B. Prinsip kerja IC voltage regulator
4. Sistem Pengapian
4.2 Sitem pengapian dengan menggunakan kontrol komputer .1 Sistem pengapian dengan menggunakan kontrol komputer
4.2.2 Tipe HEI (High Energy Ignition)
Gambar 4-3 Diagram struktural HEI
• Ignition coil
Ignition coil adalah boosting transformer yang menghasilkan arus untuk tegangan tinggi (sekitar 20,000 ~ 25,000V) digunakan untuk membuat lengkunran pada ignition plug.
E: Battery voltage E1: First voltage
E2: Second voltage 1 1 2 2 E N N E = N1: winding number of the first coil N2: winding number of the second coil
(1) Prinsip kerja ignition coil
Ignition coil menggunakan efek induksi magnet dan efek induksi baku (mutual). Gambar 4-4 adalah prinsip kerjanya. Dimana dua coil digulung di sekitar core, dan untuk bagian input-nya disebut dengan first coil (coil primer), sedang bagian output disebut dengan second coil (coil sekunder). Coil primer mendapat magnet melalui pengaliran arus rendah dari battery; dimana, arus ini adalah arus langsung sehingga tidak terjadi induksi pada tegangan. Pada saat arus ini diputus oleh power transistor, di coil primer, maka tegangan E1 lebih rendah dari tegangan yang dihasilkan dari battery melalui efek induksi magnet. Tegangan induksi E1 pada coil primer ditentukan oleh banyaknya gulungan pada coil primer, pembesaran arus, kecepatan perubahan arus dan bahan intinya. Untuk coil sekunder, tegangan E2 yang sebanding dengan rasio jumlah gulungan dibangkitkan oleh efek induksi baku.
(2) Struktur ignition coil
Ignition coil membuat garis-garis magnet (magnetic flux) melalui inti jenis mold mencegah adanya magnetic flux yang dihasilkan oleh efek induksi magnet yang sedang dipancarkan.
Gambar4-5 Struktur ignition coil tipe mold
Dengan mempertebal diameter kawat pada coil primer, tahanannya dapat dikurangi sehingga bisa menghasilkan garis-garis magnet yang lebih besar yang dapat menghasilkan tegangan yang lebih tinggi. Strukturnya sederhana dan daya tahan terhadap panas sangat baik.
(3) Performa ignition coil
Hal terpenting pada performa ignition coil adalah karakteristik kecepatan, temperatur dan penyekatan.
• Karakteristik kecepatan: celah discharging-nya harus lebih besar dari 6mm, ketika distributor shaft berputar dengan kecepatan putaran 1,800rpm
• Karakteristik temperatur: selama mesin bekerja, temperaturnya akan naik oleh panas arus. Pada saat temperaturnya naik, tahanan coil primer menjadi lebih besar sehingga arus primer yang diputus dapat dikurangi. Akibatnya, celah discharging pada sisi sekunder akan dikurangi sehingga susunya yang diatur adalah 80 derajat ceicius.
• Karakteristik penyekatan: Tahanan penyekat dan tegangan withstanding dikurangi sesuai dengan naiknya temperatur, namun biasanya lebih dari 10 derajat dengan suhu pada 80 derajat celcius, dan harus lebih dari 50 derajat celcius dengan pada temperatur ruang (20 derajat celcius).
• Power Transistor
Power transistor berperan dalam memutus arus primer, yang mengalir di dalam ignition coil berdasarkan sinyal dari computer. Struktur power TR adalah tipe NPN yang terdiri dari kontrol computer, collector yang dihubungkan ke terminal (-) yang ada pada ignition coil primer dan emitter yang dihubungkan ke ground. Cara kerja power transistor adalah sebagai berikut; a. Pada saat kunci kontak diputar ke ON, tegangan battery disalurkan ke ignition primary coil.
er
c. yang
d.
terputus. Karena itulah, tegangan tinggi di induksikan pada coil pengapian sekunder dan tegangan tinggi ini diaplikasikan ke busi (ignition plug)
r.
n terus, tegangan yang dikirim ke sirkuit sistem pengapian primer dan
pengapian. Sehingga engine scope umumnya secara luas dipakai untuk menyelidiki kemungkinan adanya malfungsi ketika melakukan pemeriksaan dan pebaikan pada mesin kendaraan.
Gambar 4-6 Bentuk fisik dan circuit diagram power transistor
b. Berdasarkan putaran disk di dalam distributor, sinyal pengapian crank shift angle sensor dari computer membuat sinyal shorting-grounding secara berulang-ulang ke pow transistor.
