Subyek:
- Umum
- Poros bubungan atas
- Camshaft yang mendasarinya
- Camshaft cepat
- Katup tumpang tindih
- Pengaturan waktu katup variabel dan pengangkatan katup
- Pelumasan
Umum:
Camshaft merupakan bagian penting pada mesin. Camshaft memastikan bahwa katup dibuka dan ditutup memungkinkan udara mengalir masuk dan keluar dari silinder. Camshaft berputar sehingga cam membuka katup melawan gaya pegas pegas katup. Pegas katup memastikan katup yang terbuka tertutup saat bubungan terus berputar.
Camshaft terletak di bagian atas atau bawah kepala silinder, atau di bagian bawah blok mesin. Camshaft digerakkan oleh timing belt, rantai atau sproket. Lihat lebih lanjut tentang ini di bab ini distribusi.
Poros bubungan atas:
Camshaft overhead hanya digunakan saat ini. Camshaft kemudian ditempatkan di kepala silinder. Keuntungan mesin dengan camshaft di atas adalah dapat menangani kecepatan lebih tinggi dibandingkan mesin dengan camshaft di bawahnya.
Pada gambar kiri 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.
Katup mesin empat langkah dibuka oleh 1 atau 2 poros bubungan. Pada versi dengan 1 camshaft, ia mengoperasikan katup masuk dan katup buang.
Pada versi dengan 2 poros bubungan, satu poros bubungan mengoperasikan katup masuk, dan poros bubungan lainnya mengoperasikan katup buang. Kedua camshaft dapat digerakkan satu demi satu dengan 2 timing belt, namun ada juga sistem di mana satu camshaft menggerakkan camshaft lainnya melalui sabuk atau rantai terpisah (lihat gambar di bawah)
Gambar di bawah hanyalah contoh konstruksi timing belt. Prinsipnya sama dengan rantai waktu.
Gambar kiri atas adalah mesin yang dilengkapi dengan camshaft tunggal. Ini mengoperasikan katup masuk dan katup buang. Hal ini biasanya diterapkan pada, misalnya, mesin empat silinder dengan 8 atau 12 katup (yaitu dengan 2 atau 3 katup per silinder).
Gambar tengah adalah mesin dengan camshaft ganda, yang digerakkan oleh dua timing belt. Sproket poros bubungan (1) digerakkan langsung oleh poros engkol dengan sabuk besar. Di bagian belakang katrol roda gigi 1 terdapat roda gigi kecil, tempat sabuk belakang dipasang. Sabuk belakang (kecil) ini menggerakkan sproket poros bubungan (2). Sabuk kecil memerlukan tensioner terpisah. Ini biasanya diterapkan pada mesin empat silinder dengan 16 katup atau lebih. (jadi 4 atau lebih katup per silinder)
Gambar sebelah kanan adalah mesin sepeda motor dengan dua poros bubungan. Camshaft digerakkan oleh sabuk dan rantai. Camshaft 1 digerakkan oleh timing belt, yang digerakkan oleh poros engkol. Camshaft 2 digerakkan oleh rantai yang digerakkan oleh camshaft 1. Rantai ini dipasang di bawah penutup katup dengan tensioner atau mekanisme penyetelan. Ini biasanya diterapkan pada, misalnya, mesin empat silinder dengan 16 katup atau lebih. (empat atau lebih katup per silinder)
Camshaft yang mendasari:
Di masa lalu, mesin dilengkapi dengan camshaft di bawahnya. 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.
Camshaft cepat:
Jika bubungan lebih lonjong dan panjang, katup akan tetap terbuka lebih lama. Lebih banyak udara kemudian dapat mengalir ke dalam silinder. Hal ini menghasilkan keuntungan modal. Prinsip ini antara lain digunakan dalam penyetelan mesin. Ini disebut 'camshaft cepat'. Jika ujungnya lebih tajam (lebih berbentuk titik) maka katup akan menutup lebih cepat. Itu juga harus sedikit cembung, jika tidak, katup akan terbanting kembali ke dudukan dengan kecepatan terlalu tinggi, menyebabkan keausan yang parah pada dudukan katup. Saat merancang sebuah mesin, hal ini juga diuji secara cermat, sehingga camshaft yang dipasang paling optimal dalam hal tenaga, konsumsi bahan bakar, dan nilai emisi.
Katup tumpang tindih:
Selama katup tumpang tindih, katup masuk dan katup keluar terbuka sebentar secara bersamaan. Pada akhir langkah buang, ketika piston hampir mencapai TMA, katup masuk terbuka sebelum katup buang menutup. Dalam situasi ini, kecepatan gas buang yang keluar dari ruang bakar sangat tinggi sehingga udara masuk sudah tersedot oleh efek vakum. Setelah katup buang tertutup dan piston bergerak menuju ODP, katup masuk terbuka sempurna. Dengan demikian, udara masuk akan mengisi ruang bakar.
