Menu
Life is about sharing

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin – Penjelasan

  • Share
Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Katup mendingin dengan mentransfer panas ke saluran cairan di kepala silinder.

Teknisimobil.com – Salam Teknisi Mobil Indonesia, apa kabar kalian semua hari ini? Semoga semua baik-baik saja dan tetap semangat menjalani aktivitas sepanjang hari ini pada bengkelnya masing-masing. Bahasan singkat kita kali ini adalah tentang Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin – Penjelasan. Berikut bahasan selengkapnya.

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin – Penjelasan

Katup masuk dan keluar biasa disebut katup poppet (lihat gambar berikut).

Advertisements
Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Bentuk klep.

Mereka cenderung membuka dan menutup setiap kali mesin hidup. Ketika mereka terbuka, mereka memungkinkan udara masuk mengalir ke ruang bakar atau membiarkan knalpot meninggalkannya. Ketika tertutup, mereka harus (bersama dengan paking kepala silinder, cincin piston, dan busi) menutup ruang pembakaran. Kepala katup masuk dan keluar memiliki diameter yang berbeda – baca; alasan katup masuk lebih besar dari katup buang. Katup masuk lebih besar dari katup buang. Katup buang bisa lebih kecil karena gas buang lebih mudah bergerak daripada udara masuk.

Konstruksi Katup

Saat ini, sebagian besar katup dibuat dari baja yang diperkeras khusus, paduan baja, atau baja tahan karat. Logam lain sering digunakan dalam katup berkinerja tinggi. Panas merupakan faktor penting dalam desain dan konstruksi katup. Bahan yang digunakan untuk membuat katup harus mampu menahan suhu tinggi dan mampu menghilangkan panas dengan cepat. Sebagian besar panas dihamburkan melalui kontak muka katup dan dudukan. Panas kemudian bergerak melalui kepala silinder ke saluran pendinginnya. Panas juga ditransfer melalui batang katup ke pemandu katup (valve guide) dan lagi ke kepala silinder (lihat gambar berikut).

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Katup mendingin dengan mentransfer panas ke saluran cairan di kepala silinder.

Katup masuk dan buang biasanya dibuat dengan bahan yang berbeda. Katup pemasukan biasanya adalah baja paduan rendah atau baja paduan tinggi tahan panas dan korosi. Paduan yang digunakan pada katup buang tipikal adalah kromium untuk ketahanan oksidasi dengan sedikit nikel, mangan, silikon, dan / atau nitrogen. Ketahanan panas sangat penting untuk katup buang karena mereka menghadapi suhu 1.500° F hingga 4.000° F (816° C hingga 2.204° C). Katup pemasukan membutuhkan lebih sedikit ketahanan panas karena udara masuk dan bahan bakar cenderung mendinginkannya. Katup masuk juga membutuhkan lebih sedikit perlindungan korosi karena tidak terkena aksi korosif dari gas buang panas.

Katup dapat dibuat sebagai satu atau dua bagian. Katup dua bagian memungkinkan penggunaan logam yang berbeda untuk kepala dan batang katup. Potongan-potongan itu berputar dilas bersama. Katup ini biasanya memiliki kepala baja tahan karat dan batang baja karbon tinggi. Batangnya sering dilapisi krom sehingga lasan tidak terlihat. Satu katup bekerja lebih dingin karena lasan dari dua katup menghambat aliran panas ke batang.

Mesin saat ini membutuhkan katup berkualitas lebih tinggi yang mengandung lebih banyak nikel untuk menahan panas. Kebanyakan katup buang dan beberapa katup masuk memiliki kandungan nikel 4%. Katup masuk dengan nikel tinggi digunakan pada mesin turbocharged. Katup yang lebih tua dilapisi dengan 2% nikel. Paduan yang digunakan untuk membuat katup bergantung pada tujuan penggunaan dan desain mesin. Mesin yang lebih baru juga cenderung memiliki katup yang lebih ringan daripada yang digunakan sebelumnya. Bobot yang lebih ringan mengurangi jumlah tenaga yang hilang saat menggerakkan katup dan memungkinkan kecepatan engine yang lebih tinggi.

