Wat doet een nokkenas?

De nokkenas is van cruciaal belang voor de basisfunctie van een motor. De nokkenas, die bestaat uit twee afzonderlijke delen, de nokken en de as, is het element waarmee kleppen kunnen worden geopend. Terwijl de as draait, duwen de eivormige nokken (of "lobben") de kleppen synchroon met het krukastandwiel open.

De nokkenas identificeren

Bij moderne motoren met bovenliggende nokkenassen (OHC) bevindt de nokkenas zich in de cilinderkop. Enkele OHC (SOHC) motoren hebben één nok per bank, meestal gemonteerd tussen de klepstelen. Tuimelaars brengen SOHC-bewegingen over naar de kleppen. Dual OHC-motoren (DOHC) hebben twee nokken per rij, meestal direct boven de klepstelen, één voor inlaatkleppen en één voor uitlaatkleppen. Kracht wordt rechtstreeks op de klep overgebracht. Een i4 (viercilinder) SOHC-motor heeft één nokkenas, terwijl een V6- of V8 SOHC-motor er twee heeft. Een i4 DOHC-motor heeft twee nokkenassen, terwijl een V6- of V8-DOHC-motor vier nokkenassen heeft. Bovenliggende nokkenasmotoren hebben drie tot vijf kleppen per cilinder, maar meestal twee inlaatkleppen en twee uitlaatkleppen.

Oudere motoren en een paar nieuwere "duwstang"-motoren hebben een enkele nokkenas in het cilinderblok. Lange metalen stoterstangen brengen de beweging van de nokkenas over op de tuimelaars, die die beweging op de kleppen overbrengen. Pushrod-motoren hebben meestal twee of drie kleppen per cilinder, meestal één inlaatklep en één uitlaatklep.

De typische nokkenas is gefreesd uit een ruw gevormde gietstalen blank. Sommige prestatie- en aangepaste nokkenassen kunnen worden gefreesd uit een massief stalen blok.

Hoe nokkenassen werken

Terwijl de nokkenas draait, bewegen de nokkenassen op en neer. In DOHC-motoren zorgt elke rotatie ervoor dat een enkele noklob de klep naar beneden duwt, waardoor deze in de cilinder wordt geopend. Evenzo, in SOHC- en duwstangmotoren, duwt de noklob op de tuimelaars (of duwstangen dan tuimelaars), het openen van de klep. Naarmate de noklus verder draait, dwingt de klepveer de klep weer omhoog en sluit deze.

De nokkenas is meestal verbonden met de krukas met behulp van een distributieketting of distributieriem. In sommige stoterstangmotoren kunnen ook distributietandwielen worden gebruikt. Het nokkenastandwiel heeft twee keer zoveel tanden als het krukastandwiel, waardoor het met de helft van de snelheid van de krukas kan draaien. De nokkenas heeft vier verschillende slagen:inlaat, compressie, vermogen en uitlaat.

Gemeenschappelijke nokkenassen zijn gemaakt om overeen te komen met typische bedrijfskenmerken en kunnen de efficiëntie van het cruisen op de snelweg of het lage vermogen accentueren. Evenzo verwijst klep "lift" naar de hoogte van de lob ten opzichte van het midden van de as, die bepaalt hoe ver de klep opent. Bij vaste nokkenassen is dit niet verstelbaar, maar er zijn omstandigheden waarbij de motor beter zou kunnen "ademen" als de kleppen maar wat meer open zouden kunnen. Ook kan een vaste nokkenas de inlaatklep 10° voor het BDP (BTDC) openen en 5° na het onderste dode punt (ABDC) sluiten en de uitlaatklep 15° voor het onderste dode punt (BBDC) openen en 5° ATDC sluiten. Dit wordt de openingstijd van de klep genoemd. Dit werkt gemiddeld goed maar blinkt in geen enkele rijsituatie uit.

Gespecialiseerde nokkenasfuncties

Timing is belangrijk. Kleppen moeten met bepaalde tussenpozen openen en sluiten in relatie tot de cilinderpositie. Als cilinder #1 bijvoorbeeld naar het bovenste dode punt (BDP) van de uitlaatslag komt, opent de nokkenas de inlaatkleppen en sluit de uitlaatkleppen. Tegelijkertijd zou cilinder #3 het BDP kunnen bereiken bij de compressieslag, waardoor de nokkenas die kleppen gesloten zou laten.

Nokkenassen uitgerust met variabele kleptiming (VVT) gebruiken hydraulische aandrijvingen om vooruit te gaan of retard kleptiming in relatie tot de hoek van de krukas. VVT maakt efficiëntie bij hoge snelheid of vermogen bij lage snelheid mogelijk.

Met behulp van gespecialiseerde variabele kleplichthoogte (VVL) nokkenassen en computergestuurde elektromagneten of hydraulische aandrijvingen, kan de ECM kiezen tussen twee kleplichthoogte opties, afhankelijk van de vraag van de chauffeur.

Bij voertuigen met directe brandstofinjectie, sommige dieselmotoren en de meeste benzinemotoren met directe brandstofinjectie, is de hogedrukbrandstofpomp (HPFP) wordt aangedreven door een lob op een van de nokkenassen.

Veelvoorkomende nokkenasproblemen

Omdat de nokkenas een massief stalen onderdeel is, is deze niet onderhevig aan slijtage of breuk. Bij de meeste motoren slijten andere onderdelen voor de nokkenas. Toch zijn er een paar veelvoorkomende problemen met de nokkenas.

• Versleten nokkenassen (ook wel "weggevaagd" of "gegeseld") verwijst naar noklobben die zijn versleten. Versleten nokkenassen zullen de kleppen niet zo veel openen als bedoeld, wat leidt tot slechte motorprestaties en cilinderstoringen. Als dit de HPFP beïnvloedt, zal onvoldoende brandstofdruk leiden tot hogere emissies en willekeurig overslaan.
• Versleten lifters verwijzen niet naar een exclusief nokkenasprobleem, maar kunnen worden aangedreven door de nokkenas. Een versleten klepstoter zal de klep niet zo veel optillen als de bedoeling was, of helemaal niet, en wordt meestal gehoord als een gekletter of tikken in het klepdeksel.
• Gebroken nokkenas verwijst naar catastrofaal falen van de nokkenas. Dit kan een fabricagefout zijn of worden veroorzaakt door het vastlopen van de nokkenas. In stoterstangmotoren kan een gebroken nokkenas de drijfstangen, het cilinderblok, de zuigers of de krukas aanzienlijk beschadigen. Bij interferentiemotoren kan een kapotte nokkenas de cilinderkop, kleppen of zuigers beschadigen.

Alle drie deze problemen worden veroorzaakt door een gebrek aan goed motoronderhoud. Voorkom problemen met de nokkenas door regelmatig motorolie te verversen met een kwaliteitsolie, volg de aanbevelingen van de fabrikant met betrekking tot het olieverversingsinterval, het olietype en de olieviscositeit en vermijd oververhitting van de motor.