Keuntungan dari tumpang tindih katup adalah kecepatan udara masuk meningkat ketika katup masuk terbuka, sehingga menghasilkan tingkat pengisian yang lebih tinggi.
Gambar tersebut menunjukkan situasi dimana katup masuk (kiri) dan katup buang (kanan) dibuka secara bersamaan.
Diagram menunjukkan pembukaan dan penutupan katup buang dan katup masuk. Saat camshaft berputar, katup buang membuka dan menutup kembali (garis biru). Tumpang tindih katup terjadi di tengah grafik. Ini ditunjukkan dengan warna merah. Katup masuk (ditunjukkan dengan garis hijau) sudah terbuka sedikit di sini.
Tumpang tindih katup dicapai dengan bentuk bubungan. Pada gambar di bawah Anda dapat melihat bahwa pada camshaft atas, cam tertinggi berjarak 114 derajat. Pada bagian tengah gambar, terjadi overlap klep karena ujung bubungan masuk dan awal bubungan buang lebih tinggi dibandingkan bagian bubungan poros bubungan. Ini adalah bagian di mana katup masuk dan katup buang terbuka secara bersamaan.
Semakin dekat lugs ditempatkan satu sama lain, semakin banyak terjadi tumpang tindih. Hal ini terlihat pada perbedaan camshaft atas dan bawah, dengan jarak bubungan bubungan pada bubungan bawah sebesar 108 derajat.
Oleh karena itu, katup tumpang tindih selalu terjadi dan tidak dapat diubah karena bentuk bubungan tetap pada poros bubungan. Jumlah katup yang tumpang tindih ditentukan oleh pabrikan mesin.
Pengaturan waktu katup variabel dan pengangkatan katup:
Tenaga mesin sangat bergantung pada camshaft. Jika kameranya panjang dan lonjong, katupnya akan terbuka lebih lama. Ini berarti lebih banyak udara yang masuk dan keluar mesin, sehingga menghasilkan tenaga lebih besar. Jika bubungan lebih pendek dan runcing, katup akan membuka lebih sedikit dan menutup lebih cepat, sehingga lebih sedikit udara yang masuk dan keluar, sehingga menghasilkan tenaga yang lebih sedikit. Keuntungannya adalah dapat mengurangi konsumsi bahan bakar.
Kecepatan mesin rendah dengan beban rendah memerlukan:
- Katup masuk membuka terlambat dan menutup lebih awal.
- Katup buang terlambat membuka dan menutup lebih awal.
Kecepatan mesin yang tinggi dengan beban yang tinggi memerlukan:
- Buka katup masuk lebih awal dan tutup terlambat.
- Buka katup buang lebih awal dan tutup terlambat.
Produsen mobil selalu mencari jalan tengah. Variable valve timing menyesuaikan camshaft ke posisi yang diperlukan pada kecepatan mesin bekerja. Variable valve lift juga merupakan teknik untuk memperoleh berbagai keuntungan dengan mengubah jarak pembukaan katup.
Di timing katup variabel memutar poros bubungan relatif terhadap sproket poros bubungan yang dapat disetel (lihat gambar). Dengan sistem ini dapat diatur agar katup terbuka lebih awal atau lambat, namun tidak dapat diatur agar katup tetap terbuka lebih lama. Jika katup terbuka lebih cepat, maka katup juga akan menutup lebih cepat, karena bentuk camshaft tetap sama. Di halaman timing katup variabel penjelasan lebih lanjut akan diberikan tentang ini.
Pengangkatan katup variabel adalah teknik yang memastikan ketinggian angkat katup dapat disesuaikan. Ini mengontrol seberapa jauh katup terbuka. Hal ini bermanfaat baik untuk konsumsi bahan bakar maupun tenaga mesin. Gambar di bawah adalah contohnya. Ini adalah Valvetronic dari BMW.
Pengangkatan katup variabel hanya diterapkan pada poros bubungan masuk. Ada beberapa teknik yang digunakan oleh produsen berbeda. Di halaman pengangkatan katup variabel berbagai teknik dijelaskan secara rinci.
Pelumasan:
Camshaft perlu dilumasi, seperti halnya semua komponen bergerak lainnya di mesin. Camshaft disuplai dengan oli di tempat yang tepat melalui pipa berlubang atau nozel. Pengoperasian seluruh sistem pelumasan dijelaskan pada halaman Sistem pelumasan.