Katup Stainless

Steel Stainless steel biasa digunakan untuk membuat katup. Baja tahan karat adalah paduan besi-karbon dengan kandungan kromium minimal 10,5%. Baja tahan karat tidak menodai, menimbulkan korosi, atau berkarat semudah baja biasa. Ada berbagai jenis baja tahan karat yang digunakan untuk membuat katup. Baja tahan karat Austenitik mengandung maksimum 0,15% karbon, minimal 16% kromium, dan nikel dan / atau mangan untuk memberikan kekuatan dan meningkatkan ketahanan panasnya. Baja tahan karat tidak bersifat magnetis.

Katup Inconel

Paduan yang digunakan oleh banyak produsen adalah Inconel. Inconel memiliki basis nikel dengan 15% hingga 16% kromium dan 2,4% hingga 3,0% titanium. Paduan ini biasanya digunakan dalam aplikasi suhu tinggi dan memiliki ketahanan oksidasi dan korosi yang baik. Inconel sulit untuk dikerjakan; oleh karena itu, katup Inconel diganti jika sudah berubah bentuk atau rusak.

Katup Satelit

Paduan lain yang digunakan dalam aplikasi suhu tinggi adalah satelit. Stellite adalah paduan nikel, kromium, dan tungsten dan nonmagnetik. Stellite adalah bahan permukaan keras yang dilas ke permukaan katup dan batang. Ini juga dapat digunakan di ujung batang untuk menambah ketahanan aus. Muncul dalam berbagai tingkatan tergantung pada campuran bahan yang digunakan dalam paduan. Paduan ini memiliki ketahanan yang tinggi terhadap keausan, korosi, erosi, abrasi, dan lecet. Stellite tersedia dalam berbagai tingkatan, yang ditentukan oleh bahan yang digunakan dalam paduan.

Sodium Filled

Beberapa katup buang memiliki batang berlubang. Bagian batang yang berlubang sebagian diisi dengan natrium (lihat gambar berikut). Sodium adalah zat logam alkali berwarna putih keperakan yang mentransfer panas jauh lebih baik daripada baja. Pada suhu operasi, natrium menjadi cairan. Saat katup terbuka, natrium memercik ke arah kepala dan menyerap panas. Kemudian saat katup bergerak ke atas, natrium menjauh dari kepala dan naik ke batang. Panas yang diserap oleh natrium kemudian ditransfer ke pemandu di mana ia bergerak ke saluran pendingin di kepala. Katup berisi natrium tidak boleh dikerjakan dengan mesin.

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Beberapa katup buang diisi sebagian dengan natrium untuk membantu pendinginan.

Katup Titanium

Paduan titanium ditambahkan ke katup untuk meringankannya. Beberapa mesin berperforma tinggi memiliki katup titanium. Katup ini menghilangkan panas dengan baik, tahan lama, dan sangat ringan. Katup titanium memiliki berat kurang dari setengah dari katup baja yang sebanding.

Katup Keramik

Katup keramik sedang diuji untuk digunakan di masa mendatang. Bahan keramik memiliki berat kurang dari setengah dari berat katup baja dengan ukuran yang sebanding dan dapat menahan suhu ekstrim tanpa melemah atau berubah bentuk.

Terminologi Katup

Perhatikan gambar berikut. Katup memiliki kepala bulat dengan permukaan meruncing yang digunakan untuk menutup lubang masuk atau keluar. Seal ini dibuat oleh permukaan katup yang bersentuhan dengan dudukan katup. Sudut lancip tergantung pada desain dan pabrikan mesin. Jarak antara permukaan katup dan kepala katup disebut margin. Batang katup memandu katup selama gerakan naik-turun dan berfungsi untuk menghubungkan katup ke pegasnya melalui penahan dan penjaga pegas katupnya. Penjaga dimasukkan ke dalam slot mesin di bagian atas batang, yang disebut alur penjaga katup. Batang bergerak di dalam pemandu katup yang dikerjakan dengan mesin (tipe integral) atau ditekan ke kepala (tipe sisipan).

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Bagian-bagian sebuah katup.

Batang Katup

Sedikit oli melewati celah antara batang dan pemandu katup. Oleh karena itu, permukaan pemandu dan batang dirancang untuk meminimalkan gesekan. Batang katup memiliki dua jenis lapisan umum untuk mencegah keausan dan mengurangi gesekan: pelapisan krom dan nitridasi hitam. Selain pelapis ini, ujung batang dikeraskan atau dilapisi untuk menahan kerusakan akibat pukulan konstan yang mereka hadapi saat batang didorong terbuka.

