Gambar 9.1. Sistem pengapian

Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan

BAB

9

SISTEM PENGAPIAN (IGNITION SYSTEM)

9.1. Pendahuluan Sistem pengapian merupakan sistem yang berfungsi untuk menghasilkan percikan bunga api pada busi yang kuat dan tepat untuk memulai pembakaran campuran udara bahan bakar di ruang bakar pada motor bensin. Percikan api yang terjadi pada busi harus terjadi pada saat yang tepat (pada akhir langkah kompresi) untuk menjamin pembakaran yang sempurna sehingga mesin bekerja dengan halus dan ekonomis. Secara umum komponen sistem pengapian terdiri dari baterai, kunci kontak, koil, distributor, kabel tegangan tinggi dan busi. Di dalam distributor terdapat beberapa komponen pendukung lainnya yaitu kontak pemutus (atau pulse generator pada sistem pengapian elektronik), kondensor, cam, vakum dan sentrifugal advancer.

Gambar 9.1. Sistem pengapian Fungsi dari masing-masing komponen system pengapian adalah 1) baterai sebagai sumber arus, 2) kunci kontak untuk menghidupkan dan mematikan sistem pengapian, 3) koil untuk menaikan tegangan baterai menjadi tegangan tinggi di atas 10000 volt. Tegangan tinggi pada kumparan sekunder terjadi karena jumlah kumparan sekunder jauh lebih banyak dari kumparan primer, 5) distributor berfungsi untuk mendistribukan tegangan tinggi dari koil ke tiap busi sesuai dengan urutan penyalaannya, 6) kabel tegangan tinggi berfungsi untuk menghantarkan tegangan tinggi dari koil sampai ke busi, 7) busi berfungsi untuk meloncatkan bunga api. Beberapa syarat dari sistem pengapian adalah 1) sistem pengapian harus mempunyai suatu sumber energi, 2) sistem pengapian harus mampu mensuplai arus yang cukup (ke koil) untuk menghasilkan medan magnet yang kuat untuk mendapatkan energi yang tinggi sehingga dapat menghasilkan bunga api untuk membakar campuran udara bahan bakar di dalam ruang bakar, 3) sistem pengapian Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

311


harus menghasilkan tegangan puncak yang lebih tinggi dari pada syarat batas tegangan busi pada semua tingkat kecepatan, 4) durasi loncatan api harus cukup lama dengan energi yang cukup untuk menjamin terjadinya penyalaan campuran udara dan bahan bakar, 5) sistem pengapian harus mendistribusikan tegangan tinggi ke tiap busi pada saat yang tepat dalam tiap siklus, 6) sistem pengapian harus mempunyai ketahanan yang cukup untuk menahan getaran dan panas yang dihasilkan oleh mesin. 9.1.1. Prinsip Dasar Sistem Pengapian

Gambar 9.2. Prinsip dasar pembangkitan tegangan pada koil Pembangkitan tegangan tinggi pada sistem pengapian terjadi di koil. Apabila kontak pemutus (breaker point) dalam keadaan tertutup (gambar 9.2 kiri), maka arus dari baterai akan mengalir ke kumparan primer, ke kontak pemutus, kemudian ke massa. Aliran arus pada kumparan ini akan menyebabkan terjadinya medan magnet di sekeliling kumparan. Pada keadaan ini, energi listrik yang mengalir diubah menjadi energi dalam bentuk medan magnet. Apabila secara tiba-tiba kontak pemutus terbuka (gambar 9.2 kanan), maka dengan cepat arus pada kumparan primer terputus. Terputusnya aliran arus ini menyebabkan medan magnet di sekitar kumparan hilang dengan cepat. Perubahan garis gaya magnet dengan cepat di sekitar kumparan menyebabkan terjadinya tegangan pada kumparan tersebut. Jadi, energi dalam bentuk medan magnet tersebut dikembalikan ke kumparan dalam bentuk energi listrik. Pada kedua kumparan akan terjadi tegangan induksi. Pada kumparan primer disebut dengan induksi diri (self induction) dan pada kumparan sekunder disebut induksi mutual (mutual induction). Apabila pada ujung kumparan sekunder terdapat celah di antara elektroda positif dan negatif akan terjadi loncatan bunga api. Pembakaran pada motor bensin diawali dengan pecikan bungan api pada busi (titik 1) sekitar 100 menjelang titik mati atas (TMA) pada akhir langkah kompresi (lihat gambar 9.3). Pembakaran dimulai pada titik 2 dengan mulai terjadinya perambatan api dan pembakaran maksimum terjadi di sekitar 100 setelah TMA. Proses pembakaran di dalam ruang bakar membutuhkan waktu yang relatif konstan baik pada putaran lambat maupun tinggi. Dari mulai dipercikan api (titik 1) sampai terjadi pembakaran dengan tekanan maksimum (titik 3) membutuhkan waktu sekitar 0,003 detik. Pada putaran tinggi, diperlukan waktu yang sama untuk pembakaran yaitu 0,003 detik. Karena pada putaran tinggi poros engkol berputar lebih cepat, maka untuk memenuhi waktu 0,003 detik saat pengapian harus dimajukan untuk memenuhi waktu pembakaran sehingga tekanan maksimum pembakaran tetap berada sekitar 100 setelah titik mati atas baik Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

312


pada putaran rendah maupun tinggi. Pemajuan saat pengapian ini dilaksanakan oleh sentrifugal advance dan vakum advance (pada sistem pengapian konvensional). Secara khusus ini akan dibahas pada bagian lain dalam bab ini.

Gambar 9.3. Diagram pembakaran pada motor bensin

Gamba 9.4. Pemajuan saat pengapian Selang waktu di antara busi memercikan api (titik 1) dan dimulainya pembakaran (titik 2) disebut dengan kelambatan pengapian (ignition delay). Apabila ignition delay pada motor bensin terlalu singkat (karena nilai oktan bahan bakar terlalu

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

313


rendah), maka akan mengakibatkan terjadinya knocking atau ketukan. Hal ini terjadi karena kecepatan atau laju pembakaran tidak sesuai dengan gerakan piston. 9.1.2. Komponen dan Fungsi Komponen Sistem Pengapian Sistem pengapian berfungsi untuk menghasilkan percikan api yang kuat dan tepat untuk membakar campuran udara dan bahan bakar di dalam ruang bakar. Secara umum komponen sistem pengapian terdiri dari baterai, kunci kontak, koil, distributor, kabel tegangan tinggi dan busi. Di dalam distributor terdapat beberapa komponen pendukung lainnya yaitu kontak pemutus (atau pulse generator pada sistem pengapian elektronik), kondensor, cam, vakum dan sentrifugal advancer.

Gambar 9.5. Komponen sistem pengapian 9.1.2.1. Baterai Baterai pada sistem pengapian berfungsi sebagai sumber arus untuk rangkaian primer koil sehingga dapat terbentuk medan magnet. Setelah mesin hidup, kebutuhan arus listrik pada sistem pengapian disuplai oleh sistem pengisian. Secara khusus penjelasan tentang baterai dibahas pada bab 5. 9.1.2.2. Kunci kontak

Gambar 9.6. Kunci kontak Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

314


Kunci kontak pada sistem pengapian berfungsi untuk memutus atau menghubungkan arus dari baterai ke sistem pengapian. Dengan fungsi tersebut, kunci kontak juga berfungsi untuk mematikan mesin, karena dengan tidak aktifnya sistem pengapian maka mesin tidak akan hidup karena tidak ada yang memulai pembakaran pada ruang bakar (motor bensin). 9.1.2.3. Koil pengapian

Gambar 9.7 Koil Pengapian Koil pengapian berfungsi untuk menaikan tegangan baterai 12 V menjadi tegangan tinggi lebih dari 10.000 V. Untuk sistem pengapian yang modern, tegangan Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

315


tinggi yang dihasilkan bisa mencapai 30.000 sampai 40.000 V. Di dalam koil terdapat dua buah kumparan (lihat gambar 9.7), yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer koil menghubungkan terminal positif dan terminal negatif koil. Kumparan sekunder menghubungkan terminal positif dengan terminal sekunder atau terminal tegangan tinggi. Jumlah kumparan primer sekitar 100 sampai 200 lilit dengan diameter kawat 0,5 sampai 1 mm dan jumlah kumparan sekunder sekitar 15000 sampai 30.000 lilit dengan diameter kawat 0,05 sampai 0,1 mm. Koil dapat menaikan tegangan baterai menjadi tegangan tinggi karena jumlah lilitan pada kumparan sekunder koil jauh lebih banyak dibandingkan dengan jumlah kumparan primernya. Koil pengapian biasanya dilengkapi dengan resistor yang dihubungkan seri dengan kumparan primer koil. Ada dua macam koil yang dilengkapi dengan resistor, yaitu koil dengan resistor yang terpasang di luar (external resistor) dan koil dengan resistor di dalam (internal resistor). Koil dengan resistor di luar mempunyai tiga terminal, yaitu terminal positif, terminal negatif, dan terminal tegangan tinggi (terminal sekunder). Koil dengan resistor di dalam mempunyai empat terminal, yaitu terminal B, terminal positif, terminal negatif dan terminal tegangan tinggi. Besarnya resistansi pada rangkaian primer koil adalah 3 ohm, terdiri dari 1,5 ohm nilai resistansi resistor luar dan 1,5 ohm dari kumparan primernya. Jika tegangan baterai 12 V, maka arus maksimum yang dapat mengalir ke kumparan primer koil adalah I = V/R = 12/3 = 4 A. Jika tidak dipasang resistor pada koil, maka jumlah kumparan primer koil harus lebih banyak untuk memenuhi tahanan 3 ohm. Jumlah kumparan yang banyak akan menyebabkan tegangan induksi diri yang lebih tinggi atau dapat menyebabkan terjadinya gaya lawan elektromotif yang lebih besar yang arahnya melawan aliran arus dari baterai ke koil sehingga dapat menyebabkan pencapaian arus maksimum pada koil makin lambat.

Gambar 9.8. Rangkaian koil dengan dan tanpa resistor Berdasarkan gambar di atas, jika kumparan primer koil tidak dilengkapi dengan resistor, maka jumlah lilitannya harus lebih banyak untuk mendapatkan nilai resistansi yang sama dengan yang menggunakan resistor. Pada grafik di sebelahnya, jika kumparan lebih banyak maka arus primer maksimum akan dicapai pada saat t2 (lebiih lama). Hal ini disebabkan adanya efek lawan (electromotif force) akibat induksi diri Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

316


saat arus mengalir dari baterai ke kumparan. Jika kumparan dilengkapi dengan resistor, maka efek gaya lawan yang dihasilkan kumparan lebih kecil sehingga arus primer maksimum dapat dicapai dengan waktu t1 yang lebih singkat dibanding t2. Dengan menggunakan resistor, pada kecepatan tinggi arus primer maksimum cenderung dapat tercapai lebih cepat sehingga bunga api yang dihasilkan akan lebih kuat dibanding dengan tanpa resistor. 9.1.2.4. Distributor

Gambar 9.9. Distributor


317


Distributor pada sistem pengapian berfungsi untuk mendistribusikan atau membagi-bagikan tegangan tinggi yang dihasilkan oleh koil ke tiap-tiap busi sesuai dengan urutan penyalaan (firing order). Pada distributor dengan sistem pengapian model konvensional, terdapat beberapa komponen lain misalnya kontak pemutus (platina), cam, vakum advancer, sentrifugal adancer, rotor, dan kondensor. Pada distributor dengan sistem pengapian elektronik, di dalam distributor tidak ada lagi kontak pemutus. Sebagai penggantinya adalah komponen penghasil pulsa (pulse generator) yang terdiri dari rotor, pick up coil, dan magnet permanen untuk pengapian sistem induktif. Pada sistem pengapian dengan pembangkit pulsa model Hall effect, terdapat bilah rotor, magnet, dan IC Hall. Pada sistem pengapian dengan pembangkit pulsa model cahaya terdapat lampu infra merah, sensor cahaya (pototransistor), dan bilah rotor. Secara khusus model-model tersebut dibahas pada sistem pengapian elektronik. Distributor terdiri dari beberapa bagian utama berkaitan dengan kerja sistem yang ada pada distributor tersebut. Bagian-bagian tersebut meliputi 1) bagian pemutus arus primer koil yaitu kontak pemutus (breaker point) pada sistem pengapian konvensional atau pembangkit pulsa dan transistor di dalam igniter pada sistem pengapian elektronik, 2) bagian pendistribusian tegangan tinggi yaitu rotor dan tutup distributor, 3) bagian pemajuan saat pengapian (ignition timing advancer), dan 4) bagian kondensor. Gambar 9.9 memperlihatkan berbagai bentuk distributor yang digunakan pada kendaraan. 1. Bagian pemutus arus Bagian pemutus arus berfungsi memutus dan mengalirkan arus yang melewati kumparan primer koil sehingga pada koil akan muncul dan hilang medan magnet dengan cepat untuk memicu tegangan induksi pada kumparan sekunder koil. Pada sistem pengapian konvensional, mekanisme pemutus arus terdiri dari dua komponen utama, yaitu kontak pemutus dan cam yang berfungsi untuk mendorong kontak pemutus agar terbuka. Saat kontak pemutus terbuka, arus primer koil terputus.

