Aiheet:
- Yleinen
- Nokka-akseli yläpuolella
- Alla oleva nokka-akseli
- Nopeat nokka-akselit
- Venttiilien päällekkäisyys
- Säädettävä venttiilin ajoitus ja venttiilin nosto
- voitelu
yleinen:
Nokka-akseli on tärkeä osa moottoria. Nokka-akseli varmistaa, että venttiilit avataan ja suljetaan, jolloin ilma pääsee virtaamaan sisään ja ulos sylinteristä. Nokka-akseli pyörii niin, että nokka avaa venttiilin venttiilijousen jousivoimaa vastaan. Venttiilin jousi varmistaa, että avattu venttiili sulkeutuu, kun nokka jatkaa pyörimistä.
Nokka-akseli sijaitsee sylinterinkannen ylä- tai alaosassa tai moottorilohkon alaosassa. Nokka-akselia käytetään jakohihnalla, ketjulla tai ketjupyörillä. Katso lisää tästä luvusta jakelu.
Nokka-akseli yläpuolella:
Yläpuolinen nokka-akseli on käytössä vain nykyään. Nokka-akseli asetetaan sitten sylinterinkanteen. Yläpuolisella nokka-akselilla varustettujen moottoreiden etuna on, että ne kestävät suurempia nopeuksia kuin moottorit, joissa on alla oleva nokka-akseli.
Vasemmassa kuvassa näkyy, että venttiili on kiinni, koska venttiilin jousi painaa venttiiliä kiinni ja että nokka-akseli pyörii myötäpäivään. Oikeassa kuvassa nokka-akseli on vääntynyt, jolloin nokka painaa venttiiliä alas. Jousi on nyt puristettu ja painaa venttiiliä alas. Kun nokka-akselia on käännetty edelleen, venttiilijousi työntää venttiiliä jälleen ylöspäin. Venttiilin jousi tuottaa noin 20 kg vastapainetta.
Nelitahtimoottorin venttiilit avataan 1 tai 2 nokka-akselilla. Versiossa, jossa on 1 nokka-akseli, se ohjaa sekä imu- että pakoventtiilejä.
2-nokka-akselilla varustetussa versiossa toinen nokka-akseli ohjaa imuventtiilejä ja toinen pakoventtiilejä. 2 nokka-akselia voidaan käyttää peräkkäin 1 jakohihnalla, mutta on myös järjestelmiä, joissa toinen nokka-akseli käyttää toista erillisellä hihnalla tai ketjulla (katso kuvat alla)
Alla olevat kuvat ovat vain esimerkkejä jakohihnan rakenteesta. Periaate on sama jakoketjun kanssa.
Yllä oleva kuva vasemmalla on moottorista, joka on varustettu yhdellä nokka-akselilla. Tämä ohjaa sekä imu- että pakoventtiilejä. Tätä sovelletaan yleensä esimerkiksi nelisylinterisiin moottoreihin, joissa on 8 tai 12 venttiiliä (eli 2 tai 3 venttiiliä sylinteriä kohden).
