describe what kind of variable valve with electronic control

1. 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
langkah isap, selanjutnya ketika
piston bergerak keatas dari TMB
menuju TMA kedua katup ditutup
terjadilah pemampatan/kompresi
udara yang telah masuk kedalam
silinder, disebut langkah kompresi,
berikutnya diakhir langkah kompresi
busi memercikkan api untuk
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 12.1 Diagram katup
Keterangan :
TMA = Titik Mati Atas
TMB = Titik Mati Bawah
KIB = Katup Isap Buka
KIT = Katup Isap Tutup
KBB = Katup Buang Buka
KBT = Katup Buang Tutup
Gambar 12.2 Mekanisme katup
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 105

2. 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.
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)106

3. 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 berbeda-
beda, 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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 107

4. Teknik Ototronik
kecepatan. Sekaligus menghemat
bahan bakar dan mengurangi emisi
gas buang.
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
karena katup masuk juga menutup
lebih cepat. Efeknya, efisiensi
volumetrik jadi lebih baik.
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 masing-
masing 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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)108

5. Teknik Ototronik
disediakan oleh camshaft timing Oil
Control Valve yang diatur oleh ECU
mesin.
Gambar 12.8 Hidrolik pada VVT-i
Keterangan:
1. timing gear
2. intake camshaft
3. vane
4. 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).
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 109

6. Teknik Ototronik
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
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
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 .
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)110

7. Teknik Ototronik
Gambar 12.12 Selenoid A bekerja
Menggeser nok kekiri
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.
Gambar 12.14 Perbedaan lebar buka
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.
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 111

8. 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 sendiri-
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 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.
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)
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)112

9. Teknik Ototronik
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
BMW memiliki cara yang
berbeda untuk merubah saat
pembukaan katup dan tinggi angkat
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 12.19 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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 113

10. Teknik Ototronik
Gambar 12.20 Nok eksentrik setengah
menekan tuas ayun,
bukaan katup sedang
Gambar 12.21 Nok eksentrik menekan
tuas ayun, bukaan katup maksimal
Pada kendaraan merek lain
menggunakan sebutan-sebutan yang
berbeda, tettapi prinsip perubah-
annya sama dengan sistem-sistem
yang telah dijelaskan diatas.
 Ford menggunakan sistem VCT
(Variable Cam Timing) dengan
sebutan valve Triton
 Yamaha menggunakan sistem
VCT (Variable Cam Timing)
 Nissan menggunakan sistem N-
VCT, 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).
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008)114