Gambar 9.10. Pemutus arus primer koil di dalam distributor Cam pada distributor digerakan oleh poros cam (cam shaft). Gerakan putar cam pada mekanisme pemutus arus primer koil akan menyebabkan tumit kontak pemutus terdorong atau terangkat sehingga kontak pemutus membuka. Kontak pemutus ini bekerja seperti saklar. Saat tertutup berarti terjadi kontak dan arus dapat mengalir. Saat terbuka berarti tidak terjadi kontak sehingga arus tidak mengalir. Tertutupnya kontak pemutus dilakukan oleh pegas yang terdapat pada kontak pemutus tersebut. Sudut yang terbentuk saat cam mendorong tumit kontak pemutus (kontak pemutus terbuka) disebut sudut cam (cam angle) dan sudut yang terbentuk Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

318


saat cam tidak mendorong tumit (saat kontak pemutus tertutup) disebut sudut dwell. Sudut dwell ini sering disebut juga sudut lamanya kontak pemutus tertutup atau sudut lamanya arus pada kumparan primer koil mengalir.

Gambar 9.11. Kontak pemutus dan pembangkit sinyal induktif Mekanisme pemutus arus primer koil pada sistem pengapian elektronik terdiri dua bagian utama, yaitu bagian pembangkit sinyal dan bagian driver yang bekerja memutuskan arus primer koil. Driver yang dipakai adalah transistor yang difungsikan sebagai saklar untuk memutus dan mengalirkan arus ke kumparan primer koil. Sistem pembangkit sinyal ada beberapa macam, yaitu model induktif (kumparan dan magnet), model iluminasi (cahaya), dan model Hall effect. Pembangkit sinyal berfungsi untuk menghasilkan sinyal tegangan yang digunakan untuk memicu kerja transistor sehingga dapat bekerja ON dan OFF secara terus menerus selama mesin hidup. Secara rinci penjelasan sistem pengapian elektronik akan diuraikan dalam sub bab khusus pada bab ini.

Gambar 9.12. Kontak pemutus 2. Bagian pendistribusian Bagian pendistribusian berfungsi untuk menyalurkan tegangan tinggi dari koil ke tiap-tiap busi sesuai dengan urutannya. Bagian ini terdiri dari tutup distributor dan rotor. Tutup distributor terdiri dari beberapa bagian, yaitu 1) terminal tengah tutup distributor yang berfungsi untuk dudukan kabel tegangan tinggi dari koil dan menyalurkan tegangan tinggi dari kabel koil ke rotor, 2) batang karbon berfungsi untuk menyalurkan tegangan tinggi dari terminal tengah ke rotor, 3) pegas berfungsi untuk menjaga agar hubungan atau penekanan batang karbon terhadap rotor terjaga dengan baik sehingga tegangan tinggi dapat mengalir dengan baik 4) rotor berfungsi Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

319


untuk meneruskan tegangan tinggi dari batang karbon ke terminal kabel busi, 5) terminal kabel busi berfungsi sebagai tempat dudukan kabel tegangan tinggi busi sehingga tegangan tinggi dari rotor dapat disalurkan ke kabel busi.

Gambar 9.13. Rotor dan tutup distributor 3. Bagian pemajuan saat pengapian

Gambar 9.14. Sentrifugal advancer Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

320


Bagian pemajuan saat pengapian berfungsi untuk menyesuaikan saat pengapian akibat perubahan kecepatan putaran mesin dan beban yang bekerja pada mesin. Seperti yang sudah dijelaskan pada bagian prinsip dasar sistem pengapian, pembakaran memerlukan waktu yang tetap baik pada putaran lambat maupun putaran tinggi. Supaya pada putaran tinggi waktu pembakaran tetap cukup, maka mulainya pembakaran harus dimajukan agar pembakaran maksimum tetap terjadi sekitar 100 setelah TMA. Mekanisme yang dapat memajukan saat pengapian disebut dengan ignition timing advancer atau pemaju saat pengapian. Ada dua mekanisme yang dapat memajukan saat pengapian, yaitu sentrifugal advancer dan vakum advancer. Sentrifugal advancer mengubah saat pengapian berdasarkan putaran mesin. Sentrifugal advancer terdiri dari sepasang pemberat atau bandul (governor weight) yang terpasang pada poros distributor yang berputar. Pemberat ini pada satu sisinya terpasang pada poros distributor bagian bawah dan sisi lainnya terpasang pada plat yang terhubung dengan poros distributor bagian atas yang terdapat cam untuk mendorong kontak pemutus agar dapat membuka dan menutup. Pemberat tersebut ditahan oleh sepasang pegas sehingga dalam kondisi tidak bekerja pemberat tersebut menguncup atau berada pada posisi tertarik ke dalam. Pada saat poros berputar lebih cepat, pemberat tersebut akan terlempar keluar oleh gaya sentrifugal yang melawan tarikan pegas. Makin cepat poros berputar, makin jauh pemberat tersebut terdorong keluar. Saat pemberat terlempar keluar itu, pin pada penggerak mengubah posisi poros atas dan bawah. Poros bagian atas akan melangkah lebih awal dibanding dengan posos bagian bawah yang menyebabkan cam dapat membuka kontak pemutus lebih awal sehingga saat pengapian maju saat putaran makin tinggi. Jadi, sentrifugal advancer memajukan saat pengapian berdasarkan putaran mesin dengan mengubah posisi cam sehingga dapat bergerak lebih cepat (searah putaran rotor atau poros distributor) dibanding poros distributor yang menyebabkan kontak pemutus terbuka lebih awal.

Gambar 9.15. Vakum advancer Vakum advancer bekerja berdasarkan perubahan tekanan (kevakuman) di dalam intake manifold. Kerja dari bagian ini adalah mengubah atau menggeser posisi kontak pemutus terhadap bodi distributor. Gerakan perubahan posisi ini berlawanan dengan gerakan putar cam. Putaran dudukan kontak pemutus yang berlawanan dengan gerakan cam, menyebabkan pembukaan kontak pemutus menjadi lebih awal. Saat mesin hidup, pada intake manifold terjadi kevakuman. Vakum advancer mempunyai membran yang berhubungan dengan poros atau batang advancer. Batang advancer terhubung dengan dudukan kontak pemutus melalui sebuah pin. Jika batang Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

321


advancer bergeser, maka dudukan kontak pemutus juga akan bergeser. Bagian membran pada vakum advancer terhubung dengan intake manifold melalui sebuah selang karet. Slang karet ini terpasang pada lubang vakum yang terletak di atas katup gas (trottle valve). Dengan demikian, maka tidak terjadi isapan atau kevakuman saat katup gas tertutup atau saat putaran lambat. Jika katup gas terbuka lebih lebar, maka akan terjadi kevakuman sehingga tekanan pada ruang membran menjadi turun yang menyebabkan membran terisap dan bergerak ke arah kanan (lihat gambar di bawah).

Gambar 9.16. Kerja vakum advancer Gerakan membran ke kanan ini menyebabkan batang advancer ikut bergerak ke kanan. Pada bagian tengah batang advancer terdapat kait yang terhubung dengan dudukan kontak pemutus sehingga dudukan kontak pemutus bergerak (berputar) berlawanan dengan arah jarum jam atau berlawanan dengan putaran rotor. Hal ini mempercepat bertemunya tumit kontak pemutus dengan cam sehingga kontak pemutus terbuka lebih awal dan pengapian yang terjadi juga menjadi lebih awal. Pada bagian ujung vakum advancer terdapat octane selector yang berfungsi untuk memajukan atau memundurkan saat pengapian jika mengganti bahan bakar dari oktan rendah ke oktan tinggi atau sebaliknya. Jika batang octane selector diputar, pososi kait (l), gambar 9.15, akan berubah terhadap batang advancer. Hal ini menyebabkan posisi dudukan kontak pemutus terhadap cam ikut berubah.

Gambar 9.17. Karakteristik vakum advancer akibat penyetelan octane selector


322


Octane selector dapat melakukan penyetelan saat pengapian yang terbaik dengan memutar tombol octane selector sesuai dengan nilai oktan bahan bakar yang digunakan pada kendaraan. Dengan memutar octane selector ke arah memajukan saat pengapian, maka saat pengapian akan lebih maju jika dibandingkan dengan kondisi normal, sedangkan jika dimundurkan, maka saat pengapian akan lebih mundur jika dibandingkan dengan kondisi normal saat kevakumam pada intake manifold meningkat. Vakum advancer dan sentrifugal advancer bekerja bersamaan untuk mendapatkan efisiensi pembakaran yang optimum pada mesin. Pada mesin dengan teknologi yang lebih modern, pemajuan dan pemunduran saat pengapian tidak lagi menggunakan sentrifugal dan vakum advancer tetapi sudah dilakukan oleh komputer secara otomatis berdasarkan sensor-sensor yang ada pada kendaraan, misalnya sensor putaran mesin, sensor knocking, sensor temperatur air pendingin, dan sensorsensor lainnya. Secara khusus hal ini dijelaskan pada bagian sistem pengapian terkontrol komputer pada bab ini. 4. Kondensor Kondensor adalah bagian pada sistem pengapian yang berfungsi untuk menyerap tegangan induksi diri yang dihasilkan pada kumparan primer koil sehingga pada kontak pemutus tidak terjadi loncatan bunga api. Dengan meminimalkan loncatan api pada kontak pemutus, maka proses pemutusan arus primer koil bisa lebih cepat yang berpengaruh kepada besarnya api yang dihasilkan pada busi. Kondensor dipasang secara paralel dengan kontak pemutus. Penjelasan prinsip, konstruksi, dan kerja kondensator secara rinci sudah dijelaskan pada bab dasar-dasar elektronika, sedangkan kerja kondensor pada sistem pengapian secara khusus dijelaskan pada cara kerja sistem pengapian konvensional pada bab ini.

Kondensor

Gambar 9.18. Kondensor

Gambar 9.19. Pengaruh penggunaan kondensor yang tidak sesuai


323


9.1.2.5. Kabel tegangan tinggi

Gambar 9.20. Kabel tegangan tinggi Kabel tegangan tinggi adalah kabel yang berfungsi untuk mangalirkan tegangan tinggi dari koil ke tutup distributor dan dari distributor ke tiap-tiap busi. Struktur kabel tegangan tinggi digambarkan pada gambar seperti pada gambar 9.21, sama seperti central conductor yang dibungkus oleh karet, permukaanya ditutup oleh bahan yang terbuat dari plastik. Kabel untuk penghantar tengah dibuat dari rangkaian kawat tembaga atau karbon yang dicampur fiber agar mempunyai tahanan yang tetap konstan dan disebut dengan kabel TVRS (Television Radio Suppression). Kabel ini mempunyai kurang lebih 10 buah tahanan yang dipasang ke semua kabel untuk mencegah terjadinya noise akibat frekwensi tinggi pada sirkuit pengapian. 1. Kawat karbon Konduktor ini terbuat dari serat kaca dengan cara memasukkan karbon ke serat kaca untuk mendapatkan tahanan yang konstan. Tutup luarnya terbuat dari karet ethylene propylene (EPDM), yang tahan terhadap panas dan dingin.

Gambar 9.21. Kabel tegangan tinggi tipe karbon Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

324


2. Kabel tipe double wire wound Kabel ini terdiri dari kawat inti metalik yang dililitkan di sekeliling 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 digunakan untuk tutup luarnya. Tahanan kawatnya adalah sekitar 16Ω/m.

Gambar 9.22. Kabel tipe double wire wound 9.1.2.6. Busi Busi dipasang di tiap ruang pembakaran pada kepala silinder untuk membakar campuran udara bahan bakar di dalam silinder dengan cara memercikan bunga api di antara elektroda positif (tengah) dan elektroda negatif. Percikan api ini berasal dari tegangan tinggi yang dihasilkan oleh kumparan sekunder koil.

