MEKANISME PENGGERAK KATUP

A. MEKANISME PENGGERAK KATUP

Bagian-bagian yang menggerakkan katup-katup membuka dan menutup pada waktu-waktu yang teratur, disebut mekanik katup. Mekanik katup dapat diabgi dalam beberapa susunan katup, model katup sisi (side valve) dan model katup kepala (overhead valve), dan ini akan diuraikan secara terpisah dari masing-masing modelnya serta perbedaan bagian-bagiannya.

1. Susunan Katup Sisi (side valve arrangement)

     Seperti terlihat pada gambar di bawah, katup-katup langsung didorong ke atas oleh sumbu nok yang ditempatkan pada sisi poros engkol dan digerakkan dengan perantaraan valve lifter. Dalam susunan ini, tidak terdapat katup-katup pada kepala silinder, dengan demikian bila dibandingkan dengan katup model kepala, konstruksi silindernya amat sederhana.

Mekanik katupnya tidak begitu rumit, dan mempunyai bagian-bagian yang sedikit, dan tidak menimbulkan suara. Tetapi bentuk ruang bajkar ini menjadi buruk dan sukar untuk memperoleh kemampuan yang tinggi, disebabkan adnay kerugian ini, katup model sisi dewasa ini jarang sekali digunakan.

2. Susunan Katup Kepala (overhead valve arrangement)

Seperti terlihat pada gambar di bawah ini, model katup kepala (overhead valve) terutama terdiri dari sumbu nok (camshaft), valve lifter, push rod dan rocker arm. Cara kerjamya, bila nok sumbu nok mendorong ke atas valve lifter, push rod terdorong ke atas oleh valve lifter. Bila satu ujung push rod akan mendorong ujung rocker arm, dan ujung lainnya mendorong katup ke bawah dan men yebabkan katup  terbuka. Cam berputar, untuk selanjutnya katup akan menutup oleh tegangan pegas katup. Seperti telah diuraikan sebelumnya, susunan katup ini membuat ruang bakar lebih kompak serta katup lebiih luas sehingga memperoleh kemampuan kerja yang tinggi. Adanya keuntungan inilah yang menyebabkan sebagian mesi dewasa ini mengunakan katup kepala

a) Overhead Camshaft

Pada katup kepala (overhead valve) sumbu nok kadang-kadang ditempatkan di atas kepala silinder, yang mana rocker arm dan katup-katup digerakkan langsung oleh cam. Susunan ini disebut overhead camshaft sytem (OHC)

Dengan perkembangan jalan kendaraan kecepatan tinggi akhir-akhir ini, mesin memerlukan kerja denagn kecepatan tinggi pula. Bila sumbu nok ditempatkan pada sisi blok silinder atau bagian bawah, seperti pada mesin-mesin sekarang, maka tenaga untuk membuka dan menutup katup-katup harus dipindahkan dari cam melalui valve lifter, push rod, rocker arm ke katup-katup. Kelembatan pada mekanik katup yang terjadi menyebabkan ketidaksamaan membuka dan menutup atau mudah rusak sesuai dengan bergeraknya cam. Untuk menghilangkan kekurangan ini, maka overhead camshaft dapat diatasi dengan jalan merapatkan camshaft di bagia atas kepala silinder dan disatukan dengan poros engkol dengan rantai untuk memungkinkan cam membuka dan menutup katup-katup secara langsung. Single overhead camshaft adal hmodel yang umum digunakan, dimana camshaft bekerja memuka dan menutup katup-katup melalui rocker arm.

Bila diperlukan kemampuan yang tingi digumnakan dua buah camshaft, masing-masing bekerja membuka dan menutup katup-katup hisap dan buang secara langsung. Model ini disebut double overhead camshaft dan diantaranya adlah kendaraan Toyota, digunakan pada Toyota 2000 GT (3m engine).