Keskimmäinen kuva on moottorista, jossa on kaksinkertainen nokka-akseli, jota käytetään kahdella jakohihnalla. Nokka-akselin hammaspyörää (1) käyttää suoraan kampiakseli suurella hihnalla. Vaihteen 1 hihnapyörän takana on pieni hammaspyörä, jonka yli kulkee takahihna. Tämä taka (pieni) hihna käyttää nokka-akselin hammaspyörää (2). Pieni hihna vaatii erillisen kiristimen. Tätä sovelletaan yleensä nelisylinterisiin moottoreihin, joissa on 16 tai enemmän venttiiliä. (eli 4 tai enemmän venttiiliä per sylinteri)
Oikeassa kuvassa on moottoripyörän moottori, jossa on kaksi nokka-akselia. Nokka-akseleita käytetään sekä hihnalla että ketjulla. Nokka-akselia 1 käyttää jakohihna, jota käyttää kampiakseli. Nokka-akselia 2 käyttää ketju, jota käyttää nokka-akseli 1. Tämä ketju on asennettu venttiilin kannen alle kiristimellä tai säätömekanismilla. Tätä sovelletaan yleensä esimerkiksi nelisylinterisiin moottoreihin, joissa on 16 tai enemmän venttiiliä. (neljä tai useampi venttiiliä per sylinteri)
Alla oleva nokka-akseli:
Aikaisemmin moottorit varustettiin alla olevalla nokka-akselilla. Nykyään henkilöautojen moottorit on varustettu vain yläpuolisella nokka-akselilla. Rakenne alla olevalla nokka-akselilla on katoamassa. Tämän rakenteen haittana on, että nämä moottorit eivät kestä suuria nopeuksia, koska nokka-akselin ja venttiilin välillä on paljon massaa. Suurilla nopeuksilla syntyy liikaa välystä, eikä venttiili enää aukea ja sulkeudu oikeisiin aikoihin.
Kampiakseli käyttää pieni jakoketju tai hihna alla olevaan nokka-akseliin (katso kuva alla). Nokka-akseli työntää venttiilin nostoa ja työntötankoa suoraan ylöspäin. Keinuvarren oikea puoli on työnnetty ylös. Vipuvarsi "pyörtyy" keinuvivun akselin ympäri työntäen vasenta puolta alaspäin. Tämä pakottaa venttiilin alaspäin venttiilijousen voimaa vastaan. Kun nokka-akselia pyöritetään edelleen, venttiilin jousi painaa venttiilin kiinni ja keinuvipu palaa alkuasentoonsa.
Nopeat nokka-akselit:
Jos nokka on soikeampi ja pidempi, venttiili pysyy auki pidempään. Tällöin sylinteriin voi virrata enemmän ilmaa. Tämä johtaa pääomatuloihin. Tätä periaatetta käytetään muun muassa moottorin virittämisessä. Tätä kutsutaan "nopeiksi nokka-akseleiksi". Jos pää on terävämpi (enemmän pistemäinen), venttiili sulkeutuu nopeammin. Sen on myös oltava hieman kupera, muuten venttiili iskee takaisin istukkaan liian suurella nopeudella aiheuttaen kovaa kulumista venttiilin istukkaille. Moottoria suunniteltaessa tämäkin testataan huolellisesti, jotta nokka-akselit asennetaan tehon, polttoaineen kulutuksen ja päästöarvojen suhteen optimaalisesti.
Venttiilien päällekkäisyys:
Venttiilin päällekkäisyyden aikana tulo- ja poistoventtiilit ovat auki hetken samanaikaisesti. Pakotahdin lopussa, kun mäntä on melkein TDC:ssä, imuventtiili avautuu ennen kuin pakoventtiili sulkeutuu. Tässä tilanteessa polttokammiosta poistuvien pakokaasujen nopeus on niin suuri, että imuilma imeytyy jo sisään tyhjiövaikutuksen vaikutuksesta. Kun poistoventtiili on suljettu ja mäntä siirtyy ODP:hen, imuventtiili avautuu kokonaan. Tuloilma täyttää siten palotilan.
Venttiilien päällekkäisyyden etuna on, että tuloilman nopeus kasvaa imuventtiilin avautuessa, jolloin täyttöaste on korkeampi.
Kuvassa on tilanne, jossa imuventtiili (vasemmalla) ja poistoventtiili (oikealla) avataan samanaikaisesti.
Kaaviossa näkyy poisto- ja tuloventtiilien avautuminen ja sulkeminen. Kun nokka-akseli pyörii, pakoventtiili avautuu ja sulkeutuu uudelleen (siniset viivat). Venttiilin päällekkäisyys tapahtuu kaavion keskellä. Tämä näkyy punaisena. Tuloventtiili (esitetty vihreillä viivoilla) on jo hieman avattu täällä.
