ECS (Engine Control System) TROOT024 B3B4B5 Komponen dan Fungsi Sistem Pengatur Katup Elektronik Tujuan Umum : Peserta dapat mengidentifikasi fungsi, konstruksi, cara kerja sistem control ngine Peserta dapat mendiagnosa dan memperbaiki kerusakan elektris pada sistem kontrol engine Tujuan Khusus : Peserta dapat ; Mengenal komponen-komponen Sistem Pengatur Katup Elektronik Memahami fungsi komponen-komponen Sistem Pengatur Katup Elektronik Waktu : 8 Jam Deskripsi (Gambaran) Untuk apa waktu pembukaan katup isap dibuat variabel? 1-18
Komponen-komponen 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). 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). Diagram katup 2-18
Mekanisme katup Pembukaan katup lebih panjang bertujuan agar pembukaan dan penutupan katup dapat dilakukan dengan lembut, menghindari 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. 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. 3-18
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 (rendamen volumetrik berkurang). 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 B C D E O Celah katup diseimbang katup mulai membuka dengan lembut Kecepatan buka maksimal tercapai Katup terbuka maksimal Kecepatan tutup mulai berkurang Katup tertutup (dengan lembut) Kam kembali pada lingkaran dasar, celah katup seperti distel 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 agar rendamen volumetrik tetap baik. 4-18
Secara umum diagram kontrolnya sebagai berikut: Diagram kontrol pengaturan katup yang ditemui dilapangan adalah dengan menerapkan sistem waktu pembukaan dan penutupan katup yang variabel. 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 untuk mempertahankan rendamen volumetrik yang optimal. 5-18
Macam-macam Sistem Pengatur Katup Sistem pengatur katup digunakan untuk memperbaiki kinerja engine. Sistem ini ada bermacam-macam, bisa merubah tinggi angkat/lebar pembukaannya saja atau waktu bukanya saja, tapi ada pula yang merubah keduanya. Katup yang dirubah bisa katup isap atau buang (beberapa kendaraan menerapkan untuk keduanya). 1. VVT-i dan VVTL-i Pada sistem VVT-i (Variable Valve Timing Intelligen) camnya tetap hanya saat pembukaan katupnya dipercepat atau diperlambat dengan memutar poros nok lebih cepat atau lambat sesaat. Waktu bukaan katup disesuaikan dengan kondisi mesin. Sehingga bisa didapat torsi optimal di setiap tingkat kecepatan. Sekaligus menghemat bahan bakar dan mengurangi emisi gas buang. Keterangan : 1. Retard / mundur 2. Standar 3. Advance / maju Grafik pada VVT-i 6-18
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. ini menghilangkan overlap, karena katup masuk baru akan membuka beberapa saat setelah katup buang menutup penuh. Dengan tertutupnya katup buang, tak ada bahan bakar yang terbuang saat terisap ke ruang bakar. Konsumsi BBM jadi hemat dan mesin lebih ramah lingkungan. Saat ada beban, timing akan maju 30 derajat. Derajat overlapping akan meningkat. Tujuannya untuk memanfaatkan gaya inersia aliran gas buang yang menghisap gas baru dan 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. Keterangan: 1. Vane / VVT-i controller 2. pulli 3. poros nok 4. OCV (Oil Control Valve) VVT-i system 7-18
Untuk mewujudkannya, ada VVT-i controller pada timing gear di intake camshaft. 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 didapat dengan mengisi oli ke ruang belakang masingmasing bilah vane. Sehingga vane akan bergerak maju dan posisi timing pun ikut maju 30 derajat. Tekanan olinya sendiri disediakan oleh camshaft timing Oil Control Valve yang diatur oleh ECU mesin. Keterangan: 1. timing gear 2. intake camshaft 3. vane 4. OCV (Oil Control Valve) Hidrolik pada VVT-i 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. 8-18
Sistem lain yang diterapkan disebut VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift- Intelligent). Pada sistem ini selain merubah waktu pembukaan katup, tingginya pun ikut dirubah. VVTL-i system 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. 9-18
2. Invinitely 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 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 b). Invinitely system (FIAT) 3. Valvelift (Audi) Perubah saat pembukaan katup dengan dibuatnya nok dua macam yang dapat digeser. Disisi kanan dan kiri nok terdapat drum 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. 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. 10-18
Keterangan : 1. Cam shaft 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 Bagian sistem Valvelift 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. Selenoid A bekerja Menggeser nok kekiri 11-18
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 lebal. Perbedaan lebar buka katup Bila dilihat dari besar bukaan katup 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. 12-18
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. Keterangan: a. Nok standar b. Nok angkat lebar c. roker arm standar d. roker arm buka lebar Bagian sistem VTEC Kerja rockerarm terpisah 13-18
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 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. 14-18
5. Vanos (Variable Nockenwellen Steuerung) BMW 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 Bagian-bagian Vanos 15-18
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. 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. 16-18
Nok eksentrik setengah menekan tuas ayun, bukaan katup sedang Nok eksentrik menekan tuas ayun, bukaan katup maksimal Pada kendaraan merek lain menggunakan sebutan-sebutan yang berbeda, tettapi prinsip perubahannya 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). 17-18
Referensi : 1. Modul diklat mesin mobil BOE Malang 2. Toyota Material Training 3. BOSCH Automotive Hand Book 18-18