TUGAS KE-2
TEORI DAN PRAKTEK MOTOR PEMBAKARAN DALAM
“PERBANDINGAN VVT-i DENGAN VTEC”
Oleh : Nabil Kirom (NRP 2112030026)
Dosen Pengajar : Ir.Joko Sarsetyanto, MT ( NIP. 19610602 198701 1 001)
PROGRAM STUDI DIPLOMA III
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2015
1. PENGERTIAN VVT-i
VVT-i atau Variable Valve Timing intelligent adalah pengaturan bukaan katup
variabel yang dikembangkan oleh Toyota.VVT-i yang diperkenalkan pada tahun 1996
menggantikan VVT yang sebelumnya telah diperkenalkan pada tahun 1991.
Sistim VVT-i (Variable Valve Timing - Intelligent) merupakan serangkaian
peranti untuk mengontrol penggerak camshaft. Maksudnya adalah menyesuaikan waktu
bukaan katup dengan kondisi mesin. Sehingga bisa didapat torsi optimal di setiap tingkat
kecepatan. Sekaligus menghemat bahan bakar dan mengurangi emisi gas buang.
Secara garis besar, sistem kerja pada VVT- I, yg diatur bukan besarnya bukaan
klep, tetapi timing bukaan klep terserbut. Pengaturannya juga tidak hanya berdasarkan
RPM tapi juga menghitung volume udara masuk, posisi throttle (pijakan pedal gas)
temperatur mesin dan beban yang ditanggung. VVT-I juga bersifat CONTINUES ,berarti
perubahannya realtime mengikuti perubahan RPM. Tidak melalui tahap2/ steper seperti
halnya Vtec dan Mivec yg hanya 2 atau 3 stage. Tinjauan dasar VVT-i adalah
mengoptimalkan torsi mesin pada setiap kecepatan dan kondisi pengemudian yang
menghasilkan konsumsi BBM yang efisien dan tingkat emisi bahan bakar yang sangat
rendah.
Itulah sebabnya kendaraan bermesin teknologi VVT-i sanggup menghasilkan
tenaga yang besar sekalipun kapasitas cc slinder mesin kecil. Sebagai contoh Toyota
Vios dengan mesin 1.497 cc menghasilkan 109 dk dengan Torsi 142 Nm sehingga
dibandingkan mesin konvensional yang menghasilkan tenaga 75 % nya.
1.1 CARA KERJA
Cara kerja dari sistem VVT-i cukup sederhana, yaitu untuk menghitung waktu
buka tutup katup (valve timing) yang optimal, ECU (Electronic Control Unit)
menyesuaikan dengan kecepatan mesin, volume udara masuk, posisi throttle (akselerator)
dan temperatur air. Agar target valve timing selalu tercapai, sensor posisi chamshaft atau
crankshaft memberikan sinyal sebagai respon koreksi. Sistem VVT-i akan terus
mengoreksi valve timing atau jalur keluar masuk bahan bakar dan udara, yang disesuaikan
dengan pijakan pedal
gas dan beban yang ditanggung demi menghasilkan torsi optimal di setiap putaran
dan menghemat konsumsi BBM.
Pada VVT-i bagian yang divariasikan adalah timing (waktu buka-tutup) intake
valve dengan merubah atau menggeser posisi intake camshaft terhadap puli camshaft
drive. Fluida yang digunakan sebagai aktuator untuk menggeser posisi camshaft adalah
oli mesin yang diberikan tekanan. Jadi disini maksudnya puli pada intake camshaft
adalah fleksibel, camshaftnya bisa diputar maju atau mundur.
a. Waktu Katup
Saat bekerja pada putaran rendah, mesin memerlukan campuran udara dan
bahan bakar yang lebih sedikit daripada saat putaran tinggi. Hal ini dikarenakan tenaga
yang harus dihasilkan juga tidak perlu besar. Kendati begitu, apabila gas ditekan lebih
dalam, jumlah bahan bakar dan udara yang masuk ke mesin bertambah banyak. Dengan
makin banyak massa udara dan bahan bakar masuk ke dalam mesin dan kemudian dibakar,
makin besar pula tenaga yang dihasilkan. Selanjutnya hal itu dimanfaatkan agar kendaraan
melaju pada kecepatan lebih tinggi.
Selama ini pada mesin non-VVT-i atau konvensional, waktu buka dan tutup
katup isap selalu sama, baik saat mesin bekerja pada putaran rendah maupun tinggi.
