SISTEM PENGAPIAN PADA SISTEM TCCS
1.
Overview
Sampai hari ini sistem-sistem pengapian yang dipakai pada system EFI/TCCS yang dipakai pada kebanyakan mesin tidaklah banyak perubahan dimulai dari system pengapian yang dipakai pada mesin asli 4M-E EFI. Rangkaian aliran arus pertama dikontrol oleh sebuah igniter berdasarkan pada sinyal hasil sensor pick-up coil di dalam distributor. Sistem pengapian memiliki dua kegunaan, yaitu untuk mendistribusikan percikan tegangan tinggi pada setiap busi pada silinder yang benar dan pada waktu yang tepat. Pewaktuan pengapiann ideal akan menghasilkan tekanan pembakaran maksimum pada kira-kira kira-kira 10’ setelah TDC (ATDC). Perbedaan yang sangat penting antara TCCS dan system EFI konvensional adalah dalam hal pengelolaan sudut spark advance. Sistem EFI konvensional menggunakan advance mekanik dan vacuum diafragma untuk keperluan ini. Dimulai tahun 1983, Sistem TCCS mengontrol timing spark advance secara elektronik dan menambahkan sebuah sinyal konfirmasi sebagai fungsi pengukur kesalahan system (fail-safe). Ada dua versi pengelolaan spark secara elektronik yang diterapkan pada mesin TCCS. Satu disebut Electronic Spark Advance (ESA), dan kedua Variable Advance Spark Timing Systems (VAST).
2.
Pengapian pada Sistem EFI Konvensional
2.1. Spark advance Spark advance timng pada system EFI konvensional ditentukan oleh posisi awal distributor (initial timing), posisi gigi (teeth) sensor pick-up magnetic (centrifuga advance), dan posisi dari breaker plate dan pick-up coil winding (vacuum advance). Kurva spark advance ditentukan oleh hasil kalibrasi centrifugal dan pegas vacuum advance. Disamping keterbatasan secara mekanik dan sebagai akibat kesalahan dari kalibrasi, spark advance jenis ini sangat terbatas dan tidak fleksibel terhadap adanya perubahan pada temperatur dan karakteristik detonasi mesin yang seharusnya diperhitungkan. Sebuah kurva spark dari hasil control mekanik merupakan suatu hal yang paling baik yang bisa didapatkan dan merupakan kompromi yang tidak bisa ditawar lagi sehingga nilainya merupakan hal yang paling optimal. 2.2. Sinyal RPM mesin
Sinyal RPM mesin pada system EFI konvensional menggunakan sinyal yang dihasilkan pada terminal negative coil (IG-). Karena system ini tidak menggunakan ECU yang mengontrol timing, sinyal RPM ke ECU tidak memiliki akibat apa-apa pada timing pengapian. Karenanya sinyal IG- hanya digunakan sebagai masukan untuk pengaturan injeksi bahan bakar saja.
3.
Manajemen Ignition Spark pada TCCS, ESA dan VAST
Dalam sistem manajemen spark ECU menyediakan banyak pengaturan yang akurat untuk pengontrolan timing spark. Komponen centrifugal dan vacuum advance dihilangkan. Beban mesin dimonitor melalui sinyal Vs atau PIM dan sinyal kecepatan (Ne). Seagai tambahan, temperatur coolant, detonasi, dan posisi throttle dimonitor juga guna menghasilkan spark terbaik secara akurat sebagai akibat adanya perubahan parameter mesin. Untuk menghasilkan spark advance optimum dalam keadaan berbagai perubahan kondisi mesin, sebuah peta (map) dari spark advance (spark advance map) dibat dan disimpan di dalam tabel look-up di dalam ECU. Peta ini menyediakan timing spark secara akurat dari semua kombinasi kecapatan mesin, beban mesin, temperatur coolant, dan posisi throttle, selama ada sinyal umpan balik dari knock sensor, pengaturan ini dilakukan guna mengatur mesin dari pengaruh bervariasinya kadar octane dalam bensinnya.