Pengulangan sinyal pengapian melalui kerja shoring-grounding terhadap arus
mengalir pada ignition primary coil melalui power transistor dengan mumutus power transistor.
Waktu pengapian dihitung oleh computer. Ketika arus dasar pada power transistor diputus, maka arus pengapian primer juga
oleh rotor yang ada pada distributo
• Pola gelombang ignition voltage Begitu waktu berjala
sekunder sering berubah-rubah. Untuk mengetahui variasi tegangan ini dapat dilihat melalui layar engine scope.
Dengan mengamati pola gelombang tegangan ini, maka dapat dimungkinkan untuk memeriksa performas mesin, begitu juga fungsi dan status malfungsi dari masing-masing komponen yang terdapat pada sistem
1(ECU) 3(Ignition coil) 2(Ground)
Pola gelombang tegangan pengapian pada sistem pengapian termasuk di dalamnya adalah pola gelombang tegangan primer dan pola tegangan sekunder.
Pada gmbar 4-7 terlihat dasar pola gelombang pada tegangan sekunder dalam keadaan. Pola gelombang tegangan dibagi menjadi bagian firing, intermediate section, dan Dwell. firing adalah bagian yang melakukan observasi output pada ignition coil, tegangan yang keluar dari capacitor, tegangan keluar yang diinduksikan dan durasi waktu.
Gambar 4-7 The second waveform
Pada bagian intermediate terlihat pola gelombang dari setelah pelepasan api sampai tegangannya menjadi ON pada ignition coil primer. Segera setelah pelepasan api, maka terjadi 4~5 kali putaran pada pola gelombangnya. Selanjutnya sampai tegangan ignition coil primer menjadi ON, maka pola gelombangnya akan terlihat stabil. Dwell section memperlihatkan pola gelombang dari ketika tegangannya ON pada ignition coil primer sampai ketika tegangannya menjadi OFF. Pada bagian ini, sudut dwell %, variasi sudut dwell akan tergantung dari kecepatannya. Penjelasan secara rinci pada pola gelombang sekunder adalah seperti berikut ini.
(1) Firing section: A • Seksi D
Bagian ini memperlihatkan status firing pada busi. Terdiri dari firing line dan spark line.
Firing line: Pembakarannya adalah pembakaran yang dihasilkan dari ignition plug pada saat arus primer di putus. Garis apinya adalah garis vertical yang menunjukkan bahwa tegangan yang dperlukan untuk discharging terhadap rotor gap pada distributor dan plug gap adalah melalui induksi tegangan tinggi pada ignition coil.
Spark line: Spark line adalah garis horizontal yang menunjukkan tegangan yang diperlukan untuk menginduksikan api.
Titik A: Ini adalah titik untuk melakukan tegangan tinggi pada ignition coil ketika tegangan pada ignition coil primer diputus.
Titik B: Titik dimana ignition plug membuat api melakui induksi tegangan tinggi pada ignition coil (tinggi dari titik ini adalah tegangan pengapian).
Titik C: Setelah cetusan api dihasilkan, maka tegangan tingginya diturunkan ke titik ini. Selama proses pengapian, nilainya akan tetap konstan.
(2) Intermediate section: D • Seksi E
Seksi ini secara terus menerus menampilkan seksi pengapian. Tegangan residu yang ada di dalam ignition coil pada seksi ini secara bertahap dikurangi.
(3) Dwell section: E • Seksi A'
Seksi ini menunjukkan selang waktu dimana coil pengapian pertama dalam ke adaan ON, yaitu arus mengalir ke power transistor selama selang waktu tersebut.
a. Titik E: Titik dimana tegangan pada ignition first coil dalam ke adaan ON. Pada saat medan magnet dibentuk di dalam ignition coil, maka terjadi pola gelombang. Pola gelombangnya terlihat dibawah garis nol akibat getaran gaya balik electromotive dari induksi ignition coil ketika tegangan pada coil pengapian pertama ON.
b. Titik A: Titik dimana tegangan pada coil pengapian pertama OFF.
• Distributor
(1) Distributor cap dan rotor
Distributor cap dan rotor menyalurkan tegangan tinggi yang diinduksikan dari ignition coil ke masing-masing ignition plug berdasarkan urutan pengapiannya.