Batang berlapis krom membantu mencegah lecet dan keausan pada batang katup dan memberikan perlindungan terhadap keausan selama penyalaan awal mesin saat tidak ada oli di batang katup. Lapisan krom juga banyak digunakan pada katup berkinerja tinggi. Ketebalan pelapisan krom dapat bervariasi dari 0,0002 hingga 0,001 inci (0,0051 hingga 0,0254 mm).

Banyak pabrikan asing menggunakan lapisan nitrida hitam daripada lapisan krom pada katup. Nitrida hitam dioleskan ke seluruh katup, bukan hanya batangnya. Permukaan akhir lebih halus dari pada krom; oleh karena itu, lebih sedikit gesekan yang dihasilkan oleh batang. Lapisan nitrida melindungi batang dari lecet dan keausan.

Dudukan Katup

Dudukan katup (lihat gambar berikut) adalah area dari kepala silinder yang terhubung dengan permukaan katup. Dudukan dapat menjadi bagian dari pengecoran dan mesin di kepala (tipe integral) atau dapat ditekan ke kepala (tipe sisipan). Dudukan sisipan selalu digunakan di kepala silinder aluminium. Mereka juga digunakan untuk mengganti dudukan integral yang rusak.

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Dudukan katup.

Dudukan katup menyediakan area penyegelan untuk katup. Mereka juga menyerap panas katup dan mentransfernya ke kepala silinder. Dudukan harus cukup keras untuk menahan penutupan katup secara konstan. Karena produk korosif yang ditemukan pada gas buang, dudukan harus sangat tahan terhadap korosi. Jika kepala dibuat dari besi tuang, ia memiliki dudukan yang tidak terpisahkan karena besi tuang memenuhi persyaratan tersebut. Besi cor juga digunakan untuk membuat sisipan dudukan. Kebanyakan induksi mengeras. Ini diperkuat melalui elektromagnetisme, yang memanaskan permukaan dudukan klep.

Banyak mesin model akhir dengan kepala aluminium memiliki dudukan logam serbuk sinter (tungsten karbida). Dudukan logam bubuk lebih keras dan lebih tahan lama daripada dudukan besi tuang.

Panduan Katup atau Valve Guide

Pemandu katup mendukung katup di kepala silinder dan mencegah katup bergerak ke segala arah selain naik dan turun. Diameter bagian dalam pemandu dikerjakan untuk memberikan jarak yang sangat kecil dengan batang katup. Clearance ini penting karena alasan berikut:

  • Ini mencegah oli masuk ke ruang bakar melewati batang katup masuk selama langkah hisap, dan menjaga oli agar tidak bocor ke lubang pembuangan saat tekanan di lubang pembuangan lebih rendah dari tekanan di bak mesin.
  • Ini menjaga agar gas buang tidak bocor ke area bak mesin melewati batang katup buang selama langkah buang.
  • Ini menjaga permukaan katup sejajar sempurna dengan dudukan katup.

Pemandu katup dapat dipasang secara integral dengan kepala, atau dapat dilepas (lihat gambar berikut). Panduan yang dapat dilepas atau dimasukkan dipasang dengan pas di kepala. Kepala aluminium dilengkapi dengan pemandu sisipan. Pemandu dibuat dari bahan yang memberikan gesekan rendah dan dapat mentransfer panas dengan baik. Panduan besi tuang dicampur atau dilapisi dengan fosfor dan / atau krom. Paduan perunggu juga digunakan. Ini mungkin mengandung beberapa aluminium, silikon, nikel, dan / atau seng.

Valve guide atau pemandu katup.

Penahan Pegas Katup dan Seal Oli

Perakitan katup dilengkapi dengan pegas, penahan, dan seal. Seal oli ditempatkan di atas batang katup. Seal tersebut berfungsi seperti payung untuk mencegah oli mengalir ke batang katup dan masuk ke ruang bakar. Pegas katup, yang menjaga katup dalam posisi tertutup normal, ditahan oleh penahannya. Retainer mengunci batang katup dengan dua bagian berbentuk baji yang disebut penjaga katup. Gambar berikut menunjukkan komponen yang menyusun rakitan pegas katup.

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Rakitan katup, pegas pengembali, seal dan penahan katup.

