katup

Subyek:

Umum
Material
Katup berisi natrium
Panduan katup
Berbagai jenis kontrol katup
Mekanisme katup dengan kontrol katup tidak langsung
Mekanisme katup dengan kontrol katup langsung
Sesuaikan jarak bebas katup
Teknologi multi-katup
Pengaturan waktu katup variabel dan pengangkatan katup

Umum:
Ada katup di setiap mesin pembakaran. Selalu ada setidaknya satu katup masuk dan satu katup keluar. Katup-katup ini digerakkan oleh satu atau lebih camshaft melalui distribusi dan memastikan udara segar dapat mengalir ke ruang bakar, udara tersebut kemudian terperangkap pada saat kompresi dan selanjutnya dapat keluar dari ruang bakar. Aliran gas masuk dan gas buang harus terjadi dengan hambatan sesedikit mungkin.
Bahan-bahannya dibentuk sebaik mungkin untuk tujuan ini.
Katup dipasang di kepala silinder. Katup masuk seringkali lebih besar dari katup buang, karena sebanyak mungkin campuran harus masuk ke dalam silinder. Katup buang harus lebih kecil, karena gas buang yang terbakar meninggalkan silinder setelah langkah buang, ketika piston mendorong gas keluar dari silinder.

Sebagai contoh, kita akan mengambil proses empat langkah pada mesin bensin. Selama langkah masuk mesin, katup masuk terbuka dan, pada mesin bensin dengan injeksi tidak langsung, campuran udara-bahan bakar dihisap, dan pada mesin bensin dengan injeksi langsung, hanya udara segar yang dihisap. . Udara tersedot karena piston bergerak ke bawah. Udara yang mengalir masuk memakan ruang yang tersedia. Saat piston bergerak ke atas kembali, katup masuk akan menutup. Campuran bahan bakar dan udara kini tidak bisa kemana-mana dan terkompresi. Ini disebut langkah kompresi. Itulah mengapa penting agar katup menutup dengan benar. Campuran tersebut terbakar ketika busi menghasilkan percikan api. Oleh karena itu, piston didorong ke bawah dengan kekuatan yang cukup besar. Ini disebut pukulan kekuatan.
Pada langkah buang, katup buang terbuka dan piston bergerak ke atas. Gas yang terbakar sekarang meninggalkan silinder dan menuju knalpot. Saat piston berada di atas, katup buang menutup dan katup masuk terbuka. Piston bergerak ke bawah lagi dan langkah masuk mengikuti. Kenyataannya, katup masuk terbuka sedikit lebih awal, sehingga katup masuk dan katup keluar terbuka secara bersamaan dalam waktu yang singkat. Ini disebut “katup tumpang tindih”. Kecepatan gas terbakar yang keluar dari silinder melalui katup buang menciptakan tekanan negatif, yang menyebabkan udara masuk menjadi lebih tertarik. Dengan cara ini, lebih banyak udara yang dapat mengalir ke dalam silinder dibandingkan jika hanya katup masuk yang dibuka dan piston digerakkan ke bawah. Tingkat pengisian meningkat.

Untuk penjelasan lebih detail mengenai proses empat langkah, lihat halaman “Pengoperasian mesin bensin".

Bahan:
Katup memiliki beban yang berat. Terutama katup buang, karena menjadi sangat panas dan tidak dapat didinginkan dengan baik. Katup masuk didinginkan sebagian oleh udara dingin yang dihisap yang masuk ke dalam silinder. Gas buang yang terbakar mengalir melewati katup buang dengan suhu mencapai 900 derajat Celcius. Itu sebabnya katup buang juga terbuat dari bahan yang berbeda dengan katup masuk. Katup saluran masuk sering kali terbuat dari baja kromonnikel. Katup buang sering kali terbuat dari baja krom-silikon. Untuk membatasi keausan akibat kondisi suhu tinggi, tepi luar cakram katup (permukaan perapat) dan batang katup dilapisi dengan lapisan paduan karbida (stellit). Katup menghilangkan sebagian besar panas melalui cakram katup dan batang katup. Katup berisi natrium memiliki pembuangan panas yang lebih baik.