Gambar 4-8 Distributor cap and rotor Distributor cap
Pada distributor cap, terdapat central terminal yang dihubungkan ke ignition coil, dan terminal ignition plug yang nomornya sama dengan nomor cylinder mesin dan diurutkan di sekitar ignition coil. Di dalam central terminal, terdapat potongan karbon yang dihubungkan ke rotor head yang dipasang dengan satu spring. Distributor cap terbuat dari material resin, yang dapat tahan terhadap tegangan lebih dari 25,000V dan mempunyai daya tahan yang baik terhadap panas, magnet dan kuat secara mekanis.
Rotor
Rotor dipasang dibagian atas distributor shaft. Rotor ini menyalurkan tegangan tinggi yang diterima dari central terminal distributor cap ke setiap terminal ignition plug. Rotor dipasang di salah satu sisi distributor shaft. Celah antara ujung depan rotor dengan terminal ignition plug adalah 0.3~0.4mm.
(2) Jenis distributor A. Tipe Optical
Distributor untuk mesin 4-cylinder
Distributor untuk mesin 4-cylinder terdiri dari crank shift angle sensor, first cylinder top dead center (TDC) sensor, disk yang berputar dengan distributor shaft, dan rotor yang menyalurkan tegangan tinggi yang diinduksikan dari ignition coil berdasarkan urutan pengapiannya.
Di dalam unit assembly, terdapat dua set LED dan photo diode yang gunanya untuk mendeteksi kedua jenis celah (slit), untuk membuat pulsa sinyal dan untuk mengirimkannya ke computer. Crank shift angle sensor dan first cylinder TDC sensor terdiri dari disk dan unit assembly. Disk-nya terbuat dari metal yang terdiri dari 4 slit untuk melewatkan susunan cahaya di sekeliling 90° disc dan dipakai untuk crank shift angle sensor, dan di dalam 4 slit ini terdapat satu slit yang digunakan untuk first cylinder TDC sensor.
Gambar 4-9 Struktur unit assembly
Diantara LED dan photo diode, begitu disk berputar cahaya dari LED di kirim ke photo diode melalui slits pada disk atau yang diputus.
Pada saat tersebut, jika photo diode menerima light, kemudian arus mengalir dengan arah terbalik dan arus ini terdeteksi oleh input ke comparator dengan 5V, maka tegangan sebesar 5V diaplikasikan ke computer dari terminal • seperti tampak pada gambar 4-9. dalam kondisi tersebut jika disk berputar dan cahaya ke photo diode diputus, maka tegangan yang dipakai ke terminal • akan menjadi 0V. Melalui pengulangan kerja ini, pulsa sinyal dari unit assembly disalurkan ke computer.
Sinyal yang diperoleh dari 4 slit untuk mendeteksi sudut crank adalah sinyal standar untuk menghitung kecepatan mesin. Dengan mendeteksi apakah piston pada masing-masing cylinder berada di titik atas langkah kompresi, berdasarkan sinyal yang didapat dari slit untuk first cylinder TDC sensor, sinyal standar untuk cylinder pertama dibedakan sehingga computer dapat menentukan urutan penyaluran berdasarkan sinyal ini.
Gambar 4-10 Kerja crank shift angle sensor dan No.1 cylinder TDC sensor
Gambar 4-11 Struktur TDC dan crank shift angle sensor di dalam 6-cylinder engine Untuk mesin 6-cylinder
Sensor TDC yang ada pada distributor untuk mesin 6-cylinder tidak hanya untuk mendeteksi TDC cylinder pertama namun juga mendeteksi TDC cylinder pertama, ketika dan ke lima untuk kemudian dirubah ke pulsa sinyal dan dikirim ke computer sehingga urutan untuk injeksi bahan bakar ditentukan oleh sinyal ini. Ada dua jenis disk, yang satunya adalah 360 slit untuk mendeteksi 1° dari TDC sensor untuk keliling disk dan 6 slit untuk crank shift angle sensor di dalam disk, tipe lainnya adalah 6 slit untuk crank shift angle sensor untuk keliling disk dan 4 slit untuk TDC sensor di dalam disk.
Cara kerjanya sama seperti mesin 4-cylinder dimana photo diode adalah untuk mendeteksi cahaya yang keluar dari LED berdasarkan putaran distributor shaft. Berdasarkan sinyal yang dideteksi dari crank shift angle sensor, kecepatan mesin dapat dihitung dan waktu penginjeksian bahan bakar dan waktu pengapiannya dapat dikontrol.