Bab 12 Sistem Pengatur Katup Elektronik

Teknik Ototronik

BAB 12 SISTEM PENGATUR KATUP ELEKTRONIK Pada kendaraan 4 tak pengatu pengaturan ran langkah-l langkah-lang angkah kah dalam dalam siklus siklus kerja kerja selain selain diseb disebabk abkan an oleh oleh gerak gerakan an piston piston dalam dalam silind silinder er juga juga sangat dipengaruhi oleh kerja meka mekani nism sme e katu katup p yang yang meng mengat atur ur pembukaan dan penutupan katup. Katup Katup digera digerakka kkan n oleh oleh sebua sebuah h poros nok (camshaft (camshaft ) yang putrannya setenga setengah h dari putaran putaran poros poros engkol engkol (crankshaft ). ). Pada saat piston bergerak turun dati TMA menuju TMB dan bila saat itu katup isap dibuka maka terjadilah lang langka kah h isap isap,, sela selanj njut utny nya a keti ketika ka pist piston on berg berger erak ak keat keatas as dari dari TMB TMB menu menuju ju TMA TMA kedu kedua a katu katup p ditu ditutu tup p terj terjad adil ilah ah pema pemamp mpa atan/ tan/ko komp mpre resi si udar udara a yang yang tela telah h masu masuk k keda kedala lam m silind silinder, er, diseb disebut ut langka langkah h kompre kompresi, si, berikutn berikutnya ya diakhir diakhir langkah langkah kompresi kompresi busi memercikkan api untuk pemb pembak akar aran an dan dan pist piston on terd terdor oron ong g dengan kuat dari TMA menuju TMB, langka langkah h ini disebu disebutt langka langkah h usaha, usaha, yang yang terakh terakhir ir setel setelah ah pemba pembakar karan an pist piston on kemb kembal alii berg berger erak ak dari dari TMB TMB menuju TMA dan katup buang dibuka terjadilah langkah pembuangan. Kenyataan perancang mekan mekanism isme e katup katup membu membuka ka katup katup isap sebelum TMA dan menutupnya setelah TMB dan pembukaan katup buang sebelum TMB dan penut penutup upan annya nya setela setelah h TMA, TMA, hal ini ini meny menyeb ebab abka kan n dera deraja jatt pemb pembuk ukaa aan n katup-katup lebih dari 180 o dan pada saat saat awal awal katup katup isap isap terbu terbuka ka katup katup buang masih terbuka (overlap).

Gambar 12.1 Diagram katup Keterangan TMA TMB KIB KIT KBB KBT

: = = = = = =

Titik Mati Atas Titik Mati Bawah Katup Isap Buka Katup Isap Tutup Katup Buang Buka Katup Buang Tutup

Gambar 12.2 Mekanisme katup Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

105

Teknik Ototronik

Pembukaan katup lebih panjang bertujuan agar pembukaan dan penutupa katup dapat dilakukan dengan lembut supaya tidak terjadi ketukan yang keras pada mekanisme, selain itu juga mempertimbangkan gaya inersia dari aliran gas sehingga diharapkan pengisapan dan pembuangan lebih optimal. Pembuka katup berasal dari sebuah tonjolan nok yang berada pada poros nok (camshaft ). Bentuk dari tonjolan cam akan mempengaruhi diagram pembukaan katup.

Gambar 12.3 Bentuk Nok / Cam

Semakin tinggi tonjolan cam dari lingkaran dasar maka semakin lebar pembukaan katup, semakin cembung bentuk sisi buka dan sisi tutup cam semakin cepat pembukaan dan penutupan katup. Pada sistem mekanisme katup konvensional pembukaan dan penutupan katup relatif tetap, dipengaruhi oleh penyetelan celah katup dan keausan yang terjadi pada mekanisme katup. Sehingga walaupun putaran engine berubah semakin cepat dapat dikatakan waktu buka dan tutup katup tetap.

106

Sementara, ketika engine berputar semakin cepat gerakan piston semakin cepat, dengan hambatan aliran yang tetap dan waktu yang diberikan untuk mengalir tetap dapat menyebabkan pengisian silinder kurang optimal. Pengisian silinder yang berkurang menyebabkan tekanan kompresi lebih rendah dan daya engine berkurang. Agar pengisian lebih optimal pada putaran tinggi maka diperlukan waktu pembukaan katup yang lebih lama.