Venttiilin päällekkäisyys saavutetaan nokan muodon avulla. Alla olevasta kuvasta näet, että ylemmän nokka-akselin korkeimmat nokat ovat 114 astetta toisistaan. Kuvan keskellä venttiilin päällekkäisyys tapahtuu, koska imunokan pää ja pakonokan alku ovat korkeammalla kuin nokka-akselin pyöreä osa. Tämä on osa, jossa imu- ja pakoventtiilit ovat auki samanaikaisesti.
Mitä lähemmäksi korvakkeet asetetaan toisiaan, sitä enemmän päällekkäisyyksiä esiintyy. Tämä näkyy ylemmän ja alemman nokka-akselin välisenä erona, kun alemman nokka-akselin nokat ovat 108 astetta toisistaan.
Venttiilien päällekkäisyyttä esiintyy siksi aina, eikä sitä voi muuttaa nokka-akselin kiinteän nokan muodon vuoksi. Venttiilien päällekkäisyyden määrä määrittää moottorin valmistaja.
Säädettävä venttiilin ajoitus ja venttiilin nosto:
Moottorin teho riippuu suurelta osin nokka-akselista. Jos siinä on pitkät ja soikeat nokat, venttiilit pysyvät auki pidempään. Tämä tarkoittaa, että enemmän ilmaa pääsee sisään ja poistuu moottorista, mikä tuottaa enemmän tehoa. Jos nokat ovat lyhyempiä ja terävämpiä, venttiili aukeaa vähemmän ja sulkeutuu nopeammin, jolloin vähemmän ilmaa pääsee sisään ja ulos, joten se myös tuottaa vähemmän tehoa. Etuna on, että tämä voi vähentää polttoaineen kulutusta.
Alhaiset moottorin nopeudet ja alhainen kuormitus edellyttävät:
- Imuventtiilit avautuvat myöhään ja sulkeutuvat aikaisin.
- Pakoventtiilit avautuvat myöhään ja sulkeutuvat aikaisin.
Suuret moottorin nopeudet suurella kuormituksella edellyttävät:
- Avaa imuventtiilit aikaisin ja sulje myöhään.
- Avaa pakoventtiilit aikaisin ja sulje myöhään.
Autonvalmistajat etsivät aina keskitietä. Säädettävä venttiilin ajoitus säätää nokka-akselin haluttuun asentoon moottorin käyntinopeudella. Säädettävä venttiilin nosto on myös tekniikka, jolla saavutetaan erilaisia etuja muuttamalla venttiilin avautumisetäisyyttä.
At säädettävä venttiilin ajoitus kääntää nokka-akselia suhteessa säädettävään nokka-akselin hammaspyörään (katso kuva). Tällä järjestelmällä voidaan järjestää venttiilit avautumaan aikaisemmin tai myöhemmin, mutta ei voida järjestää sitä, että venttiilit pysyvät auki pidempään. Jos venttiili aukeaa aikaisemmin, se myös sulkeutuu nopeammin, koska nokka-akselin muoto pysyy samana. Sivulla säädettävä venttiilin ajoitus tästä annetaan lisää selityksiä.
Säädettävä venttiilin nosto on tekniikka, joka varmistaa, että venttiilin nostokorkeus on säädettävissä. Tämä ohjaa kuinka pitkälle venttiili avautuu. Tästä on hyötyä sekä polttoaineen kulutuksen että moottorin tehon kannalta. Alla oleva kuva on esimerkki tästä. Tämä on BMW:n Valvetronic.
Säädettävää venttiilin nostoa sovelletaan vain imunokka-akseliin. On olemassa useita tekniikoita, joita eri valmistajat käyttävät. Sivulla säädettävä venttiilin nosto eri tekniikat kuvataan yksityiskohtaisesti.
Voitelu:
Nokka-akseli on voideltava, samoin kuin kaikki muutkin moottorin liikkuvat osat. Nokka-akseliin syötetään öljyä oikeisiin paikkoihin reikiä tai suuttimia pitkin. Koko voitelujärjestelmän toiminta on kuvattu sivulla voitelujärjestelmä.