Mesin TCCS menggunakan dua versi manajemen spark advance, ESA dan VAST.
Sistem Pengapian ESA Guna memonitor RPM mesin, system TCCS memanfaatkan sinyal Ne. Mesin yang dilengkapi dengan sistem ESA (dan VAST seperti pada mesin 4A-GE) menggunakan dua buah sensor pick-up di dalam distributornya. Sensor G menyuplay ECU dengan informaisi posisi crankshaft untuk dipakai dalam menentukan timing pengapian dan injector. Beberapa mesin menggunakan dua buah sensor G disebut G1 dan G2. Seperti pada Gambar di bawah ini, ketika mesin dicranking, arus ac dihasilkan oleh sensor Ne yang bergigi 24 dan sensor G yang bergigi 4. Sinyal-sinyal ini dikirimkan ke ECU pada bagian rangkaian input kemudian
dikuatkan sedemikian rupa sehingga bentuk gelombangnya diubah menjadi gelombang digital (persegi), kemudian sinyal ini diolah oleh sebuah
microprosesor. Kemudian microprocessor menggerakkan pemicu transistor penggerak IGT agar sinyal yang dihasilkannya lebih kuat dan dapat mendrive Igniter untuk selanjutnya dikuatkan agar dapat menggerakkan Coil pengapian. Di dalam Igniter sendiri ada rangkaian kontrol sudut Dwell, kemudian sinyal dimasukkan ke bagian rangkaian kontrol pengapian dan selanjutnya dikuatkan oleh sebuah transistor daya (Power Transistor). Dari ujung keluaran Power Transistor sinyal dikembalikan lagi ke ECU melalui sebuah rangkaian kontrol pengapian fail-save IGF, sinyal ini dipakai untuk memonitor kinerja Igniter. Terputusnya sinyal IGF ke ECU maka ECU mengartikan bahwa ada kerusakan pada rangkaian Igniter. Selama proses cranking, Igt diset pada suatu nilai yang telah ditentukan terlebih dahulu oleh ECU dari hasil maping (program awal). Ketika mesin sudah hidup, timing dihitung berdasarkan pada sinyal-sinyal dari RPM, beban, temperatur, posisi throttle, dan sensor detonasi (knock sensor). Sinyal IGT dimajukan (advanced) atau dimundurkan (retarded) tergantung pada hasil perhitungan akhir timing. Timing hasil perhitungan ESA dipertimbangkan untuk memberikan setigan yang paling tepat untuk mesin. Jika ECU salah mendeteksi sinyal Ne dan G selama proses cranking, ini tidak akan menghasilkan sinyal IGT, dan pengapian tidak terjadi.
Sistem Pengapian VAST
Ketika mesin dicranking, sinyal arus ac dihasilkan oleh Ne (gigi 4) dan langsung dimasukkan ke Igniter untuk selanjutnya dipakai sebagai dasar pengapian. Sinyal ini dimasukkan dan diubah bentuknya menjadi gelombang persegi oleh rangkaian yang disebut Back-up IC sub bagian waveform shaping pada Igniter. Dari Igniter juga gelombang persegi sinyal Ne itu diberikan lagi ke ECU sebagai Initial Timing. Setelah mesin hidup ECU mulai menghitung parameter mesin yang berpengaruh pada timing dan hasil hitungan finalnya langsung dikirimkan berupa sinyal Igt ke Igniter. Igniter berpindah mode dari timing langsung ke timing yang telah dihitung oleh ECU. Karena sistem VAST mentriger Igniter secara langsung dari pick-up magnetik selama proses cranking, mesin akan langsung hidup jika rangkaian Igt ke Igniter terbuka. Jika sinyal Igt tidak diterima oleh Igniter sekali selama mesin masih distart, ini akan tetap hidup. Akan tetapi seting timing defaut pada nilai inital saja. Sistem VAST hanya dipakai pada mesin-mesin; 2S-E, 22R-E, 22R-TE, 4Y-E, dan 4A-GE.