O Cam mulai naik dari lingkaran dasar A Celah katup diseimbang katup mulai membuka dengan lembut B Kecepatan buka maksimal tercapai C Katup terbuka maksimal D Kecepatan tutup mulai berkurang E Katup tertutup (dengan lembut) O Kam kembali pada lingkaran dasar, celah katup seperti distel Gambar 12.4 Diagram kerja Nok / Cam

Ada beberapa hal yang dilakukan oleh perancang pembuatan engine untuk memperbaiki kekurangan diatas, dengan tujuan mengoptimalkan pengisian silinder dengan gas baru. Secara umum diagram kontrolnya sebagai berikut:

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

Teknik Ototronik

Gambar 12.5 Diagram kontrol pengaturan katup

Hal yang dapat ditemui dilapangan adalah dengan menerapkan sistem waktu pembukaan dan penutupan katup yang variabel. Hal tersebut dilakukan dengan memajukan awal pembukaan katup dan ada pula yang diikuti dengan penutupannya diperlambat. Ada pula yang selain merubah saat pembukaan dan penutupan katup, juga dengan merubah lebar pembukaan katup. Pada dasarnya semua sistem yang inteligent memiliki pola pikir yang sama dengan menerapkan logika kontrol yang sama, hanya aktuator yang dioperasikan berbedabeda, ada yang berupa motor listrik, selenoid saja, atau selenoid yang mengatur hidrolik Sistem pengatur katup digunakan untuk memperbaiki kinerja engine. Sistem ini ada bermacam-

macam, bisa merubah tinggi angkat (lebar pembukaan)nya saja atau waktu bukanya saja, tapi ada pula yang merubah keduanya. Katup yang dirubah bisa katup isap atau buang (beberapa kendaraan menerapkan untuk keduanya).

12.1. VVT-i dan VVTL-i Pada sistem VVT-i camnya tetap hanya saat pembukaan katupnya dipercepat atau diperlambat dengan memutar poros nok lebih cepat sesaat atau memutar poros nok lebih lambat sesaat. Produk yang menerapkan sistem ini adalah VVT-i (Variable Valve Timing – Intelligen) dimana waktu bukaan katup disesuaikan dengan kondisi mesin. Sehingga bisa didapat torsi optimal di setiap tingkat


107

Teknik Ototronik

kecepatan. Sekaligus menghemat bahan bakar dan mengurangi emisi gas buang.

karena katup masuk juga menutup lebih cepat. Efeknya, efisiensi volumetrik jadi lebih baik.

Gambar 12.6 Grafik pada VVT-i Keterangan : 1. Retard / mundur 2. Standar 3. Advance / maju

Pada mesin Toyota, sistim ini diaplikasikan pada katup masuk. Waktu bukaan camshaft bisa bervariasi pada rentang 60 derajat. Pada saat start , kondisi mesin dingin dan mesin stasioner tanpa beban, timing dimundurkan 30 derajat. Cara ini akan menghilangkan overlap. Yaitu peristiwa membukanya katup masuk dan buang secara bersamaan di akhir langkah pembuangan, karena katup masuk baru akan membuka beberapa saat setelah katup buang menutup penuh. Pada kondisi ini mesin tak perlu bekerja ekstra. Dengan tertutupnya katup buang, tak ada bahan bakar yang terbuang saat terisap ke ruang bakar. Konsumsi BBM jadi hemat dan mesin lebih ramah lingkungan. Sedangkan saat ada beban, timing akan maju 30 derajat . Derajat overlapping akan meningkat. Tujuannya untuk membantu mendorong gas buang plus memanaskan campuran bahan bakar dan udara yang masuk. Selain itu, waktu kompresi juga bertambah 108

Gambar 12.7 VVT-i system Keterangan: 1. Vane / VVT-i controller 2. pulli 3. poros nok 4. OCV (Oil Control Valve)

Untuk mewujudkannya, ada VVT-i controller pada timing gear di intake camshaft . Alat ini terdiri atas housing (rumah), kemudian di dalamnya ada ruangan oli untuk menggerakkan vane (baling-baling). Baling-baling itu terhubung dengan camshaft . Di dalamnya terdapat dua jalur oli menuju masingmasing ruang oli di dalam rumah VVT-i controller . Dari jalur oli yang berbeda inilah, vane akan mengatur waktu bukaan katup. Posisi advance timing maju didapat dengan mengisi oli ke ruang belakang masing-masing bilah vane. Sehingga vane akan bergerak maju dan posisi timing pun ikut maju 30 derajat. Tekanan olinya sendiri


Teknik Ototronik

disediakan oleh camshaft timing Oil Control Valve yang diatur oleh ECU mesin.

Gambar 12.8 Hidrolik pada VVT-i

Keterangan: 1. 2. 3. 4.

timing gear intake camshaft vane OCV (Oil Control Valve)

Kebalikannya, untuk kondisi retard (mundur), ruang di depan vane akan terisi dan posisi timing mundur. Sedangkan kalau dibutuhkan pada kondisi standar, ada pin yang akan mengunci posisi vane tetap ada di tengah.