Katup berisi natrium:
Katup buang berlubang di dalamnya. Ruang berongga tersebut kira-kira 60% terisi dengan natrium. Natrium adalah logam yang menjadi cair pada suhu tinggi (kira-kira 100 derajat Celcius). Saat mesin hidup, klep sering naik turun. Natrium di dalam katup terus-menerus dilempar maju mundur sehingga mengangkut panas. Natrium menyerap panas dari cakram katup dan melepaskannya ke batang katup. Dengan katup berisi natrium, Anda dapat mencapai penurunan suhu 80 hingga 100 derajat dibandingkan dengan katup yang tidak berisi natrium.
Katup masuk tidak memerlukan ini karena sudah didinginkan oleh udara yang masuk.

Pada gambar, permukaan abu-abu melambangkan material dan bagian merah melambangkan rongga berisi natrium.

Panduan Katup:
Katup bergerak naik turun di kepala silinder. Harus ada segel yang baik antara katup dan kepala silinder, sehingga tidak ada oli yang mengalir dari kepala silinder, sepanjang batang katup ke saluran masuk atau keluar. Selalu ada lapisan oli kecil antara katup dan pemandu katup untuk pelumasan. Panduan katup ditunjukkan dengan warna oranye pada gambar.

Jika asap biru keluar dari knalpot, hal ini mungkin disebabkan oleh kerusakan pada pemandu katup. Bisa jadi pemandu klep menjadi lebih lebar (lihat gambar di bawah) sehingga klep pun ikut bermain di kepala silinder. Dalam situasi ini, oli dapat bocor melewati katup menuju saluran masuk atau saluran buang. Di bagian atas valve guide terdapat tekanan udara luar, atau bahkan terkadang terjadi tekanan berlebih karena tekanan bak mesin yang lebih tinggi. Di bagian bawah pemandu katup, gas mengalir ke manifold buang, yang memberikan efek vakum. Hal ini meningkatkan kebocoran karena oli seolah-olah tersedot ke bawah sepanjang batang katup. Saat oli masuk ke manifold buang, oli tidak terbakar. Minyak dipanaskan, menyebabkannya menguap sebagian. Hal ini dapat mengakibatkan keluarnya asap berwarna biru dari knalpot.

Pemandu katup seringkali dapat diganti secara terpisah. Untuk melakukan ini, kepala silinder harus dibongkar dan katup dilepas dari kepala silinder. Pemandu katup kemudian dapat diganti. Pemandu katup tidak dapat diganti secara terpisah pada semua kepala silinder. Perusahaan remanufaktur seringkali mempunyai solusi untuk hal ini. Tanyakan tentang opsi untuk mengganti pemandu katup di perusahaan perbaikan ternama.

Berbagai jenis kontrol katup:
Katup dapat dioperasikan dengan berbagai cara. Gambar di bawah menunjukkan lima versi berbeda. Berbagai versi dan metode penyesuaian ini dibahas lebih lanjut di halaman ini.

A: Kontrol katup tidak langsung dengan rocker arm.
B: Kontrol katup langsung dengan roller drag rocker.
C: Kontrol katup langsung dengan pengatur katup hidrolik.
D: Kontrol katup langsung dengan rocker arm dan beberapa katup per silinder.
E: Kontrol katup langsung dengan pengangkat katup hidrolik dan beberapa katup per silinder.

Untuk mesin tanpa tappet katup hidrolik (A, B dan D), perlu dilakukan pemeriksaan celah katup secara berkala. Lebih lanjut mengenai hal ini dapat dilihat pada bab “Menyesuaikan jarak bebas katup” pada halaman ini. Pada mesin dengan pengangkat katup hidrolik, penyetelan celah katup tidak diperlukan dan tidak mungkin dilakukan; ram hidrolik diisi dengan oli yang menghilangkan permainan berlebih.