Rotator Katup

Beberapa mesin dilengkapi dengan penahan yang menyebabkan katup buang berputar. Rotator ini mencegah karbon menumpuk di antara permukaan katup dan dudukan. Penumpukan karbon dapat menahan katup terbuka sebagian, menyebabkannya terbakar.

Valve Springs

Pegas katup menutup katup dan mempertahankan kontak rangkaian katup selama pembukaan dan penutupan katup. Beberapa mesin memiliki satu pegas per katup. Yang lain menggunakan dua atau tiga pegas katup. Seringkali pegas kedua atau ketiga adalah pegas datar yang disebut pegas peredam, yang dirancang untuk mengontrol getaran. Untuk meredam getaran pegas dan meningkatkan tekanan pegas total, beberapa produsen mesin menggunakan pegas sekunder gulungan terbalik di dalam pegas utama.

Tekanan pegas rendah memungkinkan katup mengapung selama operasi berkecepatan tinggi. Tekanan yang terlalu besar akan menyebabkan keausan penggerak katup atau lobus poros bubungan secara dini dan juga dapat menyebabkan kerusakan katup.

Suku Cadang Terkait Katup Lainnya

Bagian lain dikaitkan dengan katup.

Lengan Ayun atau Rocker Arm

Lengan ayun mengubah arah gaya angkat bubungan atau camshaft. Saat pengangkat dan pushrod bergerak ke atas, lengan ayun berputar di titik tengahnya. Ini menyebabkan perubahan arah pada sisi katup dan mendorong katup ke bawah. Lengan ayun juga memungkinkan katup terbuka lebih jauh dari pengangkatan lobus cam yang sebenarnya. Ini dilakukan dengan memiliki jarak yang berbeda dari titik pivot ke ujung lengan ayun. Perbedaan panjang dari ujung katup lengan ayun dan pusat titik poros (poros atau tiang) dibandingkan dengan ujung batang atau ujung bubungan lengan ayun dan titik poros (poros atau tiang) dinyatakan sebagai rasio. Biasanya, rasio rocker arm berkisar dari 1: 1 hingga 1: 1,75. Rasio yang lebih besar dari 1: 1 menghasilkan bukaan katup lebih jauh dari pada pengangkatan lobus bubungan yang sebenarnya.

Camshaft di beberapa mesin OHC naik langsung ke lengan ayun. Salah satu ujung lengan ayun dipasang di atas pengikut bubungan atau pengangkat dan ujung lainnya berada di atas batang katup (gambar berikut).

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Camshaft dalam pengaturan ini menggunakan rocker arm yang memiliki pengatur bulu hidrolik.

Seringkali kepala silinder OHC memiliki susunan lengan ayun yang kompleks (gambar berikut). Mesin OHC lainnya tidak memiliki lengan ayun dan poros bubungan berada tepat di atas katup.

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Susunan ini memiliki tiga lengan ayun per katup.

Lengan ayun terbuat dari baja yang dicap, aluminium cor, atau besi cor. Lengan ayun yang dapat disesuaikan cor dipasang ke poros lengan ayun yang dipasang ke kepala dengan braket lengan ayun (gambar berikut). Rocker Castiron digunakan pada mesin berkecepatan rendah yang besar. Mereka hampir selalu berputar pada poros yang sama. Rocker aluminium, di sisi lain, umumnya digunakan pada aplikasi berkinerja tinggi dan berporos pada bantalan jarum untuk mengurangi gesekan.

Rakitan poros lengan rocker.

Beberapa mesin domestik dilengkapi dengan rocker arm baja yang dicap untuk setiap katup. Lengan ayun dipasang ke tiang yang ditekan atau diulirkan ke kepala silinder dan harus diganti jika aus, bengkok, patah, atau longgar. Pada beberapa mesin, stud dibor untuk saluran oli ke lengan ayun.

Pushrods

Pushrods adalah penghubung antara rocker arm dan pengangkat katup. Pushrods mengirimkan aksi cam ke katup. Seringkali pushrod memiliki lubang di tengah untuk memungkinkan oli mengalir dari pengangkat hidrolik ke rakitan lengan ayun (gambar berikut). Beberapa mesin menggunakan pelat pemandu pushrod untuk membatasi gerakan sisi pushrod.

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Kebanyakan pushrod memiliki lubang di tengah untuk memungkinkan aliran oli dari pengangkat hidrolik ke rakitan lengan ayun.

Pengikut Cam

Ditemukan pada beberapa mesin OHC, pengikut cam adalah cangkir yang berada di atas rakitan katup. Mereka menyediakan permukaan yang lebih besar untuk lobus cam untuk menggerakkan katup. Beberapa pengikut cam memiliki unit hidrolik yang pas di bawah cangkir untuk menjaga jarak katup yang tepat. Lainnya membutuhkan penyesuaian berkala. Kebanyakan menggunakan ganjal logam antara cup dan cam lobe. Untuk mengatur kelonggaran katup, sebuah shim dengan ketebalan berbeda dimasukkan.

Bantalan atau Bearing Camshaft

Camshaft adalah bagian dari rakitan kepala silinder di semua mesin tipe OHC. Unit yang menahan camshaft (s) dapat berupa unit terpisah yang dibaut ke kepala silinder atau lubang camshaft dikerjakan ke bagian atas kepala. Dalam desain yang paling umum, kepala silinder dikerjakan untuk menerima satu atau dua poros bubungan dan memiliki tutup yang menahan poros bubungan (gambar berikut).

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Banyak kepala silinder OHC dikerjakan untuk menerima satu atau dua poros bubungan di atas katup dan memiliki tutup bantalan untuk mengamankan poros bubungan.

Mesin Multivalve

Banyak mesin yang lebih baru menggunakan pengaturan multivalve. Salah satu mobil pertama yang menggunakan empat katup per silinder sebagai cara untuk meningkatkan aliran gas dan tenaga kuda adalah Pierce Arrow katup ganda 1918.

Ide dasar di balik penggunaan lebih dari satu katup masuk dan / atau buang adalah sederhana — efisiensi yang lebih baik. Untuk meningkatkan efisiensi, para insinyur perlu meningkatkan aliran masuk dan keluar dari ruang bakar. Di masa lalu, ini dicoba dengan membuat katup lebih besar dan dengan mengubah timing katup. Katup yang lebih besar memungkinkan lebih banyak udara masuk dan lebih banyak pembuangan keluar, tetapi katup yang lebih besar lebih berbobot dan karena itu membutuhkan pegas yang lebih kuat untuk menutupnya. Pegas yang lebih kuat menahan katup agar lebih rapat tetapi membutuhkan lebih banyak tenaga mesin untuk membukanya. Selain itu, saat mesin berjalan pada kecepatan rendah, udara yang melewati katup besar memiliki kecepatan yang lebih rendah daripada jika mengalir melewati katup kecil. Ini mengurangi torsi mesin pada kecepatan mesin rendah.

Meskipun dua katup kecil beratnya sama atau lebih dari satu katup, masing-masing katup memiliki berat lebih kecil dan, oleh karena itu, tegangan pegas pada masing-masing katup lebih kecil. Ini berarti lebih sedikit daya yang dibutuhkan untuk membukanya. Selain itu, kecepatan udara masuk dan keluar pada kecepatan engine rendah lebih cepat daripada jika menggunakan katup besar.

Saat ini, mesin multivalve dapat memiliki tiga (3 gambar berikut berturut-turut), empat (3 gambar berikut berturut-turut), atau lima katup per silinder (3 gambar berikut berturut-turut). Pengaturan yang paling umum adalah empat katup per silinder dengan dua katup masuk dan dua katup buang. Semua mesin multivalve memiliki kepala aliran silang.

Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Mesin dengan dua busi, dua katup masuk, dan satu katup buang untuk setiap silinder.
Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Tata letak khas untuk silinder dengan empat katup.
Katup Masuk dan Buang Mesin Bensin
Susunan lima katup per silinder ini memiliki tiga katup masuk dan dua katup buang.

Menggunakan dua katup masuk dan satu atau dua katup buang meningkatkan volume lubang masuk dan keluar. Oleh karena itu, lebih banyak udara dapat masuk atau keluar dari silinder. Ini menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna, yang mengurangi kemungkinan salah tembak dan ledakan. Ini juga menghasilkan efisiensi bahan bakar yang lebih baik, knalpot lebih bersih, dan peningkatan output daya. Dua katup yang lebih kecil memiliki massa kurang dari satu katup besar, sehingga kelembaman mekanis berkurang, memungkinkan kecepatan engine yang lebih tinggi sebelum katup float terjadi.

  • Share

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *