukid üksteisest 114 kraadi. Pildi keskel on klapi kattumine, kuna sisselaske nuki ots ja väljalaske nuki algus on kõrgemal kui nukkvõlli ümmargune osa. See on osa, kus sisselaske- ja väljalaskeklapid on samal ajal avatud.
Mida lähemale kõrvad üksteisele asetatakse, seda rohkem tekib kattumist. Seda on näha ülemise ja alumise nukkvõlli erinevuses, kusjuures alumise nukkvõlli nukid on üksteisest 108 kraadi kaugusel.
Seetõttu tekib klappide kattumine alati ja seda ei saa nukkvõlli fikseeritud nukikuju tõttu muuta. Klapi kattuvuse suuruse määrab mootori tootja.
Muutuva ventiili ajastus ja klapitõste:
Mootori võimsus sõltub suuresti nukkvõllist. Kui sellel on pikad ja ovaalsed nukid, jäävad klapid kauem lahti. See tähendab, et mootorisse saab siseneda ja sealt väljuda rohkem õhku, mis toodab rohkem võimsust. Kui nukid on lühemad ja teravamad, avaneb klapp vähem ja sulgub varem, laseb vähem õhku sisse ja välja, seega toodab see ka vähem võimsust. Selle eeliseks on see, et see võib vähendada kütusekulu.
Madalad mootori pöörlemiskiirused väikese koormusega nõuavad:
- Sisselaskeklapid avanevad hilja ja sulguvad varakult.
- Väljalaskeklapid avanevad hilja ja sulguvad varakult.
Mootori kõrged pöörlemiskiirused suure koormusega nõuavad:
- Avage sisselaskeventiilid varakult ja sulgege hilja.
- Avage väljalaskeklapid varakult ja sulgege hilja.
Autotootjad otsivad alati kuldset keskteed. Muutuva klapiajastus reguleerib nukkvõlli mootori töötamise kiirusel soovitud asendisse. Muudetav klapitõste on ka tehnika erinevate eeliste saamiseks, muutes klapi avanemiskaugust.
Juures muutuv klapi ajastus pöörab nukkvõlli reguleeritava nukkvõlli ketiratta suhtes (vt pilti). Selle süsteemiga saab korraldada nii, et ventiilid avanevad varem või hiljem, aga ei saa korraldada seda, et klapid jäävad kauem lahti. Kui klapp avaneb varem, sulgub see ka varem, sest nukkvõlli kuju jääb samaks. Lehel muutuv klapi ajastus selle kohta antakse rohkem selgitusi.
Muutuva ventiili tõstevõime on tehnika, mis tagab, et klapi tõstekõrgus on reguleeritav. See kontrollib, kui kaugele klapp avaneb. See on kasulik nii kütusekulu kui ka mootori võimsuse seisukohalt. Allolev pilt on selle näide. See on BMW Valvetronic.
Muutuva klapi tõstejõudu rakendatakse ainult sisselaske nukkvõllile. On mitmeid tehnikaid, mida erinevad tootjad kasutavad. Leheküljel muutuv klapitõste erinevaid tehnikaid kirjeldatakse üksikasjalikult.
Määrimine:
Nukkvõlli tuleb määrida, nagu ka kõiki teisi mootoris liikuvaid komponente. Nukkvõlli varustatakse õliga õigetes kohtades aukude või otsikutega torude kaudu. Kogu määrimissüsteemi tööd on kirjeldatud lehel määrimissüsteem.