Mekanisme katup dengan kontrol katup tidak langsung:
Dahulu, mesin dilengkapi dengan yang mendasarinya poros bubungan. Saat ini mesin mobil penumpang hanya dilengkapi dengan overhead camshaft. Konstruksi dengan camshaft yang mendasarinya menghilang. Kerugian dari konstruksi ini adalah mesin ini tidak dapat menangani kecepatan tinggi karena terdapat banyak massa antara camshaft dan katup. Pada kecepatan tinggi, akan terjadi terlalu banyak permainan dan katup tidak lagi membuka dan menutup pada waktu yang tepat.
Poros engkol digerakkan melalui rantai timing kecil atau sabuk ke camshaft di bawahnya (lihat gambar di bawah). Camshaft mendorong tappet katup dan pushrod lurus ke atas. Sisi kanan rocker arm didorong ke atas. Lengan ayun 'jatuh' di sekitar poros lengan ayun, mendorong sisi kiri ke bawah. Hal ini memaksa katup ke bawah melawan gaya pegas katup. Ketika poros bubungan diputar lebih jauh, pegas katup menekan katup hingga tertutup dan lengan ayun kembali ke posisi semula.

Mekanisme katup dengan kontrol katup langsung:
Camshaft overhead hanya digunakan pada mobil penumpang saat ini. Camshaft kemudian ditempatkan di kepala silinder. Keuntungan mesin dengan camshaft di atas adalah dapat menangani kecepatan lebih tinggi dibandingkan dengan camshaft di bawahnya.

Pada gambar kiri atas terlihat katup tertutup karena pegas katup menekan katup hingga tertutup dan poros bubungan berputar searah jarum jam. Pada gambar kanan, poros bubungan terpelintir, menyebabkan bubungan mendorong katup ke bawah. Pegas sekarang terkompresi, mendorong katup ke bawah. Ketika camshaft telah diputar lebih jauh, pegas katup akan mendorong katup kembali ke atas. Pegas katup memberikan tekanan balik sekitar 20 kg.

Gambar menunjukkan representasi skema katup dengan pegas katup. Di sini Anda dapat melihat dengan jelas bagian mana yang bertumpu pada katup pada permukaan penutup dudukan katup. Di bagian atas terdapat dudukan pegas (bagian tempat bubungan poros bubungan mendorong katup ke bawah) dengan kunci katup dan pegas katup di bawahnya. Kunci katup berfungsi sebagai dudukan katup. Untuk melepas katup dari kepala silinder, kunci katup harus dilepas. Saat membongkar, dudukan pegas harus didorong ke bawah melawan kekuatan pegas katup (tersedia alat khusus untuk ini). Katup kemudian akan bebas bergerak. Dengan melepas kedua kunci katup dengan magnet di antara dudukan pegas dan batang katup, katup dapat dilepas dari kepala silinder dari bawah.
Selama pemasangan, kehati-hatian harus diberikan untuk memastikan bahwa katup yang benar dipasang kembali di lokasi yang benar. Ini tidak dapat ditukar. Saat katup baru dipasang, katup tersebut harus diampelas dengan pasta pengamplasan khusus. Setelah pengamplasan, katup akan tertutup rapat. Katup baru kemudian dapat dimasukkan melalui pemandu batang katup dan kunci katup dipasang kembali pada tempatnya. Pegas katup kemudian dapat dikendurkan kembali.

Sesuaikan celah katup:
Harus selalu ada jarak tertentu antara camshaft dan rocker arm atau bagian atas katup. Izin ini memberikan materi kesempatan untuk berkembang. Dramanya tidak boleh terlalu bagus; katup kemudian membuka lebih sedikit dan untuk waktu yang lebih singkat. Jika jarak bebas terlalu besar, poros bubungan akan membutuhkan waktu lebih lama untuk mendorong katup hingga terbuka dan katup akan menutup lebih cepat. Permainannya juga tidak boleh terlalu kecil; katup kemudian dibuka lebih awal dan ditutup kemudian. Katup kemudian terbuka terlalu lama setiap saat. Oleh karena itu, waktu penutupan katup menjadi lebih singkat; ada kemungkinan katup tidak dapat membuang panasnya ke dudukan katup kepala silinder sehingga menjadi terlalu panas. Katup kemudian bisa terbakar.

