Teknik Ototronik
BAB 12
SISTEM PENGATUR
KATUP ELEKTRONIK
Pada kendaraan 4 tak
pengaturan langkah-langkah dalam
siklus kerja selain disebabkan oleh
gerakan piston dalam silinder juga
sangat dipengaruhi oleh kerja
mekanisme katup yang mengatur
pembukaan dan penutupan katup.
Katup digerakkan oleh sebuah
poros nok (camshaft) yang putrannya
setengah dari putaran poros engkol
(crankshaft).
Pada saat piston bergerak turun
dati TMA menuju TMB dan bila saat
itu katup isap dibuka maka terjadilah
Gambar 12.1 Diagram katup
langkah isap, selanjutnya ketika
piston bergerak keatas dari TMB Keterangan :
menuju TMA kedua katup ditutup TMA = Titik Mati Atas
terjadilah pemampatan/kompresi TMB = Titik Mati Bawah
udara yang telah masuk kedalam KIB = Katup Isap Buka
silinder, disebut langkah kompresi, KIT = Katup Isap Tutup
berikutnya diakhir langkah kompresi KBB = Katup Buang Buka
busi memercikkan api untuk KBT = Katup Buang Tutup
pembakaran dan piston terdorong
dengan kuat dari TMA menuju TMB,
langkah ini disebut langkah usaha,
yang terakhir setelah pembakaran
piston kembali bergerak dari TMB
menuju TMA dan katup buang dibuka
terjadilah langkah pembuangan.
Kenyataan perancang
mekanisme katup membuka katup
isap sebelum TMA dan menutupnya
setelah TMB dan pembukaan katup
buang sebelum TMB dan
penutupannya setelah TMA, hal ini
menyebabkan derajat pembukaan
katup-katup lebih dari 180o dan pada
saat awal katup isap terbuka katup
buang masih terbuka (overlap).
Gambar 12.2 Mekanisme katup
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 361

Teknik Ototronik
Pembukaan katup lebih panjang Sementara, ketika engine
bertujuan agar pembukaan dan berputar semakin cepat gerakan
penutupa katup dapat dilakukan piston semakin cepat, dengan
dengan lembut supaya tidak terjadi hambatan aliran yang tetap dan
ketukan yang keras pada waktu yang diberikan untuk mengalir
mekanisme, selain itu juga tetap dapat menyebabkan pengisian
mempertimbangkan gaya inersia dari silinder kurang optimal. Pengisian
aliran gas sehingga diharapkan silinder yang berkurang
pengisapan dan pembuangan lebih menyebabkan tekanan kompresi
optimal. lebih rendah dan daya engine
Pembuka katup berasal dari berkurang. Agar pengisian lebih
sebuah tonjolan nok yang berada optimal pada putaran tinggi maka
pada poros nok (camshaft). diperlukan waktu pembukaan katup
Bentuk dari tonjolan cam akan yang lebih lama.
mempengaruhi diagram pembukaan
katup.
O Cam mulai naik dari lingkaran dasar
A Celah katup diseimbang katup mulai
membuka dengan lembut
Gambar 12.3 Bentuk Nok / Cam B Kecepatan buka maksimal tercapai
C Katup terbuka maksimal
D Kecepatan tutup mulai berkurang
E Katup tertutup (dengan lembut)
Semakin tinggi tonjolan cam dari O Kam kembali pada lingkaran dasar,
lingkaran dasar maka semakin lebar celah katup seperti distel
pembukaan katup, semakin cembung
bentuk sisi buka dan sisi tutup cam Gambar 12.4 Diagram kerja Nok / Cam
semakin cepat pembukaan dan
penutupan katup.
Pada sistem mekanisme katup Ada beberapa hal yang
konvensional pembukaan dan dilakukan oleh perancang pembuatan
penutupan katup relatif tetap, engine untuk memperbaiki
dipengaruhi oleh penyetelan celah kekurangan diatas, dengan tujuan
katup dan keausan yang terjadi pada mengoptimalkan pengisian silinder
mekanisme katup. Sehingga dengan gas baru.
walaupun putaran engine berubah Secara umum diagram
semakin cepat dapat dikatakan waktu kontrolnya sebagai berikut:
buka dan tutup katup tetap.
362 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

