8
Sistem pengapian
8.1 Dasar-dasar pengapian
8.1.1 Persyaratan fungsional
Tujuan mendasar dari sistem pengapian adalah untuk menyuplai percikan api ke dalam silinder, menjelang akhir langkah kompresi, untuk menyalakan muatan kompresi uap udara-bahan bakar.
Agar percikan api dapat melompati celah udara 0,6 mm dalam kondisi atmosfer normal (1 bar), diperlukan tegangan sebesar 2–3 kV. Agar percikan api dapat melintasi celah serupa di dalam silinder mesin, yang mempunyai rasio kompresi 8 : 1, diperlukan daya kira-kira 8 kV. Untuk rasio kompresi yang lebih tinggi dan campuran yang lebih lemah, mungkin diperlukan tegangan hingga 20 kV. Sistem pengapian harus mengubah tegangan baterai normal 12 V menjadi sekitar 8–
20 kV dan, sebagai tambahan, harus menyalurkan tegangan tinggi ini ke silinder kanan, pada waktu yang tepat. Beberapa sistem pengapian akan menyuplai hingga 40 kV ke busi.
Pengapian konvensional adalah cikal bakal sistem yang lebih maju yang dikendalikan oleh elektronik. Perlu disebutkan pada tahap ini bahwa operasi dasar sebagian besar sistem pengapian sangat mirip. Salah satu belitan kumparan dihidupkan dan dimatikan menyebabkan tegangan tinggi diinduksi pada belitan kedua. Sistem pengapian koil terdiri dari berbagai komponen dan sub-rakitan, desain dan konstruksi aktualnya terutama bergantung pada mesin yang akan digunakan sistem tersebut.
Ketika mempertimbangkan desain sistem pengapian, banyak faktor yang harus dipertimbangkan, yang paling penting adalah:
●Desain ruang bakar.
●Rasio udara-bahan bakar.
●Kisaran kecepatan mesin.
●Beban mesin.
Tabel 8.1Jenis sistem pengapian
●Temperatur pembakaran mesin.
●Penggunaan yang dimaksudkan.
●Peraturan emisi.
8.1.2 Jenis sistem pengapian
Pilihan dasar untuk jenis sistem pengapian dapat diklasifikasikan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 8.1.
8.1.3 Pembangkitan tegangan tinggi
Jika dua kumparan (dikenal sebagai kumparan primer dan sekunder) dililitkan pada inti besi yang sama, maka setiap perubahan magnet pada salah satu kumparan akan menginduksi tegangan pada kumparan lainnya. Hal ini terjadi ketika arus dihidupkan dan dimatikan pada kumparan primer.
Jika jumlah lilitan kawat pada kumparan sekunder lebih banyak dari pada kumparan primer, maka tegangan yang dihasilkan akan lebih tinggi. Ini disebutaksi transformatordan merupakan prinsip koil pengapian.
Nilai tegangan yang 'saling diinduksi' ini bergantung pada:
●Arus primer.
●Rasio lilitan antara kumparan ary primer dan kumparan ary kedua.
●Kecepatan perubahan kemagnetan.
Gambar 8.1 menunjukkan tipikal koil pengapian pada bagiannya. Kedua belitan tersebut dililitkan pada inti besi yang dilaminasi untuk memusatkan daya tariknya. Beberapa kumparan diisi oli untuk membantu pendinginan.
8.1.4 Sudut gerak maju (waktu)
Untuk efisiensi optimal, sudut gerak maju pengapian harus sedemikian rupa sehingga menyebabkan tekanan pembakaran maksimum terjadi sekitar 10° setelah titik mati atas (TDC).
Waktu pengapian yang ideal bergantung pada
Tipe Konvensional Electronic Programmed Distributorless
Pemicu Mekanik Elektronik Elektronik Elektronik Maju Mekanik Mekanik Elektronik Elektronik Sumber tegangan Induktif Induktif Distribusi Induktif Mekanik Mekanik Mekanik Elektronik
dua faktor utama, kecepatan mesin dan beban mesin. Peningkatan putaran mesin memerlukan waktu pengapian yang dimajukan. Muatan silinder, campuran udara-bahan bakar, memerlukan waktu tertentu untuk terbakar (biasanya sekitar 2 ms). Pada kecepatan mesin yang lebih tinggi, waktu yang dibutuhkan piston untuk menempuh jarak yang sama berkurang.
Memajukan waktu percikan memastikan pembakaran penuh tercapai.
Perubahan waktu akibat beban mesin juga diperlukan karena campuran yang lebih lemah yang digunakan pada kondisi beban rendah akan terbakar lebih lambat. Dalam situasi ini, diperlukan pengapian lebih lanjut. Beban yang lebih besar pada mesin memerlukan campuran yang lebih kaya sehingga pembakarannya lebih cepat. Dalam hal ini diperlukan penundaan waktu.
Secara keseluruhan, dalam kondisi kecepatan dan beban mesin apa pun, sudut gerak maju yang ideal diperlukan untuk memastikan tekanan maksimum tercapai di dalam silinder tepat setelah titik mati atas. Sudut gerak maju yang ideal dapat ditentukan lebih lanjut berdasarkan suhu mesin dan risiko ledakan.
Spark advance dicapai melalui beberapa cara.
Yang paling sederhana adalah sistem mekanis yang terdiri dari mekanisme gerak maju sentrifugal dan unit kontrol vakum (sensitif terhadap beban). Kevakuman manifold hampir berbanding terbalik dengan beban mesin. Saya lebih suka mempertimbangkan tekanan manifold, meskipun lebih kecil dari tekanan atmosfer, karena tekanan absolut manifold (MAP) sebanding dengan beban mesin. Sistem pengapian digital dapat menyesuaikan waktu sehubungan dengan suhu serta kecepatan dan beban. Nilai dari semua fungsi waktu pengapian adalah
Gambar 8.1Koil pengapian yang khas
Sistem pengapian171
digabungkan baik secara mekanis maupun elektronik untuk menentukan titik penyalaan yang ideal. Penyimpanan energi terjadi di koil
pengapian. Energi tersebut disimpan dalam bentuk medan magnet. Untuk memastikan koil terisi sebelum titik penyalaan diperlukan periode diam.
Waktu penyalaan berada pada akhir periode diam.
8.1.5 Konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang
Waktu pengapian mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap konsumsi bahan bakar, torsi, kemampuan berkendara dan emisi gas buang. Tiga polutan terpenting adalah hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), dan nitrogen oksida (NO).X).
Emisi HC meningkat seiring dengan bertambahnya waktu. TIDAKXemisi juga meningkat seiring dengan pengaturan waktu yang maju karena suhu pembakaran yang lebih tinggi.
Perubahan CO sangat sedikit seiring waktu dan sebagian besar bergantung pada rasio udara-bahan bakar.
Seperti kebanyakan ubahan jenis ini, perubahan waktu untuk meningkatkan emisi gas buang akan meningkatkan konsumsi bahan bakar. Dengan semakin banyaknya campuran yang lebih ramping, diperlukan upaya yang lebih besar untuk mengimbangi laju pembakaran yang lebih lambat.
Hal ini akan memberikan konsumsi yang lebih rendah dan torsi yang tinggi namun campuran harus dikontrol secara akurat untuk memberikan kompromi terbaik sehubungan dengan masalah emisi. Gambar 8.2 menunjukkan pengaruh perubahan waktu terhadap emisi, kinerja dan konsumsi.
8.1.6 Komponen
pengapian konvensional Busi
Menyegel elektroda agar percikan api dapat melompati silinder. Harus tahan terhadap tegangan, tekanan, dan suhu yang sangat tinggi.
Gambar 8.2Pengaruh perubahan waktu pengapian pada putaran mesin tetap
172Sistem kelistrikan dan elektronik mobil
Gambar 8.3Komponen pengapian konvensional dan elektronik
Koil pengapian
Menyimpan energi dalam bentuk magnet dan mengirimkannya ke distributor melalui timbal HT.
Terdiri dari belitan primer dan sekunder.
Saklar pengapian
Memberikan kendali kepada pengemudi terhadap sistem pengapian dan biasanya juga digunakan untuk menghidupkan starter.
Resistor pemberat
Terjadi korsleting selama fase awal untuk menimbulkan percikan yang lebih kuat. Juga berkontribusi terhadap peningkatan percikan pada kecepatan yang lebih tinggi.
Pemutus kontak (titik
pemutus)
Menghidupkan dan mematikan sirkuit pengapian utama untuk mengisi dan melepaskan koil.Kapasitor (kondensor)
Menekan sebagian besar busur listrik saat pemutus kontak terbuka. Hal ini memungkinkan terjadinya pemutusan yang lebih cepat
arus primer dan karenanya keruntuhan magnet kumparan lebih cepat, yang menghasilkan keluaran tegangan lebih tinggi.
Distributor HT
Mengarahkan percikan api dari koil ke setiap silinder dalam urutan yang telah ditentukan sebelumnya.
Kemajuan sentrifugal
Mengubah waktu pengapian dengan kecepatan mesin. Saat kecepatan meningkat, waktunya pun semakin maju.
Vakum terlebih dahulu
Mengubah waktu tergantung pada beban mesin.
Pada sistem konvensional, kemajuan vakum
paling penting selama kondisi pelayaran.
Gambar 8.3 menunjukkan beberapa komponen pengapian konvensional dan elektronik.
Rangkaian sistem pengapian pemutus kontak ditunjukkan pada Gambar 8.4.
Gambar 8.4Sistem pengapian pemutus kontak
8.1.7 Kabel colokan (HT)
Komponen dan sistem HT, atau tegangan tinggi (yang merupakan cara kuno untuk mengatakan tegangan tinggi), harus memenuhi atau melampaui persyaratan produk pengapian yang ketat, seperti:
●Isolasi untuk menahan sistem 40.000 V.●Suhu dari 40°C sampai 260°C ( 40°F hingga 500°F).
●Penekanan interferensi frekuensi radio.●Masa pakai produk 160.000 km (100.000 mil).●Ketahanan terhadap ozon, corona, dan cairan.●daya tahan 10 tahun.
Delphi memproduksi berbagai jenis kabel yang memenuhi peningkatan kebutuhan energi mesin dengan pembakaran lebih ramping tanpa memancarkan interferensi elektromagnetik (EMI).
Produk kabel menawarkan inti logam dan non- logam, termasuk komposit, bersuhu tinggi
inti induktif resistif dan lilitan kawat. Konstruksi konduktor meliputi tembaga, baja tahan karat, Delcore, CHT, dan lilitan kawat. Bahan pelapis meliputi senyawa organik dan anorganik, seperti CPE, EPDM dan silikon. Gambar 8.5 menunjukkan konstruksi lead ini. Tabel 8.2 merangkum beberapa bahan yang digunakan untuk rentang suhu yang berbeda.
Sistem pengapian173
Gambar 8.5Kabel busi pengapian
8.1.8 Inti koil pengapian
Kebanyakan inti koil pengapian terbuat dari besi laminasi. Setrika ini ideal karena mudah termagnetisasi dan mengalami kerusakan magnet.
Laminasi mengurangi arus eddy,
yang menyebabkan inefisiensi akibat efek pemanasan (kehilangan besi). Jika laminasi atau lembaran yang lebih tipis digunakan, maka kinerjanya akan semakin baik.
Logam bubuk sekarang dapat digunakan sebagai inti kumparan. Hal ini mengurangi arus eddy seminimal mungkin
174Sistem kelistrikan dan elektronik mobil
Tabel 8.2Bahan yang digunakan untuk berbagai komponen pengapian untuk suhu yang berbeda
Komponen pengapian Suhu pengoperasian (kontinu)
110 °C 175 °C 232 °C
Terminal Lapis seng Perunggu fosfor atau baja tahan karat Baja tahan karat Bahan boot EPDM atau silikon Silikon Jaket silikon suhu tinggi Insulasi Silikon Silikon CPE EPDM EPDM Konduktor Silikon Delcore tembaga atau baja tahan karat Delcore atau CHT CHT atau inti lilitan kawat
Gambar 8.6Sistem pengapian elektronik
kepadatan magnet berkurang. Namun secara keseluruhan, ini menghasilkan koil pengapian yang lebih efisien dan keluaran lebih tinggi.
Perkembangan terus berlanjut dan masalah kepadatan fluks akan segera teratasi, sehingga menghasilkan komponen yang lebih efisien.
8.2 Pengapian elektronik
8.2.1 Pendahuluan
Pengapian elektronik kini dipasang di hampir semua kendaraan dengan pengapian busi. Hal ini karena sistem mekanis konvensional mempunyai beberapa kelemahan besar.
●Masalah mekanis pada kontak pemutus, tak terkecuali adalah terbatasnya masa pakai.●Aliran
arus pada rangkaian primer terbatas pada sekitar 4 A atau kerusakan akan terjadi pada kontak – atau setidaknya masa pakainya akan sangat berkurang.●Peraturan mensyaratkan batasan emisi yang ketat, yang berarti waktu pengapian harus tetap selaras untuk jangka waktu yang lama.
●Campuran yang lebih lemah memerlukan lebih banyak energi dari percikan api untuk
menjamin keberhasilan penyalaan, bahkan pada kecepatan mesin yang sangat tinggi.
Permasalahan ini dapat diatasi dengan menggunakan transistor daya untuk menjalankan fungsi switching dan generator pulsa untuk memberikan sinyal pengaturan waktu. Bentuk awal pengapian elektronik menggunakan pemutus kontak yang ada sebagai penyedia sinyal. Ini adalah langkah ke arah yang benar namun tidak mengatasi semua keterbatasan mekanis, seperti pantulan kontak dan slip waktu. Kebanyakan (semua?) sistem saat ini memiliki energi yang konstan, memastikan pengapian berkinerja tinggi bahkan pada kecepatan mesin tinggi. Gambar 8.6 menunjukkan rangkaian sistem pengapian elektronik standar.
8.2.2 Sistem diam yang konstan
Istilah 'diam' bila diterapkan pada penyalaan adalah ukuran waktu selama koil penyalaan sedang diisi, dengan kata lain saat arus primer mengalir. Masa tinggal dalam sistem konvensional hanyalah waktu selama pemutusan kontak
Gambar 8.7Sistem pengapian OPUS
ditutup. Hal ini sekarang sering dinyatakan sebagai persentase umur satu siklus pengisian- pengosongan. Sistem pengapian elektronik yang menetap secara konstan kini telah digantikan hampir tanpa kecuali oleh sistem energi konstan yang dibahas pada bagian selanjutnya.
Contoh lama namun bagus dari sistem diam konstan adalah pengapian Lucas OPUS (sistem pick-up berosilasi). Gambar 8.7 menunjukkan rakitan generator pulsa dengan amplifier bawaan.
Rotor timing berbentuk drum plastik dengan batang ferit
untuk setiap silinder tertanam di sekitar tepinya.
Rotor ini dipasang pada poros distributor. Pick-up dipasang pada pelat dasar dan terdiri dari inti ferit berbentuk 'E' dengan belitan primer dan sekunder yang dibungkus dalam wadah plastik. Tiga kabel dihubungkan dari pick-up ke modul amplifier.
Modul penguat berisi osilator yang digunakan untuk memberi energi pada belitan pick-up primer, rangkaian penghalusan, dan tahap peralihan daya.
Modus pengoperasian sistem ini adalah osilator mensuplai sinyal AC 470 kHz ke belitan primer pick-up. Ketika tidak ada satu pun batang ferit berada di dekat pick-up, transistor daya memungkinkan pengapian primer mengalir. Saat distributor berputar dan batang ferit melewati pick-up, hubungan magnetik memungkinkan keluaran dari belitan sekunder pick-up. Melalui tahap penghalusan dan tahap daya modul, koil pengapian sekarang akan mati, menghasilkan percikan api.
Meskipun ini adalah sistem yang sangat bagus pada masanya, kondisi diam yang konstan tetap berarti pada mesin yang sangat tinggi
Sistem pengapian175 kecepatan, waktu yang tersedia untuk mengisi koil hanya dapat menghasilkan percikan daya yang lebih rendah. Perhatikan bahwa seiring bertambahnya kecepatan engine, sudut diam atau persentase diam tetap sama namun waktu sebenarnya berkurang.
8.2.3 Sistem energi konstan
Agar sistem pengapian elektronik energi konstan dapat beroperasi, hunian harus meningkat seiring dengan kecepatan mesin. Namun hal ini hanya akan bermanfaat jika koil pengapian dapat diisi hingga kapasitas penuhnya, dalam waktu yang sangat singkat (waktu yang tersedia untuk diam maksimum pada putaran mesin tertinggi yang diharapkan). Untuk tujuan ini, kumparan energi konstan memiliki resistansi yang sangat rendah dan induktansi yang rendah. Nilai resistansi tipikal kurang dari 1 (seringkali 0,5 ). Energi konstan berarti, dalam batas tertentu, energi yang
tersedia untuk busi tetap konstan dalam semua kondisi pengoperasian.
Hanya nilai energi sekitar 0,3 mJ yang diperlukan untuk menyalakan campuran stoikiometri statis. Dalam kasus campuran kurus atau kaya dengan turbulensi tinggi, diperlukan nilai energi sekitar 3–4 mJ. Hal ini menjadikan penyalaan energi yang konstan menjadi penting pada semua kendaraan saat ini untuk memenuhi kriteria emisi dan kinerja yang diharapkan.
Gambar 8.8 adalah diagram blok sistem pengapian energi konstan loop tertutup. Sistem loop terbuka sebelumnya sama tetapi tanpa bagian umpan balik deteksi saat ini.
Karena sifat energi yang tinggi dari koil penyalaan energi konstan, koil tidak dapat dibiarkan tetap menyala lebih dari waktu tertentu.
Hal ini tidak menjadi masalah saat mesin hidup, karena rangkaian penahan arus atau pembatas arus yang bervariasi mencegah koil menjadi terlalu panas. Namun, beberapa bentuk perlindungan harus disediakan ketika kunci kontak dihidupkan tetapi mesin tidak hidup. Hal ini dikenal sebagai 'pemutus arus primer mesin stasioner'.
8.2.4 Generator pulsa efek hall
Prinsip pengoperasian efek Hall dibahas dalam Bab 2. Distributor efek Hall telah menjadi sangat populer di banyak produsen. Gambar 8.9 menunjukkan distributor tipikal dengan sensor efek Hall.
Saat poros tengah distributor berputar, baling- baling yang terpasang di bawah lengan rotor secara bergantian menutupi dan mengungkap chip Hall. Jumlah baling-baling sesuai dengan jumlah silinder. Dalam sistem hunian konstan, hunian ditentukan oleh lebar baling-baling. Baling-baling menyebabkan chip Hall secara bergantian masuk dan keluar dari medan magnet. Hasilnya adalah perangkat yang akan menghasilkan
176Sistem kelistrikan dan elektronik mobilGambar
8.8Pengapian energi konstan
Gambar 8.9Distributor pengapian dengan generator Hall
Gambar 8.10Output sensor efek Hall akan beralih antara 0 V dan sekitar 7 V
hampir berupa keluaran gelombang persegi, yang kemudian dapat dengan mudah digunakan untuk mengganti rangkaian elektronik lebih lanjut. Tiga terminal pada distributor ditandai ' , 0, ', terminalnya Dan , adalah untuk suplai tegangan dan terminal '0' adalah sinyal keluaran. Biasanya, keluaran dari sensor efek Hall akan beralih antara 0 V dan sekitar 7 V seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.10. Tegangan suplai diambil dari ECU pengapian dan, pada beberapa sistem, distabilkan pada sekitar 10 V untuk mencegah perubahan pada keluaran sensor saat mesin dihidupkan.
Distributor efek hall sangat umum karena sinyal akurat yang dihasilkan dan keandalan jangka panjang. Mereka cocok untuk digunakan pada sistem energi tetap dan sistem energi konstan. Pengoperasian Aula
generator pulsa efek dapat dengan mudah diuji dengan voltmeter DC atau probe logika.
Perhatikan bahwa pengujian tidak boleh dilakukan menggunakan ohmmeter karena tegangan dari meteran dapat merusak chip Hall.
8.2.5 Generator pulsa induktif
Generator pulsa induktif menggunakan prinsip dasar induksi untuk menghasilkan sinyal yang khas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.11.
Ada banyak bentuk tetapi semuanya didasarkan pada gulungan kawat dan magnet permanen.
Contoh distributor yang ditunjukkan pada Gambar 8.12 mempunyai kumparan kawat yang dililitkan pada pick-up dan, seiring dengan perputaran reluktor, fluks magnet bervariasi karena adanya puncak pada reluktor. Jumlah puncak, atau gigi, pada reluktor sesuai dengan jumlah silinder mesin. Kesenjangan antara reluctor dan pick-up dapat menjadi penting dan pabrikan telah merekomendasikan pengaturannya.
8.2.6 Generator pulsa lainnya
Sistem awal dikenal sebagai kontak berbantuan transistor (TAC) di mana pemutus kontak berada
Gambar 8.11Generator pulsa induktif menggunakan prinsip dasar induksi untuk menghasilkan sinyal
digunakan sebagai pemicunya. Satu-satunya teknik lain yang telah digunakan dalam skala yang masuk akal adalah generator pulsa optik. Ini melibatkan berkas cahaya terfokus dari dioda pemancar cahaya (LED) dan transistor foto.
Berkas cahaya diinterupsi oleh baling-baling yang berputar, yang menghasilkan keluaran peralihan dalam bentuk gelombang persegi. Penggunaan paling populer untuk sistem ini adalah di pasar purnajual sebagai pengganti pemutus kontak konvensional. Gambar 8.13 menunjukkan prinsip
dasar generator pulsa optik; perhatikan bagaimana sinar difokuskan untuk memastikan peralihan yang akurat.
8.2.7 Kontrol sudut diam (lingkaran terbuka)
Gambar 8.14 menunjukkan diagram rangkaian modul pengapian berukuran transistor. Untuk menjelaskan cara kerja sistem ini, generator pulsa adalah tipe induktif. Untuk memahami bagaimana penghuninya
dikendalikan, penjelasan mengenai keseluruhan rangkaian diperlukan.
Bagian pertama dari rangkaian adalah penstabil tegangan untuk mencegah kerusakan pada komponen apa pun dan untuk memungkinkan tegangan yang diketahui untuk pengisian dan pengosongan kapasitor. Sirkuit ini terdiri dari ZD1dan R1.
Tegangan bolak-balik yang berasal dari generator pulsa tipe induktif harus diubah menjadi pulsa tipe gelombang persegi agar mendapatkan efek yang benar di kotak pemicu. Pembentukan kembali dilakukan oleh saklar ambang elektronik yang dikenal sebagai pemicu Schmitt. Rangkaian ini disebut rangkaian pembentuk pulsa karena fungsinya pada kotak pemicu.
Rangkaian pembentukan pulsa dimulai dengan D4, dioda silikon yang, karena polaritasnya, hanya mengizinkan
Sistem pengapian177
Gambar 8.12Generator pulsa induktif di distributor
pulsa negatif dari tegangan kontrol bolak-balik untuk mencapai basis transistor T1. Generator pulsa tipe induksi dibebani hanya pada fase negatif dari tegangan kontrol bolak-balik karena 178Sistem kelistrikan dan elektronik mobil keluaran energi. Sebaliknya, pada fase positif, generator pulsa tidak dibebani. Oleh karena itu, amplitudo tegangan negatif lebih kecil daripada amplitudo tegangan positif.
Segera setelah tegangan kontrol bolak-balik, mendekati nilai negatif, melebihi ambang batas lama pada input rangkaian pembentuk pulsa, transistor T1 mematikan dan mencegah lewatnya arus. Keluaran dari rangkaian pembentuk pulsa tidak ada arus untuk sementara waktu (anti- diam?). Keadaan peralihan ini dipertahankan sampai tegangan kontrol bolak-balik, yang sekarang mendekati nilai positif, turun di bawah tegangan ambang batas. Transistor T1sekarang mati. Basis T2menjadi positif melalui R5dan T2aktif. Bangsa pengganti ini – T1pada/T2mati atau T1mati/T2on – adalah tipikal pemicu Schmitt dan rangkaian mengulangi tindakan ini terus menerus. Dua dioda yang dihubungkan seri, D2dan D3, disediakan untuk kompensasi suhu.
Dioda D1adalah untuk perlindungan polaritas terbalik.
Energi yang tersimpan dalam koil pengapian dapat dimanfaatkan secara optimal dengan bantuan bagian tinggal di kotak pemicu. Hasilnya adalah tegangan yang cukup tinggi tersedia untuk percikan pada busi pada kondisi pengoperasian mesin apa pun. Kontrol diam menentukan awal periode tinggal. Awal masa tinggal (ketika T3menyala), juga merupakan awal dari pulsa arus persegi panjang yang digunakan untuk memicu transistor T4, yang merupakan tahap pengemudi.
Hal ini pada gilirannya mengaktifkan tahap keluaran.
Sirkuit pewaktuan yang menggunakan elemen RC digunakan untuk menyediakan tempat tinggal variabel. Rangkaian ini secara bergantian mengisi dan melepaskan kapasitor melalui resistor. Ini adalah rangkaian kontrol diam loop terbuka karena kombinasi resistor dan kapasitor memberikan hubungan waktu tetap sebagai fungsi kecepatan mesin.
Kapasitor C5dan resistor R9dan R11 membentuk rangkaian RC. Ketika transistor T2dimatikan, kapasitor C5akan mengenakan biaya melalui R9dan basis emitor T3. Pada putaran mesin rendah, kapasitor akan memiliki waktu untuk mengisi daya hingga hampir 12 V. Selama waktu ini T3dihidupkan dan, melalui T4, T5dan T6, begitu juga koil pengapian. Pada titik penyalaan
T2menyala dan kapasitor C5sekarang dapat dikeluarkan melalui R11dan T2. T3 tetap dimatikan sepanjang waktu C5sedang habis. Ini adalah waktu pengosongan (yang bergantung pada berapa banyak C5telah dikenakan biaya), yang menunda dimulainya periode tunggu berikutnya. Kapasitor
C5akhirnya mulai diisi, melalui R11dan T2, dalam arah yang berlawanan dan, ketika mencapai sekitar 12 V, T3akan menyala kembali. T3tetap menyala sampai T2mati lagi. Ketika kecepatan mesin meningkat, waktu pengisian tersedia untuk kapasitor C5berkurang. Artinya, hal itu akan terjadi
Gambar 8.13Prinsip dasar generator pulsa optikhanya mencapai tegangan yang lebih rendah dan karenanya akan
mengeluarkan muatanGambar 8.14Diagram sirkuit modul pengapian transistor Bosch
lebih cepat. Hal ini mengakibatkan T3dinyalakan lebih awal dan karenanya menghasilkan periode tinggal yang lebih lama. Arus dari transistor driver ini menggerakkan tahap keluaran daya (pasangan Darlington). Pada rangkaian Darlington ini arus mengalir ke basis transistor T5diperkuat menjadi arus yang jauh lebih tinggi, yang dimasukkan ke basis transistor T6. Arus primer yang tinggi kemudian dapat mengalir melalui koil pengapian
melalui transistor T6. Arus primer dialihkan pada sisi kolektor transistor ini. Rangkaian Darlington berfungsi sebagai satu transistor dan sering digambarkan sebagai tahap daya. Komponen yang tidak disebutkan secara khusus dalam penjelasan ini adalah untuk perlindungan terhadap EMF balik (ZD4, D6) dari koil pengapian dan untuk mencegah hunian menjadi terlalu kecil (ZD2dan C4). Kotak pemicu untuk generator pulsa efek Hall berfungsi
dengan cara yang mirip dengan uraian di atas.
Kotak pemicu pengapian hibrida jauh lebih kecil dibandingkan yang menggunakan komponen diskrit. Gambar 8.15 adalah gambar unit lengkap yang khas.
8.2.8 Pembatas arus dan loop tertutup tinggal
Pembatasan arus primer memastikan tidak ada kerusakan yang dapat ditimbulkan pada sistem karena arus primer yang berlebihan, namun juga merupakan bagian dari sistem energi konstan.
Sistem pengapian179 Arus primer diperbolehkan untuk mencapai maksimum yang telah ditentukan sesegera mungkin dan kemudian dipertahankan pada nilai ini. Nilai arus ini dihitung dan kemudian ditentukan sebelumnya selama konstruksi modul penguat. Teknik ini, bila dikombinasikan dengan kontrol sudut diam, dikenal sebagai kontrol loop tertutup karena nilai sebenarnya dari arus primer diumpankan kembali ke tahapan kontrol.
Resistansi yang sangat rendah dan presisi daya tinggi digunakan di sirkuit ini. Resistor dihubungkan secara seri dengan transistor daya dan koil pengapian. Sirkuit penginderaan tegangan yang dihubungkan melalui resistor ini akan diaktifkan pada tegangan yang telah ditentukan sebelumnya (yang sebanding dengan arus), dan akan menyebabkan tahap keluaran menahan arus pada nilai konstan. Gambar 8.16 menunjukkan diagram blok sistem kendali diam loop tertutup.
Pemutusan arus stasioner terjadi ketika kunci kontak hidup tetapi mesin tidak hidup. Hal ini dicapai dalam banyak kasus dengan rangkaian pengatur waktu sederhana, yang akan memotong tahap keluaran setelah sekitar satu detik.
8.2.9 Pengapian pelepasan kapasitor
Pengapian pelepasan kapasitor (CDI) telah digunakan selama bertahun-tahun pada beberapa model Porsche 911 dan beberapa model Ferrari.
Gambar 8.17 menunjukkan diagram blok sistem CDI. CDI bekerja dengan terlebih dahulu menaikkan tegangan baterai menjadi sekitar 400 V (DC), menggunakan osilator dan trafo, diikuti dengan penyearah. Tegangan tinggi ini digunakan untuk mengisi kapasitor. Pada titik penyalaan, kapasitor dilepaskan melalui belitan primer kumparan, seringkali dengan menggunakan thyristor. Pelepasan cepat melalui kumparan primer ini akan menghasilkan keluaran tegangan yang sangat tinggi
Gambar 8.15Modul pengapian transistorbelitan sekunder. Tegangan ini memiliki kecepatan yang sangat
cepatGambar 8.16Sistem kendali diam loop tertutup
180Sistem kelistrikan dan elektronik mobil
Gambar 8.17sistem CDI
waktu naik dibandingkan dengan sistem yang lebih konvensional. Biasanya, waktu naik CDI adalah 3–10 kV/ s dibandingkan dengan sistem induktif murni, yaitu 300–500 V/ S. Waktu naik yang sangat cepat dan tegangan tinggi ini akan memastikan bahwa sumbat yang mengandung karbon atau minyak pun akan menyala. Namun kelemahannya adalah durasi percikan yang singkat, yang dapat menimbulkan masalah terutama pada saat start. Hal ini seringkali diatasi dengan menyediakan fasilitas multi-sparking.
Namun, bila digunakan bersamaan dengan penyalaan langsung (satu kumparan untuk setiap busi) durasi percikan dapat diterima.
8.3 Pengapian terprogram
8.3.1 Ikhtisar
'Pengapian terprogram' adalah istilah yang digunakan oleh beberapa produsen, sementara produsen lain menyebutnya 'electronic spark advance' (ESA). Pengapian elektronik energi konstan merupakan langkah maju yang besar dan masih digunakan pada banyak aplikasi. Namun, keterbatasannya terletak pada masih harus bergantung pada komponen mekanis untuk karakteristik kecepatan dan gerak maju beban.
Dalam banyak kasus, hal ini tidak sesuai dengan kebutuhan mesin secara ideal.
Sistem pengapian terprogram memiliki perbedaan besar dibandingkan dengan sistem sebelumnya, yaitu beroperasi secara digital.
Informasi tentang persyaratan pengoperasian mesin tertentu diprogram ke dalam memori di dalam unit kontrol elektronik. Data untuk penyimpanan dalam ROM diperoleh dari pengujian ketat pada dinamometer mesin dan dari pekerjaan pengembangan lebih lanjut pada kendaraan dalam berbagai kondisi pengoperasian.
Pengapian terprogram memiliki sejumlah keunggulan.
●Waktu pengapian dapat disesuaikan secara akurat dengan masing-masing aplikasi dalam berbagai kondisi pengoperasian.
●Input kontrol lainnya dapat dimanfaatkan seperti suhu cairan pendingin dan suhu udara
sekitar.●Permulaan ditingkatkan dan konsumsi bahan bakar berkurang, begitu pula emisi, dan kontrol idle lebih baik.
●Masukan lain yang bisa diperhitungkan seperti ketukan mesin.
●Jumlah komponen yang aus pada sistem pengapian berkurang secara signifikan.
Pengapian terprogram, atau ESA, dapat menjadi sistem terpisah atau disertakan sebagai bagian dari sistem kendali bahan bakar.
8.3.2 Sensor dan masukan informasi
Gambar 8.18 menunjukkan tata letak sistem pengapian terprogram Rover. Agar ECU dapat menghitung waktu dan keluaran diam yang sesuai, diperlukan informasi masukan tertentu.
Kecepatan dan posisi mesin – sensor poros engkol
Sensor ini merupakan sensor reluktansi yang posisinya seperti terlihat pada Gambar 8.19.
Perangkat ini terdiri dari magnet permanen, belitan, dan inti besi lunak. Itu dipasang di dekat piringan reluctor. Cakram tersebut memiliki 34 gigi, dengan jarak 10° di sekeliling pinggiran cakram. Ia memiliki dua gigi yang hilang, terpisah 180°, pada posisi yang diketahui sebelum TDC (BTDC). Banyak produsen menggunakan teknik ini dengan sedikit perbedaan. Ketika gigi dari piringan reluktor melewati inti sensor, keengganan sirkuit magnetik berubah. Hal ini menginduksi tegangan pada belitan, frekuensi bentuk gelombang sebanding dengan kecepatan mesin.
Gigi yang hilang menyebabkan gelombang keluaran 'tidak terjawab' sehingga posisi mesin dapat ditentukan.
Beban mesin – sensor tekanan absolut manifold
Beban mesin sebanding dengan tekanan manifold di mana kondisi beban tinggi menghasilkan tekanan tinggi dan kondisi beban rendah – seperti
pelayaran – menghasilkan tekanan lebih rendah.
Oleh karena itu, sensor beban adalah transduser tekanan. Mereka dipasang di ECU atau sebagai unit terpisah, dan dihubungkan ke inlet manifold dengan pipa. Pipa sering kali dilengkapi dengan a
Gambar 8.18Sistem pengapian terprogram
Gambar 8.19Posisi sensor poros engkol pengapian terprogram
pembatasan untuk meredam fluktuasi dan perangkap uap untuk mencegah asap bensin mencapai sensor.
Temperatur mesin – sensor cairan pendingin
Pengukuran suhu cairan pendingin dilakukan dengan termistor sederhana, dan dalam banyak kasus sama
Sistem pengapian181
sensor digunakan untuk pengoperasian pengukur suhu dan untuk memberikan informasi ke sistem kontrol bahan bakar. Peta memori terpisah digunakan untuk memperbaiki pengaturan waktu dasar. Pengaturan waktu mungkin diperlambat saat mesin dingin untuk membantu pemanasan lebih cepat.
Detonasi – sensor ketukan
Ketukan pembakaran dapat menyebabkan kerusakan serius pada mesin jika terjadi dalam jangka waktu lama. Ketukan atau ledakan ini disebabkan oleh waktu pengapian yang terlalu cepat. Perbedaannya adalah bahwa mesin, secara umum, akan bekerja paling efisien jika pengaturan waktunya dimajukan sejauh mungkin. Untuk mencapai hal ini, data yang disimpan dalam peta waktu dasar akan sedekat mungkin dengan batas ketukan mesin (lihat Gambar 8.20). Sensor ketukan memberikan margin kesalahan. Sensornya sendiri merupakan akselerometer yang sering kali berjenis piezoelektrik. Itu dipasang di blok mesin antara silinder dua dan tiga pada mesin empat silinder segaris. Mesin Vee memerlukan dua sensor, satu di setiap sisi. ECU merespons sinyal dari sensor ketukan di jendela ketukan mesin untuk setiap silinder – seringkali hanya beberapa derajat di setiap sisi TDC. Hal ini mencegah suara
gemerincing dari mekanisme katup yang diartikan sebagai ketukan. Sinyal dari sensor juga disaring di ECU untuk menghilangkan noise yang tidak diinginkan. Jika ledakan terdeteksi, waktu pengapian dilambatkan pada pulsa pengapian keempat setelah deteksi (mesin empat silinder) secara bertahap hingga ketukan tidak terdeteksi lagi.
182Sistem kelistrikan dan elektronik mobil Langkah-langkahnya bervariasi antar produsen, tetapi biasanya sekitar 2 °. Waktunya kemudian dimajukan secara perlahan dalam beberapa langkah, katakanlah 1°, selama beberapa putaran mesin, hingga gerak maju yang diperlukan oleh memori dipulihkan. Kontrol yang baik ini memungkinkan mesin dijalankan mendekati batas ketukan tanpa risiko kerusakan mesin.
Tegangan baterai
Koreksi pada pengaturan diam diperlukan jika tegangan baterai turun, karena suplai tegangan yang lebih rendah ke koil akan memerlukan angka tinggal yang sedikit lebih besar. Informasi ini sering kali disimpan dalam bentuk peta koreksi diam.
Gambar 8.20Sudut waktu yang ideal untuk sebuah mesin
8.3.3 Unit kendali elektronik
Seiring dengan meningkatnya kecanggihan sistem, informasi yang disimpan dalam chip memori ECU juga meningkat. Versi sebelumnya dari sistem pengapian terprogram yang diproduksi oleh Rover mencapai akurasi dalam waktu pengapian 1,8°
sedangkan distributor konvensional adalah 8°.
Informasi yang diperoleh dari pengujian dinamometer serta pengujian berjalan pada kendaraan disimpan dalam ROM. Peta waktu dasar terdiri dari waktu pengapian yang benar untuk 16 kecepatan mesin dan 16 kondisi beban mesin. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 8.21 menggunakan representasi kartografi.
Peta tiga dimensi terpisah digunakan yang memiliki delapan lokasi kecepatan dan delapan suhu. Ini digunakan untuk menambahkan koreksi suhu cairan pendingin mesin ke pengaturan waktu dasar. Hal ini meningkatkan fleksibilitas berkendara dan dapat digunakan untuk mengurangi waktu pemanasan mesin. Data juga dikenakan koreksi beban tambahan di bawah 70°C. Gambar 8.22 menunjukkan diagram alir yang mewakili pemilihan logis pengaturan pengapian optimal. Perlu diperhatikan bahwa ECU juga akan melakukan koreksi pada sudut diam, baik sebagai fungsi putaran mesin untuk menghasilkan keluaran energi yang konstan maupun koreksi akibat perubahan tegangan baterai. Tegangan baterai yang lebih rendah akan memerlukan waktu tunggu yang sedikit lebih lama dan tegangan yang lebih tinggi akan memerlukan waktu tunggu yang sedikit lebih singkat.
Khas dari kebanyakan sistem 'komputer', diagram blok seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.23 dapat mewakili ECU pengapian yang diprogram. Sinyal masukan diproses dan data yang diberikan disimpan dalam RAM. Itu
Gambar 8.21Peta kartografi yang menunjukkan bagaimana waktu pengapian disimpan di ECU
program dan data yang telah ditentukan sebelumnya disimpan dalam ROM. Dalam sistem ini mikrokontroler digunakan untuk melaksanakan urutan eksekusi pengambilan yang diminta oleh program. Informasi yang dikumpulkan dari sensor diubah menjadi representasi digital dalam sirkuit A/D. Rover, sama seperti banyak pabrikan lainnya, menggunakan sensor tekanan terpasang yang terdiri dari ruang aneroid dan pengukur regangan untuk menunjukkan beban mesin.
Diagram alir yang digunakan untuk mewakili program yang disimpan di ROM, di dalam ECU, ditunjukkan pada Gambar 8.22. Program shareware Windows 95/98/2000 yang menyimulasikan sistem pengapian (serta banyak lainnya
sistem) tersedia untuk diunduh dari situs web saya (detailnya ada di Kata Pengantar).
Keluaran pengapian
Output dari suatu sistem, seperti pengapian terprogram ini, sangat sederhana. Tahap keluaran, secara umum
Gambar 8.22Diagram alir perhitungan pengapian
Sistem pengapian183 dengan sebagian besar pengapian elektronik, terdiri dari transistor tugas berat yang merupakan bagian dari, atau digerakkan oleh, pasangan Darlington. Ini hanya untuk memungkinkan arus primer pengapian yang tinggi dapat dikontrol.
Tombol
Gambar 8.23Khas pada kebanyakan sistem 'komputer', ECU pengapian terprogram dapat diwakili oleh diagram blok
184Sistem kelistrikan dan elektronik mobil titik mati kumparan akan mengontrol waktu pengapian dan titik nyala akan mengontrol periode diam.
Distribusi HT
Distribusi tegangan tinggi mirip dengan sistem yang lebih konvensional. Namun lengan rotor dipasang pada ujung poros bubungan dengan tutup distributor diposisikan di atas. Bahan yang digunakan untuk tutupnya dikenal dengan nama Velox, yang mirip dengan jenis epoksi namun memiliki karakter kelistrikan yang lebih baik – misalnya, tidak mudah terlacak. Tutup distributor dipasang pada pelat dasar yang terbuat dari Crasline yang, selain berfungsi sebagai titik pemasangan, mencegah kebocoran oli dari segel poros bubungan yang mengotori tutup dan lengan rotor. Fungsi penting lainnya dari pelat pemasangan adalah untuk mencegah penumpukan gas berbahaya seperti ozon dan oksida nitrat dengan membuangnya ke atmosfer. Gas-gas ini dihasilkan oleh aksi elektrolitik percikan api saat ia melompati celah udara antara lengan rotor dan segmen tutup. Lengan rotor juga terbuat dari Crasline dan diperkuat dengan sisipan logam untuk menghilangkan tegangan pemasangan.
8.4 Pengapian tanpa distributor
8.4.1 Prinsip pengoperasian
Pengapian tanpa distributor memiliki semua fitur sistem pengapian terprogram tetapi, dengan menggunakan koil pengapian jenis khusus, menghasilkan keluaran ke busi tanpa memerlukan distributor HT.
Sistem ini umumnya hanya digunakan pada mesin empat silinder karena sistem kendali menjadi lebih kompleks untuk angka yang lebih tinggi. Prinsip dasarnya adalah 'percikan yang hilang'. Pendistribusian percikan api dilakukan dengan menggunakan dua kumparan berujung ganda, yang ditembakkan secara bergantian oleh ECU. Waktunya ditentukan dari kecepatan poros engkol dan sensor posisi serta beban dan koreksi lainnya. Ketika salah satu kumparan ditembakkan, percikan api dialirkan ke dua silinder mesin, baik 1 dan 4, atau 2 dan 3. Percikan yang dialirkan ke silinder pada langkah kompresi akan menyalakan campuran seperti biasa. Percikan api yang dihasilkan pada silinder lain tidak akan berpengaruh karena silinder ini baru saja menyelesaikan langkah habisnya.
Karena rendahnya kompresi dan gas buang pada silinder ‘hilang percikan’, tegangan yang digunakan percikan untuk melompati celah hanya sekitar 3 kV. Hal ini mirip dengan lengan rotor konvensional untuk membatasi tegangan. Oleh karena itu, percikan api yang dihasilkan dalam silinder kompresi tidak terpengaruh.
Gambar 8.24sistem pengapian DIS
Hal yang menarik di sini adalah percikan api pada salah satu silinder akan meloncat dari elektroda bumi ke pusat busi. Bertahun-tahun yang lalu hal ini tidak dapat diterima, karena kualitas
percikan ketika melompat dengan cara ini tidak akan sebaik ketika melompat dari elektroda tengah. Namun, energi yang tersedia dari sistem energi konstan modern akan menghasilkan percikan dengan kualitas yang sesuai di kedua arah. Gambar 8.24 menunjukkan tata letak sistem distributorless ignition system (DIS).
8.4.2 Komponen sistem
Sistem DIS terdiri dari tiga komponen utama:
modul elektronik, sensor posisi poros engkol, dan koil DIS. Dalam banyak sistem, sensor tekanan absolut berlipat ganda terintegrasi dalam modul.
Modul berfungsi dengan cara yang hampir sama seperti yang telah dijelaskan untuk sistem penggerak percikan elektronik yang dijelaskan sebelumnya.
Sensor posisi poros engkol serupa cara kerjanya dengan yang dijelaskan pada bagian sebelumnya. Ini juga merupakan sensor keengganan dan ditempatkan di depan roda gila atau di roda reluktor tepat di belakang poros engkol depan. Pola gigi terdiri dari 35 gigi. Ini diberi jarak pada interval 10° dengan celah di mana gigi ke-36 berada. Gigi yang hilang diposisikan pada 90° BTDC untuk silinder nomor 1 dan 4. Posisi referensi ini ditempatkan beberapa derajat sebelum titik mati atas, agar waktu atau titik penyalaan dapat dihitung sebagai sudut tetap setelahnya. tanda referensi.
Belitan tegangan rendah disuplai dengan tegangan baterai ke terminal tengah. Separuh belitan yang sesuai kemudian dialihkan ke bumi di
Gambar 8.25kumparan DIS
modul. Gulungan tegangan tinggi terpisah dan khusus untuk silinder 1 dan 4, atau 2 dan 3.
Gambar 8.25 menunjukkan kumparan DIS yang khas.
8.5 Pengapian langsung
8.5.1 Gambaran umum
Pengapian langsung merupakan kelanjutan dari penyalaan tanpa distributor. Sistem ini menggunakan kumparan induktif untuk setiap silinder. Kumparan ini dipasang langsung pada busi. Gambar 8.26 menunjukkan penampang koil penyalaan langsung. Penggunaan kumparan individual untuk setiap steker memastikan bahwa waktu naik untuk belitan primer dengan induktansi rendah sangat cepat. Hal ini memastikan bahwa tegangan yang sangat tinggi, percikan energi tinggi dihasilkan. Tegangan ini, yang dapat melebihi 40 kV, memberikan inisiasi proses pembakaran yang efisien pada kondisi start dingin dan dengan campuran lemah. Beberapa sistem pengapian langsung menggunakan pengapian pelepasan kapasitor.
Untuk mengganti koil pengapian, digunakan unit penyala. Ini dapat mengontrol hingga tiga kumparan dan hanya merupakan tahapan daya dari unit kontrol tetapi dalam wadah terpisah. Hal ini memungkinkan lebih sedikit gangguan yang terjadi pada ECU utama karena peralihan arus yang besar dan kabel yang lebih pendek yang membawa arus yang lebih tinggi.
8.5.2 Pengendalian penyalaan
Waktu pengapian dan waktu diam dikontrol dengan cara yang mirip dengan sistem terprogram yang telah dijelaskan sebelumnya. Satu tambahan penting pada beberapa sistem adalah sensor camshaft untuk memberikan informasi
Sistem pengapian185
Gambar 8.26Sistem pengapian langsung
mengenai silinder mana yang melakukan langkah kompresi. Sebuah sistem yang tidak memerlukan sensor untuk menentukan silinder mana yang sedang dalam kompresi (posisi mesin diketahui dari sensor engkol) menentukan informasi dengan terlebih dahulu menembakkan semua kumparan.
Tegangan pada busi memungkinkan pengukuran arus untuk setiap percikan api dan akan menunjukkan silinder mana yang berada pada langkah pembakarannya. Ini berhasil karena campuran yang terbakar memiliki resistansi yang lebih rendah. Silinder dengan arus tertinggi pada saat ini akan menjadi silinder pada langkah pembakaran.
Ciri lebih lanjut dari beberapa sistem adalah kasus ketika mesin dihidupkan terlalu lama, sehingga menyebabkan kemungkinan terjadinya banjir. Semua busi dinyalakan dengan multispark selama jangka waktu tertentu setelah pengapian dibiarkan pada posisi hidup selama 5 detik. Ini akan membakar sisa bahan bakar.
Selama kondisi start yang sulit, multispark juga digunakan oleh beberapa sistem selama putaran engkol 70° sebelum TMA. Hal ini membantu saat start dan kemudian, setelah mesin hidup, pengaturan waktu akan kembali ke posisi normal yang telah dihitung.
8.6 Busi
8.6.1 Persyaratan fungsional
Persyaratan sederhana dari busi adalah harus memungkinkan terjadinya percikan api di dalam pembakaran
186Sistem kelistrikan dan elektronik mobil
Gambar 8.27Konstruksi busi
ruang, untuk memulai pembakaran. Untuk melakukan hal ini, steker harus tahan terhadap sejumlah kondisi yang parah. Perhatikan, sebagai contoh, mesin empat langkah empat silinder dengan rasio kompresi 9 : 1, berjalan pada kecepatan hingga 5000 putaran/menit. Kondisi berikut ini umum terjadi. Pada kecepatan ini siklus empat langkah akan berulang setiap 24 ms.
●Akhir langkah induksi –0,9 bar pada 65 °C.●Titik bakar pengapian –9 bar pada 350 °C.●Nilai tertinggi selama power stroke –45 bar pada 3000
°C.
●Pukulan tenaga selesai –4 bar pada 1100 °C.
Selain kondisi di atas, busi harus tahan terhadap getaran parah dan lingkungan kimia yang keras.
Terakhir, namun mungkin yang paling penting, sifat insulasi harus menahan tekanan tegangan hingga 40 kV.
8.6.2 Konstruksi
Gambar 8.27 menunjukkan busi standar dan resistor. Elektroda tengah dihubungkan ke terminal atas melalui tiang. Elektroda terbuat dari paduan berbasis nikel. Perak dan platinum juga digunakan untuk beberapa aplikasi. Jika inti tembaga digunakan dalam elektroda, ini meningkatkan sifat konduksi termal.
Bahan isolasinya berbahan dasar keramik dan bermutu sangat tinggi. Aluminium oksida, Al2HAI3(95%
murni), adalah pilihan yang populer, diikat ke bagian logam dan dilapisi pada permukaan luar.
Sifat-sifat bahan ini yang membuatnya paling cocok adalah sebagai berikut:
●Modulus Young: 340 kN/mm2.
●Koefisien muai panas: 7,8 10 K 1.●Konduktivitas termal: 15–5 W/m K (Kisaran 200–900 ° C).
●Hambatan listrik: 1013 /M.
Daftar di atas dimaksudkan sebagai panduan saja, karena nilai sebenarnya dapat sangat bervariasi dengan sedikit perubahan manufaktur. Segel kaca penghantar listrik antara elektroda dan tiang terminal juga digunakan sebagai resistor. Resistor ini mempunyai dua fungsi. Pertama, untuk mencegah terbakarnya elektroda tengah, dan kedua, untuk mengurangi interferensi radio.
Dalam kedua kasus, efek yang diinginkan tercapai karena resistor meredam arus pada saat penyalaan.
Flash-over, atau melacak bagian luar insulasi busi, dicegah dengan rusuk yang secara efektif meningkatkan jarak permukaan dari terminal ke baut pemasangan logam, yang tentu saja dibumikan ke mesin.
8.6.3 Kisaran panas
Karena banyaknya dan beragam fitur konstruksi yang terlibat dalam desain mesin, kisaran suhu di mana busi terkena, dapat
Sistem pengapian187 bervariasi secara signifikan. Suhu pengoperasian
elektroda tengah busi sangat penting. Jika suhu menjadi terlalu tinggi maka pra-penyalaan
dapat terjadi seiring dengan terbentuknya campuran bahan bakar-udara menyala akibat pijaran steker listrik
melangkah. Sebaliknya jika elektroda tempera
suhu terlalu rendah maka pengotoran karbon dan minyak dapat terjadi karena simpanan tidak terbakar. Pengotoran pada steker
hidung dapat menyebabkan shunt (rangkaian paralel dengan celah percikan). Hal ini telah dibuktikan melalui eksperimen
tion dan pengalaman yang merupakan temperamen operasi yang ideal sifat elektroda steker adalah antara 400 dan
900 °C. Gambar 8.28 menunjukkan berapa suhunya elektroda berubah seiring dengan keluaran tenaga mesin. Kisaran panas busi merupakan ukuran kemampuannya untuk memindahkan panas dari elektroda tengah. Mesin yang berjalan panas akan memerlukan busi dengan kemampuan
pembebanan termal yang lebih tinggi
dibandingkan mesin yang berjalan lebih dingin.
Perhatikan bahwa pengoperasian mesin yang panas dan dingin dalam pengertian ini mengacu pada suhu pembakaran dan bukan efisiensi sistem
pendingin.
Faktor-faktor berikut menentukan kapasitas termal busi.
●Panjang hidung isolator.
●Bahan elektroda.
●Panjang kontak benang.
●Proyeksi elektroda.
Semua faktor ini saling bergantung satu sama lain
dan posisi busi pada mesin juga mempunyai pengaruh tertentu.
Telah ditemukan bahwa proyeksi elektroda yang lebih panjang membantu mengurangi masalah pengotoran akibat pengoperasian dengan daya rendah, mengemudi dalam kondisi berhenti- jalan, dan kondisi ketinggian. Untuk menggunakan proyeksi elektroda yang lebih besar, diperlukan konduksi termal dengan kualitas yang lebih baik untuk memungkinkan perpindahan panas yang sesuai pada keluaran daya yang lebih tinggi.
Gambar 8.29 menunjukkan jalur penghantar panas busi dan perubahan desain rentang panas.
Ditampilkan juga kisaran nomor bagian colokan NGK.
8.6.4 Bahan elektroda
Bahan yang dipilih untuk elektroda busi harus mempunyai sifat sebagai berikut:
●Konduktivitas termal yang tinggi.
●Ketahanan korosi yang tinggi.
●Resistensi tinggi terhadap pembakaran.
Untuk aplikasi normal, paduan nikel digunakan sebagai bahan elektroda. Kromium, mangan, silikon dan magnesium adalah contoh paduannya
Gambar 8.28Temperatur elektroda busi berubah seiring dengan keluaran tenaga mesin
pengembangan aplikasi tertentu. Kesenjangan sumbat di kisaran 0,6–1,2 mm tampaknya menjadi hal yang lumrah saat ini.
8.6.6 Busi beralur V
Steker beralur V merupakan pengembangan dari NGK yang dirancang untuk mengurangi pendinginan elektroda dan memungkinkan bagian depan nyala api lebih mudah berkembang dari percikan api. Hal ini dicapai dengan membentuk ujung elektroda menjadi bentuk 'V', seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.31.
Hal ini memungkinkan percikan terbentuk di sisi elektroda, sehingga memberikan perambatan yang lebih baik
Gambar 8.31Steker beralur V
Gambar 8.32Pengapian busi beralur V, disertai grafik yang menunjukkan potensi peningkatan jika dibandingkan dengan busi konvensional
bagian depan nyala api dan pemadaman yang lebih sedikit karena kontak dengan bumi dan elektroda tengah. Gambar 8.32 menunjukkan sumbat beralur V yang menyala bersama-sama dengan indikasi grafis mengenai potensi peningkatan jika dibandingkan dengan sumbat konvensional.
8.6.7 Memilih steker yang benar
Ada dua metode yang sering digunakan untuk menentukan busi terbaik untuk aplikasi tertentu.
Pada dasarnya kisaran suhulah yang paling penting. Metode pertama untuk menilai suhu sumbat
adalah busi termokopel, seperti ditunjukkan pada Gambar 8.33. Hal ini memungkinkan pengukuran yang cukup akurat
Gambar 8.33Busi termokopel
suhu tetapi tidak memungkinkan pengujian dilakukan untuk semua jenis steker.
Metode kedua adalah teknik pengukuran arus ionik. Ketika pembakaran telah dimulai, konduktivitas dan pola aliran arus melintasi celah sumbat merupakan indikasi yang sangat baik mengenai beban termal pada sumbat. Proses ini memungkinkan pencocokan kisaran panas busi secara akurat untuk setiap mesin, serta menyediakan data suhu pembakaran mesin uji.
Teknik ini mulai digunakan sebagai umpan balik pada sistem manajemen mesin untuk membantu pengendalian yang akurat.
Di pasar purnajual, memilih steker yang tepat adalah soal menggunakan katalog suku cadang dari produsen.
8.6.8 Pengembangan busi
Sebagian besar perkembangan teknologi busi bersifat inkremental. Tren terkini adalah penggunaan busi platina dan pengembangan busi yang akan tetap berada dalam parameter yang dapat diterima untuk jangka waktu lama (yaitu melebihi 50.000 mil/80.000 km).
Beberapa colokan elektroda berkontribusi terhadap umur panjang dan keandalan. Namun perlu diperhatikan bahwa busi ini hanya menghasilkan satu percikan pada salah satu listrik
Sistem pengapian189
Gambar 8.34Busi platina
melangkah setiap kali mereka menembak.
Percikan api akan melintasi jalur yang hambatannya paling kecil dan ini juga tidak akan menjadi jalur yang akan menghasilkan penyalaan terbaik atau permulaan pembakaran. Demikian pula, laju keausan tersebar pada dua atau lebih elektroda. Steker listrik ganda ditunjukkan pada Gambar 8.30. Gambar 8.34 menunjukkan busi platina.
8.7 Studi kasus
8.7.1 Pendahuluan
Kebanyakan sistem pengapian modern digabungkan dengan sistem manajemen bahan bakar. Untuk alasan ini saya punya
190Sistem kelistrikan dan elektronik mobil
Gambar 8.35Perakitan pengapian terintegrasi Toyota
Gambar 8.36Sirkuit pengapian terintegrasi Toyota
studi kasus lama yang dipilih. Saya bahkan telah melakukan pemutusan kontak, karena takut kita lupa cara kerjanya!
8.7.2 Pengapian terintegrasi perakitan (Toyota)
Gambar 8.35 menunjukkan komponen rakitan pengapian terintegrasi. Generator pulsa, koil pengapian
dan penyala (modul) semuanya terpasang pada distributor. Unit ini berisi anak timbangan gerak maju konvensional dan unit gerak maju yang sensitif terhadap vakum/beban. Ini juga berfungsi sebagai pemilih oktan.
Diagram rangkaian ditunjukkan pada Gambar 8.36. Hal ini menunjukkan bagaimana rotor induktif memicu pasangan Darlington di unit penyala untuk mengoperasikan kumparan primer.
Sistem pengapian191 Memasang semua komponen sebagai satu unit bisa
menyebabkan masalah panas berlebih. Jika sistem dis terbungkus maka minyak heatsink apa pun harus terganggu diganti.
8.7.3 Pengapian pemutus kontak (banyak mobil tua)
Gambar 8.4, di awal bab ini, menunjukkan rangkaiannya dari sistem pengapian pemutus kontak yang khas. dis
distributor berputar dengan kecepatan setengah mesin, dan cam menyebabkan kontak untuk membuka dan menutup. Tindakan peralihan ini
menghidupkan dan mematikan aliran arus pada kumparan primer yang, melalui induksi timbal balik, menghasilkan tegangan tinggi pada belitan sekunder. Tegangan ini didistribusikan
dalam bentuk percikan melalui tutup dan lengan rotor.
Distributor lengkap ditunjukkan pada Gambar 8.37 dengan bobot gerak maju sentrifugal dan vakum kapsul. Saat kecepatan mesin meningkat, bobotnya terbang keluar di bawah kendali pegas. Langkah ini ment menyebabkan cam pada poros tengah atas distributor berputar melawan arah putaran
dari poros bawah. Ini akan membuka kontak sebelumnya siklus, sehingga memajukan waktu pengapian.
Unit penggerak vakum menggerakkan pelat dasar
di mana kontak diamankan, sebagai respons terhadap perubahan
dalam beban mesin. Ini mempunyai pengaruh paling besar selama berlayar karena diperlukan uang muka untuk membakar campuran yang lebih lemah digunakan dalam kondisi ini.
Gambar 8.20 menunjukkan karakteristik lanjutan dari distributor jenis ini. Garis lurusnya juga tidak
umumnya digambarkan sebagai kurva muka.
8.7.4 Busi Bosch –
100 tahun pembangunan
Sekarang sudah hampir seratus tahun sejak Bosch pre dikirim busi pertama dikombinasi dengan high
sistem pengapian magneto tegangan. Pada tanggal 7 Januari, 1902 perusahaan dianugerahi paten untuk ini
pembangunan yang inovatif. Bosch yang andal
sistem pengapian memecahkan apa yang dilihat Carl Benz sebagai masalah utama teknologi otomotif awal.
Seiring dengan perbaikan teknologi produksi ogy busi-lah yang meletakkan fondasinya untuk peningkatan pesat dalam produksi mobil selama beberapa dekade berikutnya. Akibatnya, tiba saatnya semua orang mampu membeli mobil.
Saat ini busi Bosch, yang telah dikembangkan dan ditingkatkan terus menerus selama beberapa dekade, merupakan komponen sistem utama yang memainkan peran penting dalam penghematan bahan bakar, pembakaran yang bersih dan efisien serta pengoperasian mesin dan konverter katalitik yang andal. Meskipun kinerja busi mengalami peningkatan yang luar biasa, masa manfaat busi adalah
Gambar 8.37Hubungi distributor pemutus
sekarang sekitar 20.000 hingga 30.000 km, sekitar 20 hingga 30 kali lebih tinggi dibandingkan angka 90 tahun yang lalu. Beberapa busi khusus bahkan mempunyai masa pakai 100.000 km (Gambar 8.38).
Bosch terus beradaptasi dengan perkembangan baru dalam teknologi mesin seperti kepala silinder empat katup atau mesin campuran ramping. Yang terbaru
192Sistem kelistrikan dan elektronik mobil
contoh (2003–4) adalah Volkswagen Lupo FSI, itu mobil pertama yang diproduksi secara massal dengan konsumsi yang sangat rendah mesin bensin menampilkan injeksi langsung dan pengisian bertingkat. Bosch memasok seluruh suntikan sistem pengapian dan pengapian serta pengembangan khusus membuka busi. Kunjungi www.bosch.com situs web untuk menemukan konektor yang tepat untuk aplikasi apa pun.
Varian desain dan bahan khusus seperti platinum atau yttrium memungkinkan busi Bosch digunakan dalam berbagai macam aplikasi. Tak terhitung berbagai jenis busi juga dapat diproduksi dengan mengubah jenis, jumlah dan bentuk elektroda. Katalog busi Bosch terkini mencakup 26 desain elektroda yang berbeda. Semua ini kemungkinan membantu mesin bertemu dengan lebih ketat batas emisi sekaligus memastikan lebih besar efisiensi dan output daya yang lebih tinggi (Gambar 8.39).
Pada tahun 1902 Bosch memproduksi sekitar 300 busi.
Sekarang pabrik perusahaan di Bamberg saja sudah pro menghasilkan sekitar satu juta busi setiap berfungsi hari dan produksi di seluruh dunia adalah sekitar 350 juta
busi per tahun.
Bosch juga memproduksi busi ke dunia Bosch standar kualitas yang luas di pabrik di India, Brasil, Cina dan Rusia untuk pasar dan manufaktur lokal ers. Secara total, Bosch telah memproduksi lebih banyak lagi dari tujuh miliar busi. Diletakkan ujung ke ujung, mereka
Gambar 8.38Bahan inti busi penting untuk performa
(Sumber: Bosch Press) akan membentang lebih dari 350.000 kilometer –
sampai ke bulan!
Busi Bosch 100 tahun – yang menarik:
1902Bosch diberikan paten untuk busi jenis baru yang dikombinasikan dengan magneto tegangan tinggi pada tanggal 7 Januari 1902. Sistem pertama dipasok ke Daimler-Motorengesellschaft di Bad Cannstatt pada tanggal 24 September 1902
1902(dan seterusnya) Dalam beberapa tahun pertama, produksi berjumlah beberapa ratus unit per tahun1914Pabrik busi pertama didirikan di Stuttgart
1927Bosch memperkenalkan istilah 'kisaran panas', yang tetap menjadi ukuran standar kapasitas termal busi (penting untuk adaptasi ideal busi pada mesin tertentu) hingga saat ini.
1939Pabrik busi Bamberg didirikan
1953Busi Bosch dengan elektroda tengah komposit memastikan start dingin yang andal dan umur servis yang lebih lama digunakan pada sayap camar Mercedes Benz 300 SL
1968Pabrik Bamberg memproduksi busi yang ke satu miliar
1976Produksi massal sumbat termoelastik dengan elektroda tengah komposit dimulaitahun 1980-anBusi disesuaikan dengan perubahan bahan bakar dan desain mesin yang membuat motor lebih bersih, lebih ekonomis dan lebih efisien (bensin bebas timbal, catalytic converter, empat katup per silinder, lean mix, dll.)1983Elektroda pusat platinum dan material komposit dengan paduan logam mulia meningkatkan masa pakai busi hingga lebih dari 60.000 km
1991Busi Bosch dengan celah permukaan/udara mencegah pengotoran karbon, penyimpangan waktu, dan misfire bahkan dalam pengoperasian dengan perjalanan singkat yang sering
1995Bahan elektroda nikel yttrium memperpanjang masa pakai busi2000Busi Bosch yang ke tujuh miliar diproduksi
2000Pasokan busi yang dibuat khusus untuk mesin bensin stratified charge injeksi langsung pertama (dengan sistem pengapian dan injeksi juga dipasok oleh Bosch)
2002(7 Januari) Peringatan 100 tahun busi Bosch yang pertama.
Gambar 8.39Busi empat elektroda (Sumber: Bosch Press) Menarik untuk dicatat bahwa busi standar
mempunyai hingga 100 percikan per detik atau lebih dari 20 juta percikan selama masa pakai 20.000 km. Kondisi kerja busi mencakup tegangan hingga 30.000 V, suhu hingga 10.000 ° C dan tekanan hingga 100 bar, serta campuran yang sangat agresif dari uap bensin panas, produk pembakaran, dan residu bahan bakar-minyak.
8.7.5 Ikhtisar pengapian
Sistem pengapian modern kini menjadi bagian dari manajemen mesin, yang mengontrol pengiriman bahan bakar, pengapian, dan fungsi kendaraan lainnya. Sistem ini terus dikembangkan dan referensi ke manual bengkel pabrikan sangat penting saat mengerjakan kendaraan apa pun.
Komponen utama pengapian adalah sensor putaran dan beban mesin, sensor ketukan, sensor temperatur dan koil pengapian. ECU membaca dari sensor, menafsirkan dan membandingkan data, dan mengirimkan sinyal keluaran ke aktuator. Komponen keluaran untuk penyalaan adalah koil. Beberapa bentuk pengapian elektronik kini dipasang pada semua kendaraan dengan pengapian percikan (Gambar 8.40).
Agar sistem pengapian elektronik energi konstan dapat beroperasi, hunian harus meningkat seiring dengan kecepatan mesin. Namun hal ini hanya akan bermanfaat jika koil pengapian dapat diisi hingga kapasitas penuhnya dalam waktu yang sangat singkat. Energi konstan berarti, dalam batas tertentu, energi yang tersedia untuk membuat percikan api pada busi tetap konstan selama pengoperasian
Sistem pengapian193
Gambar 8.40Distributor pengapian elektronik energi konstan dan modul pengapian
kondisi. Hanya nilai energi sekitar 0,3 mJ yang diperlukan untuk menyalakan campuran stoikiometri statis (proporsi ideal). Akan tetapi, pada campuran yang kurus atau kaya, serta turbulensi yang tinggi, diperlukan nilai energi sekitar 3 hingga 4 mJ. Hal ini menjadikan penyalaan energi yang konstan menjadi penting pada semua kendaraan saat ini sehingga dapat memenuhi persyaratan emisi dan kinerja.
Pengapian terprogram adalah istilah yang digunakan oleh beberapa produsen untuk pengapian yang dikontrol secara digital; yang lain menyebutnya electronic spark advance (ESA).
Pengapian elektronik energi konstan merupakan langkah besar bagi bangsal dan masih digunakan pada banyak kendaraan, bersama dengan distributor standar. Namun, keterbatasannya terletak pada masih harus bergantung pada komponen mekanis untuk karakteristik kecepatan dan gerak maju beban. Dalam banyak kasus, hal ini tidak sesuai dengan kebutuhan mesin secara ideal. Dengan sistem digital, informasi tentang kebutuhan pengoperasian mesin tertentu diprogram ke dalam memori di dalam unit kontrol elektronik. Data ini, disimpan dalam read only memory (ROM), diperoleh dari pengujian pada dinamometer mesin dan kemudian dalam berbagai kondisi pengoperasian (Gambar 8.41).
Pengapian tanpa distributor memiliki semua fitur sistem pengapian terprogram tetapi, dengan menggunakan jenis koil pengapian khusus, busi dapat dioperasikan tanpa memerlukan distributor.
Prinsip dasarnya adalah ‘percikan yang hilang’.
Pada mesin empat silinder, distribusi percikan api dilakukan dengan menggunakan dua kumparan berujung ganda, yang ditembakkan secara bergantian oleh ECU. Waktunya ditentukan dari kecepatan poros engkol dan sensor posisi serta beban dan koreksi lainnya. Ketika salah satu kumparan ditembakkan, percikan api dialirkan ke dua silinder mesin, baik 1 dan 4, atau 2 dan 3.
Percikan yang dialirkan ke silinder pada langkah kompresi akan menyalakan campuran seperti biasa. Percikan api yang dihasilkan pada silinder lain tidak akan berpengaruh karena silinder ini baru saja menyelesaikan langkah buangnya.
194Sistem kelistrikan dan elektronik mobilGambar