Saat ini hampir semua mobil penumpang dilengkapi dengan pengangkat katup hidrolik. Namun, masih ada pabrikan yang mengembangkan mesin yang memerlukan penyesuaian jarak bebas katup. Pada mobil tahun 90an, penggunaan tappet katup hidrolik sama sekali tidak terlihat jelas. Jadi masih banyak kendaraan yang lalu lalang dimana celah klep perlu diperiksa secara berkala dan disetel bila perlu. Data pabrik sering kali mencantumkan jarak tempuh yang harus dilakukan (seringkali setiap layanan pemeliharaan besar). Ada dua konstruksi berbeda untuk menyetel jarak bebas katup; dengan menggunakan shim dan dengan menyetel baut eksentrik. Keduanya dijelaskan di bawah ini.
Saat katup sedang disetel, Anda tidak boleh memulai dari titik mana pun. Perhatian yang cermat harus diberikan pada titik ketika katup disetel ke “jatuh”. Jatuh artinya camshaft baru saja menutup katup buang dan hendak membuka katup masuk. Bila silinder 1 tumbling berarti berada pada awal langkah hisap. Piston silinder 1 kemudian berada di atas. Silinder 1 dan 4 selalu berada pada ketinggian yang sama (seperti halnya silinder 2 dan 3 yang memiliki ketinggian yang sama, lihat gambar di bawah). Karena urutan penyalaannya 1-3-4-2 (ingat diagram kerja), berarti silinder 4 berada pada awal langkah tenaga. Setelah silinder 4, giliran silinder 2 dan kemudian silinder 3.

Gambar di bawah menunjukkan piston silinder 1 pada BPD. Lugnya mengarah ke bawah; katup masuk baru saja menutup dan katup buang akan segera terbuka. Pada saat itu katup silinder 4 dapat disetel; kamera di sana mengarah ke atas.

Jarak bebas katup diukur dengan apa yang disebut “pengukur perasaan“. Pengukur antena berisi berbagai ukuran strip logam, masing-masing dengan nilai lebih tebal 0,05 mm dari yang lain. Dengan menggeser beberapa strip antara camshaft dan katup, Anda dapat memeriksa seberapa besar permainan yang ada. Strip yang dipermasalahkan tidak boleh didorong terlalu mudah; jarak bebas katup kemudian lebih besar dari nilai strip. Jika strip tidak pas atau sangat berat dan tersangkut, maka strip tersebut terlalu tebal. Resistensi mungkin terasa ketika strip dipindahkan di antara keduanya.

Menyetel jarak bebas katup menggunakan shim:
Ketebalan shim, juga disebut “shim”, menentukan jarak bebas katup dalam kasus ini. Pada gambar di bawah, shim ditandai dengan warna merah. Dengan mengganti shim dengan yang lebih tebal, maka celah katup akan berkurang. Ruang antara camshaft dan shim menjadi lebih sedikit. Di bawah gambar dijelaskan cara menyetel jarak bebas katup. Untuk menyetel katup, bubungan katup yang dimaksud harus mengarah ke atas, seperti terlihat pada gambar di bawah. Saat cam diputar, pengukuran yang salah dilakukan. Saat menyetel katup mesin empat silinder, tindakan berikut harus dilakukan:

Toggle silinder 1 = Sesuaikan katup silinder 4.
Toggle silinder 2 = Sesuaikan katup silinder 3.
Toggle silinder 3 = Sesuaikan katup silinder 2.
Toggle silinder 4 = Sesuaikan katup silinder 1.

Misalnya, nilai celah katup di atas dari pabrik mungkin 0,35 mm. Oleh karena itu, harus ada jarak 0,35 mm antara shim dan camshaft ketika bubungan diarahkan ke atas. Jarak antara kedua bagian dapat diukur dengan alat pengukur rasa. Jika strip 0,35 mm dapat masuk dengan mudah tanpa merasakan hambatan apa pun, ini berarti jarak antara katup dan poros bubungan lebih besar dari 0,35 mm. Dalam hal ini jarak bebas katup terlalu besar. Jika strip pengukur antena 0,45 mm sulit dipasang di antara keduanya karena banyak gaya yang harus diberikan untuk mendorongnya masuk, strip ini terlalu tebal. Putaran sebenarnya adalah antara 0,35 dan 0,45 mm. Untuk amannya, strip 0,40 mm dapat diselipkan di antaranya. Jika dimulai, tetapi dapat digerakkan maju mundur (mungkin akan terasa resistensi), maka dapat dipastikan; jarak bebas katup adalah 0,40 mm, bukan 0,35 mm yang ditentukan.