4.
Cara Kerja Igniter
Ketika tegangan sinyal IGT meninggi (high), rangkaian Transistor Daya menjadi ON, dan menyebabkan ada arus yang mengalir melalui gulungan primer dari Coil. Ketika tengangan sinyal IGT menurun (rendah) Igniter memotong aliran arus yang mengalir pada lilitan primer Coil, sebagai akibat adanya puus hubungan yang tiba-tiba ni akan terjadi tegangan induksi pada bagian lilitan sekunder Coil. Pada sistem pengapian ESA, waktu terjadinya power transistor ON itu banyak dipengaruhi oleh rangkaian control Dwell yang berada di dalam Igniter. Bila RPM mesin naik, waktu Dwel dari Coil juga naik akibat perubahan naik atau turun transistor dayanya. Oleh sebab itu, waktu transistor ON ditentukan Dwell selama transistor OFF ditentukan oleh Timing. Timing dikontrol oleh ECU; Dwell dikontrol dik ontrol oleh Igniter. Mengontrol waktu dwell di dalam Igniter sama saja dengan mengontrol waktu saturasi Coil oleh Resistor Ballast pada sistem sistem pengapian EFI konvensional. Hal ini akan membantu dalam mendapatkan saturasi coil maksimum pada kecepatan mesin tinggi. 5.
Sinyal konfirmasi Spark (IGF)
Katakanlah ada satu kali pengapian, sebuah sinyal laporan bahwa telah terjadi pengapian pada initer akan dihasilkan Igniter yang disebut sebagai sinyal konfirmasi, IGF. Sinyal ini dikirmkan ke ECU, sinyal ini memberitahu ECU bahwa pengapian telah terjadi. Jika sinyal IGF tidak diterima ECU maka ECU akan beralih pada mode Fail-save dan secara otomatis mematikan sistem control injector guna menghindari terjadinya catalyst overheating. overheating.
6.
Cara Kerja ECU mendeteksi Sudut Crankshaft
6.1. Pada sistem ESA; Untuk menentukan waktu kejadian spark dan injeksi secara benar, ECU memonitor hubungan antara sinyal-sinyal Ne dan G. Pada kebanyakan mesin, ECU menentukannya apabila telah dicapai 10’ BTDC dari langkah kompresi ketika ini diterima ECU menentukan sinyal pertama Ne kemudian dikuti sinyal G1 (atau G2). Pengaturan timing awal (initial) adalah penting sebagai asumsi untuk semua perhitungan timing. Misalkan 10’ BTDC sebagai titik referensi untuk memasuki kurva spark advance.
6.2. Pada sistem VAST; Karena semua mesin yang menggunakan sistem ini memiliki pola injeksi simultan (kecuali mesin 4A-GE), sebuah sinyal G tidak diperlukan lagi. Sensor pick-up gigi 4 (four-toothed pick-up) dirancang untuk menghasilkan sebuah pulsa setiap 180’ dari rotasi crankshaft, timing sinyal ditentukan oleh posisi distributor pada mesin. Posisi distributor menentukan timing sinyal Ne karena disitulah titik awal timing ditentukan. Mesin 4A-GE dengan VAST, karena dia memakai injeksi group, masih menggunakan sebuah sensor G yang mendeteksi posisi camshaft oleh sebab itu ECU akan secara benar menentukan timing dari masing-masing group injektor.
6.2. Strategi timing pengapian; ECU menentukan timng pengapian dengan cara membandingkan parameter-parameter operasi mesin dengan nilai-nilai spark advance yang disimpan di memorinya. Rumus yang umum untuk pengaturan timing pengapian adalah sebagai berikut: Initial timing + Basic advance angle + Corrective advance angle = Total spark advance. advance. Sudut advance dasar (basic advance angle) dihitung menggunakan sinyal sudut crankshaft (G1), Kecepatan crankshaft (Ne), dan sensor beban mesin (Vs atau PIM). Faktor-faktor koreksi dimasukkan dalam pengaturan misalnya factor temperature coolant (THW) dan detonasi yang terjadi (KNK). 7.
Sistem Pengapian tanpa Distributor (Distributorless Ignition)
Awalnya hanya dipakai pada mesin 7M-GTE (6 silinder), sistem DLI merupakan sebuah sistem distribusi spark secara elektronik yang mana memberikan arus sekunder langsung dari coil pengapian ke setiap busi (spark-plug) tanpa menggunakan sebuah distributor konvensional. Komponen-komponen utama pada sistem DLI adalah: Camshaft Sensor; Igniter; Tiga buah Coil pengapian.
Camshaft Sensor DLI; DLI; Sangat mirip dengan sistem pengapian pada mesin 7M-GE distributor, Sensor posisi camshaft meliputi sensor pick-up untuk sinyal-sinyal: Ne, G1, dan G2. Reluktor Ne meiliki 24 gigi, sinyal ini mewakili kecepatan crankshaft, pick-up G1 dan G2 menghasilkan sinyal-snyal dekat dengan langkah kompresi TDC untuk silinder nomor 6 dan nomor 1. Sinyal-sinyal ini merefresentasikan sudut crankshaft standard dan identifikasi silinder secara tepat.
Igniter; Igniter; Igniter sama seperti yang dipakai pada sistem pengapian distributor tetapi dilengkapi dengan rangkaian-rangkaian primer terpisah. Igniter membedakan waktu dari ketiga rangkaian primer tersebut dengan kombinasi dari sinyal-sinyal masukan IgdA dan IGdB dari ECU.
Sinyal IGT dimasukkan ke Igniter untuk menentukan rangkaian transistor daya yang mana yang beroperasi dengan benar sesuai dengan urutannya. Igniter juga mengirimkan sebuah sinyal IGF standard ke ECU untuk setiap pengapian yang terjadi pda setiap Coil sesuai. Coil Pengapian Setiap coil dihubungkan serial dengan businya untuk masing-masing silinder. Setiap putaran mesin (720’ rotasi crankshaft), Pengapian dilakukan dua kali pada setiap Coil, diujung kedua busi terjadi percikan api secara serempak. Satu percikan api terjadi sebelum TDC pada busi di silinder yang ada pada langkah kompresi serempak dengan itu pula satu percikan api lagi terjadi sebelum TDC TDC pada busi di silinder yang sedang langkah buang. Distribusi sistem pengapian ini disebut sistem waste spark. spark. Coil yang memberikan
pengapian untuk pasangan silinder 1-6 ditempatkan disebelah kiri, coil untuk pasangan silinder 3-4 ditempatkan ditenah, dan coil untuk pasangan silinder 2-5 ditempatkan disebelah kanan di atas mesin.
Cara Kerja Sistem Pengapian DLI Ketika mesin dicranking, sinyal-sinyal arus ac dihasilkan oleh masing-masing sensor (Ne gigi-24) gigi-24) dan G1 dan G2. Sensor G memiliki fase sejauh 360’. Sensor-sensor G merefresentasikan posisi piston di silinder nomor1 dan nomor 6 mendekati TDC pada langkah kompresi. Sinyal ini diterima ECU kemudian diolah sedemikian rupa oleh microprocessor ESA. Microprocessor ESA menghasilkan dua sinyal yaitu sinyal IGT dan sinyal identifikasi silinder, IgdA dan IGdB, yang mana keduanya membantu Igniter dalam mentriger Coil pengapian secara tepat selama proses cranking mesin. Sinyal-sinyal secara elektronik dikirimkan ke Igniter untuk menentukan pendistribusian arus primer coil yang benar Yang didasarkan pada kombinasi sinyal-sinyal IgdA dan IGdB.
Igniter mendistribusikan sinyal IGT ke coil masing-masing sesuai pilihan yang telah ditentukan oleh rangkaian penggerak coil serta menentukan perioda dwell yang didasarkan pada aliran arus coil prmer. Perhitungan ESA untuk sudut spark advance bekerja sama dengan yang dipakai pada sistem pengapian dengan distributor. Pada Tabel di atas diperlihatkan bagaimana Igniter dapat menghitung posisi crankshaft dan mendistribusikan secara benar sinyal IGT pada masingmasing rangkaian penggerak transistor yang dihubungkan dengan coil yang relevan.
8.
Cara melakukan troubleshooting pada sistem Pengapian DLI
Kondisi Tidak ada percikan api Persiapan pemeriksaan: Yakinkan kondisi batere dalam kondisi baik; Periksa dan periksa ulang setiap koneksi pada Igniter, dan Coil. Periksa kebocoran arus sekunder pada setiap coil dan kebl businya. Pemeriksaan rangkaian pokok. Yakinkan bahwa catu daya masuk ke Igniter dan terminal positif coil. Yakinkan hubungan pada terminal positif dan negatif pada coil sudah baik. Gunakan sebuah lampu test atau logic probe, periksa proses switching pada terminal negatif coil selama mesin dicranking. Kedipan dari lampu test menunjukkan bahwa proses switching telah terjadi. Periksa kabel coil, resistansi sekundernya, kebocoran pada lilitan sekundernya. Transistor-transistor daya di dalam Igniter memiliki hubungan ground pda kemasannya dan harus dihubungkan ke chasis kendaraan secara baik; selalu yakinkan bahwa selalu hubungan ground yang ada sangat baik.
Yakinkan dan ukur resistansi lilitan primer dan sekunder sesuai spesifikasinya. Yakinkan bahwa liitan primer tidak terhubung ke ground. Yakinkan status sinyal dari sensor Ne da G ke ECU (untuk sistem ESA) atau ke Igniter (untuk sistem VAST) memakai sebuah osiloscope atau logis probe. Jika ditemukan kesalahan, periksa resistansi sensor pick-upnya o dan hubungan ke ground. Jika amplitudo sinyal terlalu lemah, periksa generator gap-nya. o Yakinkan status sinyal dari rangkaian IGT dari ECU ke Igniter menggunakan sebuah osciloscope atau logic probe. Pada sistem 7M-GTE, periksa transistor daya di dalam Igniter. Berikan tegangan bias sebesar 3 volt pada setiap basisnya. Gunakan Ohmmeter untuk memeriksa kontinuitas hubungan rangkaian primer ke ground. Periksa gap masing-masing pick-up dan resistansi coil sesuai spesifikasinya. Jika gap dan/atau resistansi tidak dalam spesifikasi, gantilah komponen yang rusak.
Kondisi Timing tidak memberikan advance yang benar (sistem VAST) Rancangan sistem VAST memungkinkan sistem pengapian berfungsi hanya pada timing awal saja artinya sinyal IGT tidak mempengaruhi Igniter. Jika keadaan ini terjadi, sistem pengapian akan terkunci pada seting timing awal seterusnya. Meskipun beban dan kecepatan mesin telah berubah. ECU tidak memonitor kesalahan ini, oleh sebab itu tidak akan ada indikasi dari keadaan ini kecuali mesin kehilangan performanya. Untuk memeriksa kondisi ini: Monitor sinyal IGT pada kabel IGT untuk memonitor apakah sinyal ini ada atau tidak dengan menggunakan sebuah osciloscope atau logic probe. Jika sinyal IGT ada, periksa kabel koneksi pada Igniternya. Periksa dan yakinkan lagi koneksi pada terminal Igniter, Igniter merupakan item terakhir yang dapat menyebabkan masalah ini.