Kondisi seperti ini tentu saja membuat mesin tidak bisa bekerja secara optimal dan efisien,
baik pada putaran rendah maupun tinggi. Bila salah satu diutamakan, misalnya putaran
pada tinggi, seperti mesin balap jadul, maka pada putaran rendah mesin akan mengalami
“mbrebet”. Selain itu juga boros konsumsi bahan bakar. Sebaliknya, bila hanya putaran
rendah, maka kerja mesin pada putaran tinggi akan menjadi berat atau kurang bertenaga.
Dengan adanya teknologi VVT-i, maka pada saat mesin bekerja pada putaran
rendah, waktu buka katup isap tidak perlu lama. Waktu buka katup diperlambat dan
tutupnya dipercepat karena bahan bakar yang diperlukan mesin sedikit.
Selanjutnya apabila pedal gas ditekan, hal itu menyebabkan kebutuhan mesin
terhadap bahan bakar dan udara makin besar. Katup pun membuka lebih cepat dan
waktu menutup diperlambat. Artinya, waktu buka katup lebih lama. Dengan demikian,
jumlah udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam mesin menjadi lebih banyak.
b. Kendali Komputer
Untuk bisa membuat katup isap membuka dan menutup sesuai dengan kondisi
kerja mesin, pada sistem poros kem katup ditambahkan mekanisme VVT-i.
Rangkaian
komponennya antara lain timing rotor, rumah, dan baling-baling (fan) controler, dan
katup spul. Semunya disatukan pada poros kem isap.
Controler VVT-i bergerak memutar atau menggeser posisi poros kem. Hasilnya,
posisi poros kem berubah. Hal ini menyebabkan waktu buka katup berubah, jadi cepat
atau lambat. Controler VVT-i bekerja atas tekanan oli dari katup spul (spool valve) yang
mengalirkan ke baling-baling.
Kerja katup spul ini dikendalikan oleh komputer mesin. Komputer mengatur
kerja katup spul (tipe solenoid) berdasarkan berbagai informasi yang diterima dari
sensor-sensor mesin lain. Dengan demikian, pengaturan pembukaan katup lebih cepat atau
lambat jadi lebih efisien dan efektif.
Sistem yang lebih canggih dari VVT-i adalah VVTL-i (variable valve timing and
lift- intelligent). Pada sistem, ini bukan hanya waktu buka dan tutup katup isap yang bisa
dikontrol sesuai dengan putaran mesin, juga tinggi angkatnya.
Pada putaran tinggi, katup terangkat lebih tinggi. Sementara itu, pada putaran rendah,
katup terangkat lebih rendah dari dudukannya. Dengan demikian, selain efisien, hal itu
juga menghasilkan tenaga mesin yang mumpuni, baik pada putaran rendah, maupun
tinggi. VVTL-i digunakan Toyota pada Celica.
Gambar Control Elektrik VVTi
Pada mesin Toyota, sistim ini diaplikasikan pada katup masuk. Waktu bukaan
camshaft bisa bervariasi pada rentang 60 derajat. Misalnya, pada saat start, kondisi
mesin dingin dan mesin stasioner tanpa beban, timing dimundurkan 30 derajat.
Gambar diatas, timing intake valve digeser maju atau mundur terhadap puli
penggeraknya. Gambar dibawah menjelaskan fungsi atau tujuan ketika timing digeser
maju atau mundur.
Cara ini bakal 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. Logikanya, 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.
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 disediakan oleh camshaft timing Oli
Control Valve yang diatur oleh ECU mesin.
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.
1.2 KEUNGGULAN TEKNOLOGI VVT-i
Berikut ini adalah keunggulan dari VVTi:
Pembakaran yang stabil dapat diperoleh bahkan pada putaran mesin yang rendah.
Dengan putaran mesin yang rendah saat stasioner (idle)maka efisiensi bahan
bakarnya menjadi lebih baik.
Kerugian tenaga mesin dapat dikurangi sehingga efisiensi bahan bakarnya
meningkat.
Selain itu, hasil gas buangnya pun lebih ramah lingkungan.
Kemampuan mesin dapat dioptimalkan sehingga tenaga yang dihasilkan
dapat maksimal.
2. Pengantar Sistem VTEC
Sistem Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC) adalah
keistimewaan engineering untuk mengubah valve timing dan lift parameter dalam
menyesuaikan karateristik kecepatan mesin. Cara kerjanya adalah dengan menyesuaikan
sesempurna mungkin sifat-sifat pembakaran yang sesuai dengan kebutuhan kerja mesin,
sehingga menghasilkan performa tinggi dan efisiensi. Secara sederhana, setiap katup mesin
yang menggunakan sistem VTEC memiliki sebuah cam lobe yang terpisah. Cam lobe ini
berada pada camshaft yang sama dan melalui penerapan kontrol elektronik, dapat berubah-
ubah untuk menyesuaikan kondisi mesin dengan menggunakan tekanan hidrolik, sehingga
performa tinggi dan efisiensi dari VTEC dapat dicapai.
2.1 Tipe-Tipe VTEC
Pada saat ini terdapat lima tipe sistem VTEC yaitu:
1. DOHC VTEC
2. SOHC VTEC
3. New VTEC
4. VTEC 3-Stage
5. VTEC-E
Dan penjelasan masing-masing sistem VTEC adalah sebagau berikut :
1. DOHC VTEC
Penerapan teknologi VTEC melihat high-speed cam dan low-speed cam
dengan bentuk/profil yang berbeda yang dibuat pada intake dan exhaust camshaft.
Pada kecepatan mesin yang rendah dan menengah, intake dan exhaust valve
dioperasikan oleh low-speed cam. Pada tingkat kecepatan yang lebih tinggi, high-
speed cam mengambil alih pengoperasian. Kombinasi dari operasi ini menyebabkan
mesin memberikan torque tinggi dan fleksibilitas pada kecepatan sedang serta
menghasilkan respons tinggi dan output tenaga yang besar pada kecepatan tinggi.
2. SOHC VTEC
High-speed dan low-speed cam yang berbeda bentuk/profil dibuat pada
intake camshaft di dalam mesin SOCH VTEC. Sesuai dengan penerapan pada sistem
DOHC, low-speed cam mengoperasikan katup pada tingkat kecepatan rendah dan
menengah, dan high-speed cam beroperasi pada kecepatan tinggi, meskipun
sebenarnya hal ini hanya berlaku untuk intake valve dalam kasus ini. Teknik ini
menyebabkan mesin dapat memberikan kemungkinan kombinasi yang terbaik cara
berkendara yang mudah/ease-of-driving pada tingkat kecepatan yang normal, output
tenaga yang besar, dan efisiensi bahan bakar.
3. New VTEC
Seperti pada sistem SOHC VTEC, high-speed dan low-speed cam dengan
perbedaan bentuk/profil dibuat pada intake camshaft, high-speed cam mengontrol
kecepatan tinggi sedangkan low-speed cam aktif pada kecepatan rendah dan
menengah. Dalam penerapan ini, secondary intake valves dijaga hampir tak
bergerak/stationer pada saat kendaraan pada kecepatan rendah saat primary intake
valves membuat udara dapat dialirkan masuk ke cylinder. Dalam kombinasi dengan
perbaikan bentuk ruang pembakaran dan port, operasi ini membentuk putaran
udara/wirl di setiap ruang pembakaran untuk memastikan bahwa pembakaran terjadi
dengan lebih efisien. Mesin New VTEC dapat mengirim tenaga dan torque yang
substantif/bermakna sementara penghematan bahan bakar yang sempurna tetap dapat
dilakukan.
4. 3-Stage VTEC
Tiga tingkat berbeda dari unit VTEC ini disesuaikan untuk kecepatan rendah
(satu katup dioperasikan oleh low-speed cam), kecepatan tingkat sedang (kedua katup
dioperasikan dengan low-speed cam) dan kecepatan tinggi (kedua katup dioperasikan
oleh high-speed cam). Rancangan ini menghasilkan efisiensi bahan bakar yang
sempurna pada tingkat kecepatan rendah, output torque yang sempurna pada
kecepatan sedang, dan output power yang sempurna pada tingkat kecepatan tinggi.
5. VTEC-E
Intake valve camshaft dilengkapi dengan cam kecepatan rendah dan
kecepatan menengah yang dibentuk secara tertpisah. Pada kecepatan rendah, valve
kedua beroperasi dengan kecepatan rendah (meskipun dalam realisasinya hampir tidak
bergerak) ; kedua katub dioperasikan oleh cam dengan kecepatan menengah. Sebagai
hasilnya, mesin ini mengirim bahan bakar dengan sangat efisien sementara pada waktu
yang sama menjaga kemampuan mengemudi tingkat tinggi.
