Katup mesin. Tujuan, perangkat, desain

Agar mesin pembakaran internal empat langkah dari mobil mana pun dapat bekerja, perangkatnya mencakup banyak bagian dan mekanisme berbeda yang disinkronkan satu sama lain. Di antara mekanisme tersebut adalah waktu. Fungsinya untuk memastikan aktivasi timing katup tepat waktu. Apa itu dijelaskan secara rinci di sini.

Singkatnya, mekanisme distribusi gas membuka katup masuk / keluar pada waktu yang tepat untuk memastikan waktu proses saat melakukan langkah tertentu dalam silinder. Dalam beberapa kasus, diharuskan kedua lubang ditutup, di sisi lain, satu atau bahkan keduanya terbuka.

Mari kita lihat lebih dekat satu detail yang memungkinkan Anda menstabilkan proses ini. Ini adalah katup. Apa yang spesial dari desainnya dan bagaimana cara kerjanya?

Apa itu katup mesin

Katup adalah bagian logam yang dipasang di kepala silinder. Ini adalah bagian dari mekanisme distribusi gas dan digerakkan oleh camshaft.

Tergantung pada modifikasi mobilnya, mesin akan memiliki timing yang lebih rendah atau lebih tinggi. Opsi pertama masih ditemukan di beberapa modifikasi unit daya yang lebih lama. Sebagian besar pabrikan telah lama beralih ke mekanisme distribusi gas jenis kedua.

Alasannya adalah motor seperti itu lebih mudah disetel dan diperbaiki. Untuk mengatur katup, cukup dengan melepas penutup katup dan tidak perlu membongkar seluruh unit.

Tujuan dan fitur perangkat

Katup adalah elemen pegas. Saat istirahat, itu menutup lubang dengan erat. Saat poros bubungan berputar, bubungan yang terletak di atasnya mendorong katup ke bawah, menurunkannya. Ini membuka lubang. Pengaturan camshaft dijelaskan secara rinci di review lain.

Setiap detail memainkan fungsinya sendiri, yang secara struktural tidak mungkin dilakukan untuk elemen serupa yang terletak di dekatnya. Setidaknya ada dua katup per silinder. Dalam model yang lebih mahal, ada empat di antaranya. Dalam kebanyakan kasus, elemen-elemen ini berpasangan, dan mereka membuka kelompok lubang yang berbeda: beberapa adalah saluran masuk dan yang lainnya adalah saluran keluar.

Katup pemasukan bertanggung jawab untuk memasukkan sebagian segar campuran udara-bahan bakar ke dalam silinder, dan dalam mesin dengan injeksi langsung (sejenis sistem injeksi bahan bakar, dijelaskan di sini) - volume udara segar. Proses ini terjadi pada saat piston melakukan langkah isap (dari titik mati atas setelah mengeluarkan gas buang, piston bergerak ke bawah).

Katup buang memiliki prinsip bukaan yang sama, hanya saja fungsinya berbeda. Mereka membuka lubang untuk membuang produk pembakaran ke manifold buang.

Desain katup mesin

Bagian-bagian yang dimaksud termasuk dalam kelompok katup mekanisme distribusi gas. Bersama dengan bagian lain, mereka memberikan perubahan waktu katup yang tepat waktu.

Pertimbangkan fitur desain katup dan bagian terkait, yang menjadi dasar pengoperasian efektifnya.

Katup

Katup-katup tersebut berbentuk batang, di satu sisi terdapat elemen head atau poppet, dan di sisi lain terdapat heel atau ujung. Bagian datar dirancang untuk menutup rapat bukaan di kepala silinder. Transisi halus dibuat antara simbal dan batang, bukan satu langkah. Hal ini memungkinkan katup disederhanakan sehingga tidak menimbulkan resistensi terhadap gerakan fluida.

Pada motor yang sama, katup masuk dan keluar akan sedikit berbeda. Jadi, jenis suku cadang pertama akan memiliki pelat yang lebih lebar daripada yang kedua. Penyebabnya adalah suhu tinggi dan tekanan tinggi saat produk pembakaran dikeluarkan melalui saluran keluar gas.

