Mekanisme Katup Filed under: Uncategorized mustazamaa @ 12:38 am
Mekanisme katup adalah suatu mekanisme pengaturan proses pembukaan
dan penutupan katup pada saluran masuk dan buang motor bakar.
Mekanisme tersebut berfungsi untuk membuka dan menutup katup isap
dankatup buang yang sesuai dengan firing order suatu silinder dan
proses pengerjaannya, yang memasukkan campuran bahan bakar dan
udara serta mengeluarkan gas buang sisa pembakaran.Sebelum lebih
jauh mendalami mekanisme pembukaan dan penutupan katup isap dan
buang pada motor bakar, kita harus mengenal dahulu bagaimana
kinerja katup isap dan katup buang dalam ruang pembakaran. Untuk
itu kita harus mengenal kinerja motor bakar, yang pada tulisan ini
saya wakili dengan motor bakar empat langkah. Saya tidak membedakan
apakah motor bakar ini termasuk dalam SIE atau CIE.Motor Bakar
Empat LangkahUntuk menghasilkan satu langkah kerja pada sebuah
motor bakar empat langkah, membutuhkan siklus empat langkah gerakan
piston atau dua langkah putaran crankshaft yang sempurna. Siklus
empat langkah ini dikenal sebagai siklus otto, yang ditemukan oleh
Nikolaus August Otto pada tahun 1867. Empat langkah tersebut
terdiri dari :1. Langkah Isap, adalah langkah piston dari TMA
(Titik Mati Atas) dimana katup buang tertutup dan katup isap
terbuka, dan piston begerak menuju TMB (Titik Mati Bawah) sehingga
dapat menghisap campuran bahan bakar dan udara ke dalam ruang
pembakaran melalui katup isap.2. Langkah Kompresi, adalah langkah
piston menekan campuran bahan bakar dan udara dengan bergerak dari
TMB ke TMA, dimana katup isap dan katup buang sama sama dalam
posisi tertutup. Sehingga campuran bahan bakar dan udara tadi
terkompresi. Kompresi tersebut membuat tekanan di dalam ruang
pembakaran menjadi tinggi. Sesaat piston mendekati TMA, busi
memancarkan percikan api untuk membakar campuran bahan bakar dan
udara yang terkompresi tadi. Sehingga terjadilah ledakan di dalam
ruang pembakaran.3. Langkah Ekspansi, adalah langkah piston yang
bergerak turun dari TMA ke TMB akibat terdorong oleh ledakan di
dalam ruang pembakaran tersebut dan memaksa crankshaft berputar.
Posisi katup isap dan buang masih sama sama tertutup. Langkah
inilah yang dapat menghasilkan tenaga dan mesin dapat bekerja.4.
Langkah Buang, adalah langkah dimana piston bergerak ke atas dari
TMB ke TMA, dimana katup isap tertutup dan katup buang terbuka.
Sehingga piston dapat membuang sisa pembakaran. Pada saat piston
mencapai TMA maka katup buang tertutup dan katup isap terbuka
sehingga siklus empat langkah dapat dimulai kembali.Gambar 1 Siklus
Empat LangkahKinerja Mekanisme Katup Sebenarnya bagaimana mekanisme
yang dapat membuat katup isap dan katup buang dapat bergerak
membuka dan menutup saluran masuk dan buang pada ruang pembakaran?
Untuk menjawab pertanyaan tersebut dapat kita lihat ilustrasi
dibawah ini.
Gambar 2 Mekanisme Kinerja Katup Isap dan Katup BuangKatup isap
dan katup buang dapat bergerak membuka dan menutup saluran masuk
dan buang dikarenakan adanya dorongan nok dari mekanisme cam pada
suatu camshaft. Gambar camshaft berikut dapat memperjelas maksud
tulisan saya.
Gambar 3 CamshaftCamshaft adalah sebuah poros yang memiliki
beberapa nok yang menonjol tetapi dengan arah tonjolan nok yang
berbeda beda untuk katup isap dan katup buangnya. Adanya tonjolan
nok itulah yang dapat menekan katup isap dan katup buang sehingga
katup isap dan katup buang dapat membuka dan menutup saluran masuk
dan buang pada ruang pembakaran.Seiring dengan putaran camshaft dan
arah tonjolan nok yang berbeda untuk tiap katup isap dan buang,
maka dorongan dari nok pertama misalnya, menekan katup isap
sehingga dapat membuka saluran masuk pada ruang bakar. Demikian
juga nok yang selanjutnya akan mendorong katup buang untuk membuka
saluran buang pada ruang bakar.Tentu saja hal ini seiring pula
dengan gerakan naik dan turunnya piston dari TMA menuju TMB dan TMB
menuju TMA sehingga langkah tersebut dapat membuat campuran bahan
bakar dan udara terhisap masuk ke dalam ruang pembakaran dan
membuang sisa pembakaran melalui saluran buang. Hal ini sesuai
dengan siklus empat langkah seperti yang dijelaskan diatas. Karena
arah tonjolan nok berbeda beda untuk tiap katup isap dan buang maka
putaran camshaft tersebut memberikan dorongan yang berbeda
tergantung arah nok saat menekan katup yang mana sehingga siklus
empat langkah diatas dapat berjalan seiring dengan putaran
camshaft.Lalu ada pertanyaan yang timbul berikutnya bagaimana
camshaft dapat berputar? Untuk menjawab pertanyaan tersebut diatas
maka ada beberapa hal lagi yang perlu kita ketahui juga. Mekanisme
dari camshaft yang menekan katup isap dan buang serta hubungannya
dengan putaran crankshaft biasanya disebut dengan valve train
mechanism. Valve train mechanism adalah suatu mekanisme yang
menghubungkan katup isap dan katup buang dengan gerakan piston,
katup isap dan katup buang dengan camshaft, hubungan camshaft
dengan crankshaft serta hubungan crankshaft dengan piston yang
dihubungkan melalui connecting rod.Untuk mengetahui secara detail
valve train mechanism, ada baiknya jika kita dapat memotong
sebagian mesin kita agar kita dapat melihat lebih jelas dan seksama
bagaimana hubungan keseluruhan mekanisme katup tersebut. Namun
melalui ilustrasi berikut ini mungkin dapat membantu kita lebih
memahami bagaimana mekanisme-nya tanpa harus melakukan pemotongan
terhadap mesin kita.
Gambar 4 Motor Bakar Empat Langkah Dari ilustrasi diatas dapat
kita lihat bahwa camshaft dapat berputar akibat putaran dari
crankshaft yang dihubungkan melalui suatu belt yang biasanya
disebut timing belt. Namun bukan hanya belt saja yang menghubungkan
antara crankshaft dengan camshaft. Jenis penghubung lainnya adalah
rantai atau biasa disebut timing chain, dan juga roda gigi yang
disebut timing gear. Untuk timing belt, belt tersebut tidak dapat
langsung memutar camshaft maupun crankshaft. Belt tersebut
memerlukan sprocket yang memiliki gerigi yang sesuai dengan jenis
gerigi belt pada timing belt tersebut. Hal ini ditujukan untuk
menghindari adanya backlash pada putaran camshaft. Karena jika
terjadi hal tersebut maka waktu pembukaan katup isap dan penutupan
katup buang menjadi terlambat yang dapat mengakibatkan waktu dengan
peledakan busi menjadi tidak sesuai. Tentu hal ini dapat
mengakibatkan pembakaran pada ruang bakar menjadi tidak
sempurna.Untuk mekanisme dengan menggunakan model timing belt dapat
dilihat lebih sederhana dengan ilustrasi berikut ini.
Gambar 5 Mekanisme dengan Timing BeltPada ilustrasi diatas juga
menjelaskan kepada kita bahwa putaran crankshaft tersebut juga
menyebabkan gerakan piston naik dan turun. Antara piston dan
crankshaft tersebut dihubungkan dengan adanya connecting rod.
Sehingga gerakan naik turun piston tersebut akan sesuai dengan
pembukaan dan penutupan katup isap dan katup buang pada ruang
bakar. Kekurangan dari mekanisme katup model timing belt adalah
belt dapat putus jika karetnya menjadi keras. Namun kelebihan dari
timing belt lebih halus dan tidak memerlukan pelumasan.Selanjutnya
dapat kita lihat model mekanisme yang lain, yaitu model Timing Gear
melalui ilustrasi berikut.
Gambar 6 Mekanisme dengan Timing GearSama dengan mekanisme
dengan model timing belt, pada mekanisme dengan model timing gear
ini juga menghubungkan putaran crankshaft dan camshaft. Namun
melalui mekanisme roda gigi. Kekurangan dari model ini adalah model
ini lebih berisik namun lebih kuat.Berikutnya adalah ilustrasi
sederhana mekanisme timing chain.
Gambar 7 Mekanisme dengan Timing ChainPada mekanisme dengan
model timing chain, crankshaft dihubungkan dengan camshaft melalui
sprocket dan rantai. Kelebihan dari mekanisme ini juga lebih kuat
dari belt namun juga sedikit berisik walaupun tidak seberisik model
timing gear. Tetap memerlukan pelumasan.Untuk memulai gerakan
crankshaft pada awalnya adalah dengan adanya starter motor yang
memutar flywheel (starter motor hanyalah penggerak awal flywheel
pada crankshaft). Flywheel tersebut berputar memutarkan crankshaft.
Crankshaft berputar menggerakkan piston dari TMA ke TMB. Sementara
itu crankshaft melalui timing belt juga memutar camshaft. Camshaft
dengan tonjolan nok mendorong katup isap. Seiring dengan turunnya
piston dan terbukanya katup isap maka akan menghisap campuran bahan
bakar dan udara. Sesuai siklus empat langkah maka akan terjadi
ledakan, yang membuat crankshaft terdorong berputar. Begitu
selanjutnya sehingga motor bakar dapat menyala.