Dengan tujuan yang sama untuk mengurangi barat mekanik katup, terdapat sattu model camshaft yang ditempatkan agak tinggi dari yang biasa (overhead valve engine) dengan tujuan untuk memperpendek push rod. Model ini disebut camshaft yang tinggi (high camshaft) dan digunakan pada Toyota corolla (3k engine).

Dalam penggunaan overhead camshaft, terdapat kerugian yang mana kepalak silinder menjadi lebih komplikasi dan bentuk mesin menjadi lebih tinggi disebabkan adanya camshaft di atas silinder. Tetapi dengan jalan menghilangkan push rod dan valve lifter, dan membuka tutup katup langsung digerakkan oleh cam, ini terdapat keuntungan dengan adanya perbaikan katup. Penggunaan overhead camshaft terbatas hanya pada mobil sport dan mobil penumpang lainnya yang berkecepatan tinggi, tetapi pada akhir-akhir ini banyak digunakan pada mobil-mobil penumpang biasa 

3. Katup

Katup dimana udara campuran bensin masuk disebut katup hisap (intake valve) dan di tempat dimana gas keluara disebut katup buang (exhaust valve). Setiap selinder katup hisap dan katup buang. Katup-katup harus tahan terhadap panas, dibuat dari bahan yang tahan terhadap panas seperti nicel chorme steel (baja chorme nicel). Pada umumnya katup berbentuk seperti jamur dan disebut poppet valve. Poppet valve (katup popet) terdiri dari kepala katup dan batang katup. Katup-katup menutup dan menetap pada dudukannya dengan rapatsekali karena adanya pegas katup.

a. Kepala katup

Katup mempkunyai bentuk kerucut 45^o atau 30⁰ . Bila katup tertutup, katup akan menempel dengna rapat pada kedudukan katup.

Sebuah cincin yang keras dipasang pada blok silinderuntuk mencegah bocornya gas pada gerak kom presi dan kerja.

Katup hisap biasanya mempunyai diameter lebih besar dari pada katup buang dengan maksud dapat menambah efisiensi pengisian.

Kepala katup dibuat dalam berbagai bentuk untuk mengurangi tahanan hisap dan menyempurnakan pendinginan.

b. Batang katup

Batang katup dibuat untuk bergerak di dalam penghantar batang katup (valve stem guide). Karena itulah katup harus dapat bergerak dengan baik. Pada bagian bawah batang katup terdapat alur untuk tempat pemasangan penahan pegas.

c. Pegas Katup.

Pegas katup adalah sebuah pegas spiral yang bekerja menutup katup. Kebanyakan mesin dilengkapi dengan satu pegas pada setiap katup, tetapi ada juga yang menggunakan dua buah pegas dan mempunyai teganbgan yang berbeda. Apabila tegangan pegas lemah, kemungkinan gas akan keluar dari katup dan tenaga mesin menjadi kurang.

d. Nok dan sumbu nok (cam and camshaft).

Seperti yang telah kita bahas, bahwa membuka dan menutupnya katup-katup model popet dilakukan dengan gerakan putaran nok (cam) pada camshaft.

Valve lifter ditempatkan di atas nok, dan membuat gerakan turun naik menurut bentuk nok. Bila gerakan ini dapat dipindahkan ke katup dengan beberapa link, katup juga akan bergerak ke atas ke bawah, seperti pada gambar di bawah.

Bentuk nok menentukan geraknya lifter, atau dengan kata lain, keadaan membuka menutupnya katup (seperti pada gambar) memperlihatkan hubunagn antara bentuk nok dan bergeraknhay lifter.

Sumbu nok seperti terlihat pada gambar di bawah. Banyak nok adalah sama dengan jumlah katup-katup. Nok dibuat sesuai dengan sudut-sudut yang telah ditentukan dengan urutan pengapian dan masa kerjanya katup. Dengan tambahan pada nok untuk gerakan vertical lifter-lifter, sumbu nok juga dilengkapi dengna sebuah roda gigi untuk menggerakkan distributor dan sebuah nok untuk menggerakkan pompa bensin.

