Sistem pengapian

Subyek:

Umum
Pengapian koil pengapian
Pengapian distributor konvensional dengan titik kontak
Pengapian yang dikendalikan komputer
Tekanan pembakaran dan waktu pengapian
Pengapian terlebih dahulu
Waktu tinggal
peradangan DIS
Satu koil pengapian per silinder
Ukur pola penyalaan primer dengan osiloskop

Umum:
Pada mesin bensin, campuran bahan bakar/udara harus dinyalakan pada akhir langkah kompresi. Hal ini terjadi karena lilin memberikan percikan. Agar busi dapat menyala, diperlukan tegangan antara 20.000 dan 30.000 volt. Koil pengapian mengubah tegangan baterai (sekitar 12 hingga 14,8 volt) menjadi tegangan tinggi ini.
Pada sistem lama, sering kali terdapat 1 koil pengapian yang dipasang di suatu tempat pada blok mesin, yang dihubungkan ke busi melalui kabel busi. Mesin yang lebih baru sering kali memiliki koil pengapian pin. Setiap busi mempunyai koil pengapiannya masing-masing. Banyaknya kumparan pengapian pada mesin dapat dengan mudah dikenali dengan adanya kabel busi. Jika kabel busi dipasang ke setiap silinder, mobil memiliki 1 koil pengapian tetap atau koil pengapian DIS. Jika tidak ada kabel busi yang menyala, terdapat koil pengapian terpisah pada setiap busi. Pelat penutup mesin seringkali harus dibongkar untuk melihat hal ini.

Koil pengapian:
Sistem pengapian menggunakan koil pengapian. Terlepas dari jenisnya (konvensional atau dikendalikan komputer), prinsipnya sama. Koil pengapian berisi 2 gulungan kawat tembaga yang mengelilingi batang besi (inti). Kumparan primer (di sisi sakelar pengapian) memiliki beberapa lilitan kawat tebal. Kumparan sekunder mempunyai banyak lilitan kawat tipis. Kumparan primer mempunyai tegangan 12 volt. Arus sebesar 3 hingga 8 ampere dikirim melalui kumparan primer ini. Ini menghasilkan medan magnet. Ketika medan magnet ini hilang, tegangan 250 hingga 400 volt dihasilkan pada kumparan primer. Karena perbedaan jumlah belitan, tegangan hingga 40.000 volt dihasilkan pada kumparan sekunder.

Kumparan primer koil pengapian mempunyai hambatan ohmik dan induktif. Resistansi ohmik dapat diukur dengan multimeter, atau dihitung dari pengukuran arus atau tegangan. Resistansi induktif mengacu pada medan magnet yang dikembangkan dalam kumparan primer dan bergantung pada laju perubahan arus dan sifat magnetik kumparan (nilai L). Setiap koil pengapian memiliki nilai L yang tetap, yang bergantung pada jumlah lilitan dan dimensi koil serta sifat dan dimensi inti.

Pengapian distributor konvensional dengan titik kontak:
Sistem pengapian konvensional terdiri dari koil pengapian tunggal yang dinyalakan dan dimatikan dengan titik kontak, kabel koil pengapian, kabel busi dan distributor mekanis dengan waktu pengapian terlebih dahulu.

Saat istirahat, titik kontaknya tertutup. Arus mengalir melalui kumparan primer, melalui titik kontak ke ground. Pada saat itu, terdapat medan magnet pada kumparan primer. Ketika bubungan mengangkat tuas, kontak antara titik kontak terputus dan tegangan induksi tercipta. Tegangan induksi ini diperkuat pada kumparan sekunder dan disalurkan ke distributor melalui kabel koil pengapian. Lug pada distributor mengarah ke salah satu sambungan kabel busi. Tegangan ditransmisikan ke busi, yang menghasilkan percikan api.

Koil pengapian mentransmisikan tegangan tinggi melalui sambungan kabel koil pengapian ke rotor di distributor. Rotor pada distributor berputar setengah kecepatan poros engkol. Hal ini dimungkinkan karena, tergantung pada konstruksinya, terdapat hubungan langsung antara poros engkol dan distributor (seperti yang ditunjukkan pada gambar), atau karena rotor digerakkan langsung oleh poros bubungan. Toh, camshaft sudah berputar setengah kecepatan poros engkol. Gambar tersebut menunjukkan tampilan distributor yang meledak.