Untuk membuat suku cadang lebih murah, katup ada dalam dua bagian. Mereka berbeda dalam komposisi. Kedua bagian ini digabungkan dengan pengelasan. Talang kerja cakram katup buang juga merupakan elemen terpisah. Ini diendapkan dari jenis logam lain, yang memiliki sifat tahan panas, serta ketahanan terhadap tekanan mekanis. Selain sifat-sifat ini, permukaan ujung katup buang tidak terlalu rentan terhadap pembentukan karat. Benar, bagian di banyak katup ini terbuat dari bahan yang identik dengan logam tempat pelat dibuat.

Kepala elemen saluran masuk biasanya datar. Desain ini memiliki kekakuan dan kemudahan eksekusi yang dibutuhkan. Mesin yang ditingkatkan dapat dilengkapi dengan katup cakram cekung. Desain ini sedikit lebih ringan daripada model standar, sehingga mengurangi gaya inersia.

Sedangkan untuk outlet outlet, bentuk kepalanya akan datar atau cembung. Opsi kedua lebih efisien, karena memberikan pembuangan gas yang lebih baik dari ruang bakar karena desainnya yang ramping. Plus, pelat cembung lebih tahan lama dibandingkan pelat datar. Di sisi lain, elemen seperti itu lebih berat, karena kelembamannya menderita. Jenis suku cadang ini akan membutuhkan pegas yang lebih kaku.

Selain itu, desain batang katup jenis ini sedikit berbeda dari bagian intake. Untuk memberikan pembuangan panas yang lebih baik dari elemen, batangnya lebih tebal. Ini meningkatkan ketahanan terhadap pemanasan yang kuat pada bagian tersebut. Namun, solusi ini memiliki kelemahan - ini menciptakan ketahanan yang lebih besar terhadap gas yang dibuang. Meski demikian, pabrikan tetap menggunakan desain ini, karena gas buang yang dikeluarkan di bawah tekanan kuat.

Saat ini ada pengembangan inovatif dari katup berpendingin paksa. Modifikasi ini memiliki inti berlubang. Natrium cair dipompa ke dalam rongga. Zat ini menguap bila dipanaskan dengan kuat (terletak di dekat kepala). Akibat proses ini, gas menyerap panas dari dinding logam. Saat naik ke atas, gas mendingin dan mengembun. Cairan mengalir ke dasar, tempat proses diulangi.

Agar katup memastikan kekencangan antarmuka, talang dipilih di kursi dan di disk. Itu juga dilakukan dengan bevel untuk menghilangkan langkah. Saat memasang katup pada motor, mereka digesekkan ke kepala.

Kekencangan sambungan dudukan ke kepala dipengaruhi oleh korosi flensa, dan bagian outlet sering mengalami endapan karbon. Untuk memperpanjang umur katup, beberapa mesin dilengkapi dengan mekanisme tambahan yang memutar katup sedikit saat outlet ditutup. Ini menghilangkan endapan karbon yang dihasilkan.

Kadang-kadang terjadi patah katup. Ini akan menyebabkan part tersebut jatuh ke dalam silinder dan merusak motor. Untuk kegagalan, cukup bagi poros engkol untuk membuat beberapa putaran inersia. Untuk mencegah situasi ini, produsen katup otomatis dapat melengkapi bagian tersebut dengan cincin penahan.

Sedikit tentang fitur-fitur dari tumit klep. Bagian ini mengalami gaya gesekan karena dipengaruhi oleh camshaft cam. Agar katup terbuka, bubungan harus mendorongnya ke bawah dengan tenaga yang cukup untuk menekan pegas. Unit ini harus mendapat pelumasan yang cukup, dan agar tidak cepat aus, unit ini dikeraskan. Beberapa perancang motor menggunakan tutup khusus untuk mencegah keausan batang, yang terbuat dari bahan yang tahan terhadap beban semacam itu.