Gambar 12.9 VVTL-i system

Sistem lain yang lebih canggih, disebut VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift-Intelligent). Pada sistem ini selain merubah waktu pembukaan katup, tingginya pun ikut dirubah. Sebelum tekanan hidrolik dialirkan pada saluran oli maka tuas perubah tidak berada pada alur tuas tambahan, sehingga nok yang bekerja adalah nok yang berada di atas rockerarm dengan tonjolan bukaan pendek. Tetapi setelah tekanan hidrolik dialirkan pada saluran oli maka piston tertekan mendorong tuas perubah masuk pada alur tuas tambahan, karena poros tuas perubah berhubungan langsung dengan bodi rockerarm maka saat tonjolan nok diatas tuas tambahan menekan tuas tambahan akan diteruskan ke rokerarm sehingga saat bukaan berubah dan lebar pembukaan katup bertambah.

12.2. Invinity Variable Valve Lift and Timing (FIAT) Pada produk FIAT menerapkan sistem yang menggeser poros nok, konstruksi nok dibuat khusus (setiap nok dibuat dengan sisi tonjolan yang tingginya berbentuk tirus). Ketika belum diperlukan penghisapan udara yang banyak poros nok digeser kekanan sehingga tinggi angkat katup kecil/minimum (gambar 12.16 a). Tetapi pada saat diperlukan udara tambahan maka poros nok digeser kekiri dan tonjolan nok yang bekerja memiliki tinggi angkat katup yang lebih besar sampai dengan maksimal (gambar 12.9 b).


109

Teknik Ototronik

maka pen selenoid akan masuk kedalam alur drum dan drum akan tergeser, karena drum dikonstruksi jadi satu dengan nok maka nok akan ikut tergeser, saat itu nok yang bekerja berganti. Setelah drum dan nok tergeser maka selenoid kembali ditarik pinnya dan sistem tetap bekerja dengan nok yang terakhir.

Gambar 12.11 Bagian sistem Valvelift Gambar 12.10 Invinitely system (FIAT)

12.3. Valvelift (Audi) Salah satu cara perubah saat pembukaan katup dengan dibuatnya nok dua macam yang dapat digeser pada sebuah poros. Disisi kanan kiri nok terdapat drum yang beralur. Selenoid dipasangkan diatas alur, dimanan pinnya berada tepat diatas alur ketika pin tersebut belum didorong keluar, sehingga ketika pin tersebut didorong keluar maka alur pada drum yang berbentuk helix.tirus akan mengarahkan drum dan nok bergeser. Prinsip perubahan saat pembukaan dan penutupan katup dengan cara menggeser nok/cam pada porosnya. Hal ini terjadi jika salah satu dari selenoid di aktifkan 110

Keterangan : 1. Poros Nok/Camshaft 2. Katup/Valve 3. Nok/Cam A 4. Nok/Cam B 5. Selenoid A 6. Selenoid B 7. Drum penggeser A 8. Drum penggeser B

Ketika selenoid A aktif maka pin selenoid A akan memanjang dan pin masuk pada alur drum A, karena bentuk alurnya tirus maka saat poros berputar drum dan nok akan tergeser kekiri, nok yang bekerja nok yang hijau dengan tinggi angkat katup yang rendah. Setelah itu selenoid A kembali tidak aktif, nok yang bekerja tetap yang hijau tinggi, bukaan katup tetap sempit .


Teknik Ototronik

Gambar 12.14 Perbedaan lebar buka katup

Gambar 12.12 Selenoid A bekerja Menggeser nok kekiri

Bila dilihat dari besar bukaan katup pada gambar 12.8 ditunjukkan perbedaan lebar bukaan katup ketika selenoid A bekerja dibandingkan dengan selenoid B bekerja. Bukaan katup lebar terjadi pada saat putaran tinggi sehingga memberi kesempatan pemasukan lebih lama dan ini mempertinggi efisiensi volumetrik. Sementara bukaan katup kecil terjadi pada saat idle dan putaran menengah. Sistem diatas digunakan oleh AUDI.

Gambar 12.13 Selenoid B bekerja menggeser nok kekanan

Selanjutnya bila selenoid B aktif maka pin selenoid B akan memanjang dan pin masuk pada alur drum B, karena bentuk alurnya tirus maka saat poros berputar drum dan nok akan tergeser kekanan, nok yang bekerja nok yang merah dengan tinggi angkat katup yang lebih panjang. Setelah itu selenoid B kembali tidak aktif, nok yang bekerja tetap yang merah, bukaan katup tetap lebar.

12.4. VTEC (Honda) Sistem lain yang menerapkan penerapan penggantian nok adalah pada produk honda yang dikenal dengan VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control ). VTEC diaplikasikan hanya pada katup masuk. Pada katup inilah pengontrolan efisiensi mesin lebih berpengaruh. Asumsinya, proses pembuangan tak memerlukan pembukaan katup variabel sebab semakin lancar gas buang, kerja mesin akan semakin enteng.


111

Teknik Ototronik

Gambar 12.15 Bagian sistem VTEC Keterangan: 1. Nok standar 2. Nok angkat lebar 3. roker arm standar 4. roker arm buka lebar

Gambar 12.16 Kerja rockerarm terpisah

Gambar 12.17 Pin menyatukan ketiga rockerarm

Engine dilengkapi dengan dua katup masuk dengan nok sendiri112

sendiri. Diantara kedua nok terdapat satu nok lain dengan tinggi angkat yang lebih besar. Pada mesin VTEC, kedua katup masuk bergerak bareng. Pada putaran rendah nok-nok standar yang bekerja membuka katup-katup. Bukaannya relatif kecil karena karakter camshaft yang menonjok katup ini cocok buat putaran rendah. Kondisi ini dinilai pas untuk mesin. Karena pada putaran rendah tak perlu suplai udara banyak. Selain itu, bisa terjadi turbulensi udara untuk membantu mencampur bahan bakar. Mesin jadi irit, efisien, juga ramah lingkungan. Seiring naiknya putaran mesin, kebutuhan suplai udara juga meningkat. Langsung dijawab dengan menyatukan nok tambahan dengan nok-nok standar sehingga nok tambahan yang bekerja sementara nok standar tidak menonjok rokerarm. Bukaannya lebih besar karena nok chamshaft punya karakter derajat lebih tinggi. Katup-katup membuka lebih lebar disebabkan adanya pin yang menghubungkan rocker arm dan mendorong pin. Otomatis pin tadi akan mengunci kedua rocker arm. Karena rocker arm kedua digerakkan oleh nok camshaft yang berdurasi lebih tinggi, gerakan katup-katup jadi mengikuti. Selain VTEC ada juga i-VTEC (intelligent VTEC) yang juga dilengkapi mekanisme memajukan dan memundurkan pengapian, pengaturan saat pengapian ini diatur sepenuhnya oleh ECU dengan informasi dari sensor-sensor. Tentu hasilnya lebih maksimal untuk meningkatkan efisiensi mesin.

12.5. Vanos (BMW)


Teknik Ototronik

katup. Produk BMW dikenal dengan sebutan Valvetronic, dan sering disingkat dengan istilah Vanos. Vanos merupakan pengatur pembukaan katup yang intelegent . Pengaturan waktu pembukaan katup dan lebarnya diatur sepenuhnya oleh ECU. ECU mengeluarkan sinyal untuk memutarkan motor listrik untuk berputar kekanan atau kekiri. Putaran akan diteruskan poros motor yang bergigi cacing ke roda gigi / gear pemutar Nok eksentrik. Selanjutnya nok eksentrik akan berputar untuk lebih menekan tuas ayun atau sebaliknya. Poros nok bekerja menekan tuas ayun baru selanjutnya ujung tuas ayun menekan rockerarm untuk membuka katup.

Gambar 12.18 Bagian-bagian Vanos Keterangan: 1. Katup dan pegas 2. rockerarm 3. hidrolik lift 4. Nok/cam 5. tuas ayun 6. Nok eksentrik 7. Gear pemutar Nok eksentrik 8. Motor listrik 9. pegas pengembali

Gambar 12.19 Nok eksentrik belum menekan tuas ayun, bukaan katup kecil

Ketika tuas eksentrik semakin menekan bagian atas tuas ayun maka mulai pembukaan katup semakin dimajukan dan lebar buka katup semakin besar.

BMW memiliki cara yang berbeda untuk merubah saat pembukaan katup dan tinggi angkat Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

113

Teknik Ototronik

Pada kendaraan merek lain menggunakan sebutan-sebutan yang berbeda, tettapi prinsip perubahannya sama dengan sistem-sistem yang telah dijelaskan diatas. 

 

Gambar 12.20 Nok eksentrik setengah menekan tuas ayun, bukaan katup sedang



   



Gambar 12.21 Nok eksentrik menekan tuas ayun, bukaan katup maksimal

114



Ford menggunakan sistem VCT (Variable Cam Timing ) dengan sebutan valve Triton Yamaha menggunakan sistem VCT (Variable Cam Timing) Nissan menggunakan sistem NVCT, CVTC dan VVEL GM menggunakan sistemDCVCP (Double Continuous Variable Cam Phasing ) Porsche menggunakan sistem VarioCam dan VarioCam Plus Mitsubishi menggunakan sistem MIVEC Hyundai menggunakan sistem CVVT PSA Peugeot Citroën menggunakan sistem CVVT – (Continuous variable valve timing ). Rover menggunakan sistem VVC Subaru AVCS dan AVLS (seperti VTEC Honda).


Bab 12 Sistem Pengatur Katup Elektronik

Recommend Documents