2.1.1 KONTRUKSI SOHC VTEC
Konsrtuksi SOHC VTEC
Dari kebanyakan tipe dasar pada sistem VTEC yang terdiri dari komponen
berikut ini :
1) Camshaft
2) Rocker arm
3) Lost motion mechanism
4) Spool valve
5) Engine control module (ECM)
Gambar. Konstruksi SOHC VTEC
Keterangan :
1. Synchronizing Piston A
2. Lost Motion Assembly
3. Synchronizing Piston B
4. Mid Rocker Arm
5. Primary Rocker Arm
6. Secondary Rocker Arm
7. Camshaft
Dengan penjelasan sebagai berikut :
1) Camshaft
Pada mesin konvesional setiap katup digerakan oleh masing-masing cam.
Namun pada mesin SOHC VTEC pada katup intake terdapat tiga buah cam yang diberi
nama, cam primer, cam sekunder dan cam tengah (mid cam). Cam ini mepunyai profil
tersendiri untuk membuat valve timing dan lift yang berbeda.
Pada kecepatan rendah dan menengah, kedua katup intake digerakan masing-
masing oleh katup primer dan katup sekunder. Kedua cam ini memiliki sedikit
perbedaan ketinggian dan akan menghasilkan kondisi gerakan putaran (turbulence)
yang optimal di dalam ruang bakar. Sedang pada kecepatan tinggi kedua katup
digerakan oleh cam tengah (mid cam).
Gambar. Camshaft SOHC VTEC
Keterangan :
A. Primary Cam (Cam Primer)
B. Mid Cam (Cam Tengah)
C. Secondary Cam (Cam Sekunder)
2) Rocker Arm
Rocker arm primer, menengah dan sekunder digabungkan ke dalam satu
peralatan. Rocker arm primer dan sekunder membuat hubungan dengan katub. Setiap
rocker arm terdiri dari synchronizing piston, stopper piston, dan spring. Melalui aksi
dari komponen ini, gerakan dari rocker arm yang terpisah dapat dihubungkan atau
tidak selama mesin itu bekerja.
Gambar. Rocker Arm SOHC VTEC
Keterangan :
1. Rocker Arm Sekunder
2. Rocker Arm Primer
3. Rocker Arm Menengah
4. Camshaft
5. Stopper Piston
6. Rocker Arm Sekunder
7. Rocker Arm Menengah
8. Rocker Arm Primer
9. Synchronizing Piston B
10. Synchronizing Piston A
3) Lost Motion Mechanism
Lost motion assembly mencakup lost motion piston, lost motion guide, dan
lost motion spring A dan B. Ini berhubungan tetap dengan mid rocker-arm.
Di kecepatan rendah, lost motion mechanism menahan gerakan rocker arm
yang tidak perlu, hal ini berfungsi sebagai spring pembantu pada kecepatan tinggi
untuk menjamin bekerjanya katub dengan baik.
Gambar. Lost Motion Mechanism
Keterangan :
1. Lost Motion Assembly
2. Mid Rocker Arm
3. Lost Motion Spring A
4. Lost Motion Spring B
5. Lost Motion Piston
6. Mid Cam
4) Spool Valve
Spool valve assembly ditempelkan di sebelah cylinder head. Terdiri dari
sebuah screen, solenoid, dan spool valve.
Fungsi valve ini adalah untuk mengontrol lintasan oli antara pompa oli dan
synchronizing piston. Saat solenoid diaktifkan, spool valve membuka lintasan oli dan
tekanan hydraulic digunakan ke synchronizing piston, kemudian sistem VTEC
diaktifkan.
Pressure switch ditempatkan di belakang spool valve. Pressure switch
merasakan tekanan di lintasan oli synchrozining piston dan memberikan feedback ke
ECM (engine control module) dimana pemindahan rocker arm tidak terjadi seperti
yang diharapkan.
Gambar. Engine Control Module (ECM)
Gambar. Spool Valve Assembly
Keterangan :
1. Screen
2. Solenoid
3. Pressure Switch
4. Spool Valve
5. Cylinder Head
5) Engine Control Module (ECM)
System VTEC dikontrol secara elektronik oleh ECM. Menggunakan variasi
sensor yang berlainan, ECM memonitor kecepatan mesin, loading (beban) engine,
kecepatan kendaraan, temperature coolant engine dan faktor lainya.
Dengan menggunakan data tersebut ECM dapat menentukan kondisi kerja
mesin kemudian secara tepat mengaktifkan katup solenoid VTEC, aklar hidrolik
mengirim tekanan melalui jalur oli sesuai dengan sincronisasi piston dan memberikan
respon ke ECM pada saat rocker arm bekerja switch-over.
