Step 1 Engine Electrical Bhs Indo)

Engine Electrical

Engine Electrical

Hak Cipta oleh Hyundai Motor Company. Alih bahasa oleh Training Material & Development. Buku ini tidak boleh diperbanyak tanpa persetujuan dari Hyundai Motor Company. http://training.hmc.co.kr

[email protected]

1

Training Support & Development

Engine Electrical Kata Pengantar

Peralatan listrik pada kendaraan bisa diibaratkan sama dengan sistem urat syaraf pada manusia, bila ada kesalahan pada peralatan tersebut akan dapat mengakibatkan kerusakan pada kendaraan. Karena itulah, diperlukan pengetahuan dasar mengenai peralatan elektrik. Sekarang ini, struktur mekanis sudah menjadi semakin rumit untuk dapat memenuhi program perlindungan pencemaran lingkungan dari gas berbahaya, sejak itu diadakan pergantian dari yang menggunakan sistem mekanis menjadi sistem elektrik untuk meningkatkan performa kendaraan. Karena banyaknya pengetahuan tentang kelistrikan, maka kita harus selalu memperluas pengetahuan dan perkembangan peralatan elektrik yang dipakai pada kendraan. Materi yang diberikan pada buku ini hanya berisi engine electrical secara umum. Untuk data lebih rinci anda dapat melihat buku pedoman shopmanual.

2

Training Support & Development

Engine Electrical Daftar Isi 1. Battery 1.1

Prinsip kerja battery ············································································································ 7

1.2

Tujuan penggunaan battery ································································································ 7

1.3

Jenis-jenis battery ··············································································································· 8

1.4

Struktur lead-acid battery, cara kerja charging dan discharging ········································ 9

1.5

Bermacam karakter lead-acid battery ··············································································· 16

1.6

Umur lead-acid battery ····································································································· 20

1.7

Mengganti lead-acid battery ····························································································· 20

1.8

MF battery ························································································································ 24

2. Starting System 2.1

The principles and kinds of the DC motor ········································································ 25

2.2

Start motor ························································································································ 29

2.3

Structure and operation of the start motor ········································································ 30

2.4

Starting-system trouble diagnosis ···················································································· 42

3. Charging System 3.1

Tujuan charging system ··································································································· 45

3.2

Arus single phase alternating dan arus 3-phase alternating ············································ 45

3.3

Direct current alternator ···································································································· 48

3.4

Alternating current alternator ···························································································· 52

3.5

Alternator regulator ··········································································································· 56

4. Ignition System 4.1

Maksud dari sistem pengapian·························································································· 61

4.2

Sistem pengapian dgn kontrol komputer ··········································································· 63

4.3

DLI (Distributor less Ignition) ···························································································· 75

4.4

Performa sistem pengapian······························································································· 80

5. The Micro 570 analyzer 5.1

Key pad ···························································································································· 83

5.2

Prosedur pengetesan battery ··························································································· 83

5.3

Prosedur Pengetesan starter····························································································· 85

5.4

Prosedur pengetesan charging ························································································ 86

3

Training Support & Development

Engine Electrical MEMO

4

Training Support & Development

Engine Electrical 1. Battery 1.1 Prinsip Kerja Battery Battery adalah suatu alat electrochemical yang dapat merubah energi kimia menjadi energi listrik melalui reaksi kimia kelistrikanm, yang kelompokkan menjadi primary cell dan secondary cell. 1.1.1 Primary Cell Ketika pelat tembaga dan pelat seng dicelupkan ke dalam laturan asam sulfur, maka seng itu akan melebur oleh menjadi ion seng (Zn++) yang mempunyai muatan listrik positive (+), karena itulah muatan listrik negative (-) akan dikumpulkan dari pelat seng-nya. Kemudian Ion hydrogen (H+) akan bergerak ke pelat tembaga karena adanya daya tolak dari ion seng. Karena itulah, ion hydrogen akan memberikan muatan positive (+) ke pelat tembaga, sehingga pelat tembaga tersebut akan mempunyai muatan positive. akibatnya, akan timbul perbedaan tegangan antara pelat seng dan pelat tembaga. Dengan menghubungkan beban external (resistor) antara pelat tembaga dan pelat seng, maka aliran listrik akan mengalir dari pelat tembaga ke pelat seng melalui beban external. Dengan menggunakan alat ini, energi kimia akan dirubah ke energi listrik. Untuk primary cell, setelah sekali arus ini dikeluarkan, maka arus tidak dapat diisi kembali (recharged).

Fig. 1-1. Prinsip Kerja Primary cell

1.1.2 Secondary Cell secondary cell umumnya disebut sebagai storage battery, yang dapat mengembalikan kembali fungsi battery dengan cara pengisian kambali setrum yang telah dikeluarkan. Pada kendaraan secondary cell ini adalah yang paling banyak digunakan. Pada saat beban listrik dihubungkan ke terminal battery, maka akan dihasilkan tegangan melalui reaksi kimia antara pelat electrode electrolyte di dalam battery. Storage battery umumnya adalah lead-acid battery yang dilarutkan oleh asam belerang yang

5

Training Support & Development

Engine Electrical digunakan untuk electrolyte, lead peroxide digunakan untuk pelat positive (anode) dan pure lead digunakan untuk pelat negative (cathode).

Fig. 1-2 Prinsip Kerja Lead-acid Battery

1.2. Maksud Pemakaian Battery Battery dapat membuat energi listrik dan energi kimia melalui penggunaan material pelat electrode dan electrolyte (disebut dengan discharging). Battery juga dapat menyimpan energi listrik ke dalam energi kimia (disebut dengan charging). hal-hal yang diperlukan sebuah battery adalah sebagai berikut. Ukurannya harus kecil, ringan dan tahan lama. Tahan terhadap gunjangan dan mudah dikontrol. Mempunyai kapasitas yang besar dan harganya cukup murah. Fungsi battery untuk kendaraan harus bisa mengikuti kondisi sebagai berikut ;. Harus bisa mensuplai seluruh peralatan listrik yang ada pada kendaraan. Apabila alternator mengalamai kerusakan, battery harus bisa dipakai sebagai sumber listrik pada saat kendaraan melaju. Harus dapat mengatur kesimbangan antara output dari alternator dan beban pemakain. Namun begitu, battery bukanlah merupakan sumber utama untuk peralatan elektrikyang ada pada kendaraan. Ada satu tambahan peran lagi ketika mesin dihidupkan dan pada saat output elektrik pada alternator lebih kecil dari output battery. Untuk itulah, hal yang paling penting diperlukan dari peran battery adalah untuk menghidupkan mesin secara optimal. 1.3 Jenis - Jenis Battery Battery yang banyak dipakai pada kendaraan adalah tipe secondary cell (storage battery atau galvanic battery) yang memungkinkan untuk dapat mengeluarkan dan mengisi kembali muatan listriknya. 1.3.1 Lead-Acid Battery Jenis battery battery ini terdiri dari lead peroxide (PbO2) sebagai pelat electrode (anode) 6

Training Support & Development

Engine Electrical positive (+), discharge lead (Pb) sebagai pelat electrode (cathode) negative (-) dan larutan asam belerang (H2SO4) sebagai electrolyte. Kelebihan dan kelemahannya adalah sebagai berikut. (1) Kelebihan lead-acid battery Tingkat bahayanya lebih sedikit dibandingkan dengan jenis lainnya, karena reksi kimianya terjadi dalam temperatur ruangan. Dapat diandalkan dan harganya juga relatif murah. (2) Kelemahan lead-acid battery Energinya sekitar 40Wh/kgf, lebih rendah dari yang lainnya. Umurnya kurang tahan lama dan memerlukan waktu pengirisan kembali yang lebih lama.

1.3.2 Alkali Battery (Ni-Cd Battery) Ada dua battery alkalin yaitu Ni-Fe battery dan Ni-Cd battery. Di-nickel-hydroxide [2NiO(OH)] dan iron (Fe) digunakan pada Ni-Fe battery dan di-nickel-hydroxide [2NiO(OH)] dan cadmium (Cd) digunakan pada Ni-Cd battery sebagai pelat anode (+) dan pelat cathode (-). Untuk electrolyte digunakan potassium hydroxide (KOH). Electrolyte digunakan hanya untuk menggerakkan electrons bukan untuk reaksi kimia untuk proses charging dan discharging, sehingga gravitasnya harus tidak berubah. Penutupnya terbuat dari lembar baja yang dilapisi oleh nikel atau plastik. Besarnya tegangan sekitar 1.2V per cell, dan tegangan dalam keadaan diisi adalah sekitar 1.35V per cell. Tegangannya akan turun ke 1.1V pada saat dipakai, namun akan meningkat kembali sampai ke 1.4~1.7V pada saat diisi kembali. Kelebihan dan kekurangan battery alkalin adalah sebagai berikut . (1) Keuntungan battery alkalin Tahan terhadap beban berat seperti over charging, over discharging dan tahan lama. Mempunyai performa discharging yang baik. Mempunyai densitas output yang besar. Usianya tahan lama (10~20 tahun). Waktu pengisian cepat. (2) Kelemahan battery alkalin Densitas energinya rendah, sekitar 25~35Wh/kgf. Biaya metal yang digunakan untuk electrode sangat mahal. Agak sulit untuk diproduksi massal.

7

Training Support & Development

Engine Electrical 1.4 Struktur lead-acid battery serta proses kerja charging dan discharging 1.4.1 Struktur lead-acid battery Komposisi dasar lead-acid battery ada dua macam metal electrode yang mempunyai karakteristik ionisasi dan electrolyte yang berbeda. Ada perbedaan tegangan listrik antara anode (+) dan cathode (-). Seperti tampak pada gambar Fig 1-3, ketika beban listrik dihubungkan diantara elektroda ini, maka arus listrik sekwensial akan mengalir dari elektroda (+) yang mempunyai tegangan listrik besar ke elektroda (-) yang tegangan listriknya lebih kecil melakui reaksi kimia antara elektroda dan elektrolit.

Fig. 1-3. Skema dasar diagram lead-acid battery Lead-acid battery yang digunakan pada kendaraan, anode yang digunakan adalah lead peroxide (PbO2), discharge lead (Pb) digunakan untuk cathode dan larutan asam belerang (H2SO4) digunakan untuk elektrolit. Sebenarnya untuk memperoleh energi listrik yang besar dengan volume yang sekecil mungkin, maka area pelat elektroda yang berisi elektrolit harus bisa sebesar mungkin. Untuk mewujudkannya, pelat elektroda hendaknya adalah kumpulan pelat yang terdiri dari banyak pelat tipis yang disusun sejajar. Gabungan pelat elektroda anode dan cathode dipasang saling berhadapan satu sama lainnya.

Fig 1-4. Struktur penyimpanan battery (1) Pelat Elektroda Elektroda terdiri dari pelat anoda dan pelat cathode, yang terbuat dari lead peroxide dan

8

Training Support & Development

Engine Electrical discharge lead pada pelat anode dan cathode, secara respek setelah serbuk lead atau serbuk lead oxide powder merekat dengan larutan asam belerang maka dia akan menyebar pada pelat metal-alloyed grid, dikeringkan dan berubah bentuk.

Fig. 1-5. Pelat Elektroda Grid (jaringan) harus mudah untuk ditangani, mempunyai konduksitas yang baik dan mekanismenya cukup kuat, kompatibel beraksi dengan material dan mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap asam. Umumnya grid terbuat dari alloy untuk lead (Pb) dan antimony (Sb). Lead peroxide, berwarna coklat gelap, mudah melekat oleh elektrolit karena dia mudah menyerap, namun begitu, mudah terkoyak dari pelatnya karena mempunyai ikatan molekul energi yang lemah. Gischarge lead, pelekatnya berwarna abu-abu, tidak mudah terkoyak dari susunan grid karena energi ikatannya cukup kuat dan reaktif, namun demikian, partikel dari sebuknya harus tersebar begitu battery digunakan sehingga sifat menyebapnya berkurang. Begitu partikel kristal pada lead peroxide terkoyak dari pelatnya atau daya lekat pada pelat negatif dikurangi, maka kapasitas dari battery akan berkurang; dan pada akhirnya usianya juga akan lebih pendek. Pelat anode sifatnya lebih aktif sehingga pelat cathode terdiri dari lebih dari satu plate untuk menaikkan kapasitas dan melindungi pelat negatifnya. (2) Separator Separator disisipkan diantara jejeran pelat anode dan cathode untuk mencegah agar tidak terjadi short. Apabila pelat elektroda mengalami short karena kerusakan seperator, maka energi listrik yang diisi pada battery akan bocor keluar. Bahan yang dipakai untuk separator adalah resin fiber yang diperkuat, karet atau plastik yang mempunyai daya serap kecil. Permukaan separator yang berulir menghadapke anode electrode untuk melindungi karat dari lead peroxide dan mempercepat penghamburan. Persyaratan yang harus dipenuhi oleh separator adalah sebagai berikut. Bukan konduktor. Mudah menyerap untuk mempercepat penaburan elektrolit. Mekanismenya harus cukup kuat dan dan tidak mudah berkarat oleh elektrolit. Tidak menimbulkan bahaya terhadap elektroda.

9

Training Support & Development

Engine Electrical (3) Kumpulan Pelat (Plate Group) Plate group terbuat dari sekumpulan elektroda dan separator, elektroda yang dilas dengan potongan penyambung dan dihubungkan ke kutup terminal (+) untuk pelat anode dan kutup terminal (-) untuk pelat cathode. Satu kelompok pelat yang dibuat dengan cara ini disebut dengan satu cell. Untuk penyimpanan battery sebesar 12V, memerlukan enam cell dalam satu kotak yang dihubungkan oleh konektor secara serial. Setiap cell dapat menghasilkan gara electromotive sebesar 2.1~2.3V. begitu jumlah cell-nya ditambah, maka permukaan area yang kontak dengan elektrolit juga akan meningkat , sehingga kapasitas battery juga akan naik. (4) Battery Case Kotak battery umumnya terbuat dari plastik resin. Untuk battery 12V, kotaknya dibagi menjadi enam sektor yang berisi enam cell. Pada bagian bawah masing-masing cell, terdapat elemen kosong untuk mencegah terjadinya short yang mungkin terjadi akibat bongkahan atau deposit yang timbul dari reaksi material yang lepas dari pelat. Gunakan sodium carbonate dan air atau air ammonia untuk membersihkan kotak dan tutup battery.

Fig. 1-6. Plate group

(5) Cover & Vent plug Cover battery juga terbuat dari plastik resin dan dilekatkan ke kotak battery untuk melindungi agar udara atau uap lembab tidak masuk ke dalam. Dibagian tengah cover, ada lubang untuk untuk menginjeksikan elektrolit atau air sulingan dan menyisipkan spoid untuk mengukur gravitasi atau thermometer, dan tutup ventilasi (vent plug) untuk menutup lubang ini. Disitu juga ada lubang kecul dekat vent plug yang gunanya adalah untuk mengeluarkan oxigen atau gas hydrogen yang dihasilkan dari bagian dalam battery.

10

Training Support & Development

Engine Electrical

Fig. 1-7. Struktur vent plug (6) Elektrolit Elektrolit adalah larutan asam belerang yang mempunyai tingkat kemurnian tinggi melalui pencampuran alir sulingan dengan asam belerang. Elektrolit menyimpan energi ketika battery di-charged dimana terjadi kontak antara elektrolit dengan pelat elektroda, dan akan mengeluarkan energi listriknya ketika battery dipakai. Elektrolit juga berperan sebagai arus litrik di dalam cell. Gravitasi elektrolit adalah sekitar 1.280 pada saat battery diisi penuh dengan suhu 20 derajat celcius, dan dipakai sebabai nilai standar. Dengan gravitasi standar, konditivitas belerangnya berada pada angka tertingi. Ketika battery dipakai penuh, nilai gravitasinya adalah sekitar 1.050. Sebenarnya, elektrolit battery mempunyai gravitasi yang lebih tinggi dari angka standarnya, untuk menaikkan gaya electromotive dan menurunkan tahanan internal pada saat battery digunakan. Proses pembuatan elektrolit adalah seperti berikut. Vessel harus merupakan insulator (seperti ebonite atau plastic) ketika elektrolit tercampur. Asam belerang tercampur ke air sulingan secara perlahan. Rasio campuran air sulingan dan asam belerang adalah (1.400) 60% dan 40%. Percampurannya dilakukan secara perlahan dengan cara mengaduknya dan kemudian didiamkan sejenak. Pengaturan gravitasi pada elektrolit untuk 1.280 adalah 20 derajat celcius.

1.4.2 Cara kerja charge dan discharge pada lead-acid battery Discharge (pemakaian) terjadi pada saat beban listrik antara (+) kutup terminal (-) terminal mengalirkan arus. Dan sebaliknya,untuk mensuplai arus ke battery dengan menghudungkan sumber arus seperti recharge atau alternator disebut dengan charge (pengisian). Ketika battery dipakai dan diisi, pelat anode (+) dan cathode (-) dan elektrolit bereaksi secara kimiawi. Karena itulah, proses charge dan discharge pada battery dilakukan oleh lead peroxide dari pelat anode, discharge lead dari pelat cathode dan larutan asam belerang. Reaksi kimia dari proses charge dan discharge pada battery adalah seperti berikut .

11

Training Support & Development

Engine Electrical *

Reaksi kimia proses charge Anode PbO2

Electrolyte +

Lead peroxide *

2H2SO4

Cathode +

Dilute sulfuric acid

Pb

Anode PbSO4

•

Electrolyte +

2H2O

Cathode +

PbSO4

Discharge lead

Lead sulfate

Water

Lead sulfate

Cathode

Anode

Electrolyte

Cathode

Reaksi kimia proses discharge Anode PbSO4 Lead peroxide

Electrolyte +

2H2O

+

PbSO4

PbO2

•

Lead sulfate

Water

Lead peroxide

+

2H2SO4 Dilute sulfuric acid

+

Pb Discharge lead

(1) Discharge Pada Lead-Acid Battery

Fig. 1-8 Reaksi kimia proses discharge Lead peroxide pada pelat anode dirubah ke dalam bentuk air oleh kombinasi oxygen di dalam lead peroxide dengan hydrogen dari asam belerang elektrolit. Lead di dalam lead peroxide digabungkan dengan dengan larutan asam belerang ke bentuk lead sulfate. Discharge lead pada cathode dirubah ke dalam bentuk lead sulfate sama seperti anode. Begitu proses discharge berlangsung, anode dan cathode dirubah menjadi lead sulfate dan elektrolit tambah dilarutkan lagi oleh penambahan air. Karena itulah, gravitasi elektrolit akan menjadi lebih rendah dan tahanan internal pada battery akan meningkat, sehingga arus tidak mengalir begitu waktunya habis. A. Gravitasi Elektrolit dan Status Discharge Gravitasi elektrolit berkurang secara proporsional sesuai dengan besarnya pemakaian setrum. Pada figure 1-9 terlihat perubahan gravitasi berdasarkan jumlah setrum yang dikeluarkan dari 1.280, angka dengan status terisi penuh, 1.080, the angka untuk status discharged penuh. Dengan mengukur berat jenis elektrolit, bersarnya battery yang sudah dikeluarkan dapat diketahui. Fig. 1-9 Gravitas elektrolit dan besarnya discharged pada battery 12

Training Support & Development

Engine Electrical

Jika sisa battery tidak dipakai dalam jangka waktu yang lama, amka elektroda bisa menjadi lead sulfate secara permane atau timbul bermacam kerusakan, sehingga battery tidak dapat digunakan lagi. Jika berat jenisnya adalah 1.200 (20 derat celcius), battery harus diisi ulang (charged). Jika battery disimpan dalam jangka waktu yang lama, maka battery tersebut harus diisi kembali sedikitnya satu kali untuk 15 hari. Rumus untuk mendapatkan angka discharge berdasarkan berat jenisnya, adalah sebagai berikut. Berat jenis full charged – Berat jenis hasil pengukuran Discharge Rate (%)= X 100 Berat jenis full charged – berat jenis full discharged B.

Konversi temperature pada berat jenis elektrolit

Berat jenis elektrolit berubah terhadap temperatur. Alasanya adalah karena volume asam belerang bisa menciut atau mengembang karena temperatur, sehingga berat volume unit berubah. Karena itulah, jika temperatur naik, berat jenis elektrolit akan turun, dan jika temperatu turun, maka berat jenis elektrolit akan naik. Variasinya adalah 0.0007 per 1derajat celcius. Karena itulah, ketika status charge dan discharge sudah ditentukan, berat jenisnya harus konversikan nilai standarnya (20derajat celcius). Berat jenis untuk standar temperatur ideal dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut. Fig. 1-10 Ragam berat jenis berdasarkan temperatur elektrolit S20 = St + 0.0007x(t-20) Dimana,

S20: Berat jenis dengan temperatur standar (20),

St: berat jenis pada saat diukur dengan temperatur t derajat celcius 0.0007: Koefisien temperature t: Temperatur elektrolit pada saat mengukur berat jenis

C.

Cara mengukur berat jenis elektrolit

Status charging pada battery dapat diketahui dengan mengukur berat jenis elektrolit (karena berat jenis akan lebih rendah begitu dilarutkan dengan laturan asam belerang yang dirubah ke air). Jenis alat untuk mengukur berat jenis ada beberapa macam seperti suction gravimeter pada gambar Fig. 1-11 dan optical refraction gravimeter yaitu pada gambar Fig. 1-12. Suction type gravimeter terdiri dari rubber bulb, tabung gelas yang mempunyai pelampung dan tabung penghisap. Untuk mengukur berat jenis, buka vent plug yang ada pada cover battery, masukkan tabung penghisap ke dalam lubang elektrolit, kemudian lihatlah skala dimana pelampungnya berhenti. Permukaan elektrolit yang kontak dengan pelampung dicembungkan oleh permukaan elektrolit, sehingga titik skalanya dapat dibaca.

13

Training Support & Development

Engine Electrical

Rubber bulb

Scale

Float

Suction tube

Fig. 1-11 Suction type gravimeter

Lens (for magnifying the measuring scale)

Measuring window

Antifreeze

Electrolyte

Fig. 1-12 Optical refraction gravimeter

Dan untuk tipe optical refraction gravimeter, buka light refraction cover, ambil beberapa elektrolit menggunakan batang pengukur, rekatkan ke gelas pengukur, tutup refraction cover, balikkan cover ke arah depan secara perlahan, lihat lensanya yang terdapat leveling gravimeter, kemudian baca titik skala batas antara sisi gelap dan terang. (2) Charging pada lead-acid battery Dengan mengalirkan arus untuk memakai strum battery dari sumber arus langsung

14

Training Support & Development

Engine Electrical external (charger atau alternator), reaksi material pada anode dan cathode dilarutkan ke dalam lead sulfate dan selama proses discharge berlangsung akan dirubah ke dalam lead dan sulfuric radicals. Air sulingan dilarutkan ke dalam oxygen dan hydrogen. Sulfuric radical yang dilarutkan dari lead sulfate dipertemukan dengan hydrogen untuk membuat asam belerang yang pada akhirnya berubah menjadi asam belerang. Oleh karena itulah, densitas asam belerang meningkat dan berat jenisnya juga akan ikut naik. Kemudian pelat anode dikonversikan ke dalam lead peroxide dan pelat cathode konversikan menjadi discharge lead. Gambar 1-14 memperlihatkan kurva hubungan antara tegangan dan berat jenis elektrolit berdasarkan waktu pengisiannya (charging time).

Fig. 1-13 Chemical changes during the charge operation

Fig. 1-14 Grafik karakter charging

A. Changes of terminal voltage Untuk mengisi battery dengan arus tetap, tegangan yang diaplikasikan ke terminal harus naik seperti tampak pada gambar Fig. 1-14. Pada saat permulaan proses charging, kurva naiknya tegangan tidak begitu tajam; namun diakhir proses charging, kurvanya meningkat tajam, jadi ketika tengannya mencapai sekitar 2.7V per cell dan tegangan terminal pada mencapai sekitar 15

Training Support & Development

Engine Electrical 16V, maka tengannya sudah mempunyai angka yang tetap. Diakhir proses pengisian, anode akan menghasilkan banyak oxygen dan cathode akan menghasilkan banyak hydrogen. Gasgas ini menutup pelat-pelat dan selanjutnya tahanan internal akan meningkat. Karena itulah, agar arus dapat mengalalir konstan, tegangan terminal harus naik. Setelah proses pengisian selesai, hanya air sulingan lah yang menyerap oleh elektrolit, sehingga jumlah gas yang akan menjadi jenuh dan tegangan distabilkan. Tegangan terminal selama proses pengisian adalah sebagai berikut. Et = Eo + Ic x r Here, Et : Voltage yg dipakai ke terminal, Eo :Gaya Electromotive Ic : Arus yang keluar r : Tahanan internal Berdasarkan persamaan diatas, ketika proses pengisian dilakukan pada temperatur rendah diamana tehanan internalnya tinggi, maka tegangan terminalnya akan naik. Artinya adalah arus pengisian akan dikurangi, begitu temperaturnya rendah, ketika battery di-charged dengan arus konstan menggunakan charger atau alternator. B. Pengisian battery pada yang dipasang pada kendaraan Sumber listrik untuk battery yang dipasang di kendaraan adalah alternator yang terngan outputnya diatur oleh regulator untuk mengisi setrum battery dengan tegangan tertentu. Namun ada juga beberapa peralatn seperti seperti illuminators, wiper motor dan heater, sehingga alternator harus mengsuplai tenaga listrik ke alat ini dan battery pada saat yang bersamaan pada saat kendaraan berjalan. Jika mesin dalam keadaan idling, maka output dari alternator akan dikurangi. Kemudian, jika beban listriknya lebih tinggi dari output alternator, maka battery akan mulai mengeluarkan arusnya sebagai tenaga listrik ekstra untuk disuplai ke peralatan listrik. Dalam hal ini, jumlah arus yang diisi dan dipakai akan ditentukan oleh status pemakaian arus (kapasitas listrik yang disisakan) dan kondisi lainnya seperti setting tegangan, jenis beban, status running dan temperatur di luar. Pada saat alat pengisian kembali bekerja secara normal dan beban tidak overloaded, jika kendaraan secara terus-menerus dijalankan, battery akan di- charged dan rata-rata arus yang sedan diisi akan dikurang. 1.5 Ragam karakteristik lead-acid battery 1.5.1 Electromotive pada lead-acid battery Electromotive pada lead-acid battery adalah sekitar 2.1~2.3V per cell dan macamnya tergantung dari berat jenis dan temperatur elektrolit serta status discharging. Electromotive akan berkurang ketika temperatur elektrolitnya rendah. Alasanya adalah karena pada saat tersebut, reaksi kimia di dalam battery akan berlangsung secara perlahan dan

16

Training Support & Development

Engine Electrical tahanan pada elektrolit akan naik. Fig. 1-15 Hubungan antara electromotive dan berat jenis elektrolit

Fig. 1-16 Hubungan antara electromotive dan temperatur pada elektrolit

1.5.2 Final voltage Tegangan terminal pada lead-acid battery akan turun sesuai dengan progres discharge karena tahanan internalnya naik. Terhadap angka yang dibatasi, tegangan terminalnya akan turun secara drastis. Jika proses discharge dilanjutkan dengan melebihi batasan angka ini, maka tegangannya akan terlalu rendah untuk dipakai dan performa battery akan berkurang. Angka batas ini disebut dengan final voltage atau test end voltage. Penurungan tegangan pada battery ketika proses discharge dimulai, terjadi di lead sulfate pada permukaan pelat elektroda, yang merintangi elektrolit dari reaksi dengan pelat elektroda. Begitu discharge dilanjutkan, lead sulfate akan merintangi kontak pada elektrolit ke material elektroda. Dan pada akhirnya, proses discharge tidak dilakukan. Karena itulah tegangannya turun secara drastis. Besarnya final voltage berbeda tergantung dari jenis battery. Umumnya adalah 1.7 ~ 1.8 (1.75) V per cell dan 10.5V (1.75 x 6) untuk battery 12V.

Fig. 1-17 Kurva pemakaian arus pada lead-acid battery

17

Training Support & Development

Engine Electrical 1.5.3 Kapasitas lead-acid battery Kapasitas battery adalah kapasitas listrik, yang dapat di-discharged sampai tegangan terminalnya mencapai tegangan nominal final ketika battery yang sudah diisi penuh dipakai secara terus-menerus dengan arus tertentu. Elemen untuk menentukan kapasitas battery adalah ukurannya (atau area), ketebalan dan jumlah elektroda serta jumlah elektrolit. Satuan ukur untuk kapasitas battery adalah AH (Ampere Hour rate) yang diwakili oleh persamaan sebagai berikut. Ampere Hour rate (AH) = Discharging current (A) X Continuous Discharging time till Final voltage (H) (1)

Hubungan antara pemakaian (discharge) dan kepasitas

Rata-rata pemakaian battery adalah sejumlah pemakaian arus yang mempengaruhi kapasitas battery secara langsung. Sebagaimana kapasitas battery yang diwakili oleh discharging current X discharging time, rata-rata discharging dapat diwakili oleh jumlah arus yang dipakai (disebut dengan current rate), atau discharging time (disebut time rate). Cara lain untuk untuk mewakili kapasitas battery adalah 20-Hour rate capacity, 25-Ampere rate dan Cold discharge rate. A. Kapasita 20-Hour rate (atau 10-hour rate) Kapasitas 20-hour rate adalah total arus yang dapat dipakai selama 20 jam (untuk 10-Hour rate, adalah selama 10 jam), yaitu ketika arus dipakai secara terus-menerus sampai final voltage pada cell mencapai 1.75V. metode ini dipakasi sebagai typical discharging rate. Misalkan, 20-Hour rate 100AH capacity, artinya adalah perlu battery dapat digunakan secara secara kontinyu selama 20 jam dengan kapasias 5A sampai mencapai final voltage.

Fig. 1-18 Besarnya pakaian arus dan kapasitas battery Kapasitas battery akan berkurang dengan cepat begitu arus yang dipakai besar. Alasanya adalah karena proses reaksi kimia lebih cepat dari penaburan elektrolit sehingga asam belerang yang diperlukan tidak cukup disuplai ke elektroda pada saat battery dipakai dengan arus yang besar (misalnya, ketika engine). Ketika proses pemakaian arus dilakukan dengan arus yang besar, sejumlah material elektroda digunakan hanya untuk reaksi kimianya saja, sehingga kapasitasnya akan berkurang. Dalam kasus ini, jika proses discharge dihentikan sementara, elektrolit dapat larut ke elektroda, proses discharge dapat dilanjutkan kembali. Kapasitas ini disebut dengan surplus capacity. Adalah pamakaian waktu untuk battery pada saat mesin dihidupkan dibatasi dalam waktu 10~15 detik sesuai dengan karakteristik reaksi

18

Training Support & Development

Engine Electrical kimia pada battery. Tabel ; Rata-rata discharge rate dan discharged current rate Discharge Rate Capacity (AH) Amount of Discharged Current (A) Discharged current Rate

20 Jam

10 Jam

5 Jam

3 Jam

1 Jam

100

92

80

75

68

5

9.2

16.0

25.0

68.0

1.0

1.84

3.2

5.0

13.6

B. 25-Ampere Rate 25-Ampere rate adalah waktu sampai cell mencapai 1.75V ketika arus battery dipakai (25A) pada suhu 26.6 derajat celcius. Ini cukup mewakili performa battery untuk mensuplai arus ke peralatan elektrik ketika alternator mengalami malfungsi. C. Cold discharge rate Cold discharge rate waktu yang diperlukan sampai tegangan yang ada pada cell turun ke 1V ketika battery digunakan dengan 300A pada -17.7 derajat celcius. (2) Hubungan antara temperatur dan kapasitas di dalam elektrolit Kapasitas battery umumnya ditentukan oleh temperatur elektrolit. Yaitu pada saat proses pemakaian arus beralangsung, jika temperaturnya tinggi, maka kapasitasnya juga tinggi, dan bila temperaturnya rendah maka kapasitasnya akan sedikit. Karena itulah, bila kapasitannya sudah ditentukan, temperatunya juga harus disebutkan. Dalam kondisi standar tempreaturnya adalah 25 derajat celcius (disini, temperatur standar pada berat jenis elektrolit adalah 20 derajat celcius). Keterkaitan ini mempengaruhi pada saat mesin di-start pada saat musin hujan. Performa battery juga akan diatur oleh keterkaian ini. Jika temperatur elektrolit tinggi, maka proses reaksi kimianya akan cepat sehingga kapasitas battery akan meningkat.

(3) Berat jenis elektrolit dan kapasitas secara teori sudah jelas bahwa jumlah belerang pada elektrolit secara langsung terkait pada kapasitas. Selanjutnya, kapasitas beragam tergantung dari jumlah material elektrodanya, besar area dan besaran yang dipakai, ketebalan dan banyaknya pelat elektroda. Namun, jika kondisi material elektroda adalah sama, maka kapasitasnya ditentukan oleh berat jenis elektrolit. (4)

Macam kapasitas dan tegangan berdasarkan jenis koneksi battery

A. Koneksi secara serial Koneksi serial adalah penghubungan koneksi terminal (+) battery ke terminal (-) battery lainnya dimana dua battery atau lebih yang mempunyai kapasitas yang sama dihubungka satu sama lainnya. Tegangannya akan naik sebanyak battery yang dihubungkan; namun

19

Training Support & Development

Engine Electrical kapasitasnya sama seperti halnya satu battery.

20

Training Support & Development

Engine Electrical B. Koneksi secara parallel Koneksi parallel connection adalah menghubungkan terminal (+) pada dua battery dan terminal (-) ke dua battery, secara berurutan satu sama lainnya. Kapasitasnya akan naik sesuai dengan jumlah battery yang dihubungkan; namun, tegangannya sama seperti halnya dengan satu battery. Pada saat mesin di-start, jika mesi tidak bisa starting karena sterum battery hampir habis, maka perlu battery tambahan untuk membantu proses starting mesin. Pada saat tersebut, battery tambahan harus dihubungkan secara parallel ke battery aslinya. [Contohnya] jika tiga battery dengan spesifiaksi 12V-100AH dihubungkan secara serial, maka sepesifikasinya akan menjadi 36V-100AH; jika dihubungkan secara parallel maka spesifikasinya akan menjadi 12V-300AH.

Fig. 1-19 Jenis koneksi pada battery

1.5.4 Self-discharge pada lead-acid battery Self-discharge adalah penomena dimana kapasitas battery akan berkurang dengan sendirinya apabila battery tersebut tidak dibiarkan tidak dipakai dalam jangka waktu yang lama. Alasan mengapa bisa terjadi self-discharge adalah sebagai berikut. Material (discharge lead) pada pelat cathode bereaksi dengan belerang kemudian dikonversikan ke dalam lead sulfate dan menghasilkan gas hydrogen, yang terbentuk karena memang strukturnya adalah demikian. Material asing seperti (lead (Pb), nickel (Ni) atau copper (Cu)) dialirkan ke elektrolit sehingga terbentuk lokalisasi cell dengan pelat cathode sehingga terjadi proses selfdischarge. Additionally, another localized cell can be formed between the grid and the anode material (lead peroxide). Material-material yang terlepas dari pelat akan menempel di bagian bawah dan samping case, atau separator yang rusak, sehingga pelat elektroda mengalami short yang pada akibatnya terjadi proses self-discharge. Kebocoran arus melalui elektrolit atau debu yang menempel pada tutup battery juga salah satu penyebab terjadinya self-discharge. Apabila battery tidak dipakai dalam jangka waktu yang cukup lama, mak kemungkinan battery tersebut akan mengalami self-discharge sampai over discharge. Jika battery mengalami over discharged, maka elektrodanya dapat berubah menjadi lead sulfate permanen sehingga battery tersebut tidak dapat digunakan kembali. Besarnya self-discharge diwakili dalam persentase (%) dari kapasitas umum battery, yaitu 0.3~1.5% dari kapasitas aktual untuk 24 jam. Besarnya self-discharge berhubungan dnegan 21

Training Support & Development

Engine Electrical hal sebagai berikut. Besarnya self-discharge akan naik begitu temperatur dan berat jenis elektrolit dan kapasitas battery tinggi. Pada figure 1-20 terlihat bahwa besarnya self-discharge beragam yaitu 1.6 pert 1.280, dan 0.6 pert 1.200, dengan persamaan bahwa jumlah berat jenis adalah 1 per 1.240 (20derajt celcius).

Fig. 1-20 Berat jenis dan self-discharge Semakin lama besarnya self-discharge akan bertambah, namun besarnya berkurang se iring dengan waktu yang lewat setelah proses pengisian. Hubungan antara temperatur dan self-discharge adalah sebagai berikut.

Tabel temperatur elektrolit, besarnya penurunan berat jenis Temperature

besarnya

self-discharging

selama

24-jam

Berkurangnya berat jenis

(derajat celcius)

Besarnya Self-discharging (% per 24 jam)

30

1.0

0.002

20

0.5

0.001

5

0.25

0.0005

dan

(per 24 jam)

1.6 Usia lead-acid battery Seiring dengan bertambahnya waktu, performa battery akan berkurang, kapasitas battery akan berkurang dan besarnya discharge akan bertambah juga, dan pada akhirnya, battery akan tidak bisa digunakan kembali. Faktor utama yang mempengaruhi usia battery adalah material yang lepas dari elektroda. Begitu volume material ini membesar atau mengecil sesuai dengan proses pengisian dan pemakaian battery, lead peroxide yang tingkat perekatannya lemah akan lepas dengan mudah dari elektroda. Sipat menyerap (porosity) pada lead cathode akan

22

Training Support & Development

Engine Electrical berkurang sehingga menyebabkan pengurangan waktu pakainya. Begitu juga, bertambahnya temperatur selama proses pengisian dan kurang perawatan merupakan faktor penyebab berkurangnya usia battery. Adapan penyebabnya adalah sebagai berikut. Transformasi secara permanen ke dalam lead sulfate pada elektroda karena over discharge atau kekurangan charge. Naiknya temperatur elektrolit karena over discharge. Memburuknya separator dan elektroda serata keretakan grid. Ledakan elektroda karena kekurangan elektrolit. Berat jenis elektrolit yang terlalu tinggi atau rendah. Ada benda asing yang mengalir di dalam elektrolit. Adanya short atau material yang lepas pada elektroda di dalam case. 1.7 Pengisian lead-acid battery 1.7.1 Metode pengisian pada lead-acid battery Battery yang kosong harus diisi kembali dengan arus langsung (DC) sehingga harus menggunakan charger rectifying (penyelaras) arus AC. Umumnya charger adalah silicon yang menggunakan silicon (Si) sebagai rectifier. Figure 1-20 adalah diagram dasar charger yang terdiri dari transformer, rectifier dan voltage selection switch. Dalam gambar tersebut, AC adalah konektor ke arus alternatif. Disana terdapat transformer dan voltage selection switch untuk output tegangan DC sesuai dengan jumlah beban listrik yang dihubungkan ke terminal DC. Arus AC ditransfer ke rectifier melalui selection switch kemudian diterima oleh sirkuit rectifying yang terdiri dari 4 diod ke dalam bentuk single phase current. Pada terminal (+) dan (-)l, arus DC untuk charging adalah merupakan output.

Fig. 1-20 Diagram dasar sebuah charger Cara penghubungan battery adalah dengan menghubungkan terminal (+) pada battery ke terminal (+) pada charger dan terminal (-) pada battery ke terminal (-) pada charger, dan untuk mengatur tegangan output-nya adalah dengan menggunakan selection switch. Untuk mengganti multiple batteries menggunakan satu charger pada saat yang bersamaan, ada serial charging dan parallel charging seperti tampak pada gambar Fig. 1-21.

23

Training Support & Development

Engine Electrical

Fig. 1-21 Metode penghubungan battery saat proses pengisian

(1) Serial charging Batteries yang mempunyai kapasitas yang sama dihuubngkan seperti tampak pada gambar Fig. 1-21 (a) untuk melakukan pengisian pada saat yang bersamaan. Dalam hal ini, proses pengisian bisa dilakukan dengan arus ouput yang sama seperti pada satu cell. Namun begitu, begitu arus yang sama diberikan ke masing-masing battery, arus pengisian dapat dikontrol sesuai dengan status discharged masing-masing battery. Pada metode ini, banyaknya battery yang dapat dihubungkan ditentukan oleh besarnya tegangan pada charger. Ketika jumlah battery yang dihubungkan ke charger sudah diputuskan, misalnya diperlukan 2.7V untuk satu cell battery, dengan tegangan battery 12V, maka minimal besarnya tegangan pada charger harus 16V. karena itulah, untuk charger yang mempunyai tegangan maksimal sebesar 75V, agar bisa mengisi battery 12V secara serial, jumlah battery yang harus dihubungkan adalah 4 buah. (2) Parallel charging Battery yang kapasitasnya atau status discharged berbeda dihubungkan seperti tampak pada gambar 1-21 (b) untuk dipakai mengisi battery. Disini, tegangan pengisian yang sama dipakai ke masing-masing battery, sehingga perlud dipasang variable resistor untuk mensuplai tegangan yang berbeda sesuai dengan status discharged. Pada cara ini, proses pengisian bisa dilakukan dengan tegangan output yang mempunyai tegangan yang sama pada satu cell; namun demikian, pengisian arusnya adalah gabungan dari masing-masing arus battery. Karena itulah, jumlah battery yang dihubungkan ditentukan oleh besarnya arus pada charger. Pada cara ini, jika tidak ada variable resistor, pengisian dengan cara sambungan parallel sebisa mungkin lebih baik jangan dilakukan. Karena arus yang diperlukan untuk proses pengisian bisa sangat besar sehingga usia battery akan berkurang dengan cepat. Ada banyak cara untuk mengisi battery menggunakan charger. Semua arus untuk proses pengisian tidak hanya dipakai untuk proses pengisian. Ada beberapa arus yang hilang seperti panas yang dihasilkan selama proses pengisian dan gas yang dihasilkan oleh elektrolit dari air sulingan. Karena itu, hal penting yang harus dipikirkan adalah bagaimana caranya untuk mengurangi arus yang hilang tersebut. Ada bermacam cara proses pengisian seperti initial charge, maintenance charge, recovery charge, dan equalizing charge.

24

Training Support & Development

Engine Electrical 1.7.2 Initial charge Initial charge adalah proses pengidian battery yang dilakukan pada saat pertama kali battery dibuat dan pengisian elektrolit sebelum battery tersebut digunakan. Tujuan dari initial charge adalah untuk mengaktifkan pelat cathode dengan memisahkan lead oxide atau lead carbide dari reaksi lead cathode dengan atau di dalam atmosphere, menjadi discharge lead lagi. Sekarang ini sudah ada battery baru yang bisa langsung dapat dipakai begitu diisi dengan elektrolit. 1.7.3 Maintenance charge Maintenance charge adalah proses pengisian untuk tambahan kapasitas dari pemakaian normal atau self-discharge. Battery untuk kendaraan kapasitasnya dapat ditambah untuk menghidupkan mesin melalui alternator dan regulator ketika mobil berjalan. Pada kondisi berikut, arus yang dipakai lebih besar dari arus yang diisi, sehingga diperlukan maintenance charge. Apabila running time terlalu cepat untuk melakukan penambahan yang mencukupi. Pada saat proses pengisian ketika kendaraan berjalan tidak mencukupi karena over discharge atau kebocoran arus di dalam sirkuit elektrik. Apabila proses pengisian tidak bisa berjalan dikarenakan adanya kesalahan fungsi pada alternator atau regulator atau kerusakan kontrol. Ada dua metode maintenance charge, yaitu normal charge yang waktu pengisiannya relatif cukup lama, dan quick charge yang waktu pengisiannya relatif singkat dengan menggunakan arus yang besar. Normal charge digolongkan menjadi constant current charge, constant voltage charge dan variable current charge berdasarkan kondisi pengisiannya. (1) Constant current charge Metode pengisian ini adalah mengisi setrum dengan arus tetap mulai dari permulaan sampai akhir proses pengisian. Secara garis besar arusnya seperti berikut; Pengisian arus standar : 10% dari kapasaitas battery Pengisian arus minimal

: 5% dari kapasitas battery

Pengisian arus maksimal

: 20% dari kapasitas battery

Dan karanteristik pengisian arus tetap adalah sebagai berikut; a. Tegangan terminal pada awal proses pengisian naik secara drastis dan setelah itu melambat turun. selanjutnya, pada saat mendekati 2.4V, tegangannya naik lagi, dan ketika tegangannya sudah berada diantara 2.6~2.7V, maka tegangannya akan terus tetap dipertahankan. b. Berat jenis elektrolit secara perlahan akan niak karena dia tidak bergerak sampai gas dihasilkan. Pada saat gas dihasilkan, maka berat jenisnya akan naik secara tajam untuk kemudian akan tetap di angka sekitar 1.280. c. Jika tegangannya pada cell mencapai 2.3~2.4V setelah proses pengisian dimulai, maka akan banyak gas yang dihasilkan. Alasannya adalah bahwa arus yang disuplai setelah diisi penuh digunakan oleh elektolit air sulingan. Pada pelat anode (+) oxygen dihasilkan dan hydrogen dihasilkan pada pelat cathode (-). Status penghasilan gas selama proses pengisian juga digunakan sebagai alat untuk menentukan selesainya proses pengisian.

25

Training Support & Development

Engine Electrical Disini gas hydrogen gas adalah gas yang berbahaya karena marupakan gas yang mudah meledak, sehingga hati-hati jangan sampai terkena api. d. Pada saat proses pengisian selesai, apabila berat jenis elektrolit dengan temperatur 20 derajat celcius adalah lebih dari 1.280, maka perlu ditambah air sulingan untuk mengatur agar berat jenisnya berada dilevel 1.280.

Fig. 1-22 karakteristik pengisian arus dan tegangan pada constant current charge (2) Constant voltage charge Metode ini adalah proses pengisian yang dilakukan dengan tegangan konstan dari awal sampai akhir proses pengisian. Karakteristik pengisian terlihat seperti pada gambar Fig. 1-23; pada awal proses pengisian, arus yang diberikan adalah besar. Setelah beberapa lama, arusnya akan dikurangi. Dan pada akhirnya, arus tidak bisa mengalir diakhir proses pengisian. Oleh karena itulah, tidak ada gas yang timbul, sehingga performa pengisiannya lebih baik, namun begitu, arus yang besar dapat mempengaruhi usia pemakaian battery-nya.

Fig. 1-23 Karakteristik pengisian arus dan tengangan pada constant voltage charge.

26

Training Support & Development

Engine Electrical (3) Variable current charge Metode pengisian ini adalah proses pengisian dengan arus variable. Dalam metode ini, efesiensi pengisiannya bagus dan temperatur elektrolit secara perlahan akan naik. Di akhir proses pengisian, arusnya akan berkurang, sehingga bisa mengurangi hilangnya arus dan bisa melindungi kerusakan akibat dari timbulnya gas. (4) Quick charge Cara ini biasanya menggunakan alat quick charger untuk mempercepat waktu proses pengisian. Quick charge tidak menimbulkan reaksi kimia karena dalamnya bahan elektroda, untuk itu perlu dilakukan maintenance charge setelah proses quick charge selesai .

Fig. 1-24 Quick charger

27

Training Support & Development

Engine Electrical Ketika melakukan quick charge maka perlu diperlatikan hal sebagai berikut. a. Jika user ingin melakukan quick charge dimana battery tidak dilepas dari kendaraan, seluruh kabel harus dipisahkan dari kutup terminal (+) dan (-). Kemudian clip pada charger dipasang dengan benar (hal ini untuk melindungi diode alternator). b. Arus yang diisi harus 50% dari kapasitasnya, jangan sampai lebih. c. Quick charge harus dilakukan dalam waktu yang sesingkat mungkin. d. Jika temperatur elektrolitnya lebih dari 45 derajat celcius, arus yang diisi harus dikurangi atau proses pengisiannya harus ditunda dan dilanjutkan apabila temperaturnya sudah lebih rendah.

1.7.4 Recovery charge Recovery charge adalah penemuan kembali permukaan pelat elektroda yang dilarutkan secara kontinyu pada saat proses discharge. Proses ini ini dilakukan dengan arus pengisian konstan dan dengan arus kecil selama 40~50 jams. Kemudian, besarnya arus yang diisi harus dipakai dan diisi ulang kembali dengan cara yang sama. Process ini dilakukan dalam beberapa kali. 1.7.5 Equalizing charge Equalizing charge dilakukan apabila berat jenis pada masing-masing cel elektrolit tidak sama. Proses ini dilakukan melalui penyamaan berat jenis elektrolit pada masing-masing cell dengan menambah arus sampai sebesar 20~25% dari arus normalnya dan kemudian melakukan overcharging. Prosesnya menggunakan arus pengisian konstan.

1.7.6 Hal yang harus diperhatikan dalam melakukan charging battery Lokasi proses pengisian battery harus mempunyai sistem ventilasi yang baik. Setrum battery yang dipakai bukan karena tidak dipakai dalam jangka waktu yang lama, tetapi dilakukan melalui maintenance charge. Temperatur elektrolit tidak lebih dari 45 derajat celcius. Battery yang akan di-charge harus jauh dari jangkauan api. Jangan sampai battery mengalami overcharged karena pelat anode (+) nya akan menjadi oksida. Apabila battery yang diisi pada saat yang bersamaan lebih dari dua buah, maka sistem koneksinya harus secara serial. Penyambungan charger dan battery jangan sampai terbalik. Mempersiapkan bahan pengobatan untuk pertolongan pertama seperti air ammonia atau sodium carbonate. Seluruh vent plug pada cell harus dibuka. 1.8 MF battery Battery MF (Maintenance Free) juga adalah lead-acid battery hasil pengembangan dari battery normal untuk melindungi agar elektrolit tidak berkurang karena reaksi gas yang dibangkitkan dariself-discharge atau reaksi kimia, dan mengurangi proses perawatan dan pemeriksaan. Keunggulan battery MF adalah sebagai berikut; 28

Training Support & Development

Engine Electrical Tidak perlu melakukan pemeriksaan atau mengganti air sulingan. Besar self-discharge sangat kecil. Dapat disimpang dalam jangka waktu yang lama. Perbedaan mendasar antara battery MF dan battery normal adalah pada material, metode pembuatan dan bentuk grid. Material untuk grid adalah campuran lead-antimony yang mempunyai antimony (Sb) sedikit atau campuran lead-calcium. Antimony, digunakan pada grid battery normal, bahan ini digukanan untuk meningkatkan kekuatan mekanis pada grid dan agar proses pembuatan oleh pabrik menjadi lebih mudah. Dan dapat diekstrak dari permukaan elektroda sehingga pemusatan battery bisa terbentuk. kemudian, self-discharge bisa dipercepat dan tegangan yang diisi dapat dikurangi. Ketika isi tegangan konstan dipakai pada kendaraan,arus pengisiannya akan dinaikkan secara bertahap sehingga elektrolit dari air suling akan lebih aktif. Untuk mencegah gejala ini, jika battery MF terbuat dari bahan campuran terdiri dari sedikit antimony atau lead-calcium, maka pengurangan elektrolit dan self-discharge akan terhindari. Metode pembuatan untuk grid adalah dengan membuat susunan pelat besi melalui proses mekanikal seperti tempaan lembaran baja, sehingga kualitas dan produktivitasnya meningkat. Dengan memakai sebuah catalyst plug untuk memisahkan oxygen dan hydrogen gases ke air suling lagi, sehingga tidak perlu ada lagi penambahan air suling.

Fig. 1-25 Sktutur catalyst plug 2. Starting System Mesin mobil bekerja dengan empat langkah yaitu langkah masuk, langkah kompresi, langkah pembakaran dan langkah buang. Diantara langkah-langkah tersebut, energi untuk menggerakkan mesin hanya dihasilkan dari langkah pembakaran, dan energi tersebut dikirim ke flywheel dan output melalui gerakan putaran secara terusmenerus oleh gaya inersia pada flywheel. Pada saat starting mesin, diperlukan daya untuk intake awal dan langkah kompresi harus disuplai dari luar untuk memutar crankshaft. Pada saat tersebut diperlukan battery, starting motor, ignition switch dan wiring.

Fig. 2-1 Diagram Sirkuit Starting

29

Training Support & Development

Engine Electrical 2.1 Prinsip kerja dan jenis motor DC 2.1.1 Prinsip kerja motor DC Seperti tampak pada gambar Fig. 2-2, setelah dipasang conductor (armature) yang dapat berputar secara bebas di dalam bidang magnet, terdapat commutator untuk mensulai sumber arus, brush yang melakukan kontak ke commutator untuk mensuplai arus ke conductor, sebuah gaya dihasilkan dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kiri Fleming. Pada saat tersebut, arus mengalir dari conductor A ke conductor B (lihat Fig. 2-3). Karena itulah, conductor A dekat kutup N mempunyai gaya dengan arah ke bawah, dan conductor B dekat kutub S mempunyai gaya dengan arah ke atas. Sehingga akan berputar ke arah kiri. Gerakan ini menghasilkan gaya putar secara proporsional mengikuti kekuatan medan magnet dan arus yang mengalir melalui conductor. Dengan memperimbangkan situasi stelah conductor berputar 180 derajat, conductor A dan B diletakkan dengan posisi terbalik. Karena itulah, arah putarannya akan terbalik, sehingga tidak dapat berputar secara kontinyu. Untuk mencegah konflik ini, arah arus yang disuplai harus tatap dipertahankan dalam satu arah, sehingga arah putarnya tidak terbalik.

Fig. 2-2 Prinsip kerja motor

Fig. 2-3 Gaya yang diaktifkan ke armature Gaya electromagnetic yang disuplai ke armature terletak di dalam bidang magnet, pada saat arus DC disuplai ke armature melalui brush dan commutator. Akan dijelaskan pada gambar Figs. 2-3 (a), (b) dan (c).

30

Training Support & Development

Engine Electrical Gambar (a): begitu arus mengalir dari armarture coil B ke coil A, gaya electromagnetic pada coil A diberikan ke arah atas dan coil B di berikan ke arah bawah. Karena itulah, armature akan berputar ke kiri (kebalikan arah jarum jam). Gambar (b): Pada saat armature berputar 90 derajat ke tengah coil, aru tidak lagi mengalir melalui armature. Karena itulah armature tetap berputar melalui gerakan inersia-nya. Gambar (c): armature berputar, coil A dan coil B ditempatkan dengan posisi terbalik dari gambar (a). Namun begitu, arah arusnya tidak berubah oleh brush, sehingga arah gaya electromagnetic sama seperti pada gambar (a) meskipn arusnya dialirkan dari coil A ke coil B. karena itulah armature akan berputar ke arah kiri (kebalikan arah jarum jam). 2.1.2 Jenis Motor DC Sesuai dengan metode penghubungannya antara armature coil dan field (yoke) coil, jenis gulungan secara series, jenis gulungan shunt (melangsir), dan tipe gulungan compound digunakan untuk motor arus langsung (DC) yang terdiri dari armature coil, field (yoke) coil, commutator dan brush. Terakhir ini sudah ada yang menggunakan manget permanent.

(1) Motor jenis gulungan series Pada jenis ini armature coil dan field (yoke) coil dihubungkan secara serial. Arus konstan mengalir melalui masing-masing coil. Ciri khas jenis ini adalah dapat memberikan daya putar yang besar namun tidak membuat arus yang berlebihan pada beban tinggi karena kecepatan putarannya dapat diatur secara otomatis sesuai dengan besar bebannya. Namun demikian, tanpa beban, kecepatan putarannya akan sangat tinggi sehingga motornya harus tangani dengan benar agar tidak rusak. Karena itulah jenis motor ini banyak digunakan untuk starting motor. Karakteristik tipe ini adalah sebagai berikut;

Fig. 2-4 Diagram Electric gulungan serie motor dc A. Karakteristik hubungan antara arus armature dan gaya putar Besarnya gaya putar pada motor adalah sesuai dengan besar arus armature dan ke kuatan bidang magnet. Kekuatan bidang magnet ditentukan oleh arus yoke dan arus armature. Karakter grafiknya tampak pada gambar 2-5. begitu arus armature-nya tinggi, gaya putarnya akan meningkat. B. Karakteristika hubungan antara arus armature dan kecepatan Arus armature adalah kebalikan dari gaya electromotive yang dibuat oleh motor. Gaya electromotive adalah proporsional mengikuti kecepatan motor. Oleh karena itulah, arus

31

Training Support & Development

Engine Electrical armature-nya adalah kebalikan dari kecepatan motor. Grafik karakternya terlihat pada gambar 2-5 dibawah ini. Seperti terlihat pada grafik, ketika kecepatannya rendah (bebannya tinggi), gaya putarnya akan tinggi karena arus pada armature naik, oleh karena itulah gulungan motor secara series pada motor dc umumnya dipakai untuk starting motor.

Fig. 2-5 Grafik masing-masing tipe motor dc (2) Motor tipe gulungan shunt Pada tipe ini armature coil dan field coil dihubungkan secara parallel. Sumber tegangan diberikan ke masing-masing coil. Sesuai dengan arus yang dialirkan melalui field coil, kecepatan putarannya dapat diatur dengan mudah. Arus ini dapat digunakan motor dengan kecepatan putaran yang tetap dimana kecepatan putarannya tidak akan berubah meskipun bebannya beragam, atau akselerasi dan deselerasi kecepatan motornya beragam tergantung dari arus yoke. Motor jenis ini digunakan untuk window washer, cooling fan, power window, dan sebagainya.

Fig 2-6 Diagram electrik motor dc gulungan shunt A. Characteristic of relationship between the armature current and rotation force Sama seperti gulungan series, gaya putarnya mengikuti arus armature dan kekuatan yoke field. Namun, pada tipe ini kekuatan bidang megnetnya tidak dapat dirubah, sehingga grafiknya akan seperti terlihat di gambar 2-5. karena itulah begitu arus armature-nya besar (bebannya 32

Training Support & Development

Engine Electrical tinggi), maka gaya putarnya akan meningkat, namun rasio kenaikannya lebih kecil dibanding dengan tipe gulungan series. B. Karakteristik hubungan antara arus armature dan kecepatan Kecepatan putaran motor sebanding dengan tegangan dan bebanding terbalik dengan kekuatan field yoke. Karena itulah, ketika sumber power-nya adalah battery, maka tegangannya akan konstan dan yoke field tidak berubah. Konsekwensinya, ketika arus armature ditambah, maka tegangannya akan sedikir menjadi rendah namun kecepatan putarannya hampir tetap konstan, seperti tampak pada gambar 2-5. (3) Motor tipe gulungan compound Pada tipe ini armature coil dan satu field coil dihubungkan secara serial dan dihubungkan ke field coil lainnya secara parallel. Arah kutub pada kedua field coils adalah sama. Tipe ini adalah gabungan dari karakter series winding dan shunt winding. Karena itulah, pada saat motor melakukan starting, dia mempunyai gara putar yang besar seperti yang dimiliki oleh tipe series winding. Setelah di-start, motor ini akan berputar secara tetap seperti yang dimiliki oleh tipe shunt winding. Sehingga motor jenis ini strukturnya lebih rumit dibandingkan dengan jenis series winding. Motor jenis ini biasanya digunakan untuk windshield wiper.

Fig. 2-7 Diagram elektrik compound winding motor dc (4) Permanent magnetic motor Ferrite magnet adalah magnet permanen yand dibuat dengan cara menekankan bubuk oxide termasuk barium dan iron serta sintering pada temperatur tinggi. Ciri utama motor jenis adalah ringan dan mempunyai daya magnet yang kuat. Magnet melayani field york coil dan inti kutub. Dalam hal ini, arusnya hanya disuplai ke armature coil, sehingga jika arah arus dirubah maka arah putarannya juga berubah. Alasannya adalah karena arah kutub ferrite magnet tidak dirubah; namun begitu, arah kutub armature, electromagnet, dapat dirubah sesuai dengan arah arus. Tipe motor ini digunakan untuk windshield wiper motor, servo motor untuk mengontrol kecepatan idling ECU engine, step motor, fuel pump dan sebagainya.

33

Training Support & Development

Engine Electrical

Fig. 2-8 Diagram elektrik permanent magnetic motor 2.2 Start motor Sekarang ini, kebanyakan kendaraan menggunakan jenis motor gulungan series yang sumber tenaganya battery untuk motor starter. Motor jenis gulungan series menghasilkan putaran rendah dengan daya yang besar. Apabila bebannya dikurangi, gaya putarnya akan berkurang namun kecepatan putarnya akan meningkat. Karena itulah, kecepatan putarannya akan beragam. Motor starter harus dapat menghasilkan gaya putar yang bisa tahan terhadap gaya kompresi dari cylinder mesin dan gaya gesek yang timbul dari komponen di dalam mesin, sehingga gaya putarnya harus cukup besar. Jenis yang paling cocok diantara jenis motor yang ada untuk keperluan tersebut adalah jenis motor gulungan series. Ketentuan yang diperlukan adalah sebagai berikut; Gaya putar untuk starting mesin harus besar. Harus bisa sekecil dan seringan mingkin dan mempunyai output yang besar. Harus dapat bekerja dengan kapasitas arus yang kecil. Tahan terhadap guncangan. Tahan terhadap kejutan mekanis. 2.2.1 Gaya putar untuk starting Gaya putar dan kecepatan yang diperlukan untuk motor starter mesin akan tergantung dari jenis mesinnya (volume cylinder, rasio kompresi, dan jenis pengapiannya) atau temperatur (temperatur daerah setempat atau temperatur oli pelumasi). Performas starting umumnya dipengaruhi oleh status battery, sumber kelistrikan. Karena itulah, pada saat akan menentukan performa starting motor kondisi mesin, karakteristik start motor dan performa battery harus dipertimbangkan juga. Tahanan putar pada mesin ditentukan oleh gaya yang diperlukan untuk menekan campuran udara dan bahan bakar di dalam cylinder dan gaya gesek pada cylinder, piston ring, bearing dan gear. Pada saat mesin di-start , gaya putar yng diperlukan pada motor starter untuk memutar crank shaft melawan tahanan putar disebut dengan starting rotation force (gaya putar starter). Gaya putar starter dapat dinaikkan dengan cara memperbesar rasio antara flywheel ring gear dan pinion gear (sekitar 10~15:1). Rasio ini dapat diperloleh dengan persamaan sebagai berikut. Gaya putar motor ini akan besar begitu voleme cylinder volume atau rasio kompresinya besar, begitu juga pengaruh dari tempratur luar. 2.2.2 Putaran awal untuk start mesin Untuk menghidupakan mesin, kecepatan dan gaya putar harus lebih dari gaya putar

34

Training Support & Development

Engine Electrical crankshaft. Jika kecepatan putarannya terlalu rendah, maka gas yang ditekan antara cylinder dan piston akan lemah, sehingga tekanan kompresi untuk starting dapat diperoleh. Untuk mesin bensin, jika tegangan yang disuplai ke ignition coil terlalu rendah, maka pengapiannya akan gagal. Untuk mesin diesel, jika kompresi adiabatic tidak mencukupi untuk dilakukan, maka selanjutnya temperatur untuk membakar bahan bakar tidak akan dapat diperoleh. Batas terendah kecepatan putaran untuk menghidupkan mesin disebut dengan minimum starting rotation speed (kecepatan putar starting minimal). Kecepatan putaran mesin diesel sedikit lebih besar dibanding dengan mesin bensin. Umumnya kecepatan putaran minimal akan tinggi begitu temperaturnya tinggi. Juga beragam tergantung dari jumlah cylinder, jumlah siklus, bentuk ruang bakar, jenis pengapian dan seterusnya. Untuk mesin 2 tak, kecepatan putaran minimum adalah sekitar 150~200 rpm dengan suhu - 15 derat celcius. Untuk mesin 4 langkah, putarannya lebih dari 100rpm untuk mesin bensin, dan 180 rpm untuk mesin diesel.

(Rotation Resistance of engine) x (Tooth number of pinion gear) Rotating force = — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — ————— (Tooth number of flywheel ring gear) 2.2.3 Performa starting pada mesin Output pada start motor beragam tergantung dari kapasitas battery dan temperatur. Gambar 29 menunjukkan satu contoh aneka karakteristik berdasarkan ragam battery yang mempunyai kapasitas berbeda untuk menjalankan start motor.

Fig. 2-9 Karakteristik start motor berdasarkan kapasitas battery Pada saat kapasitas battery kecil, tegangan terminal akan turun dan kecepatan putarannya juga lambat untuk menghidupkan mesin, sehingga output-nya akan berkurang. kemudian, seperti tampak pada gambar Fig. 2-10, kapasitas aktualnya juga diturunkan begitu temperaturnya rendah, sehingga output pada start motor juga berkurang. Karena itulah, pada bebarapa hal, performa starting akan menurun. Gambar 2-11 menunjukkan hubungan antara kecepatan putaran mesin yang diputar oleh motor starter dan gaya putar untuk menjalankan mesin melalui pinion gear dan flywheel ring

35

Training Support & Development

Engine Electrical gear. Ketika temperaturnya rendah, tingkat kekentalan oli pelumas akan naik, sehingga tahanan putar dari mesin juga akan naik. Namun, gaya putar penggeraknya akan berkurang karena penurunan kapasitas battery.

Fig. 2-10 Karakteristik start motor terhadap temperatur

Fig. 2-11 Karakteristik engine starting

2.3 Struktur dan prinsip kerja start motor Start motor terdiri dari tiga komponen utama sesuai dengan prinsip kerjanya. Komponen untuk meghasilkan gaya putar Komponen untuk menyalurkan gaya putar ke engine fly-wheel ring gear Komponen penghubung agar pinion dengan flywheel ring gear bisa bertemu melalui gerakan meluncur. Ketika komponen utama ini ukuran dan banyaknya kutub dan brush berbeda, mengikuti tegangan sumber dan outputnya. Namun demikian umumnya struktur dan prinsip kerjanya adalah sama.

36

Training Support & Development

Engine Electrical

Fig. 2-12 Struktur start motor 2.3.1 Komponen Electromotor Komponen electromotor terdiri dari komponen yang berputar (armature, commutator, etc) dan komponen tetap (field coil, pole core, brush, dst.). (1) Komponen berputar A. Armature Armature terdiri dari shaft dan inti besi, kemajemukan gulungan armature coil yang dibungkus disekelilingnya dan commutator. Kedua ujung shaft ditopang oleh bearing dan dapat berputar dengan inti besi yoke. Shaft pada armature terbuat dari baja khusus untuk mencegah agat tidak mudah patah, penyok atau berubah dari gaya yang besar. Shaft tersebut mempunyai satu spline dimana pinion bisa meluncur. Shaft tersebut harus kuat agar tidak mudah aus. Inti besi dari armature terdiri dari banyak lembaran baja tipis yang dibungkus dan dilekatkan

37

Training Support & Development

Engine Electrical untuk mengalirkan magnetic flux dengan baik dan untuk mengurangi pusaran arus. Bahannya terdiri dari besi, nikel atau cobalt yang mempunyai daya permanen magnet yang besar. Untuk daerah luarnya, ada slot untuk armature coil dengan tujuan agar inti besinya tidak Overrunning Armature Clutch overheating. Inti besi pada armature akan menjadi sirkuit magnetik bagi medan magnet yang dihasilkan dari inti kutub dan merubah gaya electromagnetic yang dihasilkan diantara gaya magnetik dari inti kutub dan armature coil ke gaya putar. Pinion Karena itulah, semakin besar armature coil, Reduction Gear maka semakin besar pula gaya putarnya.

Fig. 2-13 Struktur armature

Fig. 2-14 Struktur armature coil Armature coil harus mempunyai arus yang besar sehingga terbuat dari conductor persegi yang digulung. Coil disisipkan ke dalam slot yang sudah diisolasi dimana satu ujung coil dihubungkan ke kutub N dan ujung lainnya dihubungkan ke kutub S. kedua ujung coil tersebut disolder ke commutator. Karena itulah gaya putar yang dihasilkan dari masing-masing coil pada saat arusnya dialirkan ketika itu, memutar armature. Bentuk inti besinya tampak terlihat pada gambar 2-15. Umumnya dua coil disisipkan ke dalam satu, sehingga bentuk bagian melintangnya seperti tampak pada gambar 2-15 (a), (b) dan (c). bahan untuk membungkus armature coil adalah kertas mica, fiber atau plastik.

38

Training Support & Development

Engine Electrical Fig. 2-15 Bentuk Slot inti besi armature B. Commutator Seperti tampak pada gambar 2-16, ada beberapa pelat tembaga commutator yang disusun dalam bentuk melingkar dengan insulator (mica) diantara pelat tersebut. Armature coil disolder dengan pelat commutator. Dengan cara tersebut maka arus dapat mengalir dari brush dalam satu arah ke armature coil.

Fig. 2-16 Commutator dan Undercut

Bagian dalam komponen commutator lebih tipis dari komponen bagian luar. Untuk mencegah agar tidak tidak lepas, maka komponen ini digabungkan dengan mica berbentuk V atau ring penjepit berbentuk V. masing potongan pelat commutator dibungkus oleh mica yang mempunyai ketebalan sekitar 1mm dan diameter is 0.5~0.8mm (max 0.2mm) lebih kecil dari diamter luar commutator. Bagian kecil ini disebut dengan under cut yang mempunyai peran penting dalam melindungi commutator dari pemutusan, penyelarasan yang kurang baik, atau kerusakan karena getaran. Pelama berputar commutator selalu dihubungkan dengan brush, sehingga terdapat arus yang besar diantara brush dan commutator. Karena itulah temperaturnya bisa tinggi dan mudah rusak. Karena itulah komponen start motor kuat dan tahan lama.

(2) Fixed part Fixed part (komponen tetap) pada start motor terdiri dari yoke yang menghasilkan medan magnet untuk memutar armature, pole core, field coil, brush untuk mengirimkan arus dari field coil ke armature coil melalui commutator, brush holder, dan rangka depan-belakang untuk menopang armature shaft.

39

Training Support & Development

Engine Electrical A. Yoke & Inti Kutub Yoke adalah jalan bagi magnetic field sama seperti frame pada start motor. Dibagian dalam permukaannya ada inti kutub, yang mempunyai peranan pada kutub magnetik mendukung field coil, ini kutub ini dipasang dengan sekrup. Pada saat field coil dililit sekelilingnya dengan inti kutub, ini kutub tersebut akan menjadi electromagnet ketika arus dialirkan ke field coil. Besarnya electromagnet ditentukan oleh jumlah inti kutub. Jika jumlah initi kutubnya adalah 4 maka electromagnet mempunyai 4 kutub. B. Field coil Adalah coil yang sekelilingnya dililit dengan inti kutub untuk menghasilkan medan magnet. Sesuai dnegan arus besar yang mengalir melaluinya, maka field coil ini terbuat dari kawat tembaga persegi. Fig. 2-17 Inti kutub dan Field coil

C. Brush & brush holder Empat brush menyalurkan arus ke armature coil melalui commutator. Dua diantaranya ditopang oleh insulated holder dan dihubungkan ke commutator (disebut dengan brush positif (+)) , dan kedua brush lainnya ditopang oleh grounded holder dan dihubungkan ke commutator (disebut dengan brush negatif (-)). Brush terbuat dari carbon, graphitic carbon, electrical graphitic carbon, atau metallic graphitic carbon yang mempunyai kemampuan pelumasasan dan kemampuan mengalirkan arus listrik dengan baik. Karena start motor mempunyai arus yang besar dan dijalankan dalam jangka waktu yang pendek, maka bahan metallic graphitic carbon untuk tegangan rendah dan arus listrik besar biasanya dipakai oleh start motor. Metallic graphitic carbon brush terbuat dari bubuk tembaga dan graphite yang mempunyai rasio tembaga sekitar 50~90%, sehingga tingkat tahanannya rendah. Agar supaya brush dapat mensuplai arus ke armature coil melalui commutator, brush harus kontak ke commutator menggunakan spring tension untuk menggeser holder ke atas dan bawah. Kekuatan spring tension pada brush adalah sekitar 0.5~1.0 kgf/Ω. Jika brush sepertiganya sudah aus maka harus diganti dengan yang baru. D. Bearing Karena kerja start motor cukup berat dan dijalankan dalam waktu yang singkat, maka start motor mengguankan bearing tipe bushing. Bearing-nya ada slot untuk pelumasan. Lebih disukai bearing yang olinya sedikit.

40

Training Support & Development

Engine Electrical

Fig 2-18 Pemasangan brush dan commutator

(3) Solenoid switch Juga disebut dengan magnetic switch. Berperan melakukan menjalankan switch ON-OFF bagi arus besar yang dialirkan dari battery ke start motor dan kontak joint pada pinion start motor dan engine flywheel ring gear. Solenoid switch, seperti tampak pada gambar 2-20, terdiri dari hollow core, plunger, contact disk, dua contacting terminal (satu untuk koneksi terminal (+) battery ketika contact disk ditutup, lainnya untuk mensuplai arus ke start motor) dan dua excite coil dililitkan pada hollow core. Kedua excite coils terdiri dari pull-in coil dan hold-in coil. Bagian starting dari gulungan coil dihubungkan ke switch terminal start motor (S terminal atau St terminal). Pull-in coil di-ground ke terminal start motor (M terminal) dan hold-in coil di-ground ke housing. Agar pinion starting motor dan engine fly wheel ring gear mudah bertemu satu sama lainnya dan motor bisa berputar dengan lancar serta plunger bisa bekerja, maka pull-in coil mempunyai coil tipis yang digulung disekitarnya, dan dihubungkan ke battery secara serial. Hold-in coil ukurannya lebih tipis dibanding dengan pull-in coil, jadi arus yang dialiri lebih sedikit. Namun coil ini dihubungkan ke battery secara parallel sehingga terus mendapat medan magnet tanpa dipengaruhi oleh status buka-tutup kedua titik kontak. Fig 2-19 Brush and brush holder

Fig. 2-20 Struktur solenoid switch

41

Training Support & Development

Engine Electrical Fungsi kerja dari excite coil adalah untuk menghasilkan gaya magnetik dengan cara mengalirkan arus battery current berdasarkan penutupan start switch (atau dari kunci kontak) dan untuk menarik plunger ke atas. Melalui gerakan plunger, contact disk dijakankan untuk menghubungkan kedua titik kontak, pada saat yang bersamaan, shift lever akan tertarik untuk menggeser pinion sehingga pinion dapat bertemu dengan engine fly wheel ring gear. Cara kerja solenoid adalah sebagai berikut ; Ketika starting switch ditutup, arus akan mengalir dari starting switch ke pull-in coil sehingga plunger secara tiba-tiba akan tertarik dan kemudian contact disk kedua titik kontak tertutup. Pada saat yang bersamaan, karena plunger tertarik, maka pinion terdorong ke flywheel ring gear. Pada saat tersebut, arus besar akan mengalir dari terminal (+) battery ke terminal start motor (M terminal) melalui terminal battery (B terminal) dari solenoid switch. Arus dari terminal start motor mengalir melalui field coil • (+) brush • commutator • armature coil • commutator • (-) brush • ground untuk memutar armature dan kemudian mesin diputar (cranking). Begitu plunger ditarik dan kedua titik kontak terhubung ke contact disk, maka pull in coil terbuka oleh contact disk sehingga arus tidak mengalir melalui pull in coil dan gaya tarik dari pull-in coil menjadi nol. Karena itulah, plunger akan kembali keposisi semula karena tertarik oleh return spring sehingga titik temu antara pinion dan ring gear akan terlepas. Pada saat tersebut, hold-in coil akan merintangi agar supaya plunger tidak kembali ke posisi aslinya karena gaya return spring dan agar pinion tidak terpisah dari ring gear karena getaran yang diakibatkan selama mesin cranking. Setelah mesin hidup, jika kunci kontak dilepas ke posisi on, maka pada saat tersebut contact disk akan tertutup, karena itulah arus pada pull-in coil arusnya akan terbalik mengalir dari terminal start motor terminal (M terminal). Sehingga arah medan magnet pull-in coil juga akan terbalik dan kemudian gaya magnetik pada hold-in coil dan pull-in coil satu sama lainnya dibatalkan. Karena itulah, plunger kembali karena gaya tarik dari return spring, pinion dipisahkah dari ring gear dan contact disk akan terbuka. Begitu pull-in coil dihubungkan secara serial dengan battery dan start motor, maka disebut dengan serial coil atau current coil. Begitu hold-in coil dihubungkan secara parallel, maka itu disebut dengan shunt coil atau voltage coil.

Fig. 2-21 Struktur solenoid switch

42

Training Support & Development

Engine Electrical (4) Overrunning clutch Ketika mesin dihidupkan, pinion pada start motor dan flywheel ring gear satu sama lainnya akan dihubungkan sehingga start motor digerakkan pada kecepatan tinggi oleh flywheel. Therefore, the armature, bearing, commutator and brush can be damaged. Untuk melindungi komponen tersebut, setelah mesin dihidupkan, clutch ini dapat membuat pinion berputar secara idle state gunanya adalah untuk mencegah agar start motor tidak digerakkan oleh mesin. Tipe overruning clutch adalah roller type, multi-plate type dan Sprag type. A. Roller type overrunning clutch Clutch tipe ini terdiri dari sleeve (spline tube) yang dipasang pada spline armature shaft dan outer race yang mempunyai tepi berbentuk groove, yang dikombinasikan satu dengan lainnya. Pada sisi outer race, terdapat satu inner race yang dibentuk dalam satu body dengan pinion. Bagian tepi berbentuk groove pada outer race terdapat roller dan spring, dimana roller akan terdorong menghimpit oleh spring. Outer race

Inner race

Fig 2-22 Overrunning clutch Roller

Spring

Cara kerja tipe roller adalah sebagai berikut; berdasarkan putaran armature shaft, outer race akan berputar dengan arah seperti tampak pada gambar Fig 2-22, namun, inner race tidak bergerak sehingga roller bergerak disepanjang bagian luar outer race. Pada saat tersebut, sesuai dengan perbedaan kecepatan putaran antara outer race dan inner race, maka roller are akan terdorong menyempit ke sisi groove sehingga inner race dan outer race menjadi terpasang. Karena itulah, gaya putar pada armature shaft akan disalurkan ke pinion untuk memutar mesin. Setelah mesin dihidupkan, begitu pinion ring disatukan dengan ring gear selama solenoid bekerja, maka pinion akan diputar oleh fly wheel. Pada saat tersebut, kecepatan inner race akan lebih cepat dari outer race, sehingga arah putaran roller akan terbalik. Karena itulah, the roller akan bergerak melebar ke sisi groove, dan celah antara inner race dan outer race akan menjadi lebar sehingga mereka akan saling meluncur satu sama lainnya dan gaya putar pada fly wheel yang disalurkan ke pinion tidak akan terkirim lagi. Tipe roller ini menggunakan sekitar 4~5 roller. Karena tipe ini ukuran dan beratnya ringan, gaya inersia yang ditimbulkan pada saat kedua gears disatukan adalah kecil sehingga tingkat kerusakan pinion atau ring gear adalah sedikit. Namun demikian, karena kontak permukaan roller untuk menyalurkan gaya penggerak adalah kecil, maka sebagian sisinya akan sering aus sehingga dapat membuat kesalahan apabila daya penggerak yang disalurkannya cukup besar.

43

Training Support & Development

Engine Electrical B. Multi-plate type overrunning clutch Clutch tipe ini digunakan oleh armature untuk tipe start motor yang dapat bergerak, dan strukturnya tampak seperti gambar Fig 2-23. Spline dibentuk sesuai dengan armature shaft tuntuk menyatukan bentuk spline yang ada di sisi dalam advance sleeve dan mereka dapat membuat gerakan meluncur. Driving clutch plate digabungkan ke groove (ulir) pada advance sleeve. Bentuk pinion disatukan dalam satu kesatuan dengan outer case termasuk driven clutch plate berbentuk groove yang ada di dalam case ini.

Fig 2-23 Struktur multi-plate type Cara kerja clutch tipe multi-plate adalah sebagai berikut; pinion pada start motor disatukan ke fly wheel ring gear dengan mendorong shift lever. Dalam ke adaan ini, jika pinion diberhentikan, maka putaran armature shaft disalurkan ke advance sleeve sehingga advance sleeve terdorong ke pinion melalui spline. Gaya dorong ini dikirim dari advance sleeve ke driving spring melalui clutch plate sehingga driving spring ditundukkan. Tundukan pada driving spring akan menghasilkan tekanan pada permukaan kedua clutch dan menyalurkan gaya putar hasil gesekan antar keduanya. Setelah mesin dihidupkan, gaya putar pada pinion akan lebih cepat dari armature shaft, sehingga advance sleeve akan berputar. Karena itulah, berkat kerja spline, advance sleeve akan berputar dengan arah belawanan dengan pinion dan kedua clutch plate bergerak sehingga gaya putar mesin tidak akan tersalurkan ke armature shaft. C. Sprag type overrunning clutch Clutch tipe ini digunakan untuk mesin-mesin berat, cara kerjanya adalah sebagai berikut ; outer race digerakkan oleh start motor. Ketika mesin dihidupkan, outer race dan inner race akan menyatu. Begitu fly wheel menggerakkan pinion karena mesin dihidupkan, inner race akan berputar lebih cepat dari outer race, sehingga pertautan antara inner dan outer races akan dilepas untuk mencegah agar start motor tidak digerakkan oleh mesin.

44

Training Support & Development

Engine Electrical

Fig 2-24 Structure of Sprag type 2.3.2 Power Train Power train adalah metode untuk menggabungkan pinion pada start motor ke fly wheel ring gear. Tipe power train adalah sebagai berikut. 1. Bendix 2. Pinion perturbation a. Manual type b. Electric type 3. Armature perturbation

(1) Bendix type metode ini menggunakan karakter inersia pada pinion dan start motor serie yang berputar pada kecepatan tinggi tanpa beban.

Fig 2-25 Structure and circuit diagram of Bandix type

Cara kerjanya adalah sebagai berikut ; pada saat arus mengalir, start motor akan berputar dengan kecepatan tinggi. Namun karena adanya gaya inersia, pinion tidak berputar bersama armature shaft tetapi berputar pada spline dan bergerak ke arah fly wheel ring gear untuk bertaut dengannya. Begitu pinion mencapai ujung bagian spline dan bertaut dengan ring gear, gaya putar pada armature akan disalurkan ke pinion melalui driving spring dan spline sehingga pinion akan 45

Training Support & Development

Engine Electrical menggerakkan fly wheel dengan gaya penggerak yang besar. Dikarenakan gaya putar pada armature disalurkan ke pinion melalui driving spring, maka kejutan dari pertautan kedua gears akan berkurang sehingga bisa juga menghindari kerusakan pada armature dan gear. The teeth of pinion and ring gear have some chamber to ensure the fixing of them. After the engine is started, the pinion is rotated by the ring gear. karena itulah, dia bergeser pada spline dengan arah sebaliknya sehingga pertautan pada gear akan dilepas dan kembali keposisi aslinya. Ketika start motor tidak berputar oleh fly wheel ring gear setelah mesin hidup, maka overrunning clutch tidak diperlukan lagi.

Fig 2-26 Pertautan antara pinion dan ring gear

(2) Pinion perturbation type

Figure 2-26 Struktur pinion tipe perturbation Tipe ini terbagi dalam dua tipe yaitu tipe manual dan tipe elektrik. Sekarang ini yang banyak digunakan adalah tipe elektrik sehingga yang akan kita bahas hanya tipe elektrik ini. Tipe elektrik menggunakan menggunakan solenoid switch, adan cara kerjanya adalah sebagai berikut. A. Ketika start motor berputar; a. Hidukan kunci kontak. b. Arus mengalir dari terminal start motor switch (S terminal) pada solenoid switch ke pull-in coil dan hold-in coil.

46

Training Support & Development

Engine Electrical c. Arus dari pull-in coil mengalir ke field coil, brush, commutator dan armature coil yang ada pada start motor melalui terminal start motor (M terminal) pada solenoid switch dan armature mulai berputar. d. Plunger pada solenoid switct tertarik ke dalam sehingga dia menarik shift lever, kemudian pinion pada start motor didorong oleh shift lever untuk bertemu dengan fly wheel ring gear. e. Dengan menarik plunger, contact plate pada solenoid switch menutup kedua titik kontak. f. Begitu arus mengalir dari battery ke field coil dan armature coil melalui kabel, start motor akan mulai berputar dengan tenaga yang besar untuk memutar engine. B. Pada saat mesin diputar (cranked); a. Ketika contact plate menutup keud titik kontak, arus yang mengalir di dalam pull-in coil dishort sehingga gaya magnetik yang dipakai ke plunger akan berkurang. b. Pada saat tersebut, gaya magnetik yang dihasilkan oleh hold-in coil merintangi agar pinion tidak kembali ke posisi aslinya oleh return spring untuk mencegah pertautan antara pinion dan ring gear tidak lepas. C. Setelah mesin hidup; a. Begitu pinion pada start motor diputar oleh fly wheel ring gear, armature akan diproteksi oleh overrunning clutch. b. Ketika kunci kontak off, contact plate masih tetap menutup sehingga arus dari battery mengalir dari terminal start motor solenoid switch ke pull-in coli dengan arah kebalikannya kemudian mengalir ke dalam hold-in coil. c. Gaya magnetik yang dihasilkan oleh pull-in coil dibalik untuk mengeset gaya magnetik pada hold-in coil, sehingga gaya tariknya dikurangi. Karena itulah melalui ketegangan return spring, plunger dan pinion return akan terpisah dari ring gear, dan contact plate akan tertutup. Arus yang mengalir ke start motor akan terputus kemudian start motor berhenti.

47

Training Support & Development

Engine Electrical (3) Armature perturbation type

Fig 2-27 Struktur dan diagram sirkuit pada diagram armature perturbation type Tipe ini umumnya digunakan untuk mesin diesel. Seperti tampak pada gambar Fig 2-27, pinion dipasang di ujung depan armature dan bagian tengah armature core dan di tengah pole (yoke) core. Solenoid switch dipasang diatas bodi start motor dan digerakkan oleh start switch dan gerakan armature. Field coil terdiri dari primary field coil untuk menggerakkan gaya putaran dan auxiliary field coil untuk menggerakkan armature. a. Pada saat start switch tertutup (ON), solenoid switch digerakkan dan titik kontak bagian atas dari movable contact plate tertutup. b. Di titik kontak atas, begitu arus mengalir ke auxiliary field coil sehingga inti kutup menjadi magnet, armature core tertarik ke bagian tengah inti kutub oleh daya magnetik. c. Pada saat tersebut, begitu arus juga mengalir di dalam armature coil, armature mulai berputar dan bergerak untuk menggerakkan pinion dan ring gear. d. Dengan menyelesaikan gerakan armature, titik kontak bagian bawah solenoid switch dan titik kontak pelat yang dapat bergerak akan ditutup. e. Dalam sirkuit yang dibentuk oleh penutupan movable contact plate, arus dari mengalir ke primary field coil dan armature coil untuk memutar engine.

battery

f. Setelah mesin dihidupkan, pinion diputar oleh fly wheel ring gear. Pada saat tersebut, penyaluran gaya putar mesin ke armature diputus oleh multi-plate type overrunning clutch. g. Pada saat beban start motor diperingan melalui pengereman gaya putar mesin, arus field juga dikurangi dan dayanya juga melemah sehingga armature returns back kembali ke posisi semula oleh return spring dan pinion, dan kemudian ring gear satu sama lain akan dipisah. Pada start motor tipe ini, ketika pinion dan armature bergerak dalam satu bodi, maka kejutan yang diberikan ke fly wheel ring gear menjadi sangat besar. Karena itulah, kedua gear mudah rusak. Untuk mencegah kerusakan ini, pinion tersebut harus terbuat dari bahan lembut untuk melindungi ring gear.

48

Training Support & Development

Engine Electrical (4) Reduction gear type

Fig. 2-28 Star Motor tipe electric indentation reduction gear Ada tipe electrical indentation dan tipe oil gear reduction. Tipe oil gear reduction umumnya dipakai pada kendaraan roda dua. Kita akan membahas tipe electrical indentation yang umum dipakai oleh kendaraan kecil dan menengah. Gambar Fig 2-28(a) menunjukkan struktur tipe electric indentation, dimana komponen start motor sama seperti tipe pinion perturbation, namun penyeluran tenaganya yang terdiri dari solenoid switch yang menarik reduction gear dan pinion dan mengatur arus utama. Dibagian ujung depan armature shaft, dipasang driving pinion pada spline sehingga driving pinion dan idling gear, idle gear dan clutch gear akan selalu tertaut. Berkat kedua gear ini, putaran permenit armature dikurangi sepertiganya dan disalurkan ke pinion. Dengan kata lain, gaya putarnya meningkat tiga kali lebih besar dan disalurkan ke pinion oleh gear ini. a. Ketika kunci kontak ON, arus akan mengalir di dalam pull-in coil dan hold-in coil pada solenoid switch sehingga armature mulai berputar dan plunger tertarik. b. Dengan menggerakkan plunger, plunger shaft akan terdorong dan pinion ditaut ke ring gear. c. Pada saat tersebut, overrunning clutch ditaut dengan clutch gear. Oleh karena itulah hanya pinion yang bergerak melalui spline (pada pinion shaft). d. Begitu pinion dan ring gear disatukan, contact plate pada solenoid switch tertutup dan arus utama mengalir ke dalam start motor. Kemudian mesin diputar oleh gaya putar yang kuat dari start motor. e. Begitu contact plate pada solenoid switch ditutup, arus tidak mengalir ke dalam pull-in coil sehingga plunger akan tetap dijaga oleh gaya magnetik yang dihasilkan oleh hold-in coil. f. Setelah mesin dihidupkan, pinion diputar oleh ring gear; namun gaya putar pada armature ditahan oleh overrunning clutch. g. Ketika start switch terbuka, cara kerja solenoid switch adalah sama pada tipe pinion perturbation. Namun karena motor jenis ini kecepatannya cukup tinggi, maka tidak bisa dihentikan hanya dnegan tahanan putar kecil. Sehingga hanya dapat dihentikan oleh gaya gesek antara brush dan commutator tanpa adanya tambahan brake sistem.

49

Training Support & Development

Engine Electrical 2.4 Diagnosa trouble pada Starting-system 2.4.1 Trouble pada Starting-system Ada tiga keluhan dasar pada starting-system complaints are: a. Mesin tidak bisa diputar (not crank) b. Mesin bisa diputar pelan tapi tidak sampai bisa hidup. c. Mesin bisa di putar secara normal namun tidak sampai bisa hidup. Kondisi ini tidak disebabkan oleh starting system, namun ada kemungkinan penyebabnya ada pada sistem bahan bakar atau pengapian atau mesinnya. Pada gambar Gambar 2-29 diatas terlihat banyak kemungkinan sebagai penyebab dan kerusakan-kerusakan lain yang ada pada starting-system, dan langkah-langkah pemeriksaan atau pebaikan yang harus dilakukan. 2.4.2 Tidak bisa cranking, tidak bergerak sama sekali Arus tidak ke starting motor. Gunakan alat voltmeter untuk memeriksa tegangan yang ada pada ignition switch dan terminal starting motor terminals dengan cara memutar kunci kontak ke posisi START. Tegangan battery sangat berpengaruh terhadap starting motor, kerusakan bisa pada relay atau solenoid jika memang ada tegangan dari battery namun tidak sampai pada terminal starting motor. 2.4.3 Tidak bisa cranking, bergerak seditit tapi berat Isi kembali strum battery atau ganti battery dengan yang strumnya penuh. Battery kurang efisien jika suhunya rendah dan apabila oli mesinnya kental. Starting motor tidak akan bisa memutar mesin apabila tegangan battery-nya kurang. Gejala ini juga bisa terjadi apabila waktu pengapiannya terlalu maju (advancing spark timing), tarikan starter terlalu berlebihan dan sambungannya kotor atau kendur. 2.4.4 Tidak bisa cranking, bergerak sedikit tapi agak ringan Drive pinion kemungiknan pada ring gear dengan benar. Jika starting-motor armature ikut berputar, maka overrunning clutch juga akan selip. Kemungkinan juga tehanannya terlalu tinggi atau terjadi open circuit pada starting motor. 2.4.5 Tidak bisa cranking, bergerak lancar Kemungkinanan kontaknya lemah ada pada battery. Kencangkan koneksi kabel battery. Jika memang sudah kencang, lakukan voltage-drop. Jika pada meter terlihat ada tegangan, maka tahanan koneksinya terlalu berlebihan. Bersihkan cable clamp dan terminal battery. Pasang dan kencangkan clamp-nya. 2.4.6 Tidak ada cranking, berat Kemungkinan battery sudah mati atau terjadi open cirkuit pada battery atau ground circuit. Kemungkinannya ada juga pada sambungan yang kendur pada battery, relay, atau solenoid. Indikasi terjadi short circuit ada pada fusible link yang putus. 2.4.7 Engine berputar pelan tapi mesin tidak bisa hidup Battery kemungkinan sudah lemah atau suhunya rendah. Starting motor yang rusak cirinya adalah memutar mesin dengan sangat lambat. Kerusakan pada mesin dapat juga membuat mesin tidak bisa di-start dengan baik. Kemungkinan juga battery yang digunakan sudah lemah 50

Training Support & Development

Engine Electrical sehingga mesin tidak bisa di-start. 2.4.8 Mesin dapat diputar dengan nomal namun tidak bisa sampai mesin hidup apabila mesin dapat diputar dengan kecepatan normal, artinya sistem starting-nya sudah baik. Maka kerusakannya ada pada bagian lain. Item 7 pada gambar daftar 2-29 adalah kemungkinan penyebabnya. 2.4.9 Relay atau solenoid terkadang mati (chatters) Jika ini terjadi ketka kunci kontak diputar ke posisi, kemungikinan battery-nya rendah. Isi kembali setrum battery. Kontak di dalam relay atau solenoid switch kemungkinan terbakar. Ganti relay atau contact plate. Kemungkinan penyebab lain adalah kerusakan pada gulungan kabel solenoid hold in. Ganti solenoid. 2.4.10 Pelepasan kaitan pinion setelah starting agak lambat Item 9 pada daftar tabel 2-29 adalah kemungkinan penyebab dan langkah pengecekan yang harus dilakukan.

2.4.11 Bunyi noise yang tidak biasa Bunyi memekik bisa terjadi apabila jarak antara overrunning-clutch pinion dan ring gear terlalu besar atau renggang. Prosedur penyetelan clearance ada pada buku service manual. Kondisi 1. No cranking, lights stay bright

Kemungkinan penyebab a. Open circuit pada ignition switch b. Open circuit pada starting motor c. Control circuit terputus d. Fusible link putus

2. No cranking, lights dim heavily

a. Kerusakan pada mesin b. Battery rendah c. Temperatur terlalu rendah d. Armature bearing membeku, short pada starting motor

3. No cranking, lights dim slightly

5. No cranking, no lights

a. Penggeraknya selip atau rusak b. Tahananya terlalu besar atau terjadi open circuit pada starting motor. Koneksi lemah, kemungkinaan pada ada battery a. Battery mati b. terjadi open circuit

6. Engine cranks

a. Setrum battery kurang

4. No cranking, lights go out

Pemeriksaan atau perbaikan Periksa switch contact dan sambungannya Periksa commutator, brushes, dan Sambungannya Periksa solenoid, atau relay, switch, dan sambungannya Periksa kondisi yang membuat fusible link terputus; ganti link Periksa mesin dan cari keruaskannya Periksa, recharge, atau ganti battery Battery harus disetrum penuh, dengan mesin, wiring circuit, dan starting motor dalam kondisi baik Perbaiki starting motor Ganti komponen Bersihkan commutator, ganti brushes; betulkan koneksi yang lemah Bersihkan cable clamp dan terminal; kencangkan clamp Isi kembali atau ganti battery Berihkan dan kencangkan sambungannya; ganti wiring Periksa, isi kembali atau ganti 51

Training Support & Development

Engine Electrical Kondisi slowly but does not start

7. engine cranks at normal speed but does not start

8. Relay or solenoid chatters 9. Pinion disengages slowly after starting 10. Unusual noises

Kemungkinan penyebab b. Temperatur telalu rendah. Starting motor defective d. Ukuran kabel atau kapasitas battery kurang besar e. Kerusakan mekanis pada mesin f. Battery yang dipakai untuk start sudah lemah. a. Sistem pengapian rusak b. Sistem bahan bakar rusak c. Ada kebocoran udara di dalam intake manifold atau carburetor d. Mesin rusak

Pemeriksaan atau perbaikan battery Battery harus terisi penuh, dengan mesin, wiring circuit, dan starting motor dalam kondisi baik Lakukan Testing pada starting motor Pasang kabel atau battery yang ukurannya sesuai Periksa mesin Lihat item 7 Lakukan tes pengapian; periksa waktu dan sistem pengapiannya Periksa fuel pump, line, carburetor atau fuel injection system Kencangkan mounting; ganti gasket bilamana perlu Periksa kompresi, valve timing, dsb. Ganti solenoid Isi kembali battery Ganti Bersihkan dan betulkan plunger Bersihkan armature shaft dan clutch sleeve Ganti clutch Pasang spring baru

a. Gulungan Hold-in terputus b. Battery lamah c. Kontak terbakar a. Solenoid plunger macet b. Overrunning clutch macet pada armature shaft c. Overrunning clutch rusak d. Shift-lever return spring lamah a. Terdengar bunyi memekik pada saat cranking (sebelum ada pengapian) b. Terdengan bunyi memekik pada mesin begitu kunci kontak dilepas c. Loud whoop, buzzing, atau bunyi sirene setelah ada pengapian pada mesin namun pada sat starter terpaut terdengar bunyi sirene jika mesin distart ulang. d. Rumble, growl, atau knock begitu starter akan berhenti setelah mesin hidup

Terlalu lebar celah antara pinion dan ring gear Terlalu sempit celah antara pinion dan ring gear Kerusakan pada overrunning clutch armature bengkok atau tidak balance

Gambar 2-29 Tabel diagnosa kerusakan pada starting-system

52

Training Support & Development

Engine Electrical 3. Charging System 3.1 Tujuan charging system Ada dua macam alternator yang dipakai pada kendaraan yaitu alternator direct current (DC) dan alternator alternating current (AC). Dalam beberapa hal charging system pada kendaraan harus mengeluarkan output berupa sinyal elektrik secara serial untuk mengisi battery. Karena itulah alternator DC mengeluarkan output penyelarasan arus alternating yang dibuat oleh armature coil dengan menggunakan commutator dan brush, sebaliknya alternator AC mendapatkan output arus alternator alternator dari stator coil dan arus alternatif ini dirubah ke arus langsung oleh rectifying melalui dioda silicon. 3.2 Single phase AC DAN 3- phase AC 3.2.1 Arus alternatid single phase (1) Pembangkitan arus alternatif single phase Seperti tampak pada gambar 3-1, alternator DC membuat arus dengan cara memutar conducting wire di dalam magnetic field, dimana alternator AC membuat arus melalui putaran magnetic field dengan conducting wire.

Gambar 3-1 Pembangkitan single phase AC. (2) Hubungan antara jumlah putaran dan frekwensi Seperti tampak pada gambar 3-2, satu siklus adalah perubahan gaya electromotive dari a ke a' dan frekwensinya adalah banyaknya pengulangan tersebut dalam satu detik. Pada gambar 3-1, pada saat magnet berputar satu kali dalam satu menin, frekwensinya adalah satu siklus. Pada gambar 3-2, jika menggunakan 4 kutub magnet, maka perubahan yang sama terjadi setiap 1/2 putaran, jadi 2-siklus terjadi setiap satu kali putaran magnet. Apabila jumlah kutub magnetnya bertambah atau putarannya naik, maka frekwensinya juga meningkat. Hubungan ini diutarakan dengan persamaan sebagai berikut. p ×N N ×P f = 2 = 60 120

53

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 3-2 Gaya electromotive pada single phase AC 3.2.2 Arus AC 3-phase (1) Tujuan pemakaian 3-phase AC Alternator untuk kendaraan yang pertama adalah jenis single-phase AC alternator dan membuat arus DC melalui penyelaras AC menggunakan commnutaor dan brush. Sekarang ini berkat pengembangan dioda silicon yang performanya tinggi, maka yang banyak digunakan sekarang adalah alternator jenis 3-phase AC. (2) Generation of the 3-phase AC Seperti tampak pada gambar 3-3, setelah 3 kelompok coil yang mempunyai gulungan yang sama, A-A', B-B' dan C-C', dililit dengan jajaran 120° derajat, dan ketika magnet berputar dengan coil array, maka akan dihasilkan tegangan 3-phase AC seperti tampak pada gambar 34. Coil B mengasilkan tegangan setelah 120° derajat di belakang tegangan yang dihasilkan pada coil A, dan coil C menghasilkan tegangan 120° dibelakang tegangan yang dihasilkan oleh coil C. Pola AC yang dihasilkan pada kelompok A, B dan C disebut dengan 3-phase AC.

Gambar 3-3 Diagram susunan 3-phase coil Gambar 3-4 Tegangan AC 3-phase

54

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 3-5 Metode koneksi pada 3-phase coil (3) Metode penghubungan 3-phase coil Susunan alternator AC 3-phase AC adalah 3 pasang coil yang dihubungkan seperti tampak pada gambar 3-5. pada gambar (a) terlihat koneksi dengan pola Y (atau koneksi bintang) dimana masing-masing ujung coil A, B dan C adalah terminal luar untuk masing-masing coil dan ujung lainnya disambungkan dalam satu titik. Sementara pada gambar (b) terlihat penghubungan dengan pola koneksi segi tiga (atau koneksi delta) dimana satu titik bintang masing-masing coil dihubungkan ke ujung lainnya dan masing-masing titiknya adalah tiga terminal luar. Disini tegangan dan arus yang dihasilkan dari masing-masing coil disebut dengan fase fase arus. Tegangan antara terminal luar dan arus yang mengalir pada terminal luar disebut dengan tegangan lini dan arus lini. Ada beberapa hubungan antara pola koneksi Y dan pola koneksi segitiga, yaitu sebagai berikut :

Untuk pola Y El = 3 ⋅ Ep, Il − Ip Untuk pola segitiga El = Ep, Il = 3 ⋅ Ip Dimana , El: Line voltage

Ep: Phase voltage

Il: Line current Ip: Phase current

Gambar 3-6 Line voltage (tegangan lini)

55

Training Support & Development

Engine Electrical In the case of the Y-connection, the line voltage is •3 times of the phase voltage, and in the case of tri angle connection, the line current is •3 times of phase current. Therefore, if the coil winding is the same with the alternator having same capacity, then the Y-connection can make higher electromotive force than the tri angle connection. So, AC alternator for vehicle can get high voltage in low speed and generally uses the Y-connection, which can utilize middle voltage point. However, for large output, the tri angle connection is used. 3.2.3 Rectifier The current made form the rotary type alternator rotated by mechanical force is alternating current so it should be converted into direct current to use as the vehicle power source. To convert the alternating current into the direct current is the "rectify" and the device for rectifying is the "rectifier." The rectifier is made of various material such as mineral, metal, semiconductor, and vacuum tube for the purpose. Untuk penyelarasnya, terdapat tiga dioda silicon untuk alternator AC yaitu dioda germanium untuk regulator tegangan, dan tungar bulb rectifier, selenium rectifier serta silicon rectifier untuk battery charger. (1) Tungar bulb rectifier Struktur rectifier (penyelaras) ini terlihat seperti tampak pada 3-7. pada saat arus AC disuplai diantara dua elektroda, maka filament-nya akan dipanaskan dan arus akan mengalir dari anode (+) ke cathode (-), namun arusnya tidak mengalir dengan arah berlawanan. Akibatnya rectifier bekerja hanya setelah dari kapasitasnya. Maka apabila bohlam yang digunakan ada 2 buah, maka penerimaan secara penuh (full rectifier) bisa dilakukan. Tungar bulb rectifier umumnya dipakai untuk battery charger. Barangnya mudah digunakan dan tidak mahal, namun kapasitasnya kecil dan tidak efesien, sehingga sekarang jarang digunakan lagi. (2) Selenium rectifier Berbentuk metallic film dengan cara mencairkan selenium pada pelat besi atau nickel, seperti tampak pada gambar 3-8, arus dapat mengalir dari pelat besi ke selenium film yang arahnya tidak bisa berlawanan. Dengan ciri khas ini, pembuatan selenium rectifier ditentukan berdasarkan banyaknya dan ukuran selenium film sesuai dengan arus dan tegangannya.

Gambar 3-7 Tungar bulb rectifier

Gambar 3-8 Selenium rectifier

56

Training Support & Development

Engine Electrical (3) Silicon diode Silicon diode dapat mengalirkan arus yang tegangannya kecil yaitu dibawah 1 Volt, dan tidak bisa mengalirkan dengan arah arus berlawanan. Seperti tampak pada gambar 3-9. ada dua macam silicon diode yaitu tergantung dari arah arusnya; karena itulah berhati-hatilah ketika melakukan pemeriksaan atau pemasangan wiring.

Gambar 3-9 Arah arus pada silicon diode 3.3 Direct Current Alternator 3.3.1 Cara kerja alternator DC seperti tampak pada gambar 3-10, dengan memasang dan memutar kawat konduksi (armature coil) di dalam medan bermagnet (Pole core) pada kutub N dan S, maka gaya electromotive akan diinduksikan di kawat induksi berdasarkan hukum induksi electromagnetic. Pada saat tersebut, arah gaya electromotive-nya adalah sama dengan anak panah yang ada pada gambar sesuai dengan kaidah aturan tangan kanan Fleming. Arah tegangan yang dihasilkan dari putaran armature coil dirubah setiap 1/2 (180°) putaran. Pada saat armature berputar satu putaran, maka akan dihasilkan satu siklus tegangan AC. Karena itulah, alternator DC dibentuk melalui penghubungan commutator yang berisi commutator berbentuk setengah lingkaran ke terminal armature coil agar bisa diputar dengan armature coil dan menghubungkan brush pada commutator.

Gambar 3-10 Prinsip kerja alternator DC Ketika beban dihubungkan ke brush, arus langsung (direct current) seperti tampak pada gambar 3-11 akan mengalir. Pada alternator DC, armature coil dililitkan secara tumpang tindih dengan neighbored coil, sehingga gaya electromotive dari masing-masing coil di-overlapped, karena itulah output-nya sedikit.

57

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 3-11 Pola output yang diselaraskan 3.3.2 Jenis-jenis alternator DC Ada bermacam jenis alternator. Beberapa diantaranya hanya dijelaskan secara singkat,. Alternators dapat dibedakan berdasarkan metode pembakitannya. Alternator Self-excited (yang bisa dibangkitkan sendiri) akan dijelaskan lebih lanjut pada penjelasan kategori shunt, series, dan compound. Satu ciri yang membedakan alternator adalah metode pembangkitannya, suatu metode yang dipakai untuk memulai bekerjanya alternator. Beberapa alternator menggunakan sumber tenaga secara terpisah untuk melakukan starting terhadap alternator, yang disebut dengan alternator pembangkt terpisah. Dan alternator yang satunya lagi menggunakan sisa magnet yang ditempatkan dari sumber tenaga. Alternator ini disebut dengan self-excited alternator (yaitu alternator yang dibangkitkan oleh dirinya sendiri). (1) Alternator yang dibangkitkan secara terpisah Output alternator ditentukan oleh kekuatan bidang magnet dan kecepatan putaran. Keluatan magnet diukur dalam putaran ampere. Sehingga, semakin besar arus di dalam gulungan magnet maka semakin besar putarannya. Karena itulah, kebanyakan peralatan pengatur output-nya tergantung dari arus di dalam bidang magnetnya. Lilitan magnetnya dapat dihubungkan secara terpisah atau tersendiri dari sumber tegangan DC, gambar 3-12. adalah alternator yang dibangkitkan secara terpisah. Dengan kecapatan tetap, output-nya bisa beragam melalui pengaturan tegangan dari sumber DC. Cara ini dilakukan dengan menyisipkan tahanan secara series dengan sumber tegangan dan lilitan pada bidang magnetnya.

Gambar 3-12. Separately excited field alternator 58

Training Support & Development

Engine Electrical (2) Self Excited Alternator Self-excited alternator tidak menggunakan sumber tegangan yang tepisah untuk membangkitkan alternator-nya. Self-excited alternator menghasilkan tegangan kecil pada saat lilitan armature memotong bidang magnet yang lemah. Medan magnet yang lemah ini disebabkan oleh sisa magnet yang tertinggal di dalam pole shoes atau field coil cores setelah tegangan dan arus saling berhenti. Sisa magnet yang tertinggal di dalam bidang magnet setelah gaya magnet dikeluarkan disebut dengan residual magnetism. Coba perhatikan diagram shunt alternator yang tampak pada gambar 3-13. residual magnetic akan menyebabkan tegangan kecil muncul begitu armature conductor berputar melewati field pole. Tegangan kecil ini pada gilirannya akan menyebabkan arus meningkat melalui field pole. Dan kenaikan magnet pada field pole selanjutnya akan mengakibatkan naiknya tegangan output. Hubungan antara arus yang dihasilkan oleh armature secara langsung menaikkan jumlah magnet di dalam field poles sehingga self-excited alternator dapat bekerja. Magnet yang dihasilkan oleh tegangan armature akan naik sampai field poles mencapai titik jenuh, titik yaitu dimana kutub tidak lagi berisi garis-garis magnet.

Gambar 3-13. Shunt alternator A. Shunt alternator Shunt alternator susunannya adalah field pole coil dihubungkan secara parallel ke armature, Gambar 3-13. cara lain menyebutkan istilah parallel adalah shunt. Medan gulungannya terdiri dari banyak lilitan kawat kecil. Komponen yang digunakan untuk menghasilkan arus yang menghasilkan medan magnet di dalam lilitan kutubnya, berukuran kecil. Total arus yang dihantarkan ke beban, untuk selanjutnya arus output-nya dapat beragam tergantung dari beban yang diberikannya. Field flux (garis-garis magnet) perbedaannya tidak begitu tinggi. Karena itulah, tegangan terminalnya tetap konstan meskipun bebannya bermacam. Jenis alternator ini harus benar-benar mempertimbangkan mesin yang tegangannya tetap. semua mesin dirancang untuk melakukan suatu perkerjaan tertentu. Jika overloaded maka umurnya akan lebih pendek. Sama seperti pada mesin umumnya, usia alternator dapat menjadi lebih pendek apabila mengalami overload. Ketika mengalami overloaded, terminal tegangan shunt alternator akan turun dengan cepat. Arus yang berlebihan dapat menyebabkan lilitan pada armature menjadi panas. Panas tersebut dapat menyebabkan alternator gagal berfungsi karena pengrusakan lapisan tipis yang menutupi kawat armature. 59

Training Support & Development

Engine Electrical B. Series alternator Untuk series alternator sesuai dengan namanya maka bidang gulungannya dililit oleh kabel secara series dengan armature dan load. Seperti pada skeksa alternator Gambar 3-14. Gulungan secara series akan menghasilkan tegangan yang naik turun ke beban alternator . Begitu arusnya meningkat atau menurun karena adanya beban, tegangan pada terminal output alternator akan naik atau turun secara drastis. Karena perbedaan yang besar pada tegangan output, maka sangat tidak praktis menggunakan alternator ini jika bebanya bermacam. Gambar 3-14. adalah alternator yang digulung secara series. C. Compound alternator Compound alternator menggunakan metode keduanya yaitu gabungan antara gulungan secara series dan paraller. Gulungan series sering menggunakan kawat yang besar dengan lilitan sedikit. Ukuran kawat untuk gulungan series umumnya besarnya sama dengan yang dipakai oleh armature conductor. Gulungan secara serie ini harus bisa menghantarkan sejumlah arus sama seperti pada armature. Gulungan series ditempatkan pada kutub yang sama dengan gulungan shunt. Kedua gulungan ditambahkan ke bidang yang kuat dari medan kutub alternator. Jika keduanya bereaksi dengan arah dan polaritas yang sama, maka naiknya beban akan menyebabkan kanaikan arus di dalam coil serie. Kenaikan arus ini akan menaikkan medan magnet dan output terminal tegangan. Medan ini disebut sebagai tambahan. Hasil dari medan ini adalah penjumlahan dari kedua coil. Namun, arus yang mengalir melalui gulungan serie dapat menghasilkan titik jenuh magnet dari intinya. Titik jenuh ini adalah hasil dari penurunan tegangan ketika bebannya meningkat. Karakteristik terminal tegangannya akan tergantung dari derajat penggabungannya. Suatu compound alternator, yang tetap mempertahankan tegangannya baik ketika bebannya penuh maupun kosong, dan alternator ini disebut dengan flat-compounded alternator. Compounded alternator yang terlalu over dapat menurunkan tegangan pada saat beban arusnya penuh. Bermacam beban dapat ditempatkan secara parallel dengan gulungan serie untuk menyesuaikan derajat penggabungannya. Gambar 3-15 menunjukkan diagram skematik gulungan alternator shunt, serie, dan compound. Gambar 3-15 Perbandingan wiring diagrams alternator shunt, serie, dan compound

60

Training Support & Development

Engine Electrical 3.3.3 Struktur alternator DC (1) Armature Armature adalah alat untuk membangkitkan arus dengan cara berputar di dalam bidang manget. Seperti tampak pada gambar 3-16, alternator terdiri dari armature core, armature coil, dan commutator shaft. Armature core terbuat dari banyak pelat baja silicon tipis dan dililitkan oleh coil yang mempunyai tutup pembungkus di bagian celah luarnya. Metode menggulung pada armature coil ada dua macam yaitu jenis wave winding dan lap winding. Dan yang kebanyakan dipakai adalah jenis lap winding.

Gambar 3-16 Struktur Armature Gambar 3-17 Unfold diagram armature coil

Gambar 3-18 Koneksi antara brush dan armature coil Dibandingkan dengan armature pada start motor, dimana arus alternator lebih kecil, maka coil yang dibuat untuk alternator kawatnya juga lebih kecil. Namun demikian, untuk mendapatkan gaya electromotive yang besar, maka coil tersebut terdiri dari banyak gulungan dan kawat yang sisipkan ke dalam satu slit (celah). Kedua ujung armature disolder pada commutator. Arus alternatif (AC) yang dihasilkan pada armature coil diselaraskan untuk kemudian dirubah ke arus langsung oleh commutator dan brush yang bergerak pada commutator. Ketika alternator DC berputar secara terus-menerus mengikuti putaran mesin, kedua ujungnya harus ditopang oleh ball bearing yaitu diujung frame dan ujung satunya lagi disekrup agar pas dengan pulley.

61

Training Support & Development

Engine Electrical (2) Pole core (inti kutub) & Field coil (bidang coil) Inti kutup yang menopang field coil di dalam yoke dipasang dengan menggunakan screw (baut sektrup). Inti kutub menjadi suatu electromagnet dengan membentuk kutub N dan kutub S pada saat arus mengalir ke dalam field coil. Field coil adalah coil yang dililitkan disekeliling inti kutub dan memberikan daya magnet ke inti kucub pada saat arus mengalirinya. Alaternator DC mempunyai sedikit tingkat residual magnetis (sisa magnet) pada inti kutubnya meskipun arusnya tidak mengalir ke dalam field coil sehingga pembangkitan listriknya dimulai berdasarkan sisa magnet tersebut (residual magnetism). Field coil dan armature coil dihubungkan secara serial (jenis shunt winding). Sesuai dengan metode grounding yang dipakai pada ujung coil, terdapat dua macam jenis grounding yaitu internal grounding dan external grounding. Untuk jenis internal grounding, awal coil dihubungkan ke voltage regulator yang ada pada alternator regulator dan ujung coilnya dihubungkan ke ruang internal dari inti kutub. Untuk jenis external, awal lilitan coil dihubungkan ke armature terminal dan akhir coil di-grounded melalui alternator voltage regulator.

Gambar 3-19 Wiring pada direct current alternator (3) Brush The brush of DC alternator rectifies the alternating current generated at the armature by connecting with the commutator and sends to out. As the brush is always working with the engine operation and has wide range of rotation speed, it should be made of carbon material having good rectifying performance and less wearing character. Despite that the brush of start motor is contacted to the commutator in perpendicular, the brush of alternator is contact is contacted to the commutator with some angle.

3.4 Alternating current alternator 3.4.1 Tujuan dari pemakaian alternator AC Jenis alternator arus alternatif adalah 3-phase AC alternator yang memperoleh output arus langsung melalui pemakaian rectifying silicon diode. Ketahanannya bagus pada kecepatan tinggi dan performa pengisiannya agak lambat sehingga kebanyakan dipakai untuk sistem pengisian battery kendaraaan. Alternator ini digerakkan oleh driving belt yang dihubungkan ke engine crankshaft pulley yang terdiri dari voltage regulator, charging relay, dan yoke relay. Karakteristiknya adalah sebagai berikut; Ukurannya kecil dan beratnya ringan, dapat membuat tegangan output dengan kecepatan rendah. 62

Training Support & Development

Engine Electrical Tidak mempunyai commutator pada komponen yang berputar, batas kecepatan putarnya bisa sangat tinggi. Karena diselaraskan dengan memakai silicon diode, maka kapasitas listriknya besar. Usia brush cukup lama. 3.4.2 Struktur dan cara kerja alternator AC Altenator AC terdiri dari stator yang merupakan komponen tetap, rotor yaitu komponen yang berputar, dan end frame yang menopang kedua ujung rotor. The stator coil fixed by the stator generates output current of the alternator. Rotor dan rotor coil berputar di dalam stator untuk menginduksi gaya electromotive pada stator coil.

Gambar 3-20 Struktur alternator AC Arus alternatif yang dihasilkan di dalam stator coil diseleraskan oleh rectifier (silicon diode) yang dipasang pada end frame menjadi arus langsung dan disuplai ke luar. Brush tidak untuk mendapatkan arus output namun dipakai untuk membangkitkan rotor coil melalui pemberian arus ke rotor coil dari battery. Fungsi silicon diode tidak hanya menyelaraskan arus alternatif yang dibangkitkan dari stator coil namun juga untuk mencegah arus terbalik dari battery ke alternator. Karena itulah, tidak lagi diperlukan cut out relay seperti pada altenator DC. Apabila tegangan yang dibangkitkan dari alternator lebih tinggi dari tegangan terminal battery, maka proses pengisian battery secara otomatis akan dimulai. (1) Stator Stator bertindak sebagai armature pada alternator DC. Seperti tampak pada Gambar 3-21, tiga coil secara terpisah dililit disekitar steel core yang terdiri dari banyak layer. 3-phase AC akan diinduksikan ke dalam coil-coil ini.

63

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 3-21 Struktur stator Untuk mengurangi hilangnya inti (gejala dimana pusaran arus hilang yang terjadi karena banyaknya garis magnet disekeliling steel core), maka stator steel core terdiri dari susunan pelat baja silicon tipis, dan diantara pelat-pelat tersebut terdapat bebarapa celah untuk memasang stator coil. Selama bekerja, dia akan menjadi jalan bagi magnetic flux yang dihasilkan dari kutub rotor. Satu kelompok stator coil dibuat dari gulungan kawat tembaga yang ditutup dengan material insulating menjadi celah seperti tampak pada Gambar 3-22. Coil pitch pemasangannya pas dengan celah yang ada pada kutub (pole pitch). Tiga kelompok coil ini disusun secara 120° (2/3 dari pole pitch) dan dibentuk dengan sambungan 3-phase. Untuk metode penyambungan coil-nya ada dua macam yaitu koneksi Y dan koneksi segitiga, seperti yang telah dibahas sebelumnya.

Gambar 3-22 Bentuk stator coil

(2) Rotor Rotor, sama seperti field coil dan inti kutub pada alternator DC, adalah untuk membuat magnetic flux (garis magnet). Rotor terdiri dari rotor core, rotor coil, shaft, dan slip ring. Untuk jenis rotor ada dua macam yaitu jenis randle dan kutub. Untuk jenis kutub diameter luarnya lebih kecil namun cara gulungnya agak sulit. Jenis rotor ini umumnya dipakai untuk alternator dengan kapasitas besar. Untuk alternator AC kendaraan, jenis Randle strukturnya sederhana dan kekuatannya cukup baik sehingga banyak digunakan pada kendaraan. Seperti tampak

64

Training Support & Development

Engine Electrical pada gambar 3-24, jenis Randle terdiri dari 4~6 inti baja yang disisipkan pada shaft dari kedua ujung rotor coil yang berbentuk tabung. Lilitan awal dan akhir pada rotor coil dihubungkan ke dua slip rings yang dipasang pada shaft yang sudah terbungkus.

Gambar 3-23 Struktur rotor

Gambar 3-24 Jenis rotor Cara kerja rotor adalah sebagai berikut; pada saat arus mengalir di dalam rotor coil melalui kontak brush ke slip ring, garis-garis magnet akan terbentuk sesuai dengan arah shaft sehingga satu sisi dari inti dimagnetkan ke kutup N dan satu sisinya lagi dimagnetkan ke kutub S. karena itulah, masing-masing kutub yang saling berhadapan satu sama lainnya juga dimagnetkan dan ke 8~12 kutub N dan S disusun secara berjejer. The material of rotor core is made by forging or imprinting the low carbon steel. Slip-nya terbuat dari material konduksi yang baik seperti tembaga atau besi baja. (3) Brush Kedua brush disisipkan ke dalam brush holder yang terpasang pada bracket dan melakukan kontak ke slip ring melalui spring. Satu brush dihubungkan ke terminal luar yang dibungkus, dan satu brush lainnya di-grounded melalui brush holder. Ketiak rotor berputar, secara beruturan akan bergerak dan melakukan kontak ke slip ring, karena itulah brush ini terbuat dari material metal carbon yang ketahanannya cukup baik dan tahanan kontaknya rendah.

65

Training Support & Development

Engine Electrical (4) Rectifier Rectifier terdiri dari diode. Seperti tampak pada Gambar 3-25, 6 diode dipasang di bagian belakang end frame untuk menyelaraskan 3-phase AC yang dihasilkan dari stator coil untuk dirubah ke arus langsung. Pada saat arus mengalir ke diode, temperatur diode akan naik, sehingga perlu dipasang heat sink (pelat pendingin). Umumnya tiga diode sisi negatif dimasukkan ke bagian belakang end frame dan tiga diode positif dipasang ke heat sink yang sudah dibungkus. Atau bisa juga, masing-masing ketiga positif dan negatif disolder ke heat sink. Dengan kata lain, ke enam diode dipasang pada printed board yang mempunyai heat sink.

Gambar 3-25 Koneksi diodes 3.4.3 Cara kerja alternator AC Berdasarkan gambar 3-27, kita akan jelaskan cara kerjanya. Pertama, pada saat kunci kontak di putar ke posisi ON, arus sebesar 2~3A akan mengalir melalui terminal F (+) brush slip ring rotor coil slip ring (-) brush terminal E (ground). Karena arus ini, rotor coil dimagnetkan untuk membuat garis-garis magnet. Kerja alternator AC pada awalnya dibangkitkan secara terpisah dan setelah mesin hidup , rotor diputar oleh driving belt, dan kemudian stator mematikan magnetic flux yang ada pada rotor, sehingga arus alternatif 3-phase dihasilkan pada stator coil. Tegangan AC ini diselaraskan menjadi arus DC melalui 6 silicon diode dan dikeluarkan melalui terminal B. Ketika kecepatan putarannya mencapai 1,000rpm, tegangan dari arus AC ini lebih tinggi dari tegangan yang ada pada terminal battery. Karena itulah, arus output disuplai dari terminal B ke setiap peralatan elektronik dan ke battery sebagai arus pengisian. Dan sebagai tambahan, sejumlah arus output dari terminal B disuplai ke rotor coil. Altenator DC pada awal kerjanya membangkitkan dirinya sendiri. Namun pada alternator AC, ketika arus tidak mengalir pada saat tegangan yang disuplai ke silicon diodes kurang dari 0.5V, jika alternator AC pada awalnya bekerja membangkitkan dirinya sendiri maka waktu untuk membuat tegangan output akan menjadi terlambat, karena itulah pada awal mula alternator AC harus dibangkitkan secara terpisah. Output terminal tegangan N adalah setengahnya dari output terminal B. Tegangan ini digunakan untuk menjalankan voltage regulator.

66

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 3-26 Operation of AC alternator 3.5 Alternator regulator Output pada alternator ditentukan oleh banyaknya gulungan armature (atau stator) coil, kekuatan medan dan banyaknya garis-garis magnet per waktu (kecepatan putaran). Karena itulah, begitu putaran mesin meningkat, tegangan dan arus yang dibuat oleh alternator juga akan naik. Karena itulah, tegangan dan arus yang dibangkitkan harus diatur untuk melindungi semua peralatan elektronik dan alternator itu sendiri. Dan yang melakukan pengaturan ini adalah alternator regulator. alternator regulator dapat mengatur arus yang dibangkitkan melalui pengaturan besar arus yang mengalir di field coil dengan menggunakan bermacam cara. 3.5.1 Direct current alternator regulator DC alternator regulator terdiri dari cut out relay, voltage regulator dan current limiter (pembatas arus).

Gambar 3-27 Direct current alternator regulator

67

Training Support & Development

Engine Electrical (1) Cut out relay Merupakan salah satu switch yang menggunakan gaya electromagnetic. Fungsinya adalah untuk mencegah arus terbalik dari battery ke alternator ketika alternator dimatikan atau tegangan yang dihasilkan lebih kecil dari tegangan battery. Pada saat arus mengalir ke battery, kontak poin harus tertutup. Proses kerja ini disebut dengan cut-in dan tegangan untuk proses ini disebut dengan cut-in voltage. Umumnya cut-in voltage untuk battery 12 volt adalah sekitar 13.8~14.8V. A. Structure of the cut-out relay Seperti tampak pada gambar 3-28, cut-out relay terdiri dari electromagnet yang mempunyai dua coils, satu dililitkan dengan kawat tipis dan satunya lagi dililitkan dengan kawat tebal, dan kontak poin. Coil berkawat kecil disebut dengan coil teganganl, dan coil bekawat tebal disebut dengan coil arus. Kedua coil ini digulung dengan arah yang sama. Kontak poin dibuka oleh armature adjusting spring. Pada saat gaya magnet dari electromagnet lebih kuat dari gaya pegas spring ini, maka kontak poinnya akan tertutup.

Gambar 3-28 Struktur cut-out relay B. Cara kerja cut-out relay Jika arus yang dihasilkan dari putaran alternator sama dengan tegangan cut-in (charging voltage), maka intinya akan dimagnetkan oleh gaya megnet yang dibentuk oleh voltage coil, dan kemudian kontak poinnya akan tertutup. Pada saat tersebut, current coil sudah mempunyai arus, sehingga kontak poinnya dapat menutup penuh melalui gaya manget yang dihasilkan dari kedua coils. Karena itulah, arus pengiisian akan mengalir ke battery. Sehingga kontak poinnya tidak akan bergeser karena adanya getaran dan akan tetap melakukan kontak selama mobil melaju. Sebagai perbandingan, ketika kecepatan putaran alternator diperlambat dan tegangan di alternator juga rendah, maka arus akan mengalir melalui current coil dengan arah berlawanan. Akibatnya, gaya magnetik yang ada pada inti akan melemah secara tiba-tiba. Dan pada saat tersebut dikarenakan adanya gaya pegas dari spring, kontak poinnya akan terbuka dan charging circuit juga akan terbuka. Sehingga arus terbalik dari battery ke alternator dapat dihindarkan.

68

Training Support & Development

Engine Electrical (2) Voltage regulator Voltage regulator fungsinya adalah untuk memastikan agar tegangan yang dihasilkan selalu tetap konstan. Jika tegangan yang dihasilkan lebih tinggi dari aturan. Jika tegangan yang dihasilkan lebih tinggi dari aturan, maka arus yang dibangkitkan akan berkurang (karena adanya resistor tambahan ke field coil secara serial untuk memutus tegangan yang dihasilkan). Dan apabila tegangannya lebih rendah dari aturan, maka beberapa resistor akan diputus dari field coil untuk me-recover tegangan yang dihasilkan. Jenis voltage regulator ada beberapa macam yaitu vibration contacting, carbon pile, transistor dan IC. Sekaran ini yang dipakai adalah hanya jenis IC. Dan akan dijelaskan pada bab AC alternator regulator dengan jenis transistor.

Gambar 3-29 Structure of the voltage regulator (3) Current limiter (Current regulator) Current limiter berperan dalam memproteksi alternator dari kelebihan arus dengan cara mengontrol arus yang dibuat dari alternator DC. Karena itulah, current limiter mencegah beban listrik yang lebih tinggi dari aturan yang dipakai ke alternator. A. Struktur current limiter Sama seperti voltage regulator, current limiter terdiri dari armature, armature adjusting spring, dan contact point. Hanya bedanya electromagnet coil (atau current coil) dibangkitkan oleh arus pengisian.

Gambar 3-30 Current limiter 69

Training Support & Development

Engine Electrical B. Prinsip kerja current limiter Seperti tampak pada gambar 3-30, sebelum arus output pada alternator sama dengan arus yang diatur, kontak poin akan tertutup. Begitu arus output pada alternator naik, dan mencapai batas angka yang ditentukan, maka kontak poinnya akan terbuka oleh gaya magnet dari electromagnet. Ketika kontak poinnya terbuka, maka serial resistor dihubungkan ke field circuit sehingga tegangan yang dihasilkannya akan turun. Karena itulah, beban arusnya berkurang. Begitu beban arus berkurang, gaya tarik dari electromagnet akan berkurang sehingga kontak poinnya akan terturup kembali oleh gaya pegas spring.

3.5.2 Alternator regulator arus alternatif (AC) Karena alternator AC menggunakan dioda silicon sebagai rectifier, maka kemungkinan adanya arus terbalik tidak akan terjadi. Dan perlu ditambahkan pula bahwa, dia mempunyai fungsi pembatas arus sehingga tidak perlu khawatir akan terjadi over current. Oleh karena itulah, regulator untuk alternator AC tidak memerlukan adanya cut-out relay dan current limiter tidak seperti pada alternator DC. Karena itulah kenapa yang diperlukan hanya voltage regulator saja. Charging alert lamp relay harus dihubungkan ke voltage regulator untuk menjalankan charging alert lamp. (1) Voltage regulator jenis transistor Menggunakan transistor sebagai switch menggantikan contact point yang dipakai oleh regulator tipe contacting, voltage regulator jenis transistor merubah rata-rata arus untuk mengatur tegangan yang akan dihasilkan. Pada tipe ini, ada semi-transistor yang merupakan gabungan transistor dan relay dan full transistor dimana komponen mekanisnya dihilangkan. Selanjutnya, IC regulator termasuk di dalamnya jenis full transistor yang dipasang di dalam bodi alternator menggunakan IC circuit. Pada gambar 3-31, Tr2 adalah transistor untuk memperngaruhi field current, dan base current pada Tr2 dikontrol oleh transistor Tr1 dan Zener diode Dz. Tegangan terminal alternator Et dibagi menjadi resistor R1 dan R2. Untuk Zener diode Dz, tegangan E1 digambarkan oleh persamaan dibawah ini yang dipakai dengan arah terbalik.

E1 = Et

R1 R1 + R 2

Here, Et = E1 + E2. Ketika Dz tidak mendapat arus dikarenakan Et rendah, Tr1 akan OFF dan Tr2 menjadi ON sehingga arus akan mengalir ke yoke. Ketika E1 lebih tinggi dari tegangan Zener dikarenakan tegangan yang dihasilkannya meningkat, arus akan mengalir melalui Zener diode sehingga Tr1 akan ON dan Tr2 menjadi OFF. Karena itulah, arus yoke akan diblokir. Karena itulah, arus yoke dapat dikontrol dengan mengatur Tr2 ke OFF ketika Et tinggi, dan Tr2 ke ON ketika Et rendah.

70

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 3-31 Dasar sirkuit regulator jenis full transistor Karena regulator jenis transistor tidak mempuyai contact point, maka disini tidak ada pengapian, yang dapat menjadi landasan EMI atau EMC. Karena tidak ada komponen mekanisnya, maka usianya cukup lama dan daya tahan terhadap getannya cukup bagus. Namun, kelemahannya adalah lemah terhadap tegangan tinggi dan panas sehingga penangannya harus hati-hati. (2) IC voltage regulator A. Tujuan pemakaian IC voltage regulator Charging circuit pada IC voltage regulator terdiri dari sirkuit semiconductor yang gunanya untuk mensuplai dan memutus arus pada rotor coil yang kemudian dapat mengatur tegangan yang dihasilkan pada alternator AC. Pada dasarnya prinsip kerjanya adalah sama seperti pada jenis transistor. Namun, ukurannya dapat dibuat lebih kecil sehingga dipasang di dalam bodi alternator. Dan charging circuit pada jenis regulator ini dapat dibuat secara sederhana. Adapaun keunggulannya adalah sebagai berikut; Wiring-nya sederhana. Tegangannya tidak turun naik karena adanya guncangan dan ketahanannya cukup baik. Tingkat keakuratan pengaturan The accuracy for controlling the voltage is very high. Tahan terhadap panas dan output-nya cukup tinggi. Ukurannya kecil sehingga mudah dipasang di dalam alternator. Performa charging dapat ditingkatkan, dan tenaga listriknya dapat disalurkan ke masingmasing beban listrik secara benar.

71

Training Support & Development

Engine Electrical B. Prinsip kerja IC voltage regulator

Gambar 3-32 Diagram sirkuit IC voltage regulator

a. Ketika kunci kontak ON dan mesin dalam keadaan mati Ketika kunci kontak diputar ke posisi ON, arus akan mengalir dari terminal L ke alternator AC ke dasar transistor Tr1 melalui terminal IG yang ada pada alternator AC, terminal charging alert lamp relay IG dan terminal A, kemudian Tr1 akan ON. Pada saat Tr1 menjadi ON, begitu arus battery (field current) mengalir dari rotor coil ke Tr1 melalui terminal L dan terminal IG yang ada pada alternator AC, dan selanjutnya rotor akan dibangkitkan. Pada saat tersebut, arus mengalir melalui coil yang ada pada charging alert lamp relay untuk menutup kontak poin oleh gaya megnet yang dihasilkan pada coil, sehingga alter lamp menjadi hidup. Dikarenakan initial exciting resistor (R4) mempunyai tahanan yang cukup tinggi (sekitar 100Ω), kehilangan arus (discharge) pada battery dapat dihindarkan melalui pengaturan arus yang mengalir ke rotor coil pada saat kunci kontak tidak OFF. b. Ketika alternator AC mulai bekerja setelah mesin dihidupkan Jika tegangan yang dibangkitkan pada alternator AC lebih tinggi dari tegangan terminal battery terminal (13.8~14.8V), maka proses pengisian battery dimulai dari terminal B. Pada saat tersebut, tegangan pada terminal L yang ada pada alternator AC akan naik, dan pada akhirnya tidak ada lagi perbedaan dari terminal IG pada charging alter lamp relay. Kemudian arus pada charging alter lamp relay coil diputus (cut off) sehingga kontak poin akan terbuka. Dan kemudian alert lamp akan OFF. Berkat diode (D2) yang dapat menghindari arus balik, arus dialirkan melalui exciting diode oleh tegangan pada stator coil yang tidak mengalir ke battery atau beban elektrik, namun ke rotor coil dan terminal L yang ada pada regulator. c. Ketika tegangan yang dibangkitkan pada alternator AC melebihi batas aturan karena putaran mesin yang tinggi. Pada saat tersebut, begitu arus mengalir melalui terminal S pada voltage regulator melewati R2 dan Zener diode (ZD) ke dasar transistor Tr2, maka Tr2 akan ON. Disini tegangan pada poin P adalah untuk menjaga tegangan agar tidak mendapat suplai arus dari base current

72

Training Support & Development

Engine Electrical yang ada pada Tr1. Namun, ketika Tr2 menjadi ON, tegangannya akan turun secara drastis kemudian base current pada Tr1 akan diputus dan Tr1 akan OFF. Karena itulah, pada saat arus yang dibangkitkan dari rotor coil di cut off, maka tegangan dari alternator AC diturunkan. Ketika tegangan dari alternator AC lebih rendah dari tegangan yang diatur, maka arus tidak akan mengalir ke Zener diode, sehingga Tr2 akan OFF dan Tr1 akan kembali ON. Dan pembangkitan tegangannya akan diperlambat. Dengan mengulang-ulang switch ON dan OFF pada transistors Tr1 dan Tr2 berkat kerja Zener diode, arus yang dibangkitkan yang mengalir ke rotor coil dapat dihentikan sebentar dan tegangan dari alternator dapat dipertahankan secara konstan. 4. Sistem Pengapian 4.1 Tujuan dari sistem pengapian Sistem ini teridiri dari seperangkat alat untuk membakar campuran bahan bakar yang dikompresikan di dalam ruang pembakaran menggunakan cetusan api yang dihasilkan dari tegangan tinggi (untuk mesin bensin). Pada sistem pengapian, ada beberapa macam diantaranya adalah jenis battery ignition (menggunakan arus tenaga listrik langsung) yang menggunakan battery sebagai tenaga listrik. Kemudian jenis voltage magnet ignition (menggunakan tenaga listrik arus alternatif) yang menggunakan tegangan tinggi dari alternator sebagai sumber tenaganya. Pada bidang otomotif, sistem pengapian yang umumnya digunakan adalah jenis battery ignition. Dan sekarang ini, berkat pengembangan semiconductor, maka terdapat jenis full transistor ignition, high-energy ignition (HEI), dan distributor less ignition (DLI).

4.1.1 Jenis interrupter contacting dan transistor ignition Metode pengapian transistor menggunakan cara dimana arus yang mengalir di coil primari pada ignition coil di interupsi (dimatikan sebentar) dengan menjalankan switching pada transistor untuk menginduksi tegangan tinggi pada coil sekunder. Untuk jenis interrupt contacting, begitu arus pertama pada ignition coil diinterupsi melalui kerja buka-tutup contact point, maka akan terjadi lengkungan pada saat kontak poinnya dibuka. Untuk mencegah terjadinya lengkunran ini, interrupter contact point dan battery dihubungkan secara serial. Namun demikian, pada kecepatan rendah, ketika kecepatan untuk membuka contact point lambat, maka mudah terjadi lengkungan. Karena itulah tegangan kedua yang dihasilkannya tidak akan stabil dan menimbulkan terjadinya misfiring dengan mudah. Sebagai perbandingan, untuk jenis pengapian transistor, arus pertama diputus sebentar oleh transistor sehingga interupsi terhadap arusnya adalah stabil pada kecapatan rendah dan coil sekunder bisa membuat tegangan tinggi dengan stabil. Sekarang ini, karena adanya pembatasan gas buang, maka diperlukan peningkatan energi pembakaran dari ignition plug agar pengapiannya akurat tanpa terjadi misfire meskipun kecepatannya rendah. Untuk melakukan hal tersebut, maka arus primer harus dinaikkan. Untuk jenis interruption contact, hal ini sulit dilakukan namun untuk jenis transistor, hal ini dapat dimungkinkan. Sebagai tambahan, untuk meningkatkan performa pengapian pada kecepatan tinggi, jumlah gulungan pada ignition coil primer harus dikurangi sehingga tahanan dan induksi pada coil primer dapat direndahkan. Pada akibatnya, arus primer perlu dinaikkan secepat mungkin. Oleh karena itulah, agar energi 73

Training Support & Development

Engine Electrical tersebut disuplai ke sirkuit pengapian primer dapat mengurangi induksi namun tidak mengurangi energi pembakarannya, maka arus primer harus dibesarkan. Tabel perbandingan sistem pengapian Interrupter contacting

Full transistor

Computer control

Karena gemeletup interrupter contact point pada kecepatan tinggi, maka pengapian pada mesin kurang pas

Performa pada kecepatan rendah dan tinggi cukup aman

Performa pada kecepatan rendah dan tinggi sangat aman.

Dikarena interrupter contact point memperoleh cetusan api, maka contact point harus diperiksa dan diganti secara berkala

Tidak mempunyai interrupt contact point, maka tidak diperlukan lagi pemeriksaan

Tidak mempunyai interrupt contact point, maka tidak diperlukan lagi pemeriksaan

Dikarenakan kerja peralatan vacuum dan centrifugal timing control yang tidak normal, maka pengipan mesin kurang pas

Sama seperti gajala yang ada pada jenis interrupter contacting

Karena waktu pengapiannya diatur oleh computer, maka sangat efisien.

Untuk jenis interrupter contact, dikarenakan adanya batasan oleh lengkungan contact point, maka pembesaran arus primer ada batasannya; sedangkan untuk jenis transistor, maka dimungkinkan sekali untuk memperbesar arus primer dengan jangkaran yang cukup luas. Oleh karena itulah, ignition coil dapat terdiri dari first coil yang mempunyai induksi rendah dan rasio jumlah gulungan yang besar sehingga performanya pada kecepatan tinggi bisa lebih baik dibandingkan dengan external resistor ignition coil. Karakteristik jenis transistor adalah sebagai berikut. Performa pada kecepatan rendah cukup stabil. Performa pada kecepatan tinggi cukup baik. Performa pengapian meningkat karena energi pembakarannya dinaikkan. Keandalan sistem pengapiannya meningkat. Bermacam unit kontrol elektrik untuk meningkatkan performa mesin (waktu pengapian dan cam angle control) dapat dipasang. Dimungkinkan untuk mengurangi rasio gulungan pada ignition coil.

Gambar 4-1 Grafik arus primer dan grafik tegangan sekunder 74

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 4-2 Karakteristik kecepatan tegangan sekunder

4.2 Sitem pengapian dengan menggunakan kontrol komputer 4.2.1 Sistem pengapian dengan menggunakan kontrol komputer Sistem ini menggunakan metode dengan mendeteksi status mesin menggunakan berbagai sensor dan input ke computer (ECU), kemudian computer menghitung waktu pengapian dan mengirimkan sinyal arus primer ke power transistor untuk menginduksikan tegangan tinggi ke ignition coil sekunder. Ignition coil yang dipakai adalah jenis mold. Yang terdiri dari tipe high-energy ignition (HEI) dan tipe distributor-less ignition (DLI). Keunggulan dari tipe ini adalah sebagai berikut; Api pembakarannya sangat stabil pada kecepatan rendah dan tinggi. Ketika terjadi knocking, waktu pengapiannya secara otomatis diperlambat untuk menekan knocking. Mendeteksi kondisi mesin, mesin dikontrol melalui pengoptimalan waktu pengapiannya. Apabila menggunakan ignition coil yang outputnya tinggi, maka pembakarannya dapat sempurna.

75

Training Support & Development

Engine Electrical Tabel perbandingan struktur masing-masing sistem pengapian Interrupter contacting

Full transistor

Computer control Arus primer pada power transistor diputus oleh computer.

Arus primer diputus oleh interrupter contact point.

Arus primer diputus melalui switching pada transistor.

Memerlukan battery

Tidak memerlukan battery

Tidak memerlukan battery

Ignition coil yang dipakai adalah tipe open magnetic circuit

Ignition coil yang dipakai adalah tipe open magnetic circuit

Ignition coil yang dipakai adalah tipe Mold

Status buka-tutup interrupter contact point dilakukan oleh cam yang fixed on the distributor shaft.

Pemutusan arus primer dilakukan melalui putaran signal rotor yang dipasang pada distributor shaft.

Signalnya dihasilkan dari pemutusan cahaya melalui putaran disk yang dipasang pada distributor shaft diantara LED dan photo diode.

4.2.2 Tipe HEI (High Energy Ignition)

Gambar 4-3 Diagram struktural HEI

• Ignition coil Ignition coil adalah boosting transformer yang menghasilkan arus untuk tegangan tinggi (sekitar 20,000 ~ 25,000V) digunakan untuk membuat lengkunran pada ignition plug. E: Battery voltage

E1: First voltage

E2: Second voltage

E2 =

N2 E1 N1

N1: winding number of the first coil N2: winding number of the second coil

Gambar 4-4 Prinsip kerja ignition coil

76

Training Support & Development

Engine Electrical (1) Prinsip kerja ignition coil Ignition coil menggunakan efek induksi magnet dan efek induksi baku (mutual). Gambar 4-4 adalah prinsip kerjanya. Dimana dua coil digulung di sekitar core, dan untuk bagian input-nya disebut dengan first coil (coil primer), sedang bagian output disebut dengan second coil (coil sekunder). Coil primer mendapat magnet melalui pengaliran arus rendah dari battery; dimana, arus ini adalah arus langsung sehingga tidak terjadi induksi pada tegangan. Pada saat arus ini diputus oleh power transistor, di coil primer, maka tegangan E1 lebih rendah dari tegangan yang dihasilkan dari battery melalui efek induksi magnet. Tegangan induksi E1 pada coil primer ditentukan oleh banyaknya gulungan pada coil primer, pembesaran arus, kecepatan perubahan arus dan bahan intinya. Untuk coil sekunder, tegangan E2 yang sebanding dengan rasio jumlah gulungan dibangkitkan oleh efek induksi baku. (2) Struktur ignition coil Ignition coil membuat garis-garis magnet (magnetic flux) melalui inti jenis mold mencegah adanya magnetic flux yang dihasilkan oleh efek induksi magnet yang sedang dipancarkan.

Gambar4-5 Struktur ignition coil tipe mold Dengan mempertebal diameter kawat pada coil primer, tahanannya dapat dikurangi sehingga bisa menghasilkan garis-garis magnet yang lebih besar yang dapat menghasilkan tegangan yang lebih tinggi. Strukturnya sederhana dan daya tahan terhadap panas sangat baik. (3) Performa ignition coil Hal terpenting pada performa ignition coil adalah karakteristik kecepatan, temperatur dan penyekatan. •

Karakteristik kecepatan: celah discharging-nya harus lebih besar dari 6mm, ketika distributor shaft berputar dengan kecepatan putaran 1,800rpm

•

Karakteristik temperatur: selama mesin bekerja, temperaturnya akan naik oleh panas arus. Pada saat temperaturnya naik, tahanan coil primer menjadi lebih besar sehingga arus primer yang diputus dapat dikurangi. Akibatnya, celah discharging pada sisi sekunder akan dikurangi sehingga susunya yang diatur adalah 80 derajat ceicius.

•

Karakteristik penyekatan: Tahanan penyekat dan tegangan withstanding dikurangi sesuai dengan naiknya temperatur, namun biasanya lebih dari 10 derajat dengan suhu pada 80 derajat celcius, dan harus lebih dari 50 derajat celcius dengan pada temperatur ruang (20 derajat celcius).

77

Training Support & Development

Engine Electrical • Power Transistor Power transistor berperan dalam memutus arus primer, yang mengalir di dalam ignition coil berdasarkan sinyal dari computer. Struktur power TR adalah tipe NPN yang terdiri dari kontrol computer, collector yang dihubungkan ke terminal (-) yang ada pada ignition coil primer dan emitter yang dihubungkan ke ground. Cara kerja power transistor adalah sebagai berikut; a. Pada saat kunci kontak diputar ke ON, tegangan battery disalurkan ke ignition primary coil. b. Berdasarkan putaran disk di dalam distributor, sinyal pengapian crank shift angle sensor dari computer membuat sinyal shorting-grounding secara berulang-ulang ke power transistor. c. Pengulangan sinyal pengapian melalui kerja shoring-grounding terhadap arus yang mengalir pada ignition primary coil melalui power transistor dengan mumutus power transistor. d. Waktu pengapian dihitung oleh computer. Ketika arus dasar pada power transistor diputus, maka arus pengapian primer juga terputus. Karena itulah, tegangan tinggi di induksikan pada coil pengapian sekunder dan tegangan tinggi ini diaplikasikan ke busi (ignition plug) oleh rotor yang ada pada distributor. • Pola gelombang ignition voltage Begitu waktu berjalan terus, tegangan yang dikirim ke sirkuit sistem pengapian primer dan sekunder sering berubah-rubah. Untuk mengetahui variasi tegangan ini dapat dilihat melalui layar engine scope. Dengan mengamati pola gelombang tegangan ini, maka dapat dimungkinkan untuk memeriksa performas mesin, begitu juga fungsi dan status malfungsi dari masing-masing komponen yang terdapat pada sistem pengapian. Sehingga engine scope umumnya secara luas dipakai untuk menyelidiki kemungkinan adanya malfungsi ketika melakukan pemeriksaan dan pebaikan pada mesin kendaraan. 2(Ground)

1(ECU)

3(Ignition coil)

Gambar 4-6 Bentuk fisik dan circuit diagram power transistor

78

Training Support & Development

Engine Electrical Pola gelombang tegangan pengapian pada sistem pengapian termasuk di dalamnya adalah pola gelombang tegangan primer dan pola tegangan sekunder. Pada gmbar 4-7 terlihat dasar pola gelombang pada tegangan sekunder dalam keadaan. Pola gelombang tegangan dibagi menjadi bagian firing, intermediate section, dan Dwell. firing adalah bagian yang melakukan observasi output pada ignition coil, tegangan yang keluar dari capacitor, tegangan keluar yang diinduksikan dan durasi waktu.

Gambar 4-7 The second waveform

Pada bagian intermediate terlihat pola gelombang dari setelah pelepasan api sampai tegangannya menjadi ON pada ignition coil primer. Segera setelah pelepasan api, maka terjadi 4~5 kali putaran pada pola gelombangnya. Selanjutnya sampai tegangan ignition coil primer menjadi ON, maka pola gelombangnya akan terlihat stabil. Dwell section memperlihatkan pola gelombang dari ketika tegangannya ON pada ignition coil primer sampai ketika tegangannya menjadi OFF. Pada bagian ini, sudut dwell %, variasi sudut dwell akan tergantung dari kecepatannya. Penjelasan secara rinci pada pola gelombang sekunder adalah seperti berikut ini. (1) Firing section: A • Seksi D Bagian ini memperlihatkan status firing pada busi. Terdiri dari firing line dan spark line. Firing line: Pembakarannya adalah pembakaran yang dihasilkan dari ignition plug pada saat arus primer di putus. Garis apinya adalah garis vertical yang menunjukkan bahwa tegangan yang dperlukan untuk discharging terhadap rotor gap pada distributor dan plug gap adalah melalui induksi tegangan tinggi pada ignition coil. Spark line: Spark line adalah garis horizontal yang menunjukkan tegangan yang diperlukan untuk menginduksikan api. Titik A: Ini adalah titik untuk melakukan tegangan tinggi pada ignition coil ketika tegangan pada ignition coil primer diputus. Titik B: Titik dimana ignition plug membuat api melakui induksi tegangan tinggi pada ignition coil (tinggi dari titik ini adalah tegangan pengapian). Titik C: Setelah cetusan api dihasilkan, maka tegangan tingginya diturunkan ke titik ini. Selama proses pengapian, nilainya akan tetap konstan. Titik D: Titik untuk menghentikan api pada ignition plug.

79

Training Support & Development

Engine Electrical (2) Intermediate section: D • Seksi E Seksi ini secara terus menerus menampilkan seksi pengapian. Tegangan residu yang ada di dalam ignition coil pada seksi ini secara bertahap dikurangi. (3) Dwell section: E • Seksi A' Seksi ini menunjukkan selang waktu dimana coil pengapian pertama dalam ke adaan ON, yaitu arus mengalir ke power transistor selama selang waktu tersebut. a. Titik E: Titik dimana tegangan pada ignition first coil dalam ke adaan ON. Pada saat medan magnet dibentuk di dalam ignition coil, maka terjadi pola gelombang. Pola gelombangnya terlihat dibawah garis nol akibat getaran gaya balik electromotive dari induksi ignition coil ketika tegangan pada coil pengapian pertama ON. b. Titik A: Titik dimana tegangan pada coil pengapian pertama OFF. • Distributor (1) Distributor cap dan rotor Distributor cap dan rotor menyalurkan tegangan tinggi yang diinduksikan dari ignition coil ke masing-masing ignition plug berdasarkan urutan pengapiannya.

Gambar 4-8 Distributor cap and rotor Distributor cap Pada distributor cap, terdapat central terminal yang dihubungkan ke ignition coil, dan terminal ignition plug yang nomornya sama dengan nomor cylinder mesin dan diurutkan di sekitar ignition coil. Di dalam central terminal, terdapat potongan karbon yang dihubungkan ke rotor head yang dipasang dengan satu spring. Distributor cap terbuat dari material resin, yang dapat tahan terhadap tegangan lebih dari 25,000V dan mempunyai daya tahan yang baik terhadap panas, magnet dan kuat secara mekanis.

80

Training Support & Development

Engine Electrical Rotor Rotor dipasang dibagian atas distributor shaft. Rotor ini menyalurkan tegangan tinggi yang diterima dari central terminal distributor cap ke setiap terminal ignition plug. Rotor dipasang di salah satu sisi distributor shaft. Celah antara ujung depan rotor dengan terminal ignition plug adalah 0.3~0.4mm. (2) Jenis distributor A. Tipe Optical Distributor untuk mesin 4-cylinder Distributor untuk mesin 4-cylinder terdiri dari crank shift angle sensor, first cylinder top dead center (TDC) sensor, disk yang berputar dengan distributor shaft, dan rotor yang menyalurkan tegangan tinggi yang diinduksikan dari ignition coil berdasarkan urutan pengapiannya. Di dalam unit assembly, terdapat dua set LED dan photo diode yang gunanya untuk mendeteksi kedua jenis celah (slit), untuk membuat pulsa sinyal dan untuk mengirimkannya ke computer. Crank shift angle sensor dan first cylinder TDC sensor terdiri dari disk dan unit assembly. Disk-nya terbuat dari metal yang terdiri dari 4 slit untuk melewatkan susunan cahaya di sekeliling 90° disc dan dipakai untuk crank shift angle sensor, dan di dalam 4 slit ini terdapat satu slit yang digunakan untuk first cylinder TDC sensor.

Gambar 4-9 Struktur unit assembly Diantara LED dan photo diode, begitu disk berputar cahaya dari LED di kirim ke photo diode melalui slits pada disk atau yang diputus. Pada saat tersebut, jika photo diode menerima light, kemudian arus mengalir dengan arah terbalik dan arus ini terdeteksi oleh input ke comparator dengan 5V, maka tegangan sebesar 5V diaplikasikan ke computer dari terminal • seperti tampak pada gambar 4-9. dalam kondisi tersebut jika disk berputar dan cahaya ke photo diode diputus, maka tegangan yang dipakai ke terminal • akan menjadi 0V. Melalui pengulangan kerja ini, pulsa sinyal dari unit assembly disalurkan ke computer. Sinyal yang diperoleh dari 4 slit untuk mendeteksi sudut crank adalah sinyal standar untuk menghitung kecepatan mesin. Dengan mendeteksi apakah piston pada masing-masing cylinder berada di titik atas langkah kompresi, berdasarkan sinyal yang didapat dari slit untuk first cylinder TDC sensor, sinyal standar untuk cylinder pertama dibedakan sehingga computer dapat menentukan urutan penyaluran berdasarkan sinyal ini.

81

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 4-10 Kerja crank shift angle sensor dan No.1 cylinder TDC sensor

Gambar 4-11 Struktur TDC dan crank shift angle sensor di dalam 6-cylinder engine Untuk mesin 6-cylinder Sensor TDC yang ada pada distributor untuk mesin 6-cylinder tidak hanya untuk mendeteksi TDC cylinder pertama namun juga mendeteksi TDC cylinder pertama, ketika dan ke lima untuk kemudian dirubah ke pulsa sinyal dan dikirim ke computer sehingga urutan untuk injeksi bahan bakar ditentukan oleh sinyal ini. Ada dua jenis disk, yang satunya adalah 360 slit untuk mendeteksi 1° dari TDC sensor untuk keliling disk dan 6 slit untuk crank shift angle sensor di dalam disk, tipe lainnya adalah 6 slit untuk crank shift angle sensor untuk keliling disk dan 4 slit untuk TDC sensor di dalam disk. Cara kerjanya sama seperti mesin 4-cylinder dimana photo diode adalah untuk mendeteksi cahaya yang keluar dari LED berdasarkan putaran distributor shaft. Berdasarkan sinyal yang dideteksi dari crank shift angle sensor, kecepatan mesin dapat dihitung dan waktu penginjeksian bahan bakar dan waktu pengapiannya dapat dikontrol.

82

Training Support & Development

Engine Electrical B. Tipe Induksi Tipe induksi menggunakan ton wheel dan permanent magnet. Pada tipe ini, ton wheel pada sensor TDC cylinder pertama dan crank shift angle sensor dipasang di bagian belakang crank shaft pulley atau samping fly wheel, dan kecepatan putaran mesin dan TDC cylinder pertama dideteksi berdasarkan dari putaran crank shaft. Melalui sinyal yang diterima ini, computer membedakan sinyal dasar dari cylinder pertama cylinder dan menentukan injeksi bahan bakar. Dikarenakan struktur cylinder pertama dan crank shift angle sensor adalah seperti coil yang dilititkan sekelilingnya dengan magnet permanen, maka ketika ton wheel berputar, pulsa sinyal diinduksikan sesuai dengan banyaknya air gap. Begitu sinyal ini masuk ke computer, maka TDC pada cylinder pertama dan kecepatan mesinnya dapat terdeteksi.

Gambar 4-12 Struktur tipe induksi

Gambar 4-13 Pulsa yang dihasilkan dari putaran crank shaft C. Tipe Hall sensor Pada tipe ini, Hall sensor dipasang pada distributor dan variasi tegangan yang terjadi dari efek Hall sensor dimasukkan computer. Dengan mengkonversi pulsa analog ini ke gelombang digital menggunakan analog-digital converter maka komputer dapat mendeteksi sudut crank.

83

Training Support & Development

Engine Electrical Unit Hall sensor adalah sejenis semiconductor yang terdiri dari germanium film (Ge), potassium (K) dan arsenic (As), seperti tampak pada gambar 4-14. Seperti tampak pada gambar, jika Hall device dipasang diantara dua kutub magnet permanen dan arus (Iv) disuplai, maka elektron yang ada di dalam Hall device dibias dengan arah tegak lurus dengan arah arus dan garis magnet. Hasilnya adalah, untuk memotong permukaan A1, elektronnya sangat banyak dan untuk memotong permukaan A2, elektronnya sedikit. Karena itulah terjadi perbedaan tegangan antara A1 dan A2 dan menghasilkan tegangan (UH). Ketika arus (Iv) tetap konstan, maka tegangan (UH) berbanding sama dengan densitas garis-garis magnet. Pada saat tegangan output-nya sangat kecil, maka perlu dibesarkan oleh OP AMP, seperti tampak pada gambar 4-15, agar bisa dipakai sebagai sinyal.

Gambar 4-14 Hall effect

Gambar 4-15 Structure of the Hall sensor

4.2.3 Kabel busi (Hi-tension cord) Adalah kabel tegangan tinggi yang dibungkus yang menghubungkan terminal ignition coil ke central terminal yang ada pada distributor cap, dan ignition plug terminal yang ada pada distributor ke ignition plug. Satu ujung dari kabel busi dihubungkan dengan ignition plug terminal oleh brass tag sedangkan ujung lainnya dihubungkan dengan ignition plug terminal yang ada pada distributor cap, dan ujung-ujung tersebut ditutup dengan tutup karet (rubber cap). Strukturnya seperti pada gambar 4-16, sama seperti central conductor yang dibungkus oleh karet, permukaanya ditutup oleh bahan yang terbuat dari plastik. Kabel untuk pembuatan

84

Training Support & Development

Engine Electrical central conductor dibuat dari rangkapan kawat tembaga atau karbon yang dicampur fiber agar mempunyai tahanan yang tetap konstan disebut dengan kabel TVRS (Television Radio Suppression). Mempunyai kurang lebih 10 unit tahanan yang dipasang ke semua kabel untuk mencegah terjadinya noise akibat frekwensi tinggi pada sirkuit pengapian. (1) Kawat karbon Seperti tampak gambar 4-18, konduktor tahanannya adalah terbuat dari fiber kaca dengan cara memasukkan karbon ke glass fiber untuk mendapatkan tahanan yang konstan. Tutup luarnya terbuat dari karet ethylene propylene (EPDM), yang tahan terhadap panas dan dingin. (2) Kabel tahanan tipe double wire wound Seperti tampak pada gambar 4-19, kabel tahanannya terdiri dari kawat inti metalik yang dililitkan disekeliling tetron core dengan tetron separator pada celahnya. Kawat inti tersebut dikelilingi oleh insulator. Sebagai tambahan, untuk mengatasi ruang mesin yang panas maka dipasang vinyl yang tahan terhadap panas untuk tutup luarnya. Tahanan kawatnya adalah sekitar 16Ω/m.

Gambar 4-16 Kabel busi

Gambar 4-18 Carbon line

Gambar 4-19 Kabel jenis double wire wound

85

Training Support & Development

Engine Electrical 4.2.4 Spark plug (busi) Spark plug, seperti tampak pada gambar 4-20, dipasang diruang pembakaran masing-masing cylinder head dan membakar campuran udara bahan bakar di dalam cylinder dengan cara membangkitkan bunga api diantara central electrode dan ground electrode menggunakan tegangan tinggi yang dihasilkan dari coil pengapian kedua.

Gambar 4-20 Posisi pemasangan spark plug (1) Struktur spark plug Spark plug, seperti tampak pada gambar 4-21, terdiri dari tiga komponen utama yaitu electrode, insulator dan shell.

Gambar 4-21 Structure of the spark plug Electrode Electrode terdiri dari central electrode dan ground electrode. Dikarenakan tegangan tinggi diinduksikan dari ignition coil kirim ke central electrodes melalui central shaft, maka pengapiannya akan dihasilkan dari celah ground electrode. Celah antara central electrode dan ground electrode adalah 0.7~1.1mm. Bahan untuk membuat electrodes harus yang kuat, tahan panas dan tahan karat sehingga materialnya terbuat dari nickel alloy atau platinum alloy. Dalam hal tertentu, karena pertimbangan radiasi panas, central electrode bisa terdiri dari tembaga. Diameter central electrode umumnya adalah 2.5mm. sekarang ini, untuk mencegah terjadainya pengapian rendah dan untuk meningkatkan performa pengapian, beberapa central electrodes mempunyai tingkat ketipisan pada central diameter kurang dari 1mm atau pada ground electrode-nya berbentuk alur U. Insulator Insulator berfungsi untuk menghindari terjadinya kebocoran tegangan karena central electrode atau core, sehingga alat ini mempunyai peranan yang penting dalam menentukan performa pengapian. Karena itulah, insulator mempunyai daya isolasi terhadap listrik yang cukup baik, tahanan panas, kuat dan stabil. Insulator ini terbuat dari keramic yang mempunyai daya sekat

86

Training Support & Development

Engine Electrical yang baik serta mempunyai penyangga untuk mencegah terjadinya flashover dari arus tegangan tinggi. 583,731 Shell Shell adalah komponen metal yang mengelilingi insulator dan sekurup untuk bisa dipasang pada cylinder head. Ground electrode disolder pada bagian ujung sekrup. Sesuai dengan diameter sekrupnya, terdapat 4 macam sektrup 10mm, 12mm, 14mm dan 18mm. Panjang (jangkauan) sekrup ditentukan oleh diameternya. Untuk panjang sekrup 14mm, terdapat 3 jenis sektrup 9.5mm, 12.7mm dan 19mm. Celah antara insulator dan inti kawat atau shell didempul oleh sealant khusus yaitu glass seal (setelah glass dan copper powder dimasukkan ke dalam joint part pada central electrode dan core kemudian dicairkan untuk dipasang insulator dan metal) atau dilarutka bersama dengan spark. (2) Persyaratan yang harus dimiliki busi Spark plug mempunyai sktruktur yang sederhana dimana dua electrodes dari sirkuit pengapiannya saling menghadap satu sama lain untuk membuat loncatan bunga api. Namun demikian kondisi lingkungan kerja sekitarnya sangat keras sehingga performanya harus bisa memenuhi kondisi sebagai berikut : Harus tahan terhadap panas Spark plug dibakar diruang pembakaran yang mempunyai temperatur sekitar 2,000 derajat celcius dan didinginkan secara tiba-tiba oleh langkah hisap melalui gas yang diinjeksikan. Karena itulah busi harus bisa tahan terhadap perubahan temperatur yang drastis. Konstruksinya harus kuat Spark plug dipengaruhi oleh adanya getaran yang cukup kuat karena adanya perubahan tekanan pada vacuum pressure di langkah hisap dan sekitar 35~45kgf/cm dilangkah buang. Maka dari itu busi harus mempunyai daya tahan yang cukup kuat. It should have good corrosion resistance The electrodes of the spark plug are exposed in the combustion gas so they can be chemically attacked by the carbon and so on. Therefore, it is needed to endure the corrosion. Generally, they are made of Ni-Cr alloy. It should have good airtight-ness The spark plug should have the airtight-ness enough to endure the pressure applied from the compression and expansion strokes. Especially, there is no gas leakage at the high temperature. It should keep the self-cleaning temperature If the temperature of the electrode is extremely increased, then it will be a reason of the advancing spark, otherwise if it is too low then carbon slug will be stacked and current leakage will be occurred. These are the main reason of misfire. Therefore, during the engine operation, the temperature of the electrode should be maintained in 500~600 derajat celcius. It should have good electric insulation performance. The spark plug should endure against the high voltage of 15,000~20,000V during engine operation and maintain good insulation property under sudden change of temperature. It generally is made of alumina (AlO3) or other magnetic insulating materials. The spark should have strong energy As the end part of the electrode is sharp as possible, the spark will be easily made. If the end part of the electrode is too sharp, then it has short lift time. Therefore, it should have proper shape to make the spark smoothly. 87

Training Support & Development

Engine Electrical It should have good ignition performance Even the electrode makes a spark, if the energy is not sufficient, then the firing is not accomplished. Therefore, the shape of electrode should be considered to make sufficient energy in the lean mixture of fuel gas. It should have good heat conduction If the heat from the combusted gas is not radiated, the electrode could have short life time from the melting or corrosion. Therefore, it has heat conduction enough to maintain the temperature being under 950 derajat celcius. Especially, at the high temperature, it has high heat conduction efficiency. (3) The self cleaning temperature and the heat value of the spark plug During engine operation, as the spark plug is exposed in the high temperature by the combustion of the fuel mixture, the electrode should maintain proper temperature. If the operating temperature of the electrode of the spark plug is lower than 400•, then the carbon made from the combustion will attach to the electrode so that the insulation property will be degraded and the spark will be weakened, finally the misfiring is occurred. If its temperature is over 800~950•, then the firing time will be advanced so that the engine output will be lowered. Therefore, the most proper temperature of the electrode is 500~600•. This temperature is called the self-cleaning temperature of spark plug. The self-cleaning temperature is decided by the applied heat capacity and the radiated heat capacity. The applied heat capacity is varied by the type of engine and driving status, and the radiated heat capacity is varied by the structure of spark plug. As the spark plug has different radiated heat capacity property contrast in its structure, it should be carefully selected for the engine. The numerical expression of the radiation heat capacity is the heat value. The heat value is decided by the length from the part just below of the insulator to the lower seal. The used heat value of spark plug is very important and varied by the style of combustion chamber of engine, the position of intake-exhaust valve, the compression ratio, and the rotation speed. With the same material, when the area exposed to the combustion gas is large and the radiation path (length of the all part of insulator) of the heat is long, the radiation property is inferior and it is easy for the temperature to increase. This type is called hot type. The characteristic of the hot type spark plug is large resistance against the damage but low resistance for the advancing ignition. Therefore, it is proper to the low speed and low load engine. The cold type has high heat radiation property and low temperature increasing. The characteristic of the cold type is that this type has high resistance against the advancing ignition but it has low damage resistance. Therefore, it is proper to the high speed and high load engine.

Gambar 4-22 Heat value of the spark plug 88

Training Support & Development

Engine Electrical Sekaran ini sudah banyak macam busi yang bisa mempertahankan temperatur suhunya dalam berbagai macam kondisi berkendara. Umumnya batas ketahanan panasnya tertulis pada businya untuk memberikan informasi mengani tipe dan ukurannya. Angka penunjuk panasnya akan bermacam tergantung dari pabrik pembuatnya. Angka yang besar berarti jenis busi dingin, sedangkan angka kecil berarti jenis busi panas.

Gambar 4-23 Radiasi busi 4.3 DLI (Distributor less Ignition) 4.3.1 Tujuan pemakaian DLI Untuk semua jenis pengapian termasuk tipe transistor ignition, tegangan tinggi diinduksikan menggunakan satu ignition coil dan disuplai ke busi melalui rotor yang dipasang pada distributor shaft dan kabel busi. Namun begitu, dikarenakan tegangan tingginya didistribusikan secara mekanis, maka kemungkinan terjadinya penurunan tegangan atau kebocoran arus bisa terjadi. Pada saat tegangan harus mengalir melalui celah udara (0.3~0.4 mm) diantara rotor pada distributor dan segment dari cap, energinya akan hilang atau menimbulkan noise dari gelombang electromagnetic. Metode pengapian untuk mengatasi gejalan ini adalah DLI (Distributor Less Ignition). 4.3.2 Jenis dan karakteristik DLI DLI dikelompokkan berdasarkan metode kontrol elektriknya, yaitu tipe ignition coil distribution dan tipe diode distribution. Pada tipe ignition coil distribution tegangan tinggi langsung didistribusikan dari ignition coil ke busi, dan terdiri dari dua jenis yaitu tipe synchronous spark dan tipe individual spark. Untuk tipe synchronous distribusi tegangan tingginya ke dua cylinder dengan satu ignition coil. Karena itulah pada saat cylinder ke satu dan ke empat diberi pengapian dalam waktu yang bersamaan, maka pada saat cylinder pertama berada di posisi atas, loncatan bunga api busi pertama keluar, sementara keempat busi membuat kesalanan pelepasan (discharging) karena ke empat cylinder berada dalam langkah buang. Jenis pengapian individual menggunakan metode dimana masing-masing cylinder mempunyai ignition coil dan spark plug tersendiri sehingga bisa langsung membuat pengapian sendiri. 89

Training Support & Development

Engine Electrical Jenis diode distribution adalah salah satu tipe synchronous dimana arah tegangan tinggi dikontrol oleh. Adapun karakteristik DLI adalah sebagai berikut. Distributor tidak membuat kebocoran arus. Tidaka ada energi tegangan tinggi yang hilang antara rotor dan distributor cap. Tutup distributor tidak menimbulkan ganguan terhadap gelombang radio. Tidak ada batasan sudut pengambilan pengapian. Meskipun output tegangan tingginya berkurang, energi yang dikeluarkan tidak berkurang. Ketahanannya cukup baik. Karena tidak ada interupsi gelombang electromagnetic, maka tidak berpengaruh terhadap alat elektro lainnya.

Gambar 4-24 Beberapa macam DLI 4.3.3 Komponen dan cara kerja DLI DLI terdiri dari power transistor yang dijalankan oleh sinyal dari ECU untuk mengontrol waktu pengapian dan ignition coil dan menginduksi tegangan tinggi berdasarkan kerja pemutusan (intermitting) pada power transistor. Tegangan tinggi yang diinduksikan dari ignition coil dikirim ke spark plug melalui masing-masing kabel spark plug untuk membuat loncatan bunga api sehingga campuran bahan bakar dan udara yang bertekanan akan terbakar di dalam ruang bakar.

90

Training Support & Development

Engine Electrical (1) Ignition coil dan power transistor Ignition coil dipasang pada cylinder head setelah dua macam mold digabungkan ke dalam satu coil. Ignition coil ini mempunyai terminal yang terpisah untuk mensuplai tegangan tinggi dari satu ignition coil ke dua cylinders. Arus pertama dari ignition coil dikontrol oleh power transistor. Power transistor ini melakukan fungsi pemutusan (intermittence) dari sinyal computer signal.

No.3

No.2

No.1

No.4

Capacitor (Condenser)

Gambar 4-25 Struktur ignition coil

Gambar 4-26 Sirkuit dasar power transistor (2) CAS (Crank Shift Angle Sensor) CAS dipasang di bodi sensor dengan TDC sensor dan digerakkan oleh camshaft. Bodi sensor terdiri dari satu unit assembly dan disk. Cara kerja sensor ini adalah sebagai berikut. CAS digunakan untuk mendeteksi sudut perpindahan crank dari masing-masing cylinder menggunakan susunan 4 slit yang dipasang diluar disk. Pada saat sinyal dikirim ke computer, computer akan menghitung kecepatan putaran mesin, sinyal banyaknya udara yang disemptorkan ke per langkah dan waktu pengapian untuk memutus arus pertama ignition coil ke power transistor. TDC sensor dipakai untuk mendeteksi titik atas langkah kompresi pada cylinder pertama dan ke empat menggunakan dua slit yang dipasang dibagian dalam disk dan mengirim data ini ke computer. Berdasar sinyal tersebut, sinyal injeksi bahan bakar dan status cylinder komputer menentukan pengapiannya.. 91

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar4-27 Crankshaft angle sensor

Gambar 4-28 Kerja CAS dan TDC sensor 4.3.4 Kontrol waktu pengapian DLI Untuk mengatur waktu pengapian pada sistem DLI, computer menerima sinyal dari bermacam sensor mengenai kondisi kondisi kemudian membandingkanya dan dengan dengan data acuan yang ada pada komputer untuk membuat waktu pengapian yang pas. Setelah itu, mengirim hasilnya ke kedua power transistor. Melalui pengaturan switching pada power transistors, arus pertama yang mengalir ke kedua ignition coils diputus. Tegangan tinggi yang diinduksikan ke second coil dari arus yang diputus disalurkan ke dengan urutan pengapian 1(4) - 3(2) - 4(1) - 2(3) untuk membakar campuran bahan bakar udara di dalam cylinder (nomor dalam tanda kurang adalah cylinder yang diberi pengapian secara serentak).

Gambar 4-29 Circuit for DLI ignition 92

Training Support & Development

Engine Electrical Pada gambar 4-29, begitu power transistor dalam ke adaan ON, arus mengalir ke first coil, dan pada saat power transistor dalam keadaan OFF, tegangan tinggi (+) dan (-) diinduksikan ke second coil. Pada saat tersebut tegangan tinggi yang diinduksikan dikirim ke cylinder pertama dan keempat melalui dua terminal, tegangan tinggi negatif (-) diinduksikan ke cylinder pertama sedangkan tegangan tinggi positif (+) diinduksikan ke cylinder ke empat. Ketika cylinder pertama berada di posisi langkah kompresi, cylinder ke empat berada di posisi langkah buang, dan sebaliknya apabila cylinder ke empat berada di posisi langkah kompresi, maka cylinder pertama akan berada di langkah buang. Karena itulah, pengapian satu cylinder diantara dua cylinder dibuat pada langkah kompresi. Ketika kepadatan udaranya sangat tinggi di langkah kompresi, tegangan yang diperlukan untuk mesin juga harus tinggi. Ketika arus dikeluarkan dengan hampir tampa beban di langkah buang, hampir semua tegangan (+) dan (-) diaplikasikan ke spark plug pada langkah kompresi. Karena itulah,dibandingkan dengan sistem konvensional yang menggunakan satu spark plug, tegangan yang dikeluarkan pada tegangan tinggi ganda ini sema dengan sistem konvensional. (1) Pengaturan distribusi pengapian Computer menentukan cylinder mana yang akan dibakar berdasarkan sinyal TDC (cylinder No.1 dan No.4), menghitung waktu pengapian berdasarkan sinyal CAS dan mengirimkan sinyal arus pertama yang diputus pada ignition coil ke power transistor. Ketika high signal (Logic 1) dari sensor crank shift angle dan sensor TDC di-input ke computer, computer akan memutuskan cylinder pertama berada pada posisi langkah kompresi, memutus arus ke power transistor, kemudian tegangan tinggi akan dikirim ke cylinder pertama dan ke empat. Ketika sinyal tinggi pada CAS dan sinyal rendah (logic 0) pada sensor TDC di-input, komputer akan memutuskan bahwa cylinder ketiga berada di langkah kompresi (pada saat tersebut, cylinder ke dua berada di langkah buang) dan memutuskan arus pada power transistor, kemudian tegangan tinggi dikirim ke cylinder ketika dan kedua. Jadi begitu computer memilih power transistors alternatif lain berdasarkan sensor CAS dan TDC, computer dapat memutus arus listrik untuk menyalurkan pengapian. (2) Pangaturan waktu pengapian Komputer mengukur frekwensi T sinyal CAS dan menghitung waktu (t) untuk satu putaran crank shaft. t=

T 180

Pada saat frekwensi sinyal T dari CAS diperoleh, waktu pengapian T1 dihitung berdasarkan sinyal 75° sebelum titik atas dan sinyal pemutus dari arus pertema dikirim ke power transistor. T1 = t x (75 - θ) Dimana, θ: sudut pengapian dihitung oleh computer

93

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 4-30 Penyaluran pengapian pada setiap cylinder

(3) Sudut pengapian Computer menyimpan standar sudut pengapian yang dioptimalkan berdasarkan jumlah udara per satu siklus cylinder dan kecepatan mesin. Melalui input signal dari beberapa sensor, standar sudut pengapian ini dipakai. Ketika mesin di-start, waktu pengapiannya diatur oleh data yang disimpan di dalam komputer. a. Sudut pengapian pada kondisi normal Standar sudut pengapian : Standar pemetaan nilai sudut pengapiannya ditentukan berdasarkan jumlah udara masuk per satu siklus cylinder dan kecepatan mesin. Disini, pemetaan nilainya disimpan pada ROM (Read Only Memory) di dalam komputer. Kompensasi temperatur mesin : Berdasarkan sinyal water sensor, pada saat temperatur air dalam keadaan dingin, waktu pengapiannya harus lebih maju untuk meningkatkan performa kendaraan. Kompensasi tekanan atmosfer : berdasarkan sinyal atmospheric pressure sensor, pada saat tekanannya rendah, waktu pengapainnya harus lebih maju untuk meningkatkan performa kendaraan di area daratan yang tinggi. b. Sudut pemajuan pengapian pada saat mesin di-crangking Ketika mesin di-cranking mengikituti singkronisasi dengan sinyal CAS, maka waktu pengapiannya adalah 5° sebelum titik atas. c. Pengaturan terhadap waktu pengapian yang diatur Pada saat tersebut, dikarenakan terminal untuk mengontrol crank shift angle sensor, waktu pengapian yang disingkronkan ke sinyal crank shift angle sensor adalah 5° sebelum TDC. Jika diperlukan kontrol waktu pengapian, lepas fixing nut yang terdapat ada crank shift angle sensor dan control dengan cara memutar ke arah kiri atau kanan agar sinyal CAS diatur sesuai dengan standar waktu pengapiannya.

94

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 4-31 Ignition advancing angle control 4.4 Performa sistem pengapian Tujuan dari sistem pangapian adalah untuk membentuk bulatan inti api dari busi yang membakar campuran bahan bakar dan udara dalam waktu yang tepat. Khususnya untuk mengadopsi sistem pemurnian emisi buang, diperlukan pembakaran sempurna tanpa terjadi misfire untuk semua kondisi berkendara. Karena itulah, tegangan sekunder pada sistem pengapian harus tetap tinggi baik pada kecepatan mesin pelan atau cepat, dan energi api dari busi juga harus besar. Sekarang kita akan menerangkan kondisi yang mempengaruhi performa pengapian tegangan tinggi di dalam sistem pengapian. 4.4.1 Ignition spark voltage Pada saat tegangan yang dihasilkan dari ignition coil kedua dinaikkan, ketika mencapai spark voltage (mengeluarkan tegangan awal), maka akan menghasilkan loncatan bunga api yang keluar dari celah electrode yang terdapat pada busi. Tegangan pengapian ini kondisinya rendah sehingga mudah untuk membuat loncatan bunga api; karena jika tegangan pengapiannya tinggi maka akan sulit untuk membuat loncatan bunga api. Dikarenakan tegangan yang diperoleh dari ignition coil mempunyai batasan, untuk mendapatkan pengapian yang baik tampa terjadi misfire untuk semua kondisi laju kendaraan, tegangan pengapiannya harus sedikit rendah. Elemen yang mempengaruhi pembesaran tegangan pengapian dibentuk oleh elektroda spark plug, polaritas, jarak elektroda, tekanan campuran bahan bakar udara di sekitar elektroda, temperatur elektroda dan campuran bahan bakar udara, rasio campuran, kelembaban dan pergerakan gas. Diantara semuanya, jarak antara elektroda, tekanan dan temperatur campuran udara bahan bakar adalah yang paling penting. A. Pengaruh bentuk dan jarak elektroda pada spark plug Gambar 4-32 memperlihatkan hubungan antara jarak elektroda dan spark voltage pada tekanan atmosfir. Terlihat bahwa tegangan pengapiannya naik secara proporsional terhadap jarak elektroda. Dengan jarak yang sama, apabila bagian ujung elektroda berberntuk bulat, maka akan susah untuk mengaluarkan loncata bunga api dari elektroda tersebut, sebaliknya apabila bagian ujung elektroda berbentuk lancip, maka alektroda akan mudah untuk mengaluarkan loncatan bunga api. Karena itulah dalam bebapa kasus busi terbaru merek 95

Training Support & Development

Engine Electrical terkenal mempunyai bentuk elektroda yang lancip yang daya hantar pengeluaran loncatan apinya cukup baik. Setelah dipakai lama elektrodanya akan akan aus dan bentuk membulat sehingga sukar untuk mengeluarkan loncatan api. Dan tegangan pengapiannya akan bertambah.

Gambar 4-32 Spark voltage dan gap elektroeda B. Pengaruh tekanan dan temperatur campuran udara bahan bakar Gambar 4-33 memperlihatkan hubungan antara tekanan campuran udara bahan akar di sekeliling elektroda dan tegangan pengapian. Pada saat temperatur campuran udara bahan bakar naik, tegangan pengapiannya juga akan naik. Dengan tekanan yang sama namun temperaturnya tinggi, maka tegangan pengapiannya akan lebih rendah. Pada gambar 4-34 terlihat hubungan antara temperatur elektroda dan tegangan pengapian. Ketika temperatur elektroda naik, tegangan pengapiannya akan lebih rendah, karena dari permukaan eleltroda mudah sekali mengeluarkan api. Jarak celah elektroda umumnya adalah sekitar 0.7~0.9mm. Pada tekanan atmosfir, loncatan api dikeluarkan dengan tegangan sebesar 2~3kV. Ketika dipasang pada cylinder head, tegangan pengapiannya akan lebih tinggi dari 10kV karena tekanan campuran udara bahan bakar di sekitar elektoda adalah sekitar 10kgf/cm selama dalam proses langkah kompresi. Ketika campuran udara bahan bakar yang disemprotkan ke dalam cylinder pada temperatur ruang dikompresi, maka temperaturnya akan lebih tinggi dari 200 derajat celcius. Kemudian, pada saat mobil melaju, temperatur businya akan lebih tinggi dari 500 derajat celcius, sehingga tegangan pengapiannya akan lebih rendah begitu temperaturnya naik. Loncatan api akan dikeluarkan dengan tegangan sekitar 10kV. Sebaliknya, apabila mesin dihidupkan dengan cuaca dingin, maka tegangan pangapiannya akan naik. Sebagai tambahan, ketika mesin diakselerasi, efesisensi intake akan meningkat dan tekanan kompresi juga akan naik sehingga tegangan pengapiannya akan sementara akan naik.

96

Training Support & Development

Engine Electrical

Gambar 4-33 Tegangan pengapian dan

Gambar 4-34 Tekanan pengapian dan

tekanan campuran udara bahan bakar

temperatur elektroda

C. Pengaruh lainnya Meskipun di udara tegangan pengapiannya lebih rendah dibanding campuran udara bahan bakar, tegangan pengapian cenderung naik begitu tekanan campuran udara bahan bakar sedikit. Ketika kelembabannya meningkat, maka temperatur elektoda busi akan lebih rendah sehingga tegangan pengapiannya akan agak tinggi. Dengan bentuk elektroda yang berbeda sesuai dengan polaritasnya, dan elektroda dihubungkan ke tegangan positif (+), maka akan ada perbedaan tegangan pengapian. Kejadian ini disebut dengan efek polaritas. Jika titik pusat elektroda berbentuk bulat dan ground elekroda bertentuk datar, seperti tampak pada gambar 4-35, apabila jarak elektrodanya kecil, dan pada pusat elektrodanya di berikan tegangan negatif (-) dan ground elekroda diberikan tegangan positif (+) maka loncatan api akan mudah dibuat.

Gambar 4-35 Tegangan pengapian dan polaritas Kenyataannya pada busi tidak ada perbedaan bentuk yang mendasar pada elektrodanya seperti elektroda lancip dan elektroda datar. Seperti tampak pada gambar 4-35, titik pusat elekroda cocok dengan tipikal elektoda lancip sedangkan ground elektroda adalah tipikal dengan elektroda datar. Titik pusat elektroda temperaturnya tinggi.

97

Training Support & Development

Engine Electrical 4.4.2 Energi pengapian dan performa pengapian Tujuan dari sistem pengapian adalah untuk membakar campuran udara bahan bakar di dalam ruang bakar secara sempurna. Bila ada kegagalan dalam pengapian, maka itu disebut dengan misfire. Termasuk tidak ada pengapian dari elektroda busi (disebut dengan miss spark) dan dimana campuran udara bahan bakar tidak terbakar meskipun ada cetusan api (disebut dengan miss fire). Sekaran ini untuk memenuhi standar emisi gas buang, performa sistem pengapian harus tinggi bahkan campuran udara bahan bakar yang sedikit dapat dibakar. Kemudian untuk memenuhi standar pengapian diatas, maka sudah banyak bermacam tipe spark plug yang dikembangkan. Campuran udara bahan bakar yang dibakar dalam waktu singkat oleh cetusan api dari busi disebut dengan explosion (ledakan) dengan proses sebagai berikut. Seperti tampak pada gambar 4-36, pada saat cetusan api dihasilkan dari celah elekroda busi di dalam campuran udara bahan bakar yang dikompresi, maka yang pertama terbentuk adalah ini api berbentuk bulat kecil. Inti api ini dapat didinginkan oleh campuran udara bahan bakar disekitarnya dan electrode. Namun, jika kapasitas panas dari inti api ini cukup besar, maka reaksi pembakaran akan dipercepat dan menjalar, kemudian permukaan api akan menyebar ke dalam campuran bahan bakar udara. Peran utama sistem pengapian adalah untuk menghasilkan cetusan inti api yang dapat menyebar ke dalam campuran udara bahan bakar. Namun demikian pembakaran yang diikuti dari inti api ini umumnya ditentukan oleh status campuran udara bahan dakar dan penyebaran api di dalam ruang bahan bakar.

Gambar 4-36 Bentuk ini api yang keluar dari busi Apabila kapasitas panas dari inti api rendah dan inti api tersebut mudah didinginkan oleh elektroda busi, maka apinya tidak bisa menyebar sehingga pengapian tersebut didak sempurna. Efek pemadaman elektroda lebih sedikit apabila elektrodanya lebih tipis dan jarak elektroda lebih bisar. Karena itulah, sekarang ini jarak elektroda busi lebih lebar dan pusat elektrodanya atau alur ground elektrodanya lebih tipis dengan tujuan meningkatkan performa pengapiannya.

98

Training Support & Development

Engine Electrical 5. Micro 570 analyzer Micro 570 analyzer adalah suatu alat yang mempunyai kemampuan untuk mengetes sistem charging dan starting, termasuk battery, starter dan alternator.

Gambar 5-1 Micro 570 analyzer Perhatian : karena bisa menyebabkan luka, maka gunakan selalu kaca mata pelindung apabila akan menangani battery. 5.1 Key pad Tombol fungsi Micro 570 adalah sebagai berikut :

Tombol untuk menggulung kemenu utama Tombol ENTER untuk menjalankan perintah Tombol CODE untuk melihat kode garansi Tombol MENU untuk mencetak dan melihat hasil tes, merubah waktu, memakai voltmeter, dan mengirim data ke PC.

Gambar 5-2 Micro 570 analyzer switch

99

Training Support & Development

Engine Electrical 5.2 Prosedur pengetesan battery 1) Hubungkan tester ke battery

Perhatian : Pasang clamp dengan kencang. Jika tampil pesan “ CHECK CONNECTON” pada layar, pasang kembali clamp dengan benar. 2) Alat tester akan menanyakan apakah battery dhubungkan “IN A VEHICLE” (battery terpasang pada kendaraan) atau “ OUT OF VEHICLE” (battery dicopot dari kendaraan). Pastikan pilihan anda dengan menggunakan anak panah kemudian tekan “ENTER”.

3) Pilihlah CCA atau CCP kemudian tekan tombol “ENTER”.

* CCA: Cold cranking amps, adalah spesifikasi SAE untuk battery starter mesin dengan suhu – 18 derajat celcius. * CCP: Cold cranking amps, adalah spesifikasi SAE standar pabrik Korea untuk battery starter mesin dengan suhu –18 derajat celcius. 4) Setel nilai CCA yang tampil dilayar ke nilai CCA yang tertera di label battery melalui tombol atas bawa kemudian tekan tombol “ENTER”. Rating battery (CCA) yang tampil pada tester harus sama dengan yang tertera pada label battery. 100

Training Support & Development

Engine Electrical 5) Tester akan menampilkan hasil pengetesan terhadap battery termasuk di dalamnya tegangan dan rating battery. Setelah melihat hasil tes seperti tampak pada tabel dibawah, maka lakukanlah tindakan seperlunya. 6) Untuk melakukan tes starter, selanjutnya tekan tombol “ENTER” .

Hasil pengetesan Good battery Good recharge Charge & Retest

Tindakan perbaikan Tidak perlu dilakukan perbaikan Battery dalam kondisi baik Isi kembali battery kemudian pakai Battery tidak terisi (charged) dengan benar. Isi lagi setrum battery kemudian tes lagi (kesalahan pengisian battery)

Replace battery

Ganti battery kemudian periksa kembali sistem pengisiannya. (koneksi yang tidak benar antara battery dan kabel vehicle bisa mengakibatkan tampilan “REPLACE BATTERY”, tes kembali battery setelah kebel dilepas dan dihubungkan ke tester ke terminal battery secara langsung sebelum mengganti battery)

Bad cell-replace

Isi kembali (charge) dan lakukan pengetesan kembali. Kemudian, hasilnya bisa “REPLACE BATTERY”, ganti battery dan periksa kembali sistem pengisiannya.

101

Training Support & Development

Engine Electrical 5.3 Prosedur pengetesan Starter 1) Setelah battery dites, tekan tombol “ Enter” untuk melakukan pengetesan starter.

2) Setelah tombol “ENTER” ditekan, lakukan start pada mesin.

3) Hasil pengetesan untuk tegangan dan starter akan ditampilkan pada layar. Lakukan langkah perbaikan berdasarkan tabel diabawah ini.

102

Training Support & Development

Engine Electrical 4) Untuk melanjutkan pengesan terhadap charging system, tekan tombol “ENTER”. Hasil Tes

Tindakan perbaikan

Cranking voltage normal

Battery bisa untuk starter

Cranking voltage low

Tegangannya kurang untuk men-starter kendaraan

Charge battery

Periksa battery kemudian lakukan pengetesan ulang Setrum battery terlalu rendah untuk melakukan tes Periksa battery dan lakukan pengetesan ulang Ganti battery.

Replace battery

Jika mobil tidak mau di-starter padahal tampilan pada alat terster adalah “Good and fully charged”. Maka periksalah kemungkinan terjadinya open circuit, koneksi kabel battery, starter kemudian perbaiki atau ganti bilamana perlu. Jika mesin tidak mau berputar, periksa sistem bahan bakarnya.

5.4 Prosedur pengetesan sistem charging 1) Tekan tombol “ENTER” untuk memulai pengetesan sistem charging.

2) Jika tombol “ENTER” ditekan, maka tester akan menampilkan tegangan aktual yang ada pada alternator. Tekan tombol “ENTER” untuk mengetes sistem charging.

103

Training Support & Development

Engine Electrical 3) Matikan semua beban listrik kemudian injak pedal gas selama kurang lebih 5 detik.

4) Tekan tombol “ENTER” .

5) Micro 570 analyzer charging system mengeluarkan output pada kondisi mesin idle sebagai perbandingan dengan bacaan lainnya.

104

Training Support & Development

Engine Electrical 6) Lakukan langkah penanganan seperlunya berdasarkan hasil pengetesan, adan acuannya bisa melihat tabel dibawah ini. Setelah sebelumnya mematikan mesin dan melepas tester clamp dari battery.

Hasil pengetesan Charging system normal / Diode ripple normal

Remedy Charging system dalam keadaan normal

Alternator tidak mensuplai arus pengisian ke battery. No charging voltage Periksa belt, koneksi antara alternator dan battery. Ganti belt atau kabel atau alternator bilamana perlu Low charging voltage

High charging voltage

Alternator tidak mensuplai arus pengisian ke battery dan beban elektrikal secara penuh Periksa belt dan alternator, ganti bilamana perlu. Tegangan dari alternator ke battery lebih tinggi dari batas normal tegangan yang diatur. Periksa koneksi, ground dan ganti regulator bilamana perlu . Periksa jumlah air aki battery.

Excess ripple detected

Satu atau lebih dioda di dalam benar.

alternator tidak berfungsi dengan

Periksa dudukan alternator, belt dan ganti bilamana perlu.

105

Training Support & Development