Timing yang terjadi terlalu jauh dari kondisi sebenarnya. Di dalam beberapa kasus, simptom-simptom atau sebuah pengecekan timing ditemukan diluar kondisi-kondisi masukannya. Keadaan ini sangat boleh jadi disebabkan oleh adanya informasi yang salah yang diberikan sensor ke ECU. Sebuah contoh dari masalah ini daat diilustrasikan oleh sensor tekanan manifold yang menghasilkan jangkauan yang terlalu rendah. Lebih rendah dari tegangan normalnya sensor akan menyebabkan pembebanan yang berat pada ECU. ECU merespon operasi beban lebih dengan sebuah advance timing. Jika kendaraan mulai dioperasikan di bawah keadaan moderat hingga beban penuh dengan terlalu banyak spark advance, maka mesin mengahsilkan detonasi. Ketika kondisi ini terjadi, disarankan untuk melakukan pengecekan semua sensor masukan ECU. Jika ada sensor yang memiliki jangkauan di luar normal, seharunya ganti dengan yang baik. Pengaturan Timing awal. Semua mesin dilengkapi fasilitas terminal pengujian TCCS (T atau T1). Terminal ini jika dijumper dengan seutas kabel pada saat mesin hidup, maka sistem TCCS akan default suatu timing awal. Konektor basanya ditempatkan pada ruang mesin seblah kiri mesin dekat dengan bulkhead. T1 dan E1 berfungsi sebagai dianosis terhadap sistem TCCS, disamping itu pada konektor ini juga bisa berfungsi sebagai terminal diagnosis untuk sistem ECT, TEMS, SRS, dan lain-lain.
1) Hidupkan mesin hingga dicapai temperatur Kerja normal (posisi jarum meter meter temperatur berada di tengah skala penuh). 2) Hubungkan terminal TE1 ke E1 menggunakan SST 09843-18020 (atau sejensinya). 3) Tunggu hingga RPM mesin stabil (mesin naik dari 1000 hinga 1300 RPM selama 5 detik). 4) Gunakan timing-light untuk menentukan timing awal a. Yakinkan RPM pada jangka jangkauan uan spesif spesifika ikasi si mesinnya. b. Aturlah timing awal dengan memutar distributor atau posisi Camshaft sensor pada mesin 7M-GTE. 5) Cabut SST jumper. 6) Periksa ulang timing; hal ini akan diadvance paling sedikit 3’ hingga 18’ dari timing awal dengan Jumper dicabut.
KESIMPULAN Pada bagian ini kita telah mempelajari bagaimana ECU secara elektronik mengontrol timing pengapian, mengirimkan spark pada saat yang optimum di setiap kecepatan mesin, beban dan temperatur serta kualitas bahan bakarnya. Kurva spark advance disimpan di sebuah table look-up di dalam memori ECU. Ada dua jenis sistem pengontrolan spark advance yang dipakai pada mesin TCCS Toyota, Sistem Variable Advance Spark Timing (VAST) dan Sistem Electronic Spark Advance (ESA). Perbedaan utama dari kedua sistem ini terletak pada sistem pelaporan sinyal hasil pick-up magnetic (Ne pick-up) di dalam distributornya di mana pada sistem VAST Ne langsung melapor ke Igniter, sedangkan pada sistem ESA Ne melaporkan langsung ke ECU. Sebuah sinyal konfirmasi dihasilkan oleh Igniter untuk melaporkan bahwa telah terjadi pengapian. Sinyal IGF dipakai untuk menyediakan ECU sebuah fail-save fuel mode jika pengapian hilang. Pada sistem DLI, menyediakan pendistribusian arus sekunder dengan sistem three-coil waste-spark. waste-spark. Dua busi yang bersamaan dihubungkan dengan bagian sekunder coil yang sama. Percikan api secara simultan diberikan pada pasangan busi pada pasangan silinder yang mendekati TDC, satu percikan membakar silinder pada langkah kompresi dan yang lain terjadi pada langkah buang.