2.1.1 Cara Kerja SOHC VTEC
1) Pada Kecepatan Mesin yang Rendah (Sistem Tidak Diaktifkan)
VTEC system tidak aktif di kecepatan rendah. (Sebenarnya banyak perbedaan
faktor dalam menetukan apakah sistem itu bekerja. Untuk menyederhanakan
penjelasan, akan diabaikan di sini). Spool valve ditutup dan tidak ada tekanan hidrolik
yang digunakan untuk synchronizing piston dalam rocker arm. Jadi, setiap dari rocker
arm bebas untuk bergerak secara terpisah dan dijalankan oleh cam primer, menengah,
dan sekunder dengan berurutan. Dalam kondisi ini, katub primer dan sekunder
membuka dan menutup setelah timing dan lift yang ditentukan oleh bentuk cam primer
dan sekunder. Umumnya, mid rocker-arm sedang dioperasikan oleh mid cam pada saat
itu, tapi cam menengah menyebabkan tidak ada kerja lebih lanjut dan ditahan oleh lost
motion assembly untuk mencegah berderik.
Gambar. Cara Kerja SOHC VTEC (Kecepatan Mesin Rendah)
Keterangan :
1. Synchronizing Piston A
2. Synchronizing Piston B
3. Stopper Piston
4. Rocker Arm Sekunder
5. Rocker Arm Menengah
6. Rocker Arm Primer
2) Pada Kecepatan Mesin yang Tinggi (Sistem Diaktifkan)
Sekali kecepatan mesin melebihi batas, suatu sinyal ECM ke spool valve
solenoid menyebabkannya terbuka. Tekanan hydroulik dari pompa oli dapat melintasi
oli di bagian dalam camshaft ke rocker arm, dimana ia bekerja di synchronizing piston
mendorong ke samping. Tetapi, jika ada rocker arm yang berhubungan dengan cam
pada saat itu, semua piston tidak akan disejajarkan bersama. Sebagai akibatnya, rocker
arm akan melanjutkan untuk bergerak meskipun tekanan hydroulik aktif pada piston.
Ketika semua ketiga rocker arm meninggalkan cam dengan serempak, piston akan
meluncur dan arm akan ditahan bersama. Dalam kondisi ini, kedua katub utama dan
kedua akan dioperasikan oleh mid cam dibuat untuk kecepatan tinggi melalui gerakan
mid rocker arm.
Gambar. Cara Kerja SOHC VTEC (Kecepatan Mesin Tinggi)
Keterangan :
1. Camshaft
2. Stopper Piston
3. Secondary Rocker Arm
4. Mid Rocker Arm
5. Primary Rocker Arm
6. Synchronizing Piston B
7. Synchronizing Piston A
8. Rocker Shaft
Bila kecepatan mesin kemudian turun, spool valve akan menutup dan
kemudian tekanan hydroulic akan turun. Stopper piston spring akan mencoba
mendorong piston kembali ke posisi awalnya. Seperti sebelumnya, ini akan dicapai bila
semua piston dibariskan. Rocker arm saling dilepaskan oleh gerakan ini dan mulai
beroperasi secara terpisah.
Grafik. Cara Kerja SOHC VTEC
2.1.2 Kontruksi dan Cara Kerja DOHC VTEC
1. Konstruksi DOHC VTEC
Jika pada sistem SOHC VTEC intake camshaft sendiri dipasang dengan komponen
VTEC, maka pada DOHC VTEC melihat tekhnologi ini dipakai pada kedua intake
dan exhaust camshaft. Ini membuat karateristik kedua intake dan exhaust dikontrol
untuk menyesuaikan kecepatan mesin.
Gambar. Konstruksi DOHC VTEC
Keterangan :
1. Camshaft
2. Cam Kecepatan Rendah
7. Synchronizing Piston A
8. Synchronizing Piston B
3. Cam Kecepatan Tinggi
4. Rocker Arm Primer
5. Rocker Arm Menegah
6. Rocker Arm Sekunder
9. Stopper Piston
10. Lost Motion Spring
11. Exhaust Valve
12. Intake Valve
2. Cara Kerja DOHC VTEC
Terpisah dari fakta bahwa DOHC VTEC mempunyai dua sistem VTEC sebagai
kebalikan dengan yang ada pada SOHC VTEC, mode dari cara kerja dua sistem ini
pada dasarnya adalah sama.
Gambar. Cara Kerja DOHC VTEC
Grafik. Cara Kerja DOHC VTEC
Recommended