Gambar 9.23. Busi Busi terdiri dari tiga komponen utama yaitu electrode, insulator dan shell. Electrode terdiri dari central electrode dan ground electrode. Karena tegangan tinggi Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

325


yang diinduksikan pada kumparan sekunder koil disalurkan ke elektroda tengah busi, maka percikan api akan terjadi pada celah busi. Celah busi umumnya berkisar 0.7~1.1 mm. Bahan untuk membuat elektroda harus kuat, tahan panas dan tahan karat sehingga materialnya terbuat dari nickel atau paduan platinum. Dalam hal tertentu, karena pertimbangan radiasi panas, elektroda tengah bisa terbuat dari tembaga. Diameter elektroda tengah umumnya adalah 2,5 mm. Untuk mencegah terjadinya percikan api yang kecil dan untuk meningkatkan unjuk kerja pengapian, beberapa elektroda tengah mempunyai diameter kurang dari 1 mm atau pada elektroda massanya berbentuk alur U. Insulator berfungsi untuk menghindari terjadinya kebocoran tegangan pada elektroda tengah atau inti busi, sehingga bagian ini mempunyai peranan yang penting dalam menentukan unjuk kerja pengapian. Karena itu, insulator mempunyai daya isolasi yang cukup baik terhadap listrik, tahan panas, kuat dan stabil. Insulator ini terbuat dari keramic yang mempunyai daya sekat yang baik serta mempunyai penyangga untuk mencegah terjadinya loncatan api dari tegangan tinggi. Shell adalah komponen logam yang mengelilingi insulator dan sekerup untuk bisa dipasang pada kepala silinder. Elektroda massa disolder pada bagian ujung ulir busi. Sesuai dengan diameter sekrupnya, terdapat 4 macam ulir 10 mm, 12 mm, 14 mm dan 18 mm. Panjang (jangkauan) ulir ditentukan oleh diameternya. Untuk panjang sekrup 14 mm, terdapat 3 jenis panjang ulir, yaitu 9,5 mm, 12,7mm dan 19 mm. Celah antara insulator dan inti kawat atau shell diberi perapat khusus yaitu glass seal.

Gambar 9.24. Busi panas dan busi dingin Persyaratan yang harus dimiliki busi adalah harus tahan terhadap panas, konstruksinya kuat, tahan karat, harus tahan terhadap tekanan kompresi sehingga tidak terjadi kebocoran, mempunyai self-cleaning temperature, harus mempunyai sifat sebagai insulasi listrik yang baik. Jika temperatur elektroda busi kurang dari 4500C, maka akan terbentuk karbon akibat pembakaran yang kurang sempurna dan akan menempel pada permuka keramik (porselin) sehingga akan menurunkan tahanan isolasinya terhadap bodi busi. Hal ini sangat merugikan karena tegangan tinggi dapat melewati karbon tersebut yang dapat menyebabkan misfiring karena tidak ada percikan api pada busi. Jika temperatur 4500C atau lebih, maka karbon pada hidung isolator akan terbakar sehingga hidung busi menjadi bersih. Temperatur di mana kerak karbon pada busi dapat terbakar sehingga busi menjadi bersih kembali disebut self-cleaning temperature atau temperatur membersihkan diri. Sekarang ini sudah banyak busi yang bisa mempertahankan temperatur suhunya dalam berbagai macam kondisi berkendara. Umumnya batas Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

326


ketahanan panasnya tertulis pada businya untuk memberikan informasi mengenai tipe dan ukurannya. Angka penunjuk panasnya ada beberapa macam tergantung dari pabrik pembuatnya. Angka yang besar berarti jenis busi dingin, sedangkan angka kecil berarti jenis busi panas. Pada busi dingin, suhu elektroda tengah yang panas dapat segera turun karena perpindahan panasnya dapat berlangsung dengan cepat. Hal ini karena insulator keramiknya pendek sehingga dengan mudah panas disalurkan ke bodi busi, ke kepala silinder, dan kemudian diserap oleh air pendingin. Pada busi panas, insulator keramiknya panjang sehingga proses penyaluran panasnya lebih sulit. Hal ini menyebabkan suhu elektroda busi menjadi lebih panas jika dibandingkan dengan busi dingin. Besarnya celah busi akan berpengaruh terhadap besarnya tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan percikan api. Jika celah busi bertambah besar maka tegangan yang diperlukan untuk meloncatkan api juga akan bertambah besar. Hal ini disebabkan oleh makin besarnya energi yang diperlukan untuk meloncatkan api pada celah yang besar. Energi yang lebih besar berarti tegangan yang diberikan harus lebih tinggi. Grafik di bawah menggambarkan hubungan antara tegangan yang dibutuhkan dengan celah busi.

Gambar 9.25. Hubungan tegangan yang dibutuhkan dengan celah busi Tekanan kompresi di dalam ruang bakar juga akan mempengaruhi tegangan tinggi yang diperlukan untuk memercikan bunga api pada busi. Bila tekanan kompresi makin tinggi, maka kerapatan gas yang dikompresikan akan semakin tinggi sehingga tahanan listrikanya makin besar dan diperlukan tegangan yang lebih tinggi untuk meloncatkan percikan api pada busi. Selain itu suhu campuran udara dan bahan bakar yang makin rendah menyebabkan tegangan yang diperlukan akan naik juga. Grafik di bawah ini memperlihatkan hubungan antara tegangan yang diperlukan, tekanan kompresi, dan suhu campuran udara bahan bakar yang dikompresi.


327


(a)

(b)

Gambar 9.26. Grafik hubungan antara tegangan dan tekanan kompresi pada beberapa suhu campuran udara bahan bakar Gambar di atas 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 9.26 b, terlihat hubungan antara temperatur elektroda dan tegangan pengapian. Ketika temperatur elektroda naik, tegangan pengapiannya akan lebih rendah, karena dari permukaan elektroda mudah sekali mengeluarkan api. Pada tekanan atmosfir, loncatan api dapat terjadi dengan tegangan sebesar 2~3kV, namun ketika dipasang pada silinder, 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 mauk ke dalam silinder dan kemudian ditekan (dikomppresi), maka temperaturnya akan lebih 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 pangapian yang dibutuhkan lebih tinggi. 9.2. Sistem Pengapian Konvensional Sistem pengapian konvensional adalah sistem pengapian yang menggunakan kontak pemutus atau platina sebagai komponen pemutus dan penghubung arus pada kumparan primer koil. Bagian-bagian dari sistem pengapian konvensional (lihat gambar di bawah) terdiri dari baterai, sekering, kunci kontak, koil, distributor, kabel tegangan tinggi, dan busi. Ciri khusus sistem pengapian konvensional ini adalah proses pemutusan arus primer dilakukan secara mekanik, yaitu dengan proses membuka dan menutupnya kontak pemutus. Kontak pemutus bekerja seperti saklar di mana pada saat tertutup arus dapat mengalir dan saat kontak pemutus terbuka arus akan terhenti.


328


(a)

(b)

(c) Gambar 9.27. Susunan komponen sistem pengapian konvensional Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

329


Koil pengapian yang terdiri dari tiga (atau empat) terminal berfungsi untuk menaikan tegangan baterai 12 V menjadi tegangan tinggi 10000 sampai 40000 V. Sistem pengapian terdiri dari dua rangkaian utama yaitu rangkaian primer dan rangkaian sekunder. Rangkaian primer sistem pengapian dimulai dari terminal positif baterai, sekering, kunci kontak, resistor, kumparan primer koil, kemudian kontak pemutus. Rangkaian sekunder meliputi kumparan sekunder koil, kebel tegangan tinggi, tutup distributor, sampai ke busi. Terminal positif koil dihubungkan dengan resistor (tipe resistor luar) dan satu terminal resistor dihubungkan dengan terminal IG pada kunci kontak. Terminal negatif koil dirangkaikan dengan terminal pada distributor yang secara langsung berhubungan juga dengan kontak pemutus. Dengan demikian arus dari terminal negatif koil sampai ke massa melalui kontak pemutus. Terminal negatif koil ini juga dihubungkan ke kondensor. Pada bagian atas koil terdapat terminal sekunder atau terminal tegangan tinggi. Terminal ini dihubungkan dengan tutup distributor melalui kabel tegangan tinggi dan dari tutup distributor diteruskan ke tiap-tiap busi melalui rotor. Kontak pemutus (platina) berfungsi untuk memutuskan dan menghubungkan arus ke kumparan primer koil. Lamanya arus mengalir ke kumparan primer terjadi selama kontak pemutus tertutup. Sudut yang terbentuk pada cam di mana kontak pemutus dalam keadaan tertutup disebut sudut dwell. Kondensor berfungsi untuk mengurangi percikan bunga api pada kontak pemutus akibat adanya induksi diri pada kumparan primer. Cam berfungsi untuk mendorong tumit kontak pemutus sehingga bisa terbuka dan tertutup kembali oleh pegas. Vakum dan sentrifugal advancer berfungsi untuk memajukan atau memundurkan saat pengapian sesuai dengan putaran dan beban mesin. Saat pengapian (ignition timing) pada suatu motor bensin adalah saat di mana busi memercikan bungan api dengan tepat pada akhir langkah kompresi untuk memulai pembakaran di dalam ruang bakar. 9.2.1. Prinsip Kerja Sistem Pengapian Secara sederhana sistem pengapian konvensional dapat digambarkan dengan skema di bawah ini. Baterai memberikan arus yang besar (sekitar 4 A) pada kumparan primer yang mempunyai tahanan kecil. Kontak pemutus yang dibuka oleh cam dengan cepat memutus aliran arus primer (I) sehingga arusnya menjadi nol. Perubahan medan magnet yang sangat cepat pada kumparan primer saat kontak pemutus terbuka menghasilkan tegangan induksi. Jumlah kumparan sekunder yang jauh lebih banyak dibandingkan kumparan primer bekerja seperti transformator penaik tegangan yang dapat meningkatkan tegangan menjadi sangat tinggi pada kumparan sekunder. Kondensor dapat meredan percikan api di antara kontak pemutus saat kontak pemutus terbuka.

Gambar 9.28. Gambaran sederhana sistem pengapian konvnesional Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

330


Berikut ini digambarkan rangkaian sistem pengapian konvensional untuk mesin empat silinder. Gambar di bawah mengilustrasikan cara kerja dan aliran arus pada rangkaian sistem pengisian. Cara kerja sistem pengapian dijelaskan dalam tiga tahap, yaitu saat kontak pemutus tertutup, saat kontak pemutus membuka, dan saat kontak pemutus tertutup kembali. Secara rinci cara kerja sistem ini adalah sebagai berikut.

(a)

(b) Gambar 9.29. Sistem pengapian saat kontak pemutus tertutup Saat kunci kontak on, kontak pemutus tertutup, arus dari terminal positif baterai mengalir ke kunci kontak (lihat gambar (a) di atas), ke terminal positif (+) koil, ke terminal negatif (-) koil, ke kontak pemutus, kemudian ke massa. Aliran arus ke kumparan primer koil menyebabkan terjadinya kemagnetan pada coil (gambar (b)). Cam selalu berputar karena selama mesin hidup poros engkol memutarkan poros nok (cam shaft) dan poros nok memutarkan distributor di mana terdapat cam di dalamnya. Karena cam berputar, maka ada saatnya ujung cam mendorong kontak pemutus sehingga terbuka.

Gambar 9.30. Skema sistem pengapian saat kontak pemutus terbuka Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

331


Jika kontak pemutus terbuka, arus yang mengalir ke kumparan primer seperti dijelaskan di atas terputus dengan tiba-tiba. Akibatnya kemagnetan di sekitar koil hilang / drop dengan cepat. Dalam teori kemagnetan, jika terjadi perubahan medan magnet di sekitar suatu kumparan, maka pada kumparan tersebut akan terjadi tegangan induksi. Karena saat kontak pemutus terbuka arus listrik terputus, maka medan magnet pada koil hilang dengan cepat atau terjadi perubahan garis-garis gaya magnet dengan cepat sehingga pada kumparan sekunder terjadi induksi tegangan. Pada kumparan primer juga terjadi tegangan induksi. Tegangan induksi pada kumparan sekunder disebut dengan tegangan induksi mutual sedangkan pada kumparan primer disebut tegangan induksi diri. Tegangan tinggi pada kumparan sekunder (10000 V atau lebih) disalurkan ke distributor melalui kabel tegangan tinggi dan dari distributor diteruskan ke tiap-tiap busi sesuai dengan urutan penyalaannya sehingga pada busi terjadi loncatan api pada busi. Tegangan pada kumparan primer sekitar 300 sampai 500 V disalurkan ke kondensor. Penyerapan tegangan induksi diri oleh kondensor ini akan mengurangi loncatan bunga api pada kontak pemutus. Efek tidak terjadinya loncatan pada kontak pemutus adalah pemutusan arus primer yang cepat sehingga menghasilkan perubahan garis-garis gaya magnat pada koil dengan cepat pula.