Teknik Ototronik
Gambar 12.5 Diagram kontrol pengaturan katup
Hal yang dapat ditemui macam, bisa merubah tinggi angkat
dilapangan adalah dengan (lebar pembukaan)nya saja atau
menerapkan sistem waktu waktu bukanya saja, tapi ada pula
pembukaan dan penutupan katup yang merubah keduanya. Katup yang
yang variabel. Hal tersebut dilakukan dirubah bisa katup isap atau buang
dengan memajukan awal pembukaan (beberapa kendaraan menerapkan
katup dan ada pula yang diikuti untuk keduanya).
dengan penutupannya diperlambat.
Ada pula yang selain merubah saat
pembukaan dan penutupan katup, 12.1. VVT-i dan VVTL-i
juga dengan merubah lebar
pembukaan katup. Pada sistem VVT-i camnya tetap
Pada dasarnya semua sistem hanya saat pembukaan katupnya
yang inteligent memiliki pola pikir dipercepat atau diperlambat dengan
yang sama dengan menerapkan memutar poros nok lebih cepat
logika kontrol yang sama, hanya sesaat atau memutar poros nok lebih
aktuator yang dioperasikan berbeda- lambat sesaat.
beda, ada yang berupa motor listrik, Produk yang menerapkan sistem
selenoid saja, atau selenoid yang ini adalah VVT-i (Variable Valve
mengatur hidrolik Timing – Intelligen) dimana waktu
Sistem pengatur katup bukaan katup disesuaikan dengan
digunakan untuk memperbaiki kinerja kondisi mesin. Sehingga bisa didapat
engine. Sistem ini ada bermacam- torsi optimal di setiap tingkat
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 363

Teknik Ototronik
kecepatan. Sekaligus menghemat karena katup masuk juga menutup
bahan bakar dan mengurangi emisi lebih cepat. Efeknya, efisiensi
gas buang. 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
Gambar 12.7 VVT-i system
diaplikasikan pada katup masuk.
Waktu bukaan camshaft bisa
Keterangan:
bervariasi pada rentang 60 derajat. 1. Vane / VVT-i controller
Pada saat start, kondisi mesin 2. pulli
dingin dan mesin stasioner tanpa 3. poros nok
beban, timing dimundurkan 30 4. OCV (Oil Control Valve)
derajat. Cara ini akan menghilangkan
overlap. Yaitu peristiwa membukanya Untuk mewujudkannya, ada
katup masuk dan buang secara VVT-i controller pada timing gear di
bersamaan di akhir langkah intake camshaft. Alat ini terdiri atas
pembuangan, karena katup masuk housing (rumah), kemudian di
baru akan membuka beberapa saat dalamnya ada ruangan oli untuk
setelah katup buang menutup penuh. menggerakkan vane (baling-baling).
Pada kondisi ini mesin tak perlu Baling-baling itu terhubung
bekerja ekstra. Dengan tertutupnya dengan camshaft. Di dalamnya
katup buang, tak ada bahan bakar terdapat dua jalur oli menuju masing-
yang terbuang saat terisap ke ruang masing ruang oli di dalam rumah
bakar. Konsumsi BBM jadi hemat dan VVT-i controller. Dari jalur oli yang
mesin lebih ramah lingkungan. berbeda inilah, vane akan mengatur
Sedangkan saat ada beban, timing waktu bukaan katup.
akan maju 30 derajat . Derajat Posisi advance timing maju
overlapping akan meningkat. didapat dengan mengisi oli ke ruang
Tujuannya untuk membantu belakang masing-masing bilah vane.
mendorong gas buang plus Sehingga vane akan bergerak maju
memanaskan campuran bahan bakar dan posisi timing pun ikut maju 30
dan udara yang masuk. Selain itu, derajat. Tekanan olinya sendiri
waktu kompresi juga bertambah
364 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

Teknik Ototronik
disediakan oleh camshaft timing Oil Sistem lain yang lebih canggih,
Control Valve yang diatur oleh ECU disebut VVTL-i (Variable Valve
mesin. 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
Gambar 12.8 Hidrolik pada VVT-i mendorong tuas perubah masuk
pada alur tuas tambahan, karena
Keterangan: poros tuas perubah berhubungan
1. timing gear langsung dengan bodi rockerarm
2. intake camshaft maka saat tonjolan nok diatas tuas
3. vane tambahan menekan tuas tambahan
4. OCV (Oil Control Valve) akan diteruskan ke rokerarm
sehingga saat bukaan berubah dan
lebar pembukaan katup bertambah.
Kebalikannya, untuk kondisi
retard (mundur), ruang di depan vane
akan terisi dan posisi timing mundur.
Sedangkan kalau dibutuhkan pada
12.2. Invinity Variable Valve
kondisi standar, ada pin yang akan Lift and Timing (FIAT)
mengunci posisi vane tetap ada di
tengah. 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
Gambar 12.9 VVTL-i system
sampai dengan maksimal (gambar
12.9 b).
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 365

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)
Keterangan :
1. Poros Nok/Camshaft
12.3. Valvelift (Audi) 2. Katup/Valve
3. Nok/Cam A
4. Nok/Cam B
Salah satu cara perubah saat 5. Selenoid A
pembukaan katup dengan dibuatnya 6. Selenoid B
nok dua macam yang dapat digeser 7. Drum penggeser A
pada sebuah poros. Disisi kanan kiri 8. Drum penggeser B
nok terdapat drum yang beralur.
Selenoid dipasangkan diatas alur,
dimanan pinnya berada tepat diatas Ketika selenoid A aktif maka pin
alur ketika pin tersebut belum selenoid A akan memanjang dan pin
didorong keluar, sehingga ketika pin masuk pada alur drum A, karena
tersebut didorong keluar maka alur bentuk alurnya tirus maka saat poros
pada drum yang berbentuk helix.tirus berputar drum dan nok akan tergeser
akan mengarahkan drum dan nok kekiri, nok yang bekerja nok yang
bergeser. hijau dengan tinggi angkat katup
Prinsip perubahan saat yang rendah. Setelah itu selenoid A
pembukaan dan penutupan katup kembali tidak aktif, nok yang bekerja
dengan cara menggeser nok/cam tetap yang hijau tinggi, bukaan katup
pada porosnya. Hal ini terjadi jika tetap sempit .
salah satu dari selenoid di aktifkan
366 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

Teknik Ototronik
Gambar 12.12 Selenoid A bekerja Gambar 12.14 Perbedaan lebar buka
Menggeser nok kekiri katup
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 12.4. VTEC (Honda)
menggeser nok kekanan
Sistem lain yang menerapkan
Selanjutnya bila selenoid B aktif penerapan penggantian nok adalah
maka pin selenoid B akan pada produk honda yang dikenal
memanjang dan pin masuk pada alur dengan VTEC (Variable Valve Timing
drum B, karena bentuk alurnya tirus and Lift Electronic Control).
maka saat poros berputar drum dan VTEC diaplikasikan hanya pada
nok akan tergeser kekanan, nok yang katup masuk. Pada katup inilah
bekerja nok yang merah dengan pengontrolan efisiensi mesin lebih
tinggi angkat katup yang lebih berpengaruh. Asumsinya, proses
panjang. Setelah itu selenoid B pembuangan tak memerlukan
kembali tidak aktif, nok yang bekerja pembukaan katup variabel sebab
tetap yang merah, bukaan katup semakin lancar gas buang, kerja
tetap lebar. mesin akan semakin enteng.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 367

Teknik Ototronik
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.
Gambar 12.15 Bagian sistem VTEC
Karena pada putaran rendah tak
perlu suplai udara banyak. Selain itu,
Keterangan:
1. Nok standar bisa terjadi turbulensi udara untuk
2. Nok angkat lebar membantu mencampur bahan bakar.
3. roker arm standar Mesin jadi irit, efisien, juga ramah
4. roker arm buka lebar lingkungan.
Seiring naiknya putaran mesin,
kebutuhan suplai udara juga me-
ningkat. 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.
Gambar 12.16 Kerja rockerarm terpisah 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
Gambar 12.17 Pin menyatukan ketiga meningkatkan efisiensi mesin.
rockerarm
Engine dilengkapi dengan dua 12.5. Vanos (BMW)
katup masuk dengan nok sendiri-
368 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)

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 Gambar 12.19 Nok eksentrik belum
3. hidrolik lift menekan tuas ayun, bukaan katup kecil
4. Nok/cam
5. tuas ayun Ketika tuas eksentrik semakin
6. Nok eksentrik menekan bagian atas tuas ayun
7. Gear pemutar Nok eksentrik maka mulai pembukaan katup
8. Motor listrik semakin dimajukan dan lebar buka
9. pegas pengembali katup semakin besar.
BMW memiliki cara yang
berbeda untuk merubah saat
pembukaan katup dan tinggi angkat
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 369

Teknik Ototronik
Pada kendaraan merek lain
menggunakan sebutan-sebutan yang
berbeda, tettapi prinsip perubah-
annya sama dengan sistem-sistem
yang telah dijelaskan diatas.
Ø Ford menggunakan sistem VCT
(Variable Cam Timing) dengan
sebutan valve Triton
Ø Yamaha menggunakan sistem
VCT (Variable Cam Timing)
Ø Nissan menggunakan sistem N-
VCT, CVTC dan VVEL
Gambar 12.20 Nok eksentrik setengah
Ø GM menggunakan
menekan tuas ayun,
bukaan katup sedang sistemDCVCP (Double
Continuous Variable Cam
Phasing) -
Ø Porsche menggunakan sistem
VarioCam dan VarioCam Plus
Ø Mitsubishi menggunakan sistem
MIVEC
Ø Hyundai menggunakan sistem
CVVT
Ø PSA Peugeot Citroën
menggunakan sistem CVVT –
(Continuous variable valve
timing).
Ø Rover menggunakan sistem
VVC
Ø Subaru AVCS dan AVLS -
Gambar 12.21 Nok eksentrik menekan
(seperti VTEC Honda).
tuas ayun, bukaan katup maksimal
370 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)