Agar klep tidak tersangkut di selongsong selama pemanasan, bagian batang di dekat simbal sedikit lebih tipis daripada bagian di dekat tumit. Untuk memperbaiki pegas katup, dua alur dibuat di ujung katup (dalam beberapa kasus, satu), di mana kerupuk penyangga dimasukkan (pelat tetap tempat pegas bersandar).

Pegas katup

Pegas mempengaruhi efisiensi katup. Diperlukan agar kepala dan jok memberikan koneksi yang erat, dan media kerja tidak menembus melalui fistula yang terbentuk. Jika bagian ini sangat kaku, camshaft cam atau tumit batang klep akan cepat aus. Di sisi lain, pegas yang lemah tidak akan dapat memastikan kesesuaian antara kedua elemen.

Karena elemen ini bekerja dalam kondisi beban yang berubah dengan cepat, elemen ini dapat rusak. Produsen Powertrain menggunakan berbagai jenis pegas untuk mencegah kerusakan cepat. Dalam beberapa waktu, tipe ganda dipasang. Modifikasi ini mengurangi beban pada elemen individu, sehingga meningkatkan masa kerjanya.

Dalam desain ini, pegas akan memiliki arah belokan yang berbeda. Hal ini mencegah partikel dari bagian yang putus berada di antara belokan yang lain. Baja pegas digunakan untuk membuat elemen-elemen ini. Setelah produk terbentuk, kemudian diaduk.

Di bagian tepinya, setiap pegas diarde sehingga seluruh bagian bantalan bersentuhan dengan kepala katup dan pelat atas yang dipasang ke kepala silinder. Untuk mencegah bagian dari oksidasi, itu ditutup dengan lapisan kadmium dan digalvanis.

Selain katup timing klasik, katup pneumatik dapat digunakan pada kendaraan sport. Sebenarnya, ini adalah elemen yang sama, hanya saja ini digerakkan oleh mekanisme pneumatik khusus. Berkat ini, akurasi operasi tercapai sehingga motor mampu mengembangkan putaran luar biasa - hingga 20 ribu.

Perkembangan seperti itu muncul kembali pada 1980-an. Ini berkontribusi pada pembukaan / penutupan lubang yang lebih jelas, yang tidak dapat disediakan oleh pegas. Aktuator ini didukung oleh gas terkompresi dalam reservoir di atas katup. Ketika bubungan mengenai katup, gaya tumbukan kira-kira 10 bar. Katup terbuka, dan ketika poros bubungan melemahkan benturan pada tumitnya, gas terkompresi dengan cepat mengembalikan bagian tersebut ke tempatnya. Untuk mencegah penurunan tekanan karena kemungkinan kebocoran, sistem dilengkapi dengan kompresor tambahan, yang reservoirnya berada pada tekanan sekitar 200 bar.

James Ellison, PBM Aprilia, Tes CRT Jerez Feb 2012

Sistem ini digunakan pada sepeda motor kelas MotoGP. Pengangkutan dengan volume mesin satu liter ini mampu mengembangkan 20-21 ribu putaran poros engkol. Salah satu model dengan mekanisme serupa adalah salah satu model sepeda motor Aprilia. Tenaganya adalah 240 hp yang luar biasa. Benar, ini keterlaluan untuk kendaraan roda dua.

Panduan katup

Peran bagian ini dalam pengoperasian katup adalah memastikannya bergerak dalam garis lurus. Selongsong juga membantu mendinginkan batang. Bagian ini membutuhkan pelumasan yang konstan. Jika tidak, batang akan mengalami tekanan termal yang konstan dan selongsong akan cepat aus.

Bahan yang dapat digunakan untuk pembuatan busing tersebut harus tahan panas, tahan gesekan konstan, menghilangkan panas dengan baik dari bagian yang berdekatan, dan juga tahan suhu tinggi. Persyaratan tersebut dapat dipenuhi dengan besi cor kelabu pearlitic, perunggu aluminium, keramik dengan krom atau krom-nikel. Semua bahan ini memiliki struktur berpori, yang membantu menjaga minyak tetap di permukaannya.

Busing untuk katup buang akan memiliki jarak bebas yang sedikit lebih banyak di antara batang daripada yang setara dengan saluran masuk. Alasannya adalah ekspansi termal yang lebih besar dari katup pembuangan gas limbah.

Kursi katup

Ini adalah bagian kontak lubang kepala silinder di dekat setiap silinder dan cakram katup. Karena bagian kepala ini menghadapi tekanan mekanis dan termal, bagian ini harus memiliki ketahanan yang baik terhadap panas tinggi dan benturan yang sering terjadi (saat mobil melaju cepat, kecepatan poros bubungan sangat tinggi sehingga katup benar-benar jatuh ke kursi).

Jika blok silinder dan kepalanya terbuat dari paduan aluminium, maka dudukan klep akan dibuat dari baja. Besi tuang sudah mengatasi beban seperti itu dengan baik, jadi sadel dalam modifikasi ini dibuat di kepala itu sendiri.

Sadel plug-in juga tersedia. Mereka terbuat dari besi cor paduan atau baja tahan panas. Agar talang elemen tidak terlalu aus, dilakukan pelapisan logam tahan panas.

Kursi sisipan dipasang di lubang kepala dengan cara yang berbeda. Dalam beberapa kasus, itu ditekan ke dalam, dan alur dibuat di bagian atas elemen, yang diisi dengan logam badan kepala selama pemasangan. Ini menciptakan integritas rakitan dari berbagai logam.

Kursi baja dipasang dengan mengembang bagian atas di badan kepala. Ada sadel silinder dan kerucut. Dalam kasus pertama, mereka dipasang ke stop, dan yang kedua memiliki celah ujung kecil.

Jumlah katup di mesin

Mesin pembakaran 4 tak standar memiliki satu poros bubungan dan dua katup per silinder. Dalam desain ini, satu bagian bertanggung jawab atas injeksi campuran udara atau hanya udara (jika sistem bahan bakar memiliki injeksi langsung), dan bagian lainnya bertanggung jawab untuk membuang gas buang ke manifold buang.

Pengoperasian yang lebih efisien dalam modifikasi mesin, di mana terdapat empat katup per silinder - dua untuk setiap fase. Berkat desain ini, pengisian ruang yang lebih baik dengan porsi VTS atau udara baru dipastikan, serta pembuangan gas buang dan ventilasi rongga silinder yang dipercepat. Mobil mulai dilengkapi dengan motor seperti itu mulai tahun 70-an abad terakhir, meskipun pengembangan unit seperti itu dimulai pada paruh pertama tahun 1910-an.

Hingga saat ini, untuk meningkatkan pengoperasian unit tenaga, ada pengembangan mesin yang di dalamnya terdapat lima katup. Dua untuk outlet, dan tiga untuk inlet. Contoh unit tersebut adalah model perhatian Volkswagen-Audi. Meskipun prinsip pengoperasian timing belt pada motor semacam itu identik dengan versi klasik, desain mekanisme ini rumit, itulah sebabnya pengembangan inovatif mahal.

Pendekatan tidak konvensional serupa juga dilakukan oleh pembuat mobil Mercedes-Benz. Beberapa mesin dari pembuat mobil ini dilengkapi dengan tiga katup per silinder (2 intake, 1 exhaust). Selain itu, dua busi dipasang di setiap ruang pot.

Pabrikan menentukan jumlah katup dengan ukuran ruangan tempat bahan bakar dan udara masuk. Untuk meningkatkan pengisiannya, diperlukan aliran yang lebih baik dari porsi baru BTC. Untuk melakukan ini, Anda dapat menambah diameter lubang, dan dengannya ukuran pelat. Namun, modernisasi ini memiliki batasan tersendiri. Tetapi sangat mungkin untuk memasang katup masuk tambahan, sehingga pembuat mobil mengembangkan modifikasi kepala silinder seperti itu. Karena kecepatan masuk lebih penting daripada knalpot (knalpot dibuang di bawah tekanan piston), maka dengan jumlah katup ganjil, akan selalu ada lebih banyak elemen masuk.

Katup terbuat dari apa

Karena katup beroperasi dalam kondisi suhu maksimum dan tekanan mekanis, katup terbuat dari logam yang tahan terhadap faktor-faktor tersebut. Kebanyakan dari semua memanas, dan juga menghadapi tekanan mekanis, tempat kontak antara dudukan dan cakram katup. Pada kecepatan engine tinggi, katup dengan cepat masuk ke jok, menimbulkan guncangan di bagian tepi. Juga, dalam proses pembakaran campuran udara dan bahan bakar, tepi tipis pelat mengalami pemanasan yang tajam.

Selain cakram katup, selongsong katup juga diberi tekanan. Faktor negatif yang menyebabkan keausan pada elemen ini adalah pelumasan yang tidak mencukupi dan gesekan yang konstan selama gerakan katup cepat.

Untuk alasan ini, persyaratan berikut diberlakukan pada katup:

1. Mereka harus menutup saluran masuk / keluar;
2. Dengan pemanasan yang kuat, tepi pelat tidak boleh berubah bentuk karena benturan pada sadel;
3. Harus disederhanakan dengan baik sehingga tidak ada hambatan yang dibuat untuk media yang masuk atau keluar;
4. Bagian tersebut tidak boleh berat;
5. Logam itu harus kuat dan tahan lama;
6. Tidak boleh mengalami oksidasi yang kuat (saat mobil jarang melaju, ujung kepala tidak boleh berkarat).

Bagian yang membuka lubang di mesin diesel memanas hingga 700 derajat, dan dalam analog bensin - 900 di atas nol. Situasinya diperumit oleh fakta bahwa dengan pemanasan yang begitu kuat, katup terbuka tidak mendingin. Katup saluran keluar dapat dibuat dari baja paduan tinggi apa pun yang dapat menahan panas tinggi. Seperti yang telah disebutkan, satu katup terbuat dari dua jenis logam yang berbeda. Kepala terbuat dari paduan suhu tinggi dan batangnya terbuat dari baja karbon.

Sedangkan untuk elemen saluran masuk, didinginkan melalui kontak dengan jok. Namun, suhunya juga tinggi - sekitar 300 derajat, jadi tidak diperbolehkan bagian itu berubah bentuk saat dipanaskan.

Kromium sering kali disertakan dalam bahan baku katup, yang meningkatkan stabilitas termalnya. Selama pembakaran bensin, gas atau solar, beberapa zat dilepaskan yang dapat mempengaruhi bagian logam secara agresif (misalnya, timbal oksida). Senyawa nikel, mangan dan nitrogen dapat dimasukkan dalam bahan kepala katup untuk mencegah reaksi yang merugikan.

Dan akhirnya. Bukan rahasia lagi bagi siapa pun yang katup di mesin mana pun akan terbakar seiring waktu. Berikut video singkat tentang alasannya:

ALASAN YANG KATUP-KATUPnya terbakar di MESIN MOBIL 95% Pengemudi TIDAK TAHU

Pertanyaan dan Jawaban:

Apa yang dilakukan katup di mesin? Saat terbuka, katup masuk memungkinkan udara segar (atau campuran udara / bahan bakar) mengalir ke dalam silinder. Katup buang terbuka menyebabkan gas buang ke manifold buang.

Bagaimana memahami bahwa katup terbakar? Fitur utama dari katup yang terbakar adalah gerakan tiga kali motor terlepas dari rpm. Pada saat yang sama, tenaga mesin berkurang dengan baik, dan konsumsi bahan bakar meningkat.

Bagian mana yang membuka dan menutup katup? Batang katup terhubung ke camshaft cams. Di banyak mesin modern, pengangkat hidrolik juga dipasang di antara bagian-bagian ini.