Gambar 9.31. Pembuangan muatan kondensor saat kontak pemutus tertutup. Cam yang selalu berputar menyebabkan cam kembali ke posisi bawah atau tidak mendorong kontak pemutus sehingga pegas kontak pemutus akan bekerja mendorong kontak pemutus sehingga kontak pemutus menutup kembali (perhatikan gambar di atas). Pada saat ini arus dari baterai akan kembali mengalir ke kumparan primer koil sehingga prosesnya berulang lagi (timbul medan magnet pada koil). Pada saat kontak pemutus menutup terjadi rangkaian tertutup pada kondensor sehingga muatan kondensor yang tadi tersimpan akan dibuang (discharge) ke massa melalui kontak pemutus. Aliran arus primer koil pada saat kontak pemutus tertutup berbentuk eksponensial (gambar 9.32). Hal ini disebabkan adanya efek gaya gerak listrik lawan (counter electromotive force) pada saat arus mengalir ke kumparan primer koil yang menyebabkan terbentuknya medan magnet di sekitar koil. Terbentuknya medan magnet tersebut akan menghasilkan tegangan balik yang arahnya melawan aliran arus dari baterai. Hal ini menyebabkan kenaikan arus pada kumparan primer koil tidak langsung tinggi atau berbentuk eksponensial. Semakin tinggi putaran mesin, maka semakin singkat kontak pemutus menutup sehingga arus primer koil juga menjadi semakin kecil bila dibandingkan dengan arus primer pada saat putaran rendah atau sedang. Hal ini akan menurunkan kemampuan sistem pengapian. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

332


Gambar 9.32. Grafik arus primer koil pada sistem pengapian tipe kontak pemutus Kecilnya arus primer pada putaran tinggi jelas akan menurunkan kemampuan sistem pengapian, karena medan magnet yang dihasilkan pada koil akan menurun. Karena tegangan induksi yang dihasilkan oleh koil sangat ditentukan oleh kuat lemahnya medan magnet, maka jika pada putaran tinggi arus primer menurun, kuat medan magnet juga menurun yang tentu saja akan menurunkan tegangan yang dihasilkan oleh kumparan sekunder koil. Hal ini sangat merugikan karena api yang dihasilkan di busi juga akan kecil sehingga energi yang digunakan untuk membakar campuran udara dan bahan bakar di dalam silinder menjadi kecil yang berakibat kurang sempurnanya pembakaran. 9.1.4. Tegangan Sekunder

Gambar 9.33. Kumparan primer dan sekunder koil Koil merupakan dua buah kumparan primer dan sekunder dengan perbandingan kumparan tertentu. Prinsip kerja koil pada dasarnya sama dengan transformator. Jika suatu transformator bekerja secara ideal, perbandingan tegangan primer dan sekunder sama dengan perbandingan jumlah kumparan primer dan sekunder. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan berikut.

Ep Es Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

=

Np Ns

1) 333


Ep adalah tegangan primer (volt), Es adalah tegangan sekunder (volt), Np adalah jumlah kumparan primer, dan Ns adalah jumlah kumparan sekunder. Jika jumlah kumparan sekunder lebih banyak dibandingkan jumlah kumparan primer, maka tegangan yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan lebih tinggi dibanding tegangan pada kumparan primer. Meskipun demikian, daya yang ditransfer tidak bisa lebih besar, karena daya listrik yang masuk ke kumparan primer sama dengan daya listrik yang keluar dari kumparan sekunder. E p .I p = Es .I s 2) Ep adalah tegangan pada kumparan primer, Es adalah tegangan pada kumparan sekunder, Ip adalah arus pada kumparan primer, dan Is adalah arus pada kumparan sekunder. Saat kontak pemutus tertutup, arus primer koil naik berangsur-angsur (gradually) secara eksponensial (Helt, 1965 : 489). Lamanya rangkaian primer tertutup bervariasi tergantung kecepatan engine. Perubahan besarnya arus primer akibat perubahan waktu dinyatakan dengan persamaan berikut (Heywood, 1989 : 438).

Ip =

V0 − Rt / L p (1 − e ) Amper ......................... R

3)

Ip adalah arus yang mengalir pada kumparan primer (Amper), t waktu rangkaian tertutup (detik), Vo tegangan sumber (Volt), R adalah tahanan total rangkaian primer, dan Lp induktansi rangkaian primer (Henry). Arus maksimum pada kumparan primer adalah 4 Amper dengan resistensi rangkaian primer 3 Ohm dan tegangan 12 Volt. Besarnya energi magnetik yang disimpan dalam suatu induktansi yang membawa arus I adalah (Heywood, 1989 : 439)

E s ,max =

1 2 LI Joule .................................. 2

4)

Apabila kontak pemutus terbuka, arus primer turun menjadi nol dan terjadi tegangan tinggi pada kumparan sekunder. Harga puncak tegangan ini adalah tegangan maksimum yang disebut available voltage (Va). Energi maksimum yang ditransfer ke rangkaian sekunder adalah (Heywood, 1989 : 439)

1 2 E s ,max = C sVa 2 E 2 2 s , max Va = Cs

Joule

............................

5)

...............................

6)

1

⎡ 2E ⎤2 Va = ⎢ s ,max ⎥ ⎣ Cs ⎦

Volt

Cs adakah kapasitansi rangkaian sekunder (Farad). Berdasarkan persamaan 2, jika energi yang tersimpan dalam rangkaian primer koil adalah ½ LpIp2, ditransfer ke rangkaian sekunder, maka 1

1

⎡ 2(1 / 2) L p I p 2 ⎤ 2 ⎡ Lp ⎤ 2 Va = ⎢ ⎥ = Ip⎢ ⎥ Cs ⎥⎦ ⎢⎣ ⎣ Cs ⎦

Volt ...............

7)

Energi yang dapat ditransfer ke kumparan sekunder akibat adanya kerugian-kerugian adalah 85% (Obert, 1973 : 540). Koil mempunyai kumparan sekunder sekitar 20000 lilit dan kumparan primer sebanyak 200 lilit, sehingga perbandingan kumparan Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

334


sekunder dan primernya adalah 100. Untuk koil dengan perbandingan kumparan sekunder dan primer = 100, maka harga induktansinnya Lp = 5 mH, dan kapasitansi Cs = 60 pF (Obert, 1973 : 540). Dengan menggunakan persamaan 4 dan besarnya arus primer misalnya 2,7A, energi yang dapat disalurkan ke kumparan sekunder sekitar 85% (Obert, 1973 : 540) adalah 0.01526 joule sehingga dengan persamaan 6 atau 7 tegangan tinggi sekunder (Va) yang terjadi adalah 19,17 kV. Berapa tegangan sekunder koil jika arus pimer koil yang mengalir adalah 3,5A ? 9.3. Sistem Pengapian Elektronik Sistem pengapian ini memanfaatkan transistor untuk memutus dan mengalirkan arus primer koil. Jika pada sistem pengapian konvensional pemutusan arus primer koil dilakukan secara mekanis dengan membuka dan menutup kontak pemutus, maka pada sistem pengapian elektronik pemutusan arus primer koil dilakukan secara elektronis melalui suatu power transistor yang difungsikan sebagai saklar (switching transistor). 9.3.1. Sistem Pengapian Semi Elektronik Sistem pengapian semi elektronik adalah sistem pengapian yang proses pemutusan arus primer koil menggunakan transistor, tetapi masih menggunakan kontak pemutus sebagai pengontrol kerja transistor. Pada sistem ini kontak pemutus hanya dilewati arus yang sangat kecil sehingga tidak terjadi percikan api pada kontakkontaknya dan efek baiknya adalah kontak pemutus awet dan tidak cepat aus. Kontak pemutus ini hanya digunakan untuk mengalirkan arus basis pada transistor yang sangat kecil jika dibandingkan dengan langsung digunakan untuk memutus arus primer koil seperti pada sistem pengapian konvnesional. Meskipun model pengapian ini sudah tidak banyak digunakan, ada baiknya untuk dibahas secara singkat. Sebelum lebih jauh mempelajari sistem pengapian elektronik, berikut dijelaskan kembali simbol dan prinsip kerja transistor jenis PNP dan NPN. Gambar 9.34 (a) memperlihatkan transistor jenis PNP. Bila ada arus mengalir (1) dari E ke B, maka transistor akan bekerja (ON) sehingga kaki emitor E dan kolektor C terhubung (seperti saklar yang kontaknya terhubung) yang mengakibatkan arus lebih besar (2) juga dapat mengalir dari kaki E ke kaki C. Untuk transistor jenis NPN gambar (b), bila ada arus mengalir (1) dari kaki basis B ke kaki emitor E, maka transistor akan bekerja (ON) sehingga kaki kolektor C dan kaki emitor E terhubung yang mengakibatkan arus lebih besar (2) juga dapat mengalir dari kaki kolektor C ke kaki emitor E. Aliran arus (2) yang besar tersebut mengalir ke kumparan primer koil. Jadi, kerja kontak pemutus dalam pada sistem pengapian elektronik digantikan oleh transistor. Proses ON dan OFF transistor dapat berlangsung jauh lebih cepat dibanding dengan proses mekanis membuka dan menutupnya kontak pemutus. Diagram sistem pengapian semi transistor adalah sbb.


335


(a)

(b)

(c) Gambar 9.34. Transistor dan sistem pengapian semi elektronik saat kontak pemutus tertutup Kerja sistem tersebut adalah sebagai berikut. Perhatikan gambar (c) di atas. Apabila kontak pemutus tertutup, maka arus dari positif baterai mengalir ke kaki emitor E transistor, ke kaki basis B, ke kontak pemutus, kemudian ke massa. Aliran arus ke kaki basis ini menyebabkan transistor ON sehingga kaki emitor dan kolektor dari transistor terhubung. ON-nya transistor ini menyebabkan arus mengalir juga (perhatikan gambar di bawah) dari baterai ke kaki emitor E, ke kaki kolektor C, ke kumparan primer koil, kemudian ke massa. Aliran arus ini menyebabkan terjadinya medan megnet pada koil.

Gambar 9.35. Aliran arus ke kumparan primer koil Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

336


Cam selalu berputar pada saat mesin hidup, sehingga pada saat tertentu cam akan mendorong kontak pemutus. Dorongan cam ini menyebabkan kontak terbuka dan arus primer koil dengan cepat terhenti sehingga medan magnet yang tadi terbentuk dengan cepat hilang. Perubahan garis-garis gaya magnet yang sangat cepat ini menyebabkan terjadinya tegangan tinggi pada kumparan sekunder koil yang kemudian diteruskan ke busi melalui distributor. Dengan demikian pada elektroda busi akan terjadi percikan bunga api yang digunakan untuk membakar campuran udara bahan bakar di dalam ruang bakar.

Gambar 9.36. Sistem pengapian semi elektronik saat kontak pemutus terbuka 9.3.2. Sistem Pengapian Full Elektronik

Gambar 9.37. Dasar sistem pengapian elektronik Sistem pengapian full elektronik adalah pengembangan dari sistem pengapian semi transistor. Pada sistem pengapian semi transistor sinyal untuk memicu kerja transistor berasal dari kontak pemutus sedangkan pada sistem pengapian full Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

337


transistor sinyal pemicu kerja transistor berasal dari sinyal generator yang menghasilkan tegangan ON dan OFF. Gambar di bawah ini memperlihatkan bentuk sederhana dari sistem pengapian full elektronik atau sistem pengapian full transistor. Beberapa bagian penting dari sistem pengapian ini adalah baterai, kunci kontak, koil, transistor, penghasil pulsa (generator pulsa), dan busi. Komponen pemutus arus primer koil adalah transistor. Transistor akan bekerja ON dan OFF apabila ada sinyal atau pulsa tegangan yang mengalir ke kaki basis transistor. Jadi yang menentukan transistor itu bekerja atau tidak adalah sinyal dari generator pulsa. Prinsip kerja dari sistem pengapian transistor ini dijelaskan sebagai berikut. Perhatikan gambar di bawah ini, apabila kunci kontak dalam kondisi on dan generator pulsa menghasilkan sinyal tegangan, maka arus (i) dari penghasil pulsa tersebut mengalir ke kaki basis transistor, ke kaki emitor, kemudian ke massa. Karena ada arus masuk ke basis, maka transistor ini menjadi aktif (ON) sehingga kaki kolektor dan emitornya terhubung. Akibat aktifnya transistor ini, arus yang besar mengalir dari baterai ke kunci kontak, ke kumparan primer koil, ke kaki kolektor transistor, ke kaki emitor transistor, kemudian ke massa. Pola aliran arus pada kumparan primer koil digambarkan di bagian bawah koil pada gambar. Aliran arus ke kumparan primer koil ini menyebabkan terbentuknya medan magnet pada koil.