Rotor sensitif terhadap perawatan. Partikel kontak antara rotor dan tutup distributor terkorosi seiring waktu, sehingga menurunkan kualitas percikan busi. Dengan sesekali mengampelas korosi atau mengganti bagian yang aus, kualitas percikan api tetap optimal. Dengan memutar tutup distributor pada rotor, waktu pengapian diatur.

Pengapian yang dikendalikan komputer:
Mobil modern dilengkapi dengan sistem pengapian yang dikendalikan komputer. Sistem manajemen mesin mengontrol koil pengapian. Generator pulsa (sensor posisi poros engkol dan mungkin sensor posisi poros bubungan) menyediakan pulsa referensi yang bekerja secara sinkron dengan engkol atau poros bubungan. Seringkali terdapat gigi yang hilang pada cincin atau katrol yang berfungsi sebagai titik acuan. Gambar menunjukkan katrol poros engkol mesin Proyek MegaSquirt. Katrol mempunyai 36 gigi, 1 diantaranya telah digerinda. Itu sebabnya disebut juga roda referensi 36-1. Untuk setiap 10 derajat, 1 gigi melewati sensor (360/36).

Setiap kali gigi yang hilang berputar melewati sensor, sinyal dikirim ke ECU.
Titik acuan ini bukanlah titik mati atas (TDC) seperti namanya. Kenyataannya, titik acuan ini berada antara 90 dan 120 derajat sebelum TMA. Artinya bila tidak ada waktu pengapian, pulsa pengapian terjadi 9 sampai 12 gigi setelah titik acuan.

Gambar menunjukkan sinyal poros engkol (kuning) sehubungan dengan pulsa kontrol koil pengapian (biru). Pada sinyal poros engkol terlihat gigi yang hilang dimana denyutnya hilang. Pada mesin ini, gigi yang hilang berada 90 derajat sebelum TMA (yaitu 9 gigi roda pulsa).

Di antara gigi yang hilang (titik referensi, kuning) dan pulsa kontrol (biru), terlihat 8 gigi; Ini adalah pra-penyalaan 10 derajat.

Memajukan pengapian berkaitan dengan kecepatan pembakaran; Pembakaran memerlukan waktu untuk mencapai tekanan pembakaran maksimum. Tekanan pembakaran maksimum ini optimal pada posisi poros engkol 15 hingga 20 derajat setelah TMA. Ini harus optimal pada semua kondisi pengoperasian. Paragraf berikut menjelaskan pengaruh waktu pengapian terhadap tekanan pembakaran, bagaimana waktu pengapian berlangsung dan bagaimana Anda dapat membaca waktu tinggal pada gambar lingkup.

Tekanan pembakaran dan waktu pengapian:
Sistem pengapian harus memastikan bahwa campuran di ruang silinder menyala pada waktu yang tepat. Ketika piston sudah melewati TMA maka tekanan pembakaran harus paling tinggi. Karena ada waktu antara penyalaan dan penyalaan campuran (di mana tekanan pembakaran maksimum tercapai), maka campuran harus dinyalakan beberapa saat sebelum TMA. Singkatnya: busi harus sudah menyala sebelum piston mencapai TMA.

Pada diagram berikut kita melihat perkembangan tekanan (garis merah) relatif terhadap derajat poros engkol. Busi menyala di titik a. Piston bergerak lebih jauh menuju TMA (0) dan tekanan pembakaran meningkat. Tekanan pembakaran maksimum dicapai kira-kira 10 sampai 15 derajat setelah TMA (di titik b).

jika titik b bergerak terlalu jauh ke kiri, campuran akan tersulut terlalu dini dan piston terhambat agar tidak bergerak ke atas;
Jika titik b digeser ke kanan, pembakaran terjadi terlambat. Piston sudah bergerak terlalu jauh menuju ODP. Power stroke tidak lagi cukup efektif.

Pengapian muka:
Agar puncak tekanan terjadi pada posisi poros engkol yang benar, penting untuk memajukan pengapian saat putaran mesin ditingkatkan. Titik b (tekanan pembakaran maksimum) tidak boleh dipindahkan. Pada saat memajukan dan memundurkan waktu pengapian, titik a (waktu pengapian) digeser ke kiri atau ke kanan. Waktu pembakaran tergantung pada tingkat pengisian mesin dan rasio pencampuran saat ini. Oleh karena itu, kecepatan pengapian setiap mesin berbeda-beda. Inilah sebabnya mengapa titik acuan poros engkol diatur beberapa derajat sebelum TMA: antara titik acuan dan TDC terdapat waktu untuk menghitung waktu pengapian.

Dengan koil pengapian DIS (dijelaskan lebih lanjut pada halaman), sensor posisi poros engkol cukup untuk menentukan waktu pengapian. Pulsa pertama setelah gigi hilang, misalnya digunakan untuk memuat kumparan sekunder silinder 1 dan 4. Kemudian jumlah gigi dihitung (18 dalam hal ini) untuk menghasilkan pulsa untuk kumparan sekunder silinder 2 dan 3. Jika mesin dilengkapi dengan koil pengapian COP, satu titik acuan saja tidak cukup. Dalam hal ini, sensor posisi camshaft diperlukan untuk mendeteksi beberapa titik referensi.

Dua gambar di bawah (tabel gerak maju pengapian dan tampilan 3D) menunjukkan pengaturan peta pengapian di Proyek MegaSquirt. Ini disebut tabel pencarian, referensi, atau bidang inti.

Kecepatan pengapian ditentukan berdasarkan konfigurasi mesin. Grafik menunjukkan kurva gerak maju pengapian beban penuh untuk pengapian distributor mekanis (konvensional) (garis merah muda) dan sistem yang dikendalikan komputer (garis biru). Lekukan pada garis merah muda adalah titik di mana gerak maju vakum mulai berlaku. Selain itu, garisnya lurus; ini karena keterbatasan mekanis. Dengan sistem yang dikendalikan komputer, hal ini dapat dikontrol dengan lebih tepat; oleh karena itu kurva penyalaan berlangsung sebagai kurva. Antara 1200 dan 2600 rpm garis biru telah ditarik ke bawah sedikit; ini ada hubungannya dengan area knocking beban bagian. Dapat juga dilihat bahwa garis muka konvensional dan yang dikendalikan komputer berakhir pada sudut sekitar 25 derajat. Kemajuan tidak boleh ditingkatkan lebih jauh, karena ada risiko "high speed knock", atau area knocking pada kecepatan tinggi.

Peta pengapian berfungsi sebagai dasar gerak maju pengapian. Mulai saat ini, sistem manajemen mesin akan berusaha memajukan pengapian sebanyak mungkin. Terlalu banyak kemajuan akan menyebabkan ketukan; ini dicatat oleh sensor ketukan. Saat sensor ketukan mencatat bahwa mesin cenderung mengetuk, sistem manajemen mesin akan menyimpang dari waktu pengapian beberapa derajat. Kecepatan kemudian akan dipercepat kembali hingga sensor ketukan memberikan sinyal.

Waktu tinggal:
Ketika arus primer dihidupkan, medan magnet terbentuk. Arus yang melalui kumparan tidak akan segera mencapai nilai maksimumnya; Ini membutuhkan waktu. Pada kumparan terdapat hambatan yang diperoleh dari tegangan induksi yang berlawanan. Arusnya juga tidak melebihi 6 hingga 8 ampere. Energi yang cukup telah dihasilkan dalam 2,3 milidetik untuk menyebabkan percikan api melewati busi, yang cukup untuk menyalakan campuran udara-bahan bakar. Titik t=2,3 ms adalah waktu pengapian. Penumpukan arus dari waktu t0 hingga t=2,3 ms disebut waktu pengisian kumparan primer, atau waktu tinggal.

Penumpukan arus pada kumparan primer berhenti pada sekitar 7,5 ampere. Arus tidak boleh bertambah lebih jauh, karena kumparan primer bisa menjadi terlalu panas. Ketika tegangan on-board mobil turun, diperlukan lebih banyak waktu untuk mengisi daya kumparan primer. Waktu pengapian tidak berubah. Jadi pemuatan harus dimulai lebih awal. Hal ini terlihat pada gambar, dimana garis hijau menunjukkan fenomena penyalaan kumparan pada tegangan yang lebih rendah. Proses pengisian dimulai lebih awal (delta t) dan berakhir bersamaan dengan garis hitam pada 7,5 A.

Kontrol koil pengapian berubah; lebar pulsa penggerak mempengaruhi waktu pengisian kumparan primer. Semakin panjang pulsa, semakin lama waktu yang dimiliki kumparan untuk mengisi daya.
Pada kedua gambar tersebut, peradangan terjadi pada gigi kedelapan (80 derajat sebelum TMA). Gambar sebelah kanan menunjukkan waktu tunggu yang lebih lama.

Peradangan DIS:
DIS adalah singkatan dari Distributorless Ignition System. Seperti namanya, ini adalah pengapian elektronik tanpa distributor. Sinyal pengapian datang langsung dari ECU, menjadikannya pengapian yang dikendalikan komputer. Sistem pengapian ini menggabungkan 2 koil pengapian dalam 1 housing. Setiap koil pengapian menghasilkan percikan api untuk 2 silinder. Ada satu koil pengapian yang dipasang pada silinder 1 dan 4, dan koil lainnya dipasang pada silinder 2 dan 3.

Sebagai contoh, kita ambil koil pengapian DIS dengan sambungan silinder 2 dan 3. Tidak ada rotor, artinya keduanya akan menyala secara bersamaan. Silinder 2 berada di akhir langkah kompresi dan koil pengapian menghasilkan percikan api untuk menyalakan campuran. Artinya koil pengapian juga menyala pada silinder 3, yang kemudian dimulai dengan langkah hisap, namun karena sekarang tidak ada campuran yang mudah terbakar, hal ini tidak menjadi masalah. Nantinya, ketika silinder 3 sibuk dengan langkah kompresi, silinder 2 akan sibuk dengan langkah masuk dan kemudian menerima percikan api yang tidak diperlukan. Percikan api yang kosong di dalam silinder yang tidak terjadi pembakaran tidak menyebabkan busi lebih cepat menua. Percikan kemudian hanya membutuhkan tegangan 1kV (1000V) bukan 30kV saat membakar campuran.

Keuntungan dari koil pengapian DIS adalah tidak diperlukan perawatan. Koil pengapian bebas perawatan. Kekurangan dari koil pengapian ini adalah terkadang uap air menembus antara kabel dan poros sambungan pada koil pengapian. Kelembapan menyebabkan korosi pada kontak, yang berubah menjadi putih atau hijau. Tegangan percikan turun karena hilangnya tegangan yang besar akibat korosi. Mesin mungkin mulai bergetar dan bergetar sedikit, tanpa menyebabkan kesalahan pada memori ECU. Apabila terjadi keluhan seperti ini, sebaiknya bongkar satu per satu kabel-kabel dari koil pengapian (dalam keadaan mesin mati!!) dan periksa apakah kontak-kontaknya bagus dan berwarna emas serta tidak ada bekas korosi pada bagian tersebut. kabel dan porosnya, dapat dilihat. Korosinya sangat agresif dan akan kembali perlahan setelah dibersihkan. Solusi terbaiknya adalah dengan mengganti seluruh koil pengapian dengan kabel yang bersangkutan.

Satu koil pengapian per silinder:
Dengan sistem pengapian ini, kumparan pengapian (batang) yang disebut juga dengan kumparan pengapian COP (coil on plug) dipasang langsung pada busi. Di sini juga, unit kontrol mesin (ECU) mengontrol pengapian. Arus dan waktu pengapian dihitung oleh unit kontrol. Pengoperasiannya seperti koil pengapian yang lebih tua; Koil pengapian ini juga memiliki koil primer dan sekunder. Kumparan primer disuplai tegangan melalui steker di bagian atas dan diinterupsi secara internal melalui transistor.
Kerugian dari koil pengapian ini adalah dipasang pada poros busi sehingga menjadi sangat panas. Meskipun dibuat untuk itu, terkadang cenderung rusak. Hal ini dapat dikenali ketika mobil melewati silinder dan kemudian mesin mulai bergetar. Jika hal ini terjadi, sensor lambda akan mengenali bahwa koil penyalaan tidak dapat menyalakan bahan bakar dan injeksi bahan bakar ke silinder terkait akan dihentikan. Silinder kemudian tidak berfungsi sama sekali. Hal ini mencegah bahan bakar yang tidak terbakar masuk ke knalpot, yang akan merusak katalis. Koil pengapian yang rusak sering kali dapat dikenali dari fakta bahwa mesin bekerja sangat tidak teratur (dan lampu mesin menyala, meskipun lampu ini dapat disebabkan oleh banyak hal).

Informasi lebih lanjut dan penyebab silinder misfire dapat ditemukan di halaman perpindahan silinder.

Jika Anda menduga koil pengapian rusak, Anda dapat melihat gambar pengapian utama dengan osiloskop jika mesin dalam mode darurat dan pengapian serta injeksi telah dimatikan saat mesin hidup.

Mengukur pola penyalaan primer dengan osiloskop:
Koil pengapian menghasilkan tegangan sehingga percikan api yang kuat dapat timbul di bagian bawah busi. Koil pengapian harus menghasilkan tegangan kurang lebih 30.000 hingga 40.000 volt untuk menimbulkan percikan api pada busi. Untuk tujuan ini, tegangan ionisasi 300 hingga 400 volt harus dihasilkan pada kumparan primer. Kita dapat melihat jalannya tegangan yang melalui kumparan primer apakah proses ini berjalan dengan baik. Tegangan kumparan primer dan sekunder diteruskan satu sama lain, meskipun level pada kumparan sekunder kira-kira 100x lebih tinggi. Hal ini memungkinkan untuk melihat profil tegangan primer apakah koil pengapian dalam keadaan baik dan apakah busi menyala dengan baik. Gambar lingkup di bawah ini diukur pada kumparan primer kumparan pengapian.

Dari kiri ke kanan:

14 volt: saat istirahat kita mengukur 14 volt pada sisi plus dan ground koil di koil pengapian;
Waktu kontak: kumparan primer dihubungkan ke ground pada satu sisi. Tegangan diferensial sebesar 14 volt tercipta antara + dan ground, menyebabkan arus mengalir melalui koil;
300 volt (induksi): tahap keluaran di ECU atau modul pengapian mengakhiri kontrol dan induksi sekitar 300 volt dibuat di koil primer. Kami menyebutnya tegangan ionisasi. Tegangan 30.000 volt dihasilkan pada kumparan sekunder. Tegangan ini diperlukan untuk membuat udara di antara elektroda busi menjadi konduktif dan memungkinkan percikan api melonjak;
Percikan dari busi: dari garis busi kita dapat melihat bahwa busi tersebut menyala;
Berayun: di sinilah sisa energi mengalir. Hal ini tergantung pada nilai LCR rangkaian (nilai L koil pengapian dan kapasitansi kapasitor).

Yang kami maksud dengan waktu pembukaan pada gambar lingkup adalah waktu pembukaan titik kontak. Hal ini tidak lagi berlaku pada pengapian yang dikendalikan komputer. Namun, kita dapat menentukan kecepatannya berdasarkan titik munculnya tegangan ionisasi percikan kedua. Gambar scope di bawah menunjukkan gambar pengapian primer pada kecepatan rendah (kiri) dan kecepatan tinggi (kanan).

Dengan osiloskop kita dapat menampilkan gambar pengapian dan gambar injeksi sehubungan dengan sinyal poros engkol. Roda referensi berisi satu titik referensi. Momen pengapian terjadi setelah setiap putaran poros engkol. Kita tahu bahwa poros engkol harus berputar dua putaran untuk satu siklus kerja penuh. Dari sini kita dapat mengetahui bahwa kita berhadapan dengan koil pengapian DIS. Jadi terjadilah “percikan yang sia-sia”. Gambar injektor menegaskan hal ini: injeksi dilakukan setiap detik putaran poros engkol.

Jika Anda mencurigai adanya kerusakan pada koil pengapian, Anda dapat mengetahui apakah ada masalah pada pengapian sekunder dengan melihat gambar pengapian sekunder. Gambar yang dihasilkan menunjukkan gambar pengapian silinder 6 (biru) dan silinder 4 (merah) yang terdapat gangguan. Penjelasannya berikut gambar dibawah ini.

Pada gambar utama silinder 4 terlihat tegangan ionisasi, namun kemudian energinya hilang. Gambar tersebut sekarang menyerupai profil tegangan karakteristik injektor kumparan magnet. Apa yang dapat kita kenali pada gambar ini:

Silinder 6 (biru) OK. Kami menggunakan gambar ini sebagai referensi;
Silinder 4: tegangan ionisasi OK. Energi dihasilkan di kumparan primer. Kumparan primernya bagus;
Kontrol ECU mesin atau modul pengapian eksternal baik-baik saja;
Kursus sekunder tidak terlihat;
Oleh karena itu, kumparan primer dan sekunder tidak bertukar energi;
Kumparan sekunder terputus.

Pengalaman menunjukkan bahwa koil sekunder koil pengapian bisa rusak karena panas. Kita dapat mendeteksi cacat ini dengan osiloskop. Harap dicatat: jika mesin masuk ke mode lemas, kendali dapat dihentikan. Oleh karena itu, lakukan pengukuran segera setelah atau saat menghidupkan mesin.