1) Pengerak sumbu nok (camshaft drive)

Waktu membuka dan menutupnya katup harus tepat dengan perputaran poros engkol, sesuai dengan gerakan torak. Sumbu nok digerakkan oleh poros engkol melalui gigi atau rantai. Roda gigi khusus untuk putaran ini disebut roda timing (timing gear) dan dipasang pada bagian depan mesin.

Pada motor 4- tak, gerakan hisap, kompresi, kerja dan buang terjadi sekali dalam setiap dua putaran opros engkol yang mana katup hisap dan katup buang masing-masing hanya diperlukan membuka sekali saja. Ini berarti bahwa sumbu nok diperlukan ½ kali putaran poros engkol.

Kedua buah timing diberi tanda sehingga dengan mencocokkan tanda-tanda ini gerakan torak dan kerjanya katup-katup akan selalu tetap.

Pada mesin model overhead camshaft dan sumb nok tinggi, digunakan rantai sebagai pengganti roda-roda gigi timing disebabkan jarak yang cukup jauh antara poros engkol dan sumbu nok. 

Rantai (timing chain) yang dipergunakan umumnya adalah model (double roller chain). Keuntungan mempergunakan rantai ialah karena rantai mempunyai efisiensi pemindahanyang lebih tinggi dan tidak begitu berisi. Tetapi ada pula keburukannya, kencang kendornya rantai mempengaruhi masa kerja katup

44. Masa kerja katup (valve timing)

Valve timing ialah saat membuka dan menutupnya katup berhu bungan dengan posisi peregerakan torak-torak. Pada bagian yang mengenai prinsip kerja motor 4-tak diterangkan bahawa membuka atau menutupnya katup bila torak berubah arah gerakannya, yaitu pada waktu torak mencapai TMA atau TMB. Pada kenyataan ini tidak benar.

Pada saat mesin  berputar dengan kecepatan tinggi,katup harus membuka lebih cepat dan menutup lebih lambat sehingga  katup membuka lebih lama untuk memberi kesempatan mauklnya campuran udara bensin sebanyak mungkin.

Sebagai contaoh,katup hisap sudah membuka sebelum berakhirnya langkah buang dan tetap membuka selama beberapa saat setelah torak mulai langkah kompresi.

Sebaliknya,katup buang membuka sebelum langkah usaha berakhir, membuka sebelum torak mencapai TMB dan tetap terbuka selama beberapa saat setelah langkah hisap dimulai.

Kelambatan menutupnya katup hisap ini dimaksudkan agar kelambanan masuknya campuran udara bensin dapat dimanfaatkan sebesar-besarnya.Saat membukanya katup buang juga dipercepat agar supaya tekanan gas buang dapat melakukan pengeluaran  gas.

Valve timing dinyatakan dalam bentuk yang mennjukan besarnya sudut poros engkol berdasarkan kedudukan torak pada TMA atau TMB,sebagai contoh sekian derajat sebelum TMA dan sekian derajat sebelum TMB.Bila katup membuka atau menutup setelah torak melalui titik mati,disebut katup tertunda.Sebaliknya apabila katup membuka atau menutup sebelum titik mati disebut katup mendahului.Grafik yang memperlihatkan waktu membuka tutup katup disebut diagram kerja katup (valve timing diagram).

5. Pengangkat katup,batang penekan dan penumbuk katup (valve lifter,push rod dan rocker arm).

        Valve lifter adalah bagian yang dan bersentuhan langsung dengan nok dan dengan putaran sumbu nok,bergerak turun naik pada pengantar (guide) yang terletak dalam blok silinder.

      Valve lifter trbagi atas dua macam,valve lifter tunggal dan valve lifter hidrolik.Meknisme valve lifter tunggal dilengkapi dengan sekrup pengatur (adjusting screw),mengatur renggang antara batang katup dan rocker arm.Renggang katup ini mencegah terbukanya katup dikarenakan bertambah panasnya sistem katup.

      Push rod yang merupakan batang kecil yang menghubungkan rocker arm dan vlave lifter berfungsi memindahkan gerakan lifter ke ujung rocker arm.

      Rocker arm dipasang pada bagian atas kepala silinder dan didukung pada bagian tengahnya oleh rocker arm poros.Bila poros rod mengangkat ke atas salah satu jung rocker arm,ujung yang lain berhubungan dengan batang katup dan mendorong batang katup yang menyebakan terbukanya katup.Pada waktu nok berputar,noknya melewati lifter,katup akan tertutup disebabkan adanya tegangan pegas.

a. Hydraulic valve lifter

Seperti terlihat pada gambar di bawah,oli memulir bagian dalam lifter body dan plunger,untuk memungkinkan plunger bergerak ke atas ke bawah dengan tekanan oli. Kebaikan pada lifter hidrolik ini tidak diperlukan penyetelan renggang,disebabkan lifter ini menyerap batang katup dari perubahan karena ekspansi panas

1) Cara Kerja

Bila katup dalam keadaan tertutup,valve lifter body dan plunger akan menjadi seimbang dengan adanya pegas,dengan demikin renggang katup menjadi nol.Oli mendorong ke atas check valve dan mengalir di dalam bagian bawah plunger.Bila camshaft berputar dan nok mendorong lifter ke atas,maka tekanan minyak di bawah plunger naik dan menutup check valve.

Sumbu nok berputar dan lifter terdorong ke atas dan melalui push rod dan rocker arm,katup-katup akan membuka.Pada waktu lifter terdorong ke atas,maka oli di dalm yang terdapat di bagian bawah plunger akan keluar di celah diantara plunger dan body bila katup dalam keadaan menutup,tekanan oli akan mendorong check valve dan minyak akan memasuki bagian bawah plunger.

6. METODE MENGGERAKAN KATUP

Sumbu nok digerakan oleh poros engkol dengan beberapa model antara lain : timing gear, timing chain dan timing belt. Sebagian besar mesin bensin TOYOTA menggunakan camshaft yang digerakan oleh belt dan ada beberapa camshaft yang digerakan oleh rantai.

a) Model Timing Gear

Metode ini digunakan pada mekanisme katup jenis mesin OHV (Over Head Valve), yang letak sumbu noknya di dalam blok silinder. Timing gear biasanya menimbulkan bunyi yang besar dibanding dengan rantai (timing chain), sehingga mesin bensin model penggerak katup ini menjadi kurang populer pada mesin bensin jaman modern ini. (Sumber : New Step 1, 1996:3-20).

b) Model Timing Chain

Model ini digunakan pada mesin OHC (Over Head Camsafht) dan DOHC (Double Over Head Camsafht) sumbu noknya terletak di atas kepala silinder. Sumbu nok digerakan oleh rantai (timing chain) dan roda gigi sprocket sebagai pengganti timing gear. Timing chain dan roda gigi sprocket dilumasi dengan oli. (Sumber : New Step 1, 1996:3-20)

Tegangan rantai (chain tension) diatur oleh chain tensioner. Chain vibration (getaran rantai) dicegah oleh chain vibration damper. Sumbu nok yang digerakan oleh rantai hanya sedikit menimbulkan bunyi dibanding dengan roda gigi (gear driven) dan jenis ini amat populer.

 

c) Model Timing Belt

Sumbu nok digerakan oleh sabuk yang bergigi sebagai pengganti timing chain. Sabuk (belt) selain tidak menimbulkan bunyi dibanding dengan rantai (chain), juga tidak diperlukan penyetelan tegangan. Kelebihan lainnya belt lebih ringan dibanding dengan model lainnya. Oleh karena itu model ini banyak digunakan pada mesin. Belt penggerak sumbu nok ini dibuat dari fiber glass yang diperkuat dengan karet sehingga mempunyai daya regang yang baik dan hanya mempunyai penguluran yang kecil bila terjadi panas.