Gambar 9.38. Aliran arus pada koil saat trnasistor ON Sinyal yang dihasilkan generator pulsa adalah sinya ON dan OFF. Saat ada sinyal ON (ada arus i) pada kaki basis pada gambar di atas, transistor ON. Saat sinyal OFF (arus = 0), maka transistor OFF. Jika transistor OFF (perhatikan gambar 9.39), maka arus yang tadinya mengalir pada kumparan primer koil (I) akan menjadi terhenti (0). Terhentinya arus dengan cepat ini menyebabkan hilangnya medan magnet pada koil dengan sangat cepat. Perubahan garis-garis gaya magnet yang sangat cepat ini menyebabkan terjadinya tegangan induksi yang sangat tinggi pada kumparan sekunder koil. Tegangan tinggi ini disalurkan ke busi sehingga terjadi percikan bunga api pada elektroda busi.


338


Gambar 9.39. Transistor OFF, arus primer terputus, terjadi percikan api Sebagai perbandingan, untuk jenis pengapian transistor, arus primer koil diputus sebentar oleh transistor sehingga pemutusan arusnya stabil pada kecapatan rendah dan kumparan sekunder bisa mengasilkan tegangan tinggi dengan stabil. Karena adanya pembatasan gas buang, maka diperlukan peningkatan energi pembakaran agar pengapiannya akurat tanpa terjadi misfiring meskipun kecepatannya rendah. Untuk melakukan hal tersebut, maka arus primer harus dinaikkan. Untuk jenis kontak pemutus, hal ini sulit dilakukan namun untuk jenis transistor, hal ini dapat dimungkinkan. Sebagai tambahan, untuk meningkatkan performa pengapian pada kecepatan tinggi, jumlah gulungan pada kumparan primer harus dikurangi sehingga tahanan dan induksi diri kumparan primer dapat diturunkan.

(a)

(b)

(c)

Gambar 9.40. Perbandingan karakteristik pengapian konvensional dan transistor Berdasarkan gambar di atas, arus primer koil pada sistem pengapian konvensional dengan kontak pemutus pada putaran tinggi menurun (gambar (a) jika dibandingkan pada putaran sedang. Penurunan ini sangat merugikan karena percikan Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

339


api yang dihasilkan akan kecil, padahal pada putaran tinggi seharusnya percikan api yang dihasilkan harus cukup kuat untuk memulai pembakaran. Pada tipe transistor, jumlah kumparan primer dapat dikurangi sehingga mengurangi tahanan primer koil dan mengurangi efek counter electromitive force. Hal ini akan menyebabkan arus optimum pada kumparan primer koil lebih cepat tercapai jika dibandingkan dengan tipe konvensional. Karena arus optimum lebih cepat tercapai, maka pada putaran tinggi arus primer koil tidak mengalami penurunan yang berarti (gambar 9.40 b). Jika dibandingkan, tegangan yang dihasilkan oleh sistem pengapian konvensional dan transistor (gambar c), maka tegangan tinggi pada sistem pengapian transistor lebih stabil baik pada putaran rendah, sedang, maupun tinggi. Pada tipe konvensional, tegangan tinggi menurun drastis seiring dengan naiknya putaran mesin.

Gambar 9.41. Diagram blok sistem pengapian full elektronik Gambar di atas memperlihatkan diagram blok sistem pengapian full elektronik. Rangkaian elektronik pada sistem pengapian ini terbagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian penghasil pulsa (pulse generator), bagian penguat pulsa (amplifier), dan bagian transistor daya yang berfungsi sebagai saklar. Generator pulsa berfungsi untuk menghasilkan sinyal tegangan untuk mengontrol kerja transistor. Sinyal tegangan ini biasanya dihasilkan dari beberapa macam, yaitu tipe induktif (medan magnet dan kumparan), tipe efek Hall (semikonduktor dan magnet), dan model infra merah atau model cahaya. Sinyal tegangan yang dihasilkan masih sangat lemah sehingga tidak bisa langsung dimanfaatkan untuk memicu kerja transistor sehingga perlu dikuatkan olah bagian penguat. Sinyal tegangan yang sudah kuat kemudian digunakan untuk memicu transistor sehingga dapat bekerja ON dan OFF untuk mengalirkan dan memutus arus primer koil. Berikut dijelaskan beberapa tipe penghasil pulsa pada sistem pengapian. 9.3.1.1. Tipe Induktif Sistem pengapian dengan pembangkit pulsa model induktif terdiri dari penghasil pulsa, ignitier, koil, distributor dan komponen pelengkap lainnya. Sistem pembangkit pulsa induktif terdiri dari kumparan pembangkit pulsa (pick up coil), magnet permanen, dan rotor pengarah medan magnet. Secara sederhana rangkaian sistem pengapian ini digambarkan seperti skema berikut.


340


Gambar 9.42. Diagram sistem pengapian transistor model induktif Rangkaian pada igniter sebenarnya tidak sesederhana seperti yang diperlihatkan pada gambar di atas karena di dalam igniter tersebut sebenarnya terdapat beberapa bagian, yaitu penstabil tegangan (voltage stabilizer), pembentuk pulsa (pulse shaper), pengatur sudut dwell (dwell angle control), penguat pulsa (amplifier), dan transistor power atau rangkaian Darlington. Pada beberapa model terdapat juga rangkaian pembatas arus primer (current limiting circuit). Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut. 1) Pada saat mesin mati Pada saat kunci kontak ON arus mengalir menuju titik P. Besarnya tegangan pada titik ini (yang diatur oleh pembagi tegangan R1 dan R2) berada di bawah tegangan basis yang diperlukan untuk mengaktifkan transistor (melalui pick up coil). Hal ini menyebabkan transistor tidak aktif (OFF) selama engine mati sehingga tidak terjadi aliran arus pada kumparan primer koil. 2) Pada saat mesin hidup Saat mesin sudah hidup, rotor sinyal berputar (mendekati pick up coil) dan menyebabkan terjadinya pulsa tegangan AC pada pick up coil. Bila tegangan yang dihasilkan adalah positif, maka tegangan ini ditambahkan dengan tegangan yang terdapat pada titik P sehingga tegangan di titik Q naik dan besarnya melebihi tegangan basis transistor. Adanya arus basis ini menyebabkan transistor menjadi aktif (ON) sehingga kaki kolektor dan emitornya terhubung yang menyebabkan arus dari baterai mengalir ke kunci kontak, ke kumparan primer koil, ke kaki kolektor, ke emitor, kemudian ke massa. Aliran arus ke kumparan primer koil ini menyebabkan terjadinya medan magnet pada koil. Rotor selalu berputar, sehingga pada saat gigi rotor meninggalkan pick up coil terjadi tegangan AC dengan polaritas berbeda (negatif). Tegangan ini jika ditambahkan dengan tegangan yang terdapat dalam titik P menjadi tegangan yang besarnya di bawah tegangan kerja transistor. Akibatnya adalah transistor menjadi tidak aktif (OFF) dan antara kaki kolektor dan emitor transistor menjadi tidak Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

341


terhubung. Hal ini menyebabkan aliran arus primer dengan cepat berhenti dan medan magnet pada koil dengan cepat berubah (collapse). Perubahan garis gaya magnet dengan cepat ini menyebabkan terjadinya tegangan induksi pada kumparan sekunder. Tegangan tinggi ini diteruskan ke distributor dan dibagikan ke tiap-tiap busi sesuai dengan urutan penyalaan (firing order). Salah satu model sistem pengapian transistor dengan rangkaian lengkap ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 9.43. Skema lengkap sistem pengapian induktif

Gambar 9.44. Diagram blok sistem pengapian model induktif Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

342


Bagian-bagian sistem pengapian tersebut dapat dibagi menjadi lima bagian, yaitu 1) sistem pembangkit pulsa, 2) penstabil tegangan (voltage stabilizer), 3) pembentuk pulsa (pulse shaping stage), 4) pengontrol sudut dwell, dan 5) bagian driver dan Darlington output. 9.3.1.2. Tipe Hall Effect Model pengapian di atas adalah model induktif. Model lainnya adalah Hall effect dan model iluminasi. Pembangkit pulsa untuk mengaktifkan power transistor dengan model hall effect digambarkan sebagai berikut.

Gambar 9.45. Prinsip Hall effect

Gambar 9.46. Pembangkit pulsa Hall effect Apabila bahan semikonduktor dialiri arus listrik dari sisi kiri ke kanan dan semikonduktor tersebut berada dalam suatu medan magnet, maka pada arah tegak lurus terhadap aliran arus itu akan timbul tegangan yang disebut dengan tegangan Hall Vh (Hall adalah nama ilmuwan yang meneliti fenomena tersebut). Apabila medan Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

343


magnet yang berada di sekitar semikonduktor tersebut dihilangkan, maka tegangan yang tegak lurus terhadap aliran arus itu juga akan hilang. Pada gambar 9.45, medan magnet dihalangi oleh plat logam sehingga tidak melewati semi konduktor, dalam hal ini Vh = 0. Bila bilah logam dihilangkan, maka medan magnet dapat melewati semikonduktor dan Vh ≠ 0. Bila bilah logam itu secara teratur melintasi medan magnet maka pada tegangan Hall akan muncul dan hilang membentuk pulsa tegangan kotakkotak. Pulsa inilah yang digunakan untuk mentriger rangkaian transistor untuk memutus dan mengalirkan arus primer koil.

Gambar 9.47. Diagram blok dan skema sistem penggapian Hall effect Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

344


Pembangkit pulsa model Hall Effect mempunyai tiga buah kabel atau terminal. Satu kabel merupakan sumber arus untuk dialirkan ke bahan semikonduktor yang terdapat di dalam sistem Hall, satu kabel ground, dan satu kabel adalah output tegangan. Bagian lainnya dari sistem ini adalah rotor yang berbentuk bilah dan magnet permanen. 9.3.1.3. Sistem Pengapian Model Iluminasi / Cahaya Pada sistem pengapian iluminasi, cahaya dimanfaatkan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan phototransistor sehingga menghasilkan sinyal yang kemudian diperkuat oleh bagian amplifier untuk power transistor. Pada saat power transistor ON, arus mengalir melalui kumparan primer koil sehingga terbentuk medan magnet pada koil. Pada saat transistor OFF, arus primer terputus sehingga medan magnet dengan cepat hilang yang menyebabkan terjadinya induksi tegangan tinggi pada kumparan sekunder koil.

Gambar 9.48. Pembangkit pulsa dengan sensor cahaya Sumber cahaya bisanya berasal dari dioda bercahaya yang menghasilkan sinar infra merah, dan cahaya tersebut diterima oleh phototransistor yang dapat aktif atau bekerja apabila terkena cahaya. Untuk menghalangi cahaya agar phototransistor OFF, digunakan rotor yang berbentuk bilah-bilah dengan lebar coakan / celah sebesar sudut dwell. Bila cahaya tidak terhalangi dan mengenai phototransistor, (hal ini identik dengan saat kontak pemutus tertutup pada sistem pengapian konvensional), atau saat terjadi aliran arus pada kumparan primer koil. Saat cahaya terhalangi oleh bilah rotor, identik dengan kontak pemutus terbuka dan arus primer koil terputus.

Gambar 9.49. Pengapian sistem cahaya


345


Berdasarkan rangkaian di atas, secara garis besar cara kerjanya adalah sebagai berikut. Saat cahaya mengenai phototransistor, phototransistor menjadi aktif sehingga transistor 1 dan transistor 2 aktif. Kondisi ini menyebabkan transistor 3 OFF sehingga transistor 4 ON. Dengan demikian arus dari baterai dapat mengalir ke kumparan primer koil sehingga pada koil timbul medan magnet. Pada saat bilah rotor menutupi cahaya, phototransistor menjadi OFF sehingga transistor 1 dan 2 menjadi OFF. Hal ini menyebabkan transistor 3 menjadi ON sehingga transistor 4 menjadi OFF. Akibat OFF-nya transistor 4, arus primer koil terputus dengan tiba-tiba yang menyebabkan medan magnet pada koil hilang dengan cepat. Perubahan garis gaya magnet pada koil dengan sangat cepat tersebut menyebabkan terjadinya tegangan tinggi pada koil dan diteruskan ke distributor dan ke busi sesuai dengan urutan penyalaannya. 9.3.3. Sistem Pengapian CDI Kepanjangan dari CDI adalah Capasitive Discharge Ignition, yaitu sistem pengapian yang bekerja berdasarkan pembuangan muatan kapasitor. Konsep kerja sistem pengapian CDI berbeda dengan sistem pengapian penyimpan induktif (inductive storage system). Pada sistem CDI, koil masih digunakan tetapi fungsinya hanya sebagai transformator tegangan tinggi, tidak untuk menyimpan energi. Sebagai pengganti, sebuah kapasitor digunakan sebagai penyimpan energi. Dalam sistem ini kapasitor diisi (charged) dengan tegangan tinggi sekitar 300 V sampai 500 V, dan pada saat sistem bekerja (triggered), kapasitor tersebut membuang (discharge) energinya ke kumparan primer koil pengapian. Koil tersebut menaikan tegangan (dari pembuangan muatan kapasitor) menjadi tegangan yang lebih tinggi pada kumparan sekunder untuk menghasilkan percikan api pada busi. Saat bekerja, kapasitor dalam sistem pengapian ini secara periodik diisi oleh bagian pengisi (charging device) dan kemudian muatannya dibuang ke kumparan primer koil untuk menghasilkan tegangan tinggi. Sebelum lebih jauh membahas kerja sistem pengapian CDI, berikut ini dijelaskan prinsip dari pengisian dan pembuangan muatan kapasitor melalui sebuah kumparan. Perhatikan gambar 9.50. Apabila posisi saklar menghubungkan terminal 1 dan 2, maka terjadi rangkaian tertutup antara sumber tegangan dan kapasitor. Hal ini menyebabkan terjadinya aliran arus dari baterai ke kapasitor sehingga kapasitor terisi penuh atau bermuatan. Jika saklar posisinya diubah sehingga terminal 1 dan 3 terhubung, maka kapasitor dalam kondisi ini bertindak sebagai sumber energi dan mengeluarkan muatannya melelui kumparan (dalam sistem pengapian CDI, kumparan ini adalah kumparan primer koil) sebagai beban dalam rangkaian tersebut. Pada saat kapasitor mengeluarkan arus dengan cepat melalui kumparan, energi listrik yang disimpan dalam kapasitor dikonversi menjadi energi dalam bentuk medan magnet yang berekspansi di sekitar kumparan. Perubahan atau gerakan medan magnet yang sangat cepat inilah yang menyebabkan terjadinya tegangan induksi pada kumparan sekunder koil. Sebagai pengganti saklar, dalam sistem pengapian CDI digunakan thyristor yang secara teratur ON dan OFF sesuai dengan saat pengapian yang telah ditentukan.


346


(b)

(a)

(c) Gambar 9.50 Prinsip dasar pengisian dan pembuangan muatan kapasitor pada kumparan Ada perbedaan yang sangat penting dari sistem pengapian CDI dengan sistem pengapian induktif atau inductive storage system lainnya (yaitu sistem pengapian konvensional, dan transistor). Pada sistem pengapian induktif (selain CDI), tegangan tinggi pada coil dihasilkan saat arus pada kumparan primer diputus (oleh kontak pemutus, atau transistor), sedangkan pada sistem pengapian CDI tegangan tinggi pada koil dihasilkan saat arus dari pembuangan muatan kapasitor mengalir dengan cepat ke kumparan primer koil (Derato, 1982 : 95). Waktu yang diperlukan oleh tegangan tinggi untuk mencapai tegangan tertingginya disebut rise time. Pada sistem pengapian CDI, rise time sangat singkat, sekitar 0,1 sampai 0,3 ms (Heywood, 1989 : 441). Hal ini menguntungkan karena percikan api akan tetap terjadi meskipun busi kotor.

Gambar 9.51. Diagram blok sistem pengapian CDI


347


Secara sederhana sistem pengapian CDI digambarkan dengan skema seperti pada gambar di atas, dan rangkaian tersebut jika dikelompokkan menjadi elemenelemen yang lebih kecil sesuai dengan kerjanya masing-masing maka dapat dikelompokkan menjadi enam blok seperti pada gambar. Keenam bagian utama dari sistem pengapian CDI tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. 1. Converter DC ke DC. Bagian ini berfungsi untuk mensuplai tegangan untuk pengisian kapasitor. Bagian ini pada prinsipnya terdiri dari rangkaian pengubah arus searah (DC) dari baterai menjadi (seolah-olah) arus bolak-balik (AC) dengan rangkaian flip-flop. Arus AC yang dihasilkan kemudian dinaikan tegangannya oleh transformator step up menjadi sekitar 300 sampai 500 Volt dan kemudian disearahkan kembali dengan dioda sistem jembatan. Tegangan tinggi inilah yang digunakan untuk mengisi kapasitor. Secara sederhana dapat dijelaskan bahwa bagian ini berfungsi untuk mengubah arus DC menjadi AC kemudian dinaikan tegangannya dan kemudian disearahkan kembali menjadi DC. 2. Kapasitor. Bagian ini berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang disuplai oleh Konverter DC ke DC. 3. Generator pulsa. Bagian ini berfungsi sebagai pemicu (trigger) atau penghasil sinyal untuk mengaktifkan thyristor. 4. Penguat pulsa (Amplifier). Bagian ini berfungsi sebagai penguat sinyal yang dihasilkan oleh bagian pembangkit sinyal sehingga sinyal tersebut cukup kuat untuk mengaktifkan thyristor. 5. Saklar thyristor (Thyristor switch). Bagian ini berfungsi untuk mengalirkan energi dari kapasitor ke koil pengapian. Thyristor ini merupakan komponen semikonduktor yang akan bekerja (ON) oleh adanya pulsa tegangan pada kaki gate-nya. Pada saat distributor berputar, pulsa tegangan dihasilkan oleh pick up coil. Pulsa ini dikuatkan oleh amplifier untuk kemudian meng-ON-kan thyristor. Pada saat ON inilah kapasitor mengeluarkan energinya ke kumparan primer koil. Kemudian thyristor kembali OFF dan kapasitor terisi kembali. 6. Koil. Koil pengapian dalam hal ini berfungsi sebagai transformator yang menghasilkan tegangan tinggi untuk disalurkan ke busi. Metode pembuangan muatan kapasitor untuk menghasilkan tegangan tinggi sehingga terjadi percikan api pada busi dapat dicapai dengan menyimpan energi listrik dalam sebuah kapasitor. Apabila saat pengapian sudah tepat dan api siap untuk dipercikan, thyristor power akan aktif dan membentuk suatu rangkaian tertutup antara kapasitor dan kumparan primer koil. Kapasitor dengan cepat akan melepaskan energinya melalui kumparan primer koil. Aliran arus yang sangat cepat dalam kumparan primer ini akan menyebabkan terjadinya tegangan yang sangat tinggi pada kumparan sekunder dan tegangan tinggi ini akan disalurkan ke busi untuk menghasilkan loncatan bunga api di antara elektroda busi (Heisler, 1995 : 454). Berikut ini adalah gambar salah satu model sistem pengapian CDI yang masih menggunakan kontak pemutus.


348


Gambar 9.52. Pengapian CDI dengan kontak point Bagian A dalam kotak putus-putus merupakan bagian DC to DC converter yang berfungsi untuk mengubah arus DC menjadi AC kemudian dinaikan tegangannya dan kemudian disearahkan kembali menjadi DC. Bagian B adalah kapasitor utama, bagian C adalah sistem penghasil pulsa atau arus pemicu kerja thyristor, bagian D adalah thyristor, dan bagian E adalah koil pengapian. Secara singkat kerja dari rangkaian tersebut adalah sebagai berikut. Pada saat kunci kontak ON arus mengalir ke rangkaian A, dan akibat kerja rangkaian multivibrator yang dibentuk oleh kedua transistor yang ON dan OFF secara bergantian dan cepat, maka arus listrik dengan cepat dan bergantian mengalir ke transistor kiri dan kanan sehingga arus juga mengalir secara bergantian dengan cepat melalui kumparan di atas dan di bawah terminal 0 pada transformator. Hal ini menyebabkan pada kumparan akan timbul medan magnet dengan arah kutub yang berubah-ubah pula. Efek ini akan menghasilkan tegangan induksi pada kumparan sekunder dengan tegangan yang jauh lebih besar dibanding tegangan pada kumparan primer karena jumlah kumparan sekunder lebih banyak. Tegangan yang dihasilkan adalah tegangan AC dan kemudian disearahkan oleh dioda sistem jembatan. Output dari dioda berupa tegangan DC yang kemudian dialirkan untuk mengisi kapasitor. Sementara itu, apabila kontak pemutus dalam keadaan tertutup, arus dari baterai akan mengalir ke kunci kontak, ke dioda, ke R 47, ke kontak pemutus, kemudian ke massa. Pada kondisi ini tidak ada sinyal atau arus yang menuju thyristor sehingga kapasitor belum mengeluarkan muatannya. Pada saat kontak pemutus terbuka, arus dari R 47 mengalir ke dioda, ke kapasitor 47 nF, dan ke kaki gate thyristor. Arus ini akan menyebabkan thyristor aktif sehingga kaki anoda dan katodanya terhubung dan membentuk rangkaian tertutup antara kapasitor utama, thyristor, kumparan primer koil, dan kaki negatif kapasitor utama. Akibat adanya rangkaian tertutup ini maka kapasitor akan mengeluarkan muatannya (discharge) dengan sangat cepat melalui kumparan primer koil yang dengan cepat pula menyebabkan terjadinya medan magnet pada koil sehingga terjadi tegangan induksi pada kumparan sekunder koil. Apabila kontak pemutus kembali tertutup, arus akan mengalir ke massa lagi dan tidak ada arus yang masuk ke kaki gate sehingga menyebabkan thyristor OFF sehingga terjadi rangkaian terbuka pada kapasitor. Pada saat ini pengisian kapasitor kembali terjadi dengan cepat dan sampai kembali kontak pemutus terbuka muatan Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

349


kapasitor kembali dibuang dengan cepat ke koil. Kejadian ini terjadi terus menerus selama sistem pengapian dan engine bekerja. Model lain rangkaian CDI dengan pemicu model induktif nampak seperti gambar bawah. Secara garis besar rangkaian tersebut juga tetap terdiri dari lima blok yaitu DC to DC converter (dalam kotak bergaris putus-putus), kapasitor (C6), pembangkit pulsa (induction pulse generator), rangkaian penguat pulsa (amplifier), dan thyristor (Th).

Gambar 9.53. Rangkaian sistem pengapian CDI Secara umum, kerja dari rangkaian di atas sama dengan yang sudah dijelaskan sebelumnya, namun arus pemicu kerja thyristor berasal dari pulsa induktif yang diperkuat oleh rangkaian transistor untuk memperkuat dan membentuk pulsa yang dihasilkan oleh pulse generator. 9.3.4. Sistem Pengapian Terkontrol Komputer

Gambar 9.54. Komponen sistem pengapian terkontrol komputer Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

350


Sistem pengapian terkontrol komputer merupakan sistem pengapian yang ada pada mesin yang sudah menggunakan sistem bahan bakar injeksi (EFI). Pengontrolan pengapian dilakukan oleh komputer (electronic control unit) yang juga sebagai pengontrol sistem penginjeksian bahan bakar. Pengontrolan ini terutama pada sistem pemajuan atau pemunduran saat pengapian (ignition timing) yang disesuaikan dengan kondisi kerja engine. Pada sistem pengapian yang dikontrol komputer, engine dilayani dengan sistem pengapian yang sangat mendekati karakteristik saat pengapian yang ideal. Komputer unit menentukan saat pengapian berdasarkan masukan-masukan dari sensor dan memori internalnya yang memiliki data saat pengapian yang optimal untuk setiap kondisi putaran engine. Setelah menentukan saat pengapian, komputer unit memberikan sinyal saat pengapian ke igniter. Bila sinyal tersebut dalam posisi OFF, igniter akan memutus aliran arus primer koil dengan cepat sehingga terjadi tegangan tinggi pada kumparan sekunder. Sistem pengapian terkontrol komputer terbagi menjadi beberapa kategori dasar, yaitu : 1) sistem pengapian dengan distributor, 2) sistem pengapian tanpa distributor / distributorless ignition system (DLI), 3) sistem pengapian langsung / direct ignition system (DIS). Komponen utama sistem pengapian terkontrol komputer terdiri dari 1) sensor poros engkol (sinyal Ne), 2) sensor poros nok (sinyal G), 3) igniter, 4) koil, kabel-kabel, dan busi, 4) Komputer (ECM) dan input-inputnya. Diagram blok dari sistem pengapian terkontrol komputer / electronic spark advance (ESA) adalah sebagai berikut.

Gambar 9.55. Diagram blok sistem pengapian ESA Distributor pada gambar di atas diberi garis putus-putus berarti distributor pada sistem tersebut bisa tidak ada. Bila tidak terdapat distributor, maka sistem tersebut termasuk pada sistem pengapian DLI, sedangkan jika ada distributor maka sistem tersebut sistem pengapian ESA dengan menggunakan distributor.


351


Gambar 9.56. Penyederhanaan sistem pengapian ESA Sinyal IGT digunakan untuk mengatur aliran arus primer koil melalui ECM (electronic control module) atau ECU (electronik control unit). Sinyal IGT adalah suatu tegangan untuk meng-on dan off –kan transistor utama (power transistor) di dalam igniter. Bila sinyal IGT masuk ke ignitier, sinyal tersebut menyebabkan power transistor menjadi ON sehingga arus dari baterai mengalir ke kumparan primer koil kemudian ke massa yang mengakibatkan timbul kemagnetan pada koil. Bila tegangan IGT menjadi 0V, transistor dalam igniter menjadi off sehingga arus primer terputus yang menyebabkan medan magnet pada koil hilang dengan cepat. Akibatnya, pada kumparan sekunder timbul tegangan tinggi yang kemudian di salurkan ke busi. Sinyal IGF digunakan oleh ECM untuk menentukan apakah sistem pengapian bekerja atau tidak. Berdasarkan sinyal IGF, ECM akan tetap memberikan arus ke pompa bahan bakar dan injektor.

Gambar 9.57. Bagian-bagian dalam igniter Igniter merupakan komponen sistem pengapian yang langsung menerima perintah dari komputer (ECM) melalui sinyal IGT untuk melakukan pengapian. Fungsi utama igniter adalah untuk memutus dan menghubungkan arus primer koil berdasarkan sinyal IGT, namun ada beberapa fungsi lainnya dari igniter, yaitu sebagai 1) unit pembangkit sinyal konfirmasi pengapian (IGF), 2) dwell angle control, yang berfungsi untuk mengontrol lamanya power transistor ON atau lamanya arus primer mengalir, 3) lock prevention circuit, rangkaian yang berfungsi untuk mematikan transistor jika arus mengalir ke kumparan primer koil dalam waktu yang lama, 4) over voltage prevention circuit, rangkaian yang berfungsi untuk mematikan transistor jika Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

352


tegangan power supply terlalu tinggi, 5) current limiting control, rangkaian yang dapat menjamin arus primer yang konstan setiap saat baik pada putaran rendah maupun tinggi sehingga tegangan sekunder selalu tinggi, 6) tachometer signal. Sinyal Ne dan sinyal G merupakan sinyal putaran poros engkol dan poros nok. Meskipun ada perbedaan pada sistem pengapian, penggunaan sinyal Ne dan G konsisten atau sama. Sinyal Ne menunjukkan posisi poros engkol dan putaran engine. Sinyal G (juga disebut sinyal VVT) memberikan identifikasi posisi tiap silinder. Dengan membandingkan sinyal G dan sinyal Ne ECM mampu mengidentifikasi silinder yang sedang melakukan langkah kompresi. Hal ini diperlukan untuk menghitung sudut poros engkol (sudut saat pengapian), saat sistem pengapian bekerja. Pengaturan maju mundurnya saat pengapian dilakukan dengan mengatur sinyal IGT oleh ECU.

Gambar 9.58. Pemajuan sinyal IGT Sinyal IGT merupakan sinyal untuk mengaktifkan igniter sehingga koil dapat bekerja menghasilkan tegangan tinggi. Oleh karena itu, memajukan atau memundurkan saat pengapian dilakukan dengan mempercepat atau memperlambat sinyal IGT ke igniter. Dengan berubahnya saat pemberian sinyal IGT, maka tegangan tinggi koil untuk menghasilkan percikan api dari busi juga menjadi maju atau mundur. ECM menghitung dan menetapkan sinyal IGT berdasarkan mode dan kondisi kerja mesin. Pemberian sinyal IGT didasarkan terutama pada sinyal sensor posisi poros engkol, sinyal sensor posisi poros nok, beban engine, temperatur, sensor knock, dll. Secara global kontrol saat pengapian terbagi menjadi dua, yaitu 1) kontrol pengapian saat engine di start, dan 2) kontrol pengapian setelah start. Kontrol pengapian saat start adalah saat pengapian yang diset pada waktu yang tetap tanpa memperhatikan kondisi kerja engine dan disebut initial timing angle (5 – 100 sebelum TMA). Kontrol saat pengapian setelah start di dalamnnya meliputi 1) kontrol pengapian saat engine di start, 2) sudut pengajuan pengapian dasar (basic ignition advence angle), dan 3) kontrol pemajuan pengapian korektif (didasarkan pada koreksi pemanasan (warm up), koreksi temperatur, koreksi putaran idle, koreksi EGR, koreksi balikan AFR, koreksi knocking, koreksi kontrol torsi, koreksi lainnya, kontrol sudut pemajuan pengapian minimum dan maksimum) 9.3.4.1. Elelectronic Spark Adavance (ESA) dengan Distributor Sistem pengapian ini masih menggunakan distributor untuk membagikan tegangan tinggi dari koil ke tiap busi sesuai dengan urutan penyalaannya (FO = firing order). Distributor memberikan masukan kepada ECM melalui sinyal Ne dan G. Berdasarkan masukan itu, ECM mengolahnya dan memberikan input kepada igniter untuk melakukan pengapian. Pengaturan pembagian tegangan tinggi sepenuhnya Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

353


dilakukan oleh distributor, pengaturan saat pengapian dilakukan oleh ECM dengan mengatur sinyal IGT yang masuk ke igniter.

Gambar 9.59. Sistem pengapian ESA dengan distributor 9.3.4.2. Pengapian Tanpa Distributor / Distributorless Ignition System (DLI) Sistem pengapian ini adalah system pengapian ESA yang sudah tidak menggunakan distributor. Dengan menghilangkan distributor, akan meningkatkan reliabilitas sistem pengapian dengan mengurangi sejumlah komponen mekanik. Keuntungan lainnya adalah 1) lebih banyak waktu untuk koil dalam menghasilkan medan magnet yang cukup untuk menghasilkan bunga api untuk membakar campuran udara bahan bakar di dalam silinder sehingga memperkecil kemungkinan terjadinya missfiring, 2) koil pengapian dapat ditempatkan pada atau dekat dengan busi sehingga mengurangi interferensi listrik dan meningkatkan reliabilitasnya, 3) saat pengapian dapat dikontrol dengan range yang lebih lebar karena tidak ada lagi rotor pada distributor yang dapat menyebabkan salah pengapian ke silinder yang lain.

Gambar 9.60. Skema sistem pengapian DLI untuk 4 silinder


354


Pada gambar di atas, begitu power transistor dalam ke adaan ON, arus mengalir ke kumparan primer koil, dan pada saat power transistor dalam keadaan OFF, tegangan tinggi terinduksi pada kumparan sekunder koil. Pada saat itu, tegangan tinggi yang terinduksi disalurkan ke silinder pertama dan keempat melalui dua terminal sekunder koil. Tegangan tinggi yang disalurkan ke busi pada silinder pertama bertepatan dengan langkah piston di posisi akhir langkah kompresi, sedangkan pada silinder ke empat berada di posisi langkah buang, dan sebaliknya apabila silinder ke empat berada di posisi langkah kompresi, maka silinder pertama akan berada di langkah buang. Karena itulah, pengapian satu silinder diantara dua silinder dibuat pada langkah kompresi. Ketika kepadatan udaranya sangat tinggi di langkah kompresi, tegangan yang diperlukan untuk mesin juga harus tinggi. Ketika tegangan tinggi disalurkan dengan beban yang ringan pada langkah buang, hampir semua tegangan disalurkan ke busi yang berada pada langkah kompresi. Karena itu,dibandingkan dengan sistem konvensional yang menggunakan satu busi, tegangan tinggi yang dikeluarkan pada tidak jauh berbeda dengan sistem konvensional (satu busi per silinder). Berdasarkan skema di bawah, ECM memberikan sinyal IGT ke power transistor yang ada pada igniter dan tiap transistor akan memutus dan mengalirkan arus primer koil untuk menghasilkan percikan api pada busi. Pada sistem ini satu koil melayani dua busi yang akan menyala secara bersamaan. Percikan api busi yang bersamaan ini terjadi pada dua silinder pada proses yang berbeda, satu busi memercik pada saat akhir langkah kompresi, dan busi pasangannya memercik pada saat langkah buang. Pemberian sinyal IGT seperti sudah dijelaskan sebelumnya, tentu saja berdasarkan masukan dari sensor-sensor.

Gambar 9.61. Skema sistem pengapian DLI untuk 6 silinder Gambar di atas adalah sistem pengapian DLI model indutive storage. Pada model pengapian CDI (gambar 9.62), konverter DC ke DC (DC to DC converter) tetap berdiri sendiri sebagai penghasil tegangan tinggi untuk mengisi kapasitor. Kapasitor terletak setelah DC to DC converter dan terhubung langsung dengan salah satu ujung kumparan primer koil. Thyristor terpasang pada ujung lain kumparan primer koil. Kaki G dari thyristor terhubung dengan salah satu output microprocessor. Pulsa untuk mengaktifkan thyristor diperoleh dari crankshaft angle sensor yang kemudian Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

355


dikuatkan dan diolah di dalam microprocessor untuk selanjutnya sinyal tersebut keluar melalui R1 atau R’1 untuk mengaktifkan thyristor.

Gambar 9.62. Sistem pengapian CDI yang dikontrol komputer Gambar di atas merupakan rangkaian sistem pengapian CDI yang saat pengapiannya (ignition timing) dikendalikan oleh microprocessor berdasarkan sensorsensor operasi engine. Sistem di atas termasuk dalam tipe pengapian distributorless ignition system (DLI) dengan satu koil untuk melayani dua busi. Pemberian sinyal melalui R1 atau R’1 untuk mengaktifkan thyristor diatur oleh microprocessor berdasarkan sensor posisi poros engkol sehingga saat penyalaan akan selalu tepat sesuai dengan kondisi operasi mesin. Untuk semua jenis pengapian termasuk tipe pengapian transistor, tegangan tinggi diinduksikan menggunakan satu koil dan diteruskan ke busi melalui rotor yang dipasang pada poros distributor dan kabel busi. Namun begitu, karena 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 terminal pada tutup distributor, energinya akan hilang atau menimbulkan noise dari gelombang electromagnetik yang terjadi. Metode pengapian untuk mengatasi gejala ini adalah DLI (Distributorless Ignition). DLI dikelompokkan berdasarkan metode kontrol elektriknya, yaitu tipe distribusi koil pengapian (ignition coil distribution) dan tipe distribution dioda. Pada tipe ignition coil distribution, tegangan tinggi langsung didistribusikan dari koil pengapian ke busi. Tipe ini terdiri dari dua jenis yaitu tipe pengapian sinkron (synchronous spark) dan tipe pengapian individu (individual spark). Untuk tipe sinkron, distribusi tegangan tingginya ke dua silinder dengan satu koil. Karena itulah pada saat silinder ke satu dan ke empat diberi pengapian dalam waktu yang bersamaan, pada silinder satu terjadi pembakaran karena posisi piston berada pada akhir langkah kompresi, sementara pada silinder empat juga terjadi percikan api tetapi tidak terjadi pembakaran karena busi menyala pada saat piston melakukan langkah buang.


356


Gambar 9.63. Beberapa model sistem pengapian DLI Untuk mengatur waktu pengapian pada sistem DLI, komputer menerima sinyal dari beberapa sensor mengenai kondisi kerja mesin kemudian membandingkanya dengan data acuan yang ada pada komputer untuk menentukan waktu pengapian yang tepat. Hasil pengolahan data berupa saat pengapian yang tepat (sinyal arus), dikirim ke power transistor. Dengan pengaturan ON dan OFF transistor, arus yang mengalir ke kumparan primer koil diputus sehingga terjadi tegangan tinggi induksi pada kumparan sekunder koil. Tegangan tinggi pada tipe pengapian sinkron ini kemudian diteruskan ke busi dengan urutan pengapian 1(4) - 3(2) - 4(1) - 2(3) untuk membakar campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder (nomor dalam tanda kurang adalah silinder yang diberi pengapian secara serentak, pada posisi langkah buang). 9.3.4.3. Sistem Pengapian Langsung / Direct Ignition System (DIS)

Gambar 9.64. Ilustrasi sistem pengapian langsung Sistem pengapian langsung (DIS) memiliki koil yang terpasang langsung pada busi. Sistem pengapian DIS dapat digolongkan menjadi dua macam, yaitu 1) independent ignition, satu koil tiap silinder, dan 2) simultaneous ignition, satu koil untuk dua silinder. Pada model yang kedua, sebuah koil dipasangkan pada satu busi Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

357


dan sebuah kabel tegangan tinggi dipasangkan pada busi lainnya. Loncatan bunga api terjadi pada kedua silinder secara bersamaan.

Gambar 9.65. Koil yang terpasang pada busi Gambar di bawah ini memperlihatkan skema sistem pengapian DIS model independen. ECM memberikan sinyal IGT sejumlah silinder dan masing-masing sinyal IGT digunakan untuk mengaktifkan tiap transistor yang ada pada igniter sesuai dengan FO-nya.Transistor ini berfungsi untuk memutus dan mengalirkan arus primer masing-masing koil. Pengaturan sinyal IGT pada sistem pengapian ini juga tetap berdasarkan masukan sensor-sensor ke ECM.

Gambar 9.66. Skema DIS model independen 9.3.4.4. i-DSI (Intelegent Double Sequential Ignition) Sistem pengapian iDSI menggunakan dua busi untuk tiap silinder. Kedua busi itu manyala secara berurutan atau bersamaan tergantung dari kondisi kerja mesin. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

358


Sistem ini dapat mengoptimalkan saat pengapian tiap busi berdasarkan pada putaran dan beban engine. Pembakaran yang intensif pada semua putaran engine tidak hanya mengontrol knocking tetapi memungkinkan juga penggunaan rasio kompresi yang lebih tinggi untuk mencapai output yang lebih tinggi dengan konsumsi bahan bakar yang lebih kecil dibandingkan dengan mesin konvensional. Keuntungan sistem ini adalah pembakaran yang lebih intensif, menggunakan dua busi yang dipasang secara diagonal berlawanan satu sama lain, sangat kompak, ruang bakar yang high-swirl. Setiap pasang busi memercikan api secara sekuensial dengan interval antara keduannya tergantung pada putaran dan beban engine. Busi yang terletak dekat saluran masuk menyala lebih dulu kemudian saat api merambat / propagasi, busi yang dekat pipa buang (exhaust) menyala (sebelum TMA). Api berekspasi dengan cepat ke seluruh bagian untuk menghasilkan pembakaran yang komplit. Hal ini menghasilkan pembakaran yang lebih cepat dan tekanan silinder yang lebih tinggi yang memberikan output engine yang tinggi.

Gambar 9.67. Letak busi sistem pengapian iDSI Pemrograman peta saat pengapian menghasilkan keseimbangan antara keekonomisan dengan power output. Pada pembukaan throttle yang besar (putaran sekitar 2600 rpm) pengapian di sisi saluran masuk (intake) dimajukan dan di sisi exhaust sedikit dimundurkan. Pada kecepatan tinggi pengapian hampir bersamaan untuk mencapai output yang optimum. Di bawah ini adalah perubahan saat pengapian dan penyalaan tiap busi pada beberapa tingkat putaran engine.


359


Gambar 9.68. Perubahan saat penyalaan busi pada beberapa putaran engine 9.4. 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 missfire. 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 missfire). Sekaran ini untuk memenuhi standar emisi gas buang, performa sistem pengapian harus tinggi bahkan campuran udara bahan bakar yang kuruspun dapat dibakar. Kemudian untuk memenuhi standar pengapian di atas, maka sudah banyak tipe busi yang dikembangkan. Campuran udara bahan bakar yang dibakar dalam waktu singkat oleh loncatan api dari busi disebut dengan explosion (ledakan) dengan proses sebagai berikut. Seperti tampak pada gambar 9.69, pada saat loncatan api dihasilkan dari celah elekroda busi di dalam campuran udara bahan bakar yang dikompresi, maka yang pertama terbentuk adalah 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 inti api yang dapat menyebar ke dalam campuran udara bahan bakar. Namun demikian, pembakaran yang diawali dari inti api ini umumnya ditentukan oleh status campuran udara bahan bakar dan perambatan api di dalam ruang bahan bakar.


360


Gambar 9.69. Loncatan api pada 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 tidak 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. 9.5. Pemeriksaan pada Sistem Pengapian Pemeriksaan visual pada busi dilakukan untuk mengetahui kondisi pembakaran di ruang bakar. Berikut ini diuraikan kondisi busi dan efek-efek yang mempengaruhinya. Tabel 9.1. Kondisi busi setelah dipakai pada mesin Normal Berwarna coklat ke abu-abuan dan ada sedikit aus pada elektrodanya. Nilai panas busi ini sesuai dengan mesin dan kondisi kerjanya. Jika busi ini akan diganti, maka gantilah dengan busi dengan tingkat panas yang sama. Aus Elektroda berbentuk membulat dengan sedikit kerak pada ujungnya. Warnanya normal. Kondisi ini dapat menyebabkan susah start pada cuaca dingin dan menyebabkan bahan bakar boros. Busi ini sudah terlalu lama dipakai pada mesin. Sebaiknya diganti dengan busi dengan tingkat panas yang sama dan rawat sesuai jadwal yang direkomendasikan.


361


Kerak karbon Kerak yang menempel kering dan berjelaga yang menunjukkan bahwa campuran terlalu kaya atau pengapian lemah. Hal ini dapat menyebabkan kegagalan pengapian (misfiring) dan mesin susah di start.

Kerak abu Berwarna coklat muda yang bertumpuk pada bagian pinggir atau tengah elektroda. Hal ini terjadi karena penggunaan bahan tambah atau aditif untuk pelumas atau bahan bakar. Jumlah kotoran yang berlebihan ini akan menghalangi percikan api sehingga dapat menyebabkan misfiring dan gangguan saat akselerasi. Kerak minyak Lapisan minyak yang disebabkan oleh minyak pelumas yang bocor karena aus pada dudukan katup atau ring piston yang masuk ke dalam ruang bakar. Ini dapat menyebabkan mesin susah di start atau terjadinya misfiring. Sebaiknya kondisi mekanik mesin diperiksa dan diperbaiki dan ganti busi dengan yang baru. Celah yang terhubung Kerak pembakaran menyebabkan elektoda tengah dan elektroda negatif terhubung. Kerak yang menumpuk ini menyebabkan kedua elektroda bersatu pada bagian celahnya. Ini menyebabkan tidak terjadi pembakaran pada silinder. Cari penyebab gangguannya dan bersihkan kotoran pada celah busi tersebut. Terlalu panas Elektroda dan insulator busi berwarna putih, elektroda terkikis, dan tidak terdapat kerak. Hal ini dapat menyebabkan umur busi pendek. Jika hal ini terjadi sebaiknya diperiksa kesesuaikan tingkat panas busi, pengapian yang terlalu maju, campuran bahan bakar yang kurus, kebocoran vakum intake manifold, dan pendinginan mesin yang kurang efisien.


362


Preignition (Pembakaran awal) Elektroda meleleh, insulator berwarna putih tapi kemungkinan kotor karena terjadinya misfiring dan butiran logam lelehan yang berada di ruang bakar yang dapat merusak mesin. Sebaiknya diperiksa kesesuaian tingkat panas busi yang dipakai, timing pengapian yang terlalu awal, campuran miskin, pendinginan mesin yang kurang efisien, dan kurangnya pelumasan. High speed glazing Insulator berwarna kekuning-kuningan dan tampak mengkilat. Hal ini menunjukkan bahwa temperatur ruang bakar naik secara tiba-tiba selama akselerasi yang menghentak. Kerak yang normal meleleh dan membentuk suatu lapisan konduktif yang dapat menyebabkan misfiring pada kecepatan tinggi. Sebaiknya busi diganti dengan busi baru dengan tingkat panas yang lebih dingin jika kebiasaan mengemudi dengan akselerasi yang menghentak tetap dilakukan. Detonasi Insulator retak atau pecah. Cara penyetelan celah yang tidak sesuai dapat juga menyebabkan pecahnya ujung insulator dan pecahannya dapat menyebabkan kerusakan piston. Periksa dan yakinkan bahwa nilai oktan (anti knock) bahan bakar sesuai dengan yang dibutuhkan mesin. Hati-hati saat menyetel celah pada busi baru. Pemeriksaan bagian-bagian sistem pengapian perlu dilakukan untuk mengetahui kondisi sistem pengapian. Beberapa alat yang dipersiapkan dalam pemeriksaan ini adalah multitester, feeler gauge, pengukur celah busi, baterai kering 1,5 volt, dan kunci momen (180 kg.cm). beberapa pengecekan yang dilakukan adalah sebagai berikut. 1. Pengetesan bunga api. Pengetesan ini diakukan untuk mengetahui ada tidaknya tegangan yang masuk dari distributor ke tiap-tiap busi. 2. Hidupkan mesin dan periksa menyalanya lampu timing light. Hubungkan timing light pada sebuah busi. Jika timing light tidak menyala periksa sambungan kabelkabel, koil, igniter (jika sistem pengapiannya elektronik), dan distributor.


363


1. Pemeriksaan kabel tegangan tinggi Lepas kabel tegangan tinggi dengan menarik tutup karetnya (jangan menarik kabel tegangan tingginya).

2.

Periksa tahanan kabel tegangan tinggi dengan terminal pada tutup distributor menggunakan ohmmeter. Tahanannya tidak boleh melebihi 25 kohm untuk setiap kabel. Jika melebihi harga tersebut, periksa terminalterminalnya. Ganti kebel tegangan tinggi dan tutup distributor jika diperlukan.

3. Pemeriksaan pada busi Lepas semua busi dari dudukannya kemudian bersihkan dengan pembersih busi atau sikat baja. Periksa keausan elektroda busi, kerusakan ulir, kondisi isolasinya, dan lain-lain. Jika kondisi busi ada kerusakan, ganti busi. Periksa celah busi, jika tidak tepat setel celah busi dengan membengkokan elektroda negatif secara hati-hati. Celah busi 0,8 sampai 1,1 atau sesuaikan dengan spesifikasi kendaraan yang telah diberikan oleh pabrik. Pasang kembali busi dengan momen pengencangan 180 kg.cm atau sesuaikan dengan spesifikasi kendaraannya.


364


4.

Pemeriksaan pada koil (tipe konvensional) Lepas kabel tegangan tinggi dari koil, lepas kabel-kabel yang terhubung dengan distributor. Periksa tahanan kumparan primer dengan ohm meter dengan mengetes terminal positif dan terminal negatif koil. Tahanannya harus 1,3 sampai 1,5 ohm.

5.

Pemeriksaan tahanan kumparan sekunder Periksa tahanan kumparan sekunder dengan mengetes terminal positif dan terminal tegangan tinggi koil. Tahanannya harus menunjukkan 10,7 sampai 14,5 k ohm.

6.

Pemeriksaan tahanan resistor luar Periksa tahanan resistor dengan mengetes kedua terminal resistor. Tahanannya harus berkisar 1,3 dampai 1,5 ohm. Pasang koil dan sambungkan lagi kabel-kabel yang terhubung dengannya dari kunci kontak maupun dari distributor.

7.

Pemeriksaan sumber tegangan Posisikan kunci kontak pada posisi ON, kemudian gunakan voltmeter untuk mengukur tegangan pada terminal resistor (kabel hitam dan kabel merah). Pasang kaki positif tester pada terminal resistor tesebut dan kaki tester lainnya ke massa. Tegangan harus menunjukkan sekitar 12 V.


365


8.

Putar kunci kontak pada posisi start, ukur tegangan antara terminal positif koil dengan massa. Tegangan harus menunjukkan sekitar 12 V. jika kurang dari itu, periksa kunci kontak dan jaringan kabelnya.

9.

Untuk tipe pengapian yang terintegrasi atau koil berada di dalam distributor (IIA integrated ignition assembly). Lepas tutup distributor, rotor dan tutup debu. Lepas seluruh kabel yang terhubung dengan distributor, kemudian periksa tahanan kumparan primer dengan mengukur terminal positif dan terminal negatif koil. Tahanannya harus berkisar 1,2 sampai 1,5 ohm.

10.

Periksa tahanan kumparan sekunder dengan mengukur terminal positif koil dan terminal tegangan tinggi. Tahannya harus berkisar 1,2 sampai 1,5 ohm. Pasang kembali sambungan kabel atau konektor ke distributor.

11.

Periksa igniter dengan terlebih dahulu memposisikan kunci kontak pada posisi ON, kemudian periksa tegangannya dengan menghubungkan kaki positif voltmeter ke terminal positif koil dan kaki negatifnya ke massa. Tegangan harus sekitar 12 V.


366


12.

Periksa power transistor pada igniter dengan menghubungkan kaki positif volt meter ke terminal negatif koil dan kaki negatif volt meter ke massa. Tegangan harus menunjuk sekitar 12 V.

13.

Gunakan sebuah baterai kering 1,5 V untuk mengecek kondisi transistor. Hubungkan terminal positif baterai ke terminal kabel merah