Karena celah katup terlalu besar, maka harus dipasang shim yang lebih tebal. Ukurannya sering kali tertera pada shim. Jika demikian, bacalah nilai shim yang terlalu tipis. Misalnya, 2,75 mm.
Jarak bebas katup terlalu besar; shimnya harus lebih tebal 0,05mm dari yang dipasang yaitu 2,75mm. Bila shim (2,75 + 0,05) = 2,80 mm dipasang, celah katup sudah benar. Jika demikian, pasang shim 2,80 mm, putar poros engkol dua putaran sehingga katup yang benar kembali bergoyang dan periksa kembali celah katup.

Seringkali terdapat alat pembongkaran khusus untuk mengganti shim dengan mudah. Contohnya bisa dilihat pada gambar.

Menyesuaikan jarak bebas katup menggunakan eksentrik yang dapat disesuaikan:
Sistem yang sering digunakan adalah eksentrik yang dapat disesuaikan. Sekrup penyetel hanya dapat diputar setelah mur pengunci dikendurkan seperempat putaran. Saat sekrup penyetel diputar, jarak antara batang katup dan lengan ayun akan langsung bertambah atau berkurang. Dengan mengencangkan mur pengunci, sekrup penyetel terkunci kembali.

Di sini juga, katup silinder yang benar tentu saja harus disetel terlebih dahulu untuk beralih! Dengan meraba antara batang katup dan lengan ayun dengan alat pengukur ketebalan yang benar (yaitu nilai yang sama dengan nilai pabrik), dapat ditentukan apakah jarak bebas katup terlalu besar, terlalu kecil atau benar. Dengan memutar sekrup penyetel dan terus-menerus menggerakkan alat pengukur di antara sekrup tersebut, posisi sekrup penyetel yang benar dapat ditemukan dengan jarak bebas katup yang benar. Kemudian kencangkan mur pengunci dan periksa apakah jarak bebasnya masih sama. Ada kemungkinan besar sekrup penyetel akan diputar sedikit saat mengencangkan mur pengunci kecuali menggunakan alat khusus yang ditentukan oleh pabrikan.

Teknologi multi-katup:
Setiap mesin empat langkah mempunyai minimal 1 katup masuk dan 1 katup buang. Mesin yang lebih bertenaga dan irit seringkali memiliki 2 katup masuk dan 2 katup buang. Beberapa tipe memiliki 2 katup masuk dan 1 katup buang, atau 3 katup masuk dan 1 katup buang.
Ada dua keuntungan utama menggunakan banyak katup, yaitu:

Katup akan memiliki diameter yang agak lebih kecil, sehingga menghasilkan massa yang lebih rendah (berat lebih sedikit) per katup. Keuntungan terbesarnya adalah katup tidak melayang pada kecepatan mesin tinggi. Katup mengambang berarti ketika mesin berjalan pada kecepatan tinggi (misalnya 5000 rpm) katup membuka dan menutup dengan sangat cepat sehingga pegas katup tidak lagi mempunyai waktu untuk menekan katup hingga tertutup. Oleh karena itu katup tidak menutup sepenuhnya pada dudukan katup. Hal ini dapat mengakibatkan piston membentur katup, atau katup menjadi terlalu panas karena tidak dapat lagi memindahkan panas ke dudukan katup. Banyaknya katup membuat katup lebih ringan dan memberikan waktu yang cukup bagi pegas katup untuk menutup katup.
Massa per katup yang lebih rendah memungkinkan katup menutup lebih cepat. Hal ini memungkinkan untuk menerapkan variabel valve timing, dimana posisi camshaft diubah pada kecepatan atau beban mesin tertentu.

Pengaturan waktu katup variabel dan pengangkatan katup:
Mesin modern sering menggunakan timing katup variabel. Beberapa pabrikan mesin juga menggunakan pengangkat katup variabel (termasuk BMW). Bab-bab ini dijelaskan secara terpisah pada halaman: