Nokka-akseli
Nokka-akseli on nykyään useimmiten sylinterinkannessa sijaitseva nelitahtisen polttomoottorin osa, joka käyttää venttiilikoneistoa.
Moottorit voidaan jakaa kahteen ryhmään nokka-akselin sijainnin perustella.
Nokka-akselin käyttövoiman välittämiseksi on historian aikana ollut useita tapoja.
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)
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.
Sarjatuotantomoottoreissa 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, eikä suuremmasta nostosta usein ole kovinkaan suurta hyötyä, mikäli ei tehdä muutoksia sylinterikannen kanavistoon tai venttiileihin. Kiristyneet päästönormit ja toisaalta moottoritekniikan kehitys ovat johtaneet järjestelmiin, joissa venttiilien ajoitusta kyetään säätämään portaattomasti ajotilanteen mukaan. Yksi tällainen on Toyotan kehittämä VVT-i.
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 esimerkiksi valmistamalla venttiili ja jousilautanen kevyemmästä metallista, kuten titaanista. Vahvemmilla venttiilinjousilla tai tuplajousilla voidaan lisätä venttiilin sulkeutumisnopeutta, mutta ne lisäävät venttiilin ja venttiilikoneiston mekaanista rasitusta.
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.