PMKR - MEKANISME KATUP

      A. PENGERTIAN

Mesin pembakaran dalam 4 tak, memiliki 4 fase yang harus ditempuh untuk menghasilkan output berupa putaran flywheel. 4 fase tersebut, meliputi langkah hisap, langkah kompresi, langkah usaha dan langkah buang.
Ketika berada pada langkah hisap dan buang, maka ruang bakar harus berinteraksi dengan volume luar, karena terdapat proses pemasukan udara dan pembuangan gas sisa. Untuk itu, didalam ruang bakar harus didesain sebuah pintu untuk keluar masuk udara yang kita kenal dengan sistem katup.

Jika diterjemahkan, maka mekanisme katup adalah sebuah rangkaian mekanis yang tersistematis untuk membuka saluran intake disaat piston berada pada fase hisap, dan membuka saluran exhaust ketika posisi piston berada pada fase buang.
Secara desain, keberadaan mekanisme katup tentu saja membuat mesin terlihat lebih rumit. Karena perlu satu rangkaian roda gigi dari crankshaft ke camshaft.

Mesin 4 langkah mempunyai langkah hisap, kompresi, usaha, buang, tetapi bekerjanya katup hanya dibutuhkan dalam 2 proses langkah yaitu : langkah hisap dan langkah buang. Mekanisme katup ini dirangcang sedemikian rupa sehingga sumbu nok ( camshaft ) berputar 1 kali untuk menggerakan katup hisap dan buang setiap 2 kali berputarnya poros engkol.

Agar katup bisa membuka dan menutup tepat pada saat yang diperlukan, maka, dibutuhkan mekanisme yang bisa mengaturnya. Berikut contoh gambar mekanisme katup pada mesin 4A-FSaat mesin berputar maka kedua camshaft (intake & exhaust) juga ikut berputar karena dihubungkan dengan cranksaft melalui mekanismenya, karena pada camsaft terdapat camlobe maka camlobe ini yang mendorong katub agar bisa membuka, camlobe sendiri didesain secara khusus disesuaikan dengan sudut pembukaan katub yang diperlukan.

Fungsi katup

Secara  umum fungsi katup pada motor otto 4 langkah adalah untuk mengatur masuknya campuran bahan bakar dan udara dan mengatur keluarnya gas sisa pembakaran. Pada motor otto 4 langkah terdiri dari 2 macam katup yaitu:

•         Katup masuk yang befungsi untuk mengatur masuknya campuran bahan bakar dan udara  pada sat langkah hisap

•         Katup buang yang berfungsi untuk mengatur keluarnya gas sisa pembakaran pada saat langkah buang.

      B.     METODE PENGGERAK KATUP

Sumbu nok digerakan oleh poros engkol dengan beberapa methode, termasuk timing gear, timing chain, dan timing belt.

a.      Timming Gear

Adalah metode dimana camshaft digerakkan cranksaft melalui perkaitan gigi, model ini hampir tidak memerlukan perawatan dan  memiliki kekuatan yang lebih, tapi model ini cenderung menimbulkan suara yang berisik, oleh karena itu model ini kurang cocok untuk mesin bensin modern seperti sekarang

Poros kam digunakan untuk menggerakan valve lifter, push rod dan rocker arm. Gerakan rocker arm ini  diteruskan untuk membuka dan menutup katup. Putaran poros kam ini adalah setengah putaran dari poros engkol. Putaran poros engkol diteruskan melalui roda gigi dengan perbandingan jumlah roda gigi 1 : 2.

            Mekanisme penggerak poros kam dengan roda gigi digunakan pada motor dengan susunan katup samping dan OHV dengan penempatan poros kam pada blok silinder.

Keuntungan:

-          Tahan lama

-          Tidak perlu pengecekan dan penggantian berkala

Kerugian:

-          Tidak bisa digunakan untuk OHC

-          Menimbulkan suara berisik akibat gesekan antar roda gigi

-          Memerlukan pelumasan

b.      Model Timming Chain

Model ini digunakan pada mesin OHC (Over Head Camshaft) & DOHC (Dual Over Head Camshaft) camshaft terletak di kepala silinder dan digerakkan oleh rantai timming yang dilumasi oli, ketegangan rantai diatur oleh chain tensioner, sementara getaran rantai diredam oleh chain vibration damper.  Model ini memiliki daya tahan yang bagus & suara yang ditimbulkan pada model ini cenderung lebih sedikit oleh karena itu model ini sangat populer sampai sekarang.

Jenis penggerak poros kam ini memindahkan putaran dari poros engkol ke poros kam melalui mekanisme rantai. Pada poros engkol dipasangkan crangshaft sproket dan pada poros engkol dipasangkan camshaft sproket dengan jumlah giginya dua kali lebih banyak dari crankshaft sproket. Mekanisme penggerak ini digunakan untuk motor dengan susunan katup sisi, OHV dan OHC.   Tetapi untuk susunan OHC jarak dari poros engkol cukup jauh. Karena jarak yang jauh tersebut maka rantai memerlukan chain guide dan tensioner. Chain guide dan tensioner berfungsi untuk menegangkan rantai agar rantai tetap  berkaitan dengan sproket dan tidak menimbulkan bunyi.

            Keuntungan:

-          Daya mulur yang kecil dan tahan lama

-          Bisa digunakan untuk OHV dan OHC

            Kerugian:

-          Memerlukan pelumasan

-          Berisik

c.       Model Timming Belt

Pada model ini konstruksinya hampir sama dengan model timming chain, yang membedakan cuma rantai disini digantikan oleh sabuk karet bergerigi, sabuk pada model ini terbuat dari fiberglass yang diperkuat dengan karet sehingga tidak mudah melar karena perubahan suhu, selain itu tipe ini cenderung tidak menimbulkan bunyi dari tipe yang lain sehingga model ini banyak dipilih jenis kendaraan jaman sekarang. Akan tetapi karena umur sabuk tidak sekuat rantai atau gear maka model ini harus dilakukan penggantian cecara rutin.

Mekanisme penggerak menggunakan timing belt (sabuk bergigi) digunakan untuk motor sengan susunan katup OHC. Pada saat sekarang, jenis ini paling banyak digunakan pada motor-motor kendaraan, karena mempunyai beberapa keuntungan yaitu harga sabuk yang relatif murah, ringan, getaran yang dihasilkan kecil tidak berisik dan tidak perlu pelumasan. Tetapi ada kerugian yaitu kekuatan bahan sabuk terbatas, maka timing belt memerlukan penggantian secara berkala untuk menghindari putus timing belt saat motor hidup.

      C.     JENIS KATUP

                               I.            BERDASARKAN FUNGSINYA

Pada motor 4 langkah (Otto & Diesel) terdiri dari dua jenis katup, yaitu:

•         Katup Masuk (intake valve)

•         Katup Buang (exhaust valve)

                            II.            BERDASARKAN SUSUNAN KATUP

Berdasarkan konstruksi susunan katup hisap dan katup buang dapat diletakan dalam berbagai kedudukan pada kepala silinder atau pada blok silinder. Pada umumnya berdasarkan kedudukan katup terdiri dari susunan katup L, F, T dan I.

a.       Susunan Katup L

Motor otto dengan susunan katup L, ruang bakar berbentuk huruf L terbalik. Kedua katup diletakan berdampingan pada salah satu sisi silinder. Jenis ini sering dipakai pada motor silinder sebaris. Semua katup terletak dalam satu baris, sehingga dapat digerakan dengan menggunakan satu poros kam. Susunan katup jenis ini baik digunakan untuk motor dengan kompresi rendah. Susunan katup ini sekarang sudah tidak digunakan lagi.

b.      Susunan Katup F

Susunan katup jenis ini adalah gabungan antara susunan katup I dan L. katup isap berada pada kepala silinder dan katup buang pada blok silinder dan menggunakan satu poros kam.

c.       Susunan Katup T

Jenis ini menempatkan katup pada kedua sisi silinder di blok silinder. Jarak kedua katup berjauhan maka diperlukan dua buah poros kam, untuk menggerakan katup masuk dan katup buang.

d.      Sususnan Katup I

Motor dengan susunan katup I kedua katup baik masuk dan buang berada pada kepala silinder. Jenis ini banyak digunakan karena perbandingan kompresinya tinggi   sehingga efisiensi panasnya lebih besar, meskipun mempunyai kerugian bentuknya yang kompak.

                          III.            BERDASARKAN MEKANISME KATUP

Berdasarkan mekanisme katup jenis katup terdiri dari jenis OHV (over head valve), OHC (over head camshaft), SOHC (Single Over Helt Campsaft ), DOHC( Doble Over Healt Campsaft )

1.      OHV (over head valve)

Motor yang menggunakan mekanisme katup jenis ini mempunyai ciri fisik yaitu poros cam berada pada blok silinder dan katup berada pada kepala silinder. Motor dengan mekanisme katup OHV mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi dibandingkan dengan katup sisi. Penempatan katup di kepala silinder menyebabkan perbandingan kompresi tinggi sehingga meningkatkan torsi dan daya. Yang mana campsaftnya terletak di dalam blok silinder,untuk membukakan katup-katupnya ada perantara dari Valve Lifter, Push Rod, Rocker Arm.

2.      OHC (over head camshaft)

Pada jenis OHC poros kam dipasangkan di atas kepala silinder, yang mana rocker arm dan katup-katup digerakkan langsung oleh poros kam. Susunan ini di sebut over head camshaft system. Ohc mempunyai keuntungan dibanding ohv yaitu proses pembukaan dan penutupan katup lebih cepat, sehingga cocok digunakan oleh motor kecepatan tinggi.

3.      SOHC (Single Over Helt Campsaft )
   Yang mana Camsaftnya terletak di atas kepala silinder,untuk membukakan katup-katupnya tidak ada perantara dari Valve Lifter dan Push Road melainkan hanya Rocker Arm

4.      DOHC( Doble Over Healt Campsaft )

      Yang mana kedua campsaftnya terletak di atas blok silinder, untuk membukakan katup-katupnya sama sekali tidak ada perantara dari Valve Lifter, Push Rod, dan Rocker Arm melainkan masing-masing camp membukakan katup -katup

      D.    BAGIAN-BAGIAN UTAMA MEKANISME KATUP

1.      Katup

      Katup adalah salah satu komponen mekanisme katup yang berfungsi membuka dan saluran, baik saluran masuk (disebut katup masuk) maupun saluran buang (disebut katup buang).

Secara umum komponen katup seperti terlihat pada gambar di bawah:Gambar 1. 6 Komponen KatupKeterangan nama bagiano   Valve spring retainer lock adalah komponen yang berfungsi mengunci/menahan ring penahan katup agar pegas katup dan katup tidak terlepas.o   Valve spring retainer disebut juga ring penahan pegas katup berfungsi untuk menahan pegas katup.o   Valve stem seal disebut juga sil katup yang berfungsi sebagai penahan cairan minyak pelumas agar tidak masuk kedalam ruang bakar.o   Valve spring atau pegas katup berfungsi untuk mengembalikan kedudukan katup seperti semula.o   Valve spring seat berfungsi sebagai dudukan pegas katup agar posisi pegas tidak berubah pada saat bekerja.

2.      Poros kam (cam Shaft)

Poros kam adalah sebuah poros yang mempunyai sejumlah nok atau kam. Kam tersebut disusun sedemikian rupa pada porosnya yang berfungsi untuk mengatur pembukaan dan penutupan katup sesuai dengan firing order yang telah ditentukan. Selain untuk mengatur pembukaan dan penutupan katup, poros kam juga berfungsi untuk menggerakan distributor dan pompa bahan bakar mekanik.

3.      Pengangkat Katup (Valve Lifter)

Pengangkat katup adalah komponen katup yang berbentuk tabung pada mesin OHV, pengangkat katup dihubungkan dengan nok yang berhubungan dengan katup melalui batang pendorong, lebih jelasnya lihat gambar. Saat sumbu nok berputar maka pengangkat katup bergerak turun naik sehingga katup bisa membuka dan menutup. 

Motor dengan pengangkat konvensional celah katupnya harus dilakukan penyetelan secara berkala untuk mengantisipasi pemuaian yang terjadi pada komponen mekanisme katup. Pada motor sekarang supaya tidak dilakukan lagi penyetelan maka dibuatkan penyetelan otomatis yang bekerjanya oleh tekanan hidraulis yang dinamakan hydraulic last adjuster. Komponen ini membuat celah katup tidak perlu disetel, celah akan terbentuk sendiri secara otomatis apabila motor hidup. Komponen tersebut bisa digunakan untuk mekanisme katup OHV maupun OHC. Pada OHV hydraulik last adjuster ini pengganti valve lifter

4.      Batang penekan (Push Rod)

Batang penekan (Push rod) meneruskan tekanan dari valve lifter ke rocker arm. Batang penekan ini digunakan hanya pada mekanisme katup OHV.

5.      Rocker Arm & Shaft

Rocker arm dipasang pada rocker arm shaft, bila rocker arm ditekan keatas oleh batang penekan katup akan tertekan dan membuka, rocker arm dilengkapi dengan sekrup dan mur pengunci untuk penyetelan celah katup, tapi pada pengangkat katup hidraulis tidak dilengkapi sekrup penyetel.

      E.     CARA KERJA KATUP

Bila poros engkol berputar menyebabkan exhaust camshaft juga berputar melalui timing belt, sedangkan poros camshaft berputar oleh exhaust camshaft melalui roda – roda gigi. Bila sumbu nok berpuar, nok akan menekan ke bawah pada valve lifter dan membuka katup. Bila sumbu nok trus berputar satu kali, akan membuka dan menutup katup hisap dn katup buang satu kali pada setiap 2 kali putaran poros engkol.

a.      Diagram Katup

Idealnya katup masuk terbuka mulai dari titik mati atas (TMA) sampai titik mati bawah (TMB) pada langkah isap dan katup buang terbuka mulai dari TMB sampai TMA pada langkah buang. Namun pada kenyataannya pembukaan dan penutupan katup tidak seperti diatas tetapi ada yang dinamakan pembukaan awalan dan pembukaan susulan. Pembukaan awalan dan pembukaan susulan tersebut berlaku untuk katup masuk dan katup buang.

Pembukaan awalan katup hisap terjadi beberapa derajat sebelum TMA pada akhir langkah buang. Fungsinya adalah untuk mencegah terjadinya kevakuman pada saat langkah isap dan supaya katup sudah terbuka lebar pada saat dimulainya langkah hisap. Pembukaan awalan pada katup buang terjadi beberapa derajat pada akhir langkah usaha yang berfungsi untuk menyamakan tekanan antara ruang silinder yang bertekanan tinggi dengan udara luar, sehingga ketika langkah buang piston tidak memerlukan tenaga yang besar untuk mengeluarkan sisa gas buang.

Pembukaan susulan pada katup isap terjadi pada awal langkah kompresi. Hal ini bertujuan untuk memperbanyak campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke ruang silinder sehingga efisiensi volumetrisnya menjadi besar. Pembukaan susulan pada katup buang terjadi pada awal langkah hisap yang berfungsi untuk mengeluarkan gas sisa pembakaran sebanyak-banyaknya.

Hal-hal yang harus diperhatikan yaitu :

·         Saat katup terbuka

·         Lamanya katup terbuka

·         Saat katup tertutup

·         Lamanya katup tertutup

b.      VARIABLE VALVE

Yang dimaksud dengan variable valve adalah derajat pembukaan awalan dan akhiran katup masuk dan atau katup buang berubah sesuai dengan putaran dan beban engine baik katup masuk maupun katup buang.

v  VVT-i : Variable valve timing inteligent (Toyota)

v  V-Tec :Variable valve timing and lift electronic control (Honda)

v  MIVEC : Mitsubishi innovative variable valve electronic control

v  CVVT : Continously Variable valve timing (Hyundai)

v  Vanos : variable nockenwellen steuerung (BMW)

v  Dan lain-lain.

VVT (Variable Valve Timing)

VVT dipasang pada exhaust dan atau intake camshaft berfungsi mengontrol waktu bukaan dan penutupan intake dan atau exhaust valve untuk meningkatkan performa engine. Valve timing dioptimalkan oleh sistem VVT berdasarkan putaran engine.

            Keuntungan memakai CVVT

Ø  Konsumsi bahan bakar lebih irit:

Berkurangnya daya pemompaan karena adanya peningkatan valve overlap

Ø  Emisi Berkurang:

Berkurangnya gas NOxoleh efek EGR berkat optimalisasi valve overlap

Ø  Performa meningkat dan momen pada putaran bawah juga meningkat :

Peningkatan efisiensi volumetric dan thermodynamic oleh variable valve timing.