CARA KERJA SISTEM PENGAPIAN ESA (Electronic Spark Advance)

Sistem pengapian merupakan salah satu jantung utama dari kinerja sebuah mesin bensin. Ada 3 elemen utama sebuah mesin:

^tekanan kompresi yang tinggi contohnya 13:1

^saat pengapian yang tepat dan bunga api yang kuat (disinilah fungsi sistem pengapian)

^campuran udara dan bahan bakar yang baik 

Jadi fungsi utama sistem pengapian adalah SAAT PENGAPIAN YANG TEPAT DAN BUNGA API YANG KUAT  dari sinilah semua sistem pengapian berawal mulai dari sistem pengapian platina> sistem pengapian transistor> IIA integrated ignition assembly>ESA electronic spark advance & VAST variable advance spark timing. Contoh penggunaan:

1.     Sistem platinaè kijang mesin 5K

2.     Sistem pengapian transistor è ???

3.     Sistem pengapian IIAè???

4.     Sistem ESAè avanza, innova dan lain2

5.     Sistem VASTè mesin 2S-E,22R-E,22R-TE,4Y-E, dan 4A-GE corolla.

Dari fungsi sistem pengapian diatas terdapat syarat-syarat yang harus dipenuhi :

1.     Bunga api yang kuat ??? pada saat campuran bahan bakar  dikompresikan didalam silinder, sangat sulit bagi bunga api untuk melewati udara (ini disebabkan udara mempunyai tahanan listrik dan tahanan ini naik pada saat udara dikompresikan) atau dengan kata lain semakin tinggi tekanan kompresi berarti semakin tinggi tahananya

2.     Saat pengapian yang tepat??? Apabila pengapian tidak tepat bisa terjadi knocking/ngeitik yang disebabkan oleh pengapian yang lebih awal dari pada sudut yang sudah ditentukan, semisal sudut pengapian untuk rpm 700 adalah 5’BTDC(before top dead center) tetapi busi sudah memercikan bunga api pada 10’ BTDC maka akan menyebabkan tekanan maksimalnya piston pada BTDC bukan ATDC akibat yang paling umum dari nglitik untuk kendaraan standar adalah terdapatnya kerak bahan bakar yang menempel pada kepala piston, untuk mobil-mobil yang perbandingan kompresi silindernya tinggi maka akan membuat lubang pada piston dan lama kelamaan aka menembus piston. Selain ngelitik juga bisa terjadi gejala ngempos/ berkurangnya tenaga yang diakibatkan oleh penyetelan waktu pengapian yang terlalu retard atau mundur semisal 5’BTDC menjadi 2’BTDC shingga tekanan maksimal terjadi pada saat piston sudah berada di daerah bawah.

3.     Ketahanan yang cukup???  Sistem pengapian harus mampu menahan getaran, panas, dan tegangan tinggi yang dibangkitkan oleh sistem itu maupun dari mesin.

 

Pada sistem pengapian membutuhkan tegangan tinggi yang dapat mencapai 30.000volt untuk memercikan bunga api di busi melawan gaya tekanan kompresi bahan bakar dan udara (semakin tinggi tekanan=semakin tinggi hambatan) sedangkan mesin hanya mempunyai daya suplai dari aki yang voltasenya 12v LALU BAGAIMANA CARA MENCAPAI 30.000V????

            Pada saat di smp tentu kita diterangkan tentang trafo yang gunanya untuk menaikkan tegangan yang sistemnya menggunakan induksi. Nahè untuk system pengapian sendiri juga menggunakan  prinsip induksi yang dikenal dengan self induction dan mutual induction.

            Sebelum masuk ke pembahasan self induction kita harus mengetahui terlebih dahulu syarat-syarat agar terjadinya induksi tegangan:

1.     Adanya konduktor/penghantar contohnya seperti besi/baja

2.     Adanya medan magnet ==è ada beberapa macam cara untuk membangkitkan medan magnet, di system pengapian sendiri menggunakan lilitan koil yang dialiri arus.

3.     Adanya pemutusan medan magnet secara tiba-tiba==è pada system pengapian pemutusanya menggunakan bantuan saklar, kalau pengapian konvensional menggunakan platina sedangkan pengapian modern menggunakan transistor.

Sifat-sifat nya adalah:

a.     Semakin besar medan magnet yang terbentuk dalam lilitan maka semakin besar tegangan yang diinduksikan.

b.     Semakin banyak lilitan pada kumparan(koil) maka semakin besar tegangan yang diinduksikan

c.      Semakin cepat pemutusan/perubahan garis gaya magnet/medan magnet maka semakin tinggi tegangan induksi (harus diingat pengisian pada kumparan primer harus penuh)

Self induction apakah itu??????

Self induction sendiri bisa diartikan induksi diri sendiri.. lalu siapa yang melakukan self induction???

Ok pada system pengapian ada 2 lilitan koil (kumparan) yang satu disebut kumparan primer (lilitanya lebih sedikit dari pada sekunder) inilah yang melakukan self induction dan yang satu disebut kumparan sekunder yaitu kumparan yang melakukan mutual induction. 

Menurut buku bacaan rumitnya seperti ini:::::>

Medan magnet akan dibangkitkan pada saat arus mengalir melalui kumparan. Akibatnya, EMF (elektro motive force) dibangkitkandan menghasilkan garis gaya magnet (magnetic flux) dengan arah yang berlawanan dengan pembentukan garis-garis gaya magnet dalam kumparan. Oleh karena itu arus tidak akan mengalir seketika pada saat dialirkan ke kumparan tetapi membutuhkan waktu untuk menaikkan arus tersebut.

Bila arus mengalir dalam sebuah kumparan dan kemudian arus diputuskan tiba-tiba, maka EMF akan dibangkitkan dalam kumparan dengan arah dimana arus cenderung mengalir (arah yang merintangi hilangnya garis gaya megnet). Dengan cara ini, bila arus mulai mengalir ke kumparan, atau bila arus diputuskan maka kumparan membangkitkan EMF yang bekerja melawan perubahan garis gaya megnet pada kumparan. Inilah yang disebut SELF INDUCTION EFFECT

Rumit yaaaa???????

Nah sekarang mutual induction effect (kumparan sekunder- yang berhubungan lansung dengan busi) proses terjadinya sama namun tegangan yang dihasilkan berbeda, jika pada self induction effect tegangan hasil induksi adalah 500v sedangkan pada mutual induction yang dihasilkan sekitar 25.000-30.000v kenapa berlipat ganda??? Dikarenakan pada kumparan sekunder lilitanya lebih banyak dari pada kumparan primer.

 

Setelah itu kita akan menyinggung sedikit tentang cara kerja pengapian dasar>>>>

Nama dan fungsi komponen:

11.     Batteray                    >>> untuk mensuplay arus utama pengapian

22.     Ignition switch        >>> untuk memutus dan menyambungkan arus suplai dari batteray

33.     Koil                             >>>sebagai pembangkit tegangan dari 12v menjadi 30.000v

44.     Platina                       >>> sebagai switch dari kumparan primer

55.     Dristibutor               >>> sebagai pembagi tegangan ke busi yang sedang bekerja

66.     Busi                            >>> sebagai pengubah tegangan menjadi percikan bunga api

77.     Kondensor               >>>sebagai penyimpan tegangan saat primer koil diptutus tiba-tiba dan kondensor menyuplay arus simpananya ke primer koil saat platina berhubungan kembali.

88.     Internal/ external resistor >>> sebagai pedukung suplai arus saat kecepatan tinggi dimana saat itu suplay arus terhalangi oleh selfinduction effect,,, untuk lebih jelasnya silahkan komentar dibawah agar dibahas<>><<>>

Cara kerja sistem pengapian konvensional:

ð> Saat breaker point tertutup:

Arus dari baterai mengalir melalui terminal positif kumparan primer, terminal negative dan breaker point, selanjutnya ke masa. (akibatnya terbentuknya garis2 gaya magnet disekeliling kumparan)

ð> Saat breaker point terbuka:

Bila poros engkol memutarkan camshaft sehingga distributor cam membuka breaker point, menyebabkan arus yang melalui kumparan primer tiba-tiba terputus menyebabkan bangkitnya induksi dan diteruskan ke busi

Begitu seterusnya dan berulang-ulang.

HAL DIATAS BISA DISEBUT DENGAN INITIAL IGNITION TIMING ANGLE yaitu sudut pengapian yang ditentukan berdasarkan sudut poros engkol dan posisi distributor (untuk pengapian konvensional, lain halnya dengan yang sudah ESA)

ð MASUK KE PENGAPIAN MODERN ATAU ELECTRONIC SPARK ADVANCE (ESA)

Didalam pengapian ESA dapat di bagi menjadi 3 kelompok kerja: 

1.     ECU    ++++ berperan mengatur waktu pengapian sesuai dengan sinyal yang dikirim oleh sensor-sensor yang kemudian dikalkulasi terhadap data maping yang sudah ditanam didalamnya. Kemudian tugas ecu mengirimkan sinyal IGT ke igniter (koil) untuk membangkitkan kumparan primer (sinyal IGT diset ke on), kemudian sinyal IGT diset ke off. Saat sinyal di set ke off terjadilah pengapian di busi. Setelah pemutusan arus kekumparan primer ecu juga menerima sinyal IGF dari igniter yang berupa konfirmasi bahwa telah ada pengapian *walaupun busi tidak memercikan api, pengapian tetap dianggap ada* ^^komen untuk keterangan lebih lanjut^^ (sinyal igf hanya ada di TOYOTA)

 

2.     Koil = kumparan primer+kumparan sekunder+igniter

Fungsi kumparanya sama seperti pengapian konvensional tetapi disini terdapat igniter yang gunanya sebagai pengatur arus pada kumparan primer  sama halnya dengan fungsi platina tetapi disini pengaturan arusnya menggunakan  sinyal yang bernama IGT jadi tidak ada lagi benda yang bergesekan sehingga membutuhkan perawatan berkala.

Gambar igniter pengapian IIA (yang paling dasar)

####penjelasan awal#### pick up reluctor dan pick up coil berfungsi sebagai pembangkit sinyal IGT yang digunakan untuk mengatur arus kumparan primer. Cara kerja power transistor (saklar) disini power transistor bekerja sebagai saklar elektronik yang bekerja sebagai berikut>>>

Pada transistor terdapat 3 terminal yaitu basis,collector dan emitor.

__terminal basis berfungsi sebagai penerima sinyal dan penggerak saklar (putus atau menyambung)

__terminal collector sebagai penyabung arus positif

__terminal emitor sebagi penyambung ke masa

Cara kerjanya sangat simpel yaitu apabila pada terminal basis dialiri arus maka arus dari terminal collector akan mengalir ke masa melewati terminal emitor. Lamanya arus mengalir sesuai dengan panjang pendeknya sinyal yang diberikan ke terminal basis.

CARA KERJA PENGAPIAN==>

Saat mesin berputar pick up reluctor pun juga ikut berputar sehingga menyebabkan bangkitnya arus AC , seperti yang diketahui arus AC berbentuk 1 gelombang dan 1 lembah tetapi disini sinyalnya berbentuk on dan off jadi harus ada SHAPING untuk mengubah bentuk gelombang ac menjadi sinyal on dan off.

Gambar dibawah ini menunjukkan ketika sinyal on dikirim ke transistor (1 gunung)

 

Dan 1 lembah digambarkan ketika sinyal off.

 

Dan hasilnya seperti ini >>>

Gambar diatas adalah gambar  sinyal dari pengapian IIA yang masih menggunakan distributor, jadi ketika sinyal yang dikirim oleh pick up koil berbentuk on maka akan mengaktifkan saklar transistor dan mengalirkan  arus primer koil ke masa. Hasilnya terbentuknya kemagnetan pada primer koil.

Kemudian pick up relucktor pun berputar lagi dan mengakibatkan gelombang yang diciptakan menjadi lembah dan membuat sinyal berubah menjadi off maka terjadilah penginduksian tegangan yang disalurkan ke busi.

Begitu seterusnya cara kerja pengapian transistor. Mungkin ada yang bertanya-tanya. Lha terus apa kegunaan dari ecu diatas,,, pada system pengapian transistor apa?? disini peran ecu hanya sebagai penerima sinyal bahwa telah terjadinya pengapian sehingga bisa digunakan untuk  membantu mengatur waktu injeksi dari injector.

Cara kerja pengapian diatas tidak jauh berbeda dengan system pengapian esa namun pada esa terdapat tambahan-tambahan komponen sehingga menyebabkan pengapian menjadi lebih fleksibel dan responsive terhadap keadaan mesin.

Inilah gambaran umum dari pengapian esa.

Skema kerjanya sebagagai berikut>>>

(disini yang perlu diketahui bahwa esa itu belum tentu sudah satu koil satu busi kalau yang itu namanya adalah DLI/DIS. Kalu DLI sudah pasti menggunakan system ESA)

System yang disini lebih rumit sedikit dari pada system yang sebelumnya dan juga terdapat komponen yang diganti yaitu pick up coil dan reluctornya >>> sensor crankshaft dan sensor chamshaft dan juga peran ecu yang dari hanya penerima sinyal IGT menjadi tempat pengolah sinyal,pengirim dan penerima sinyal konfirmasi (IGF) bahwa telah terjadinya pengapian. Disistem ini pun juga ditambahkan sensor-sensor sebagai pemantau dari kondisi mesin agar pengapian menjadi lebih responsive terhadap kondisi mesin.

Sinyalnya pun juga berbeda: (ini yang sinyal DIS direct ignition Sistem)

Lebih jelasnya

Sinyal diatas sudah dibagi dari ecu sehingga igniter menerimanya perbagian. Dari sinyal tersebut dapat kita pelajari bahwa sinyal IGF dinyalakan setelah sinyal IGT menyala tetapi sinyal IGF  mati ketika sinyal IGT dihidupkan itu karena pembangkitan sinyal IGF berdasarkan gaya counter-electromotive yang dihasilkan saat arus primer ke koil pengapian diputus atau menggunakan volume arus primer. Disaat ecu menerima sinyal IGF ecu menentukan bahwa telah terjadi pengapian *walau mungkin tidak terjadi percikan bunga api di busi*. Apabila ecu tidak menerima sinyal konfirmasi (IGF) maka ECU akan menyimpulkan bahwa terjadi kesalahan system dan menyalakan lampu check engine lalu menyimpan DTC.

3.   Sensor-sensor

Disini sensor berperan sebagai pemantau terhadap kondisi mesin dari mulai ngelitik,beban berat,kondisi dingin, dan lain-lain. Selanjutnya sensor mengirimkan laporan berupa sinyal ke ECU agar di kalkulasikan sesuai kebutuhan mesin dan dikirim ke setiap aktuator. Di sistem pengapian terdapat beberapa sensor:

a.   Sensor crankshaft: *nama sinyalnya CKP* sensor ini berperan dalam memantau sudut putaran dari poros engkol yang digunakan sebagai data utama dari pengapian. Dan juga untuk menentukan sudut initial timing (kondisi dimana sudut pengapian yang digunakan adalah sudut dasar>>> kondisinya saat mesin cranking atau starting penentuanya berdasarkan putaran mesin <500rpm ada juga yang menentukanya dari sinyal STA <starter>, data dari sensor ckp ini sangat penting dalam memantau sudut dari poros engkol untuk menentukan pemajuan pengapian. Kenapa pada saat starting yang digunakan adalah sudut initial timing??? Karena pada saat starting tekanan di intake manifold tidak stabil jadi yang digunakan adalah sudut dasar pengapian (initial ignition timing angle)

b.   Sensor chamshaft: sensor ini berperan dalam memantau silinder berapakah yang akan melakukan pengapian.

c.   Sensor  tekanan udara: sensor ini biasa disebut dengan MAP *Manifold Air Pressure* didalam system pengapian sensor ini digunakan untuk memantau kerja mesin, apakah mesin sedang dalam keadaan beban berat atau ringan. Mesin dikatakan dalam keadaan beban berat apabila throttle terbuka penuh dan tekanan di intake manifold hampir setara dengan tekanan atmosfer, sedangkan mesin dikatakan dalam beban ringan apabila kevakuman di intake manifold lebih besar dari pada ruangan sebelum throttle . ketika mesin dalam beban berat maka pengapian cenderung dimajukan dan ketika dalam beban ringan pengapian cenderung dimundurkan.

d.   Sensor temperatur mesin/ Engine Coolant temperature (ECT):

Sensor ini untuk memantau suhu mesin, ketika mesin dalam keadaan dingin maka pengapian cenderung dimajukan untuk menjaga keseimbangan mesin. Namun ketika mesin dalam keadaan panas pengapian cenderung dimundurkan untuk mencegah knocking dan overheating.

e.   Sensor ketukan/knocking *nama sinyal KNK*: sensor ini untuk memantau mesin apabila terjadi ketukan maka pengapian akan dimundurkan, kemudian apabila knocking hilang pengapian dimajukan lagi. Skemanya seperti dibawah:

f.   Sensor oksigen / oxygen: sensor ini berguna untuk memantau kadar oxygen pada sisa pembakaran untuk memantau penginjeksian bahan bakar agar terjadi idling yang stabil disamping itu pengapian pun juga harus menselaraskan keja injector dan sudut pengapian.

g.   Sensor posisi throttle/ throttle position sensor *TPS*:

Sensor ini digunakan untuk memantau apakah mesin dalam keadaan idle. Ketika mesin dalam keadaan idle ecu membuat target putaran mesin semisal targetnya adalah 750rpm maka pengapian disesuaikan dengan target tersebut, ketika mesin berada di 800rpm pengapian dimundurkan dan ketika mesin di 600rpm pengapian diajukan untuk mengejar target tersebut.

Saat idle pun pemantauan pengapian juga dipengaruhi oleh kerja AC, apabila AC dinyalakan pengapian dimajukan untuk menjaga kestabilan mesin saat idle.

Tentang sensor-sensor lain akan dibahas di bab SENSOR agar lebih detail.

            Seperti inilah contoh tabel pengapian yang sudah termaping didalam ECU:

Dari tabel itu kita bisa melihat data pengapian diambil dari pertemuan titik dari beban mesin (MAP) dan putaran poros engkol (CKP). Semisal ketika rpm adalah 750 dan tekanan di intake manifold adalah 1 atm maka titiknya bertemu di 18 BTDC dan berkesinambungan seperti grafik. (jadi ketika ecu di remap, yang dirubah adalah datanya. Jadi pada system mobil sekarang ada yang namanya close loop dan open loop. Close loop adalah system yang memerlukan koreksi setelah terjadinya proses mesin. Semisal mesin starting (dikoreksi keadaanya oleh sensor)>>ecu memproses data dari sensor kemudian mengirimkan sinyal perintah ke actuator>> actuator memproses data dari ecu  dan melakukan tugasnya >>mesin melakukan proses kerja>> hasil dari proses kerja mesin dikosreksi lagi oleh sensor, hasil pengoreksian dikirim ke ECU. Begitu seterusnya salaing berhubungan. Sedangkan system open loop yaitu system yang tanpa ada proses pengoreksian dari hasil kerja mesin.)

ð IGNITION ADVANCER:

Kenapa harus ada pemajuan sudut pengapian????

  

Dari sisi mekanikal pemajuan pengapian:

èUntuk pengapian konvensional terdapat 3 faktor:

1.     Oktan selector: pengaturan pengapian dipengaruhi oleh tingkat oktan bahan bakar yang digunakan

2.     Vacuum advancer: pengaturan pengapian dipengaruhi oleh tingkat kevacuman dari intake manifold

3.     Governor advancer: pengaturan pengapian yang dipengaruhi oleh kecepatan putaran mesin

èuntuk pengapian ESA:

Untuk pengapian ESA sudut pengapian dibagi mengadi 3 bagian:

 

1.     Sudut INITIAL TIMING>> yaitu sudut dasar yang sudah ditetapkan pada setiap mesin , sudut ini berfungsi sebagai dasar dari pengaturan sudut pengapian>> dan juga digunakan sebagai sudut pada saat mesin melakukan cranking/saat starter. Sudutnya pun berbeda-beda tergantung tipe mesin ada yang 5’ , 7’ atau 10’ BTDC kalau di pengapian konvensional sama halnya seperti sudut ketika kita menggeser2 distributor menggunakan timing light. Kenapa saat starter yang digunakan adalah sudut dasar?? Karena pada saat itu tekanan di intake manifold belum stabil jadi sinyal vg atau pim tidak digunakan.

Sistem pengolahan data IGT di ecu adalah sebagai berikut:

Sinyal dari sensor NE dan G diterima oleh back up IC diolah dan langsung dikirim ke igniter tanpa melewati microprosesor.