Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

10
Teknik Ototronik Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 361 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 180 o 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

description

 

Transcript of Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Page 1: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 361

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

Page 2: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 362

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:

Page 3: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 363

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

Page 4: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 364

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

Page 5: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 365

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).

Page 6: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 366

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 .

Page 7: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 367

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.

Page 8: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 368

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)

Page 9: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 369

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.

Page 10: Bab 12 sistem-pengatur-katup-elektronik

Teknik Ototronik

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (2008) 370

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.

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

Ø GM menggunakan 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 - (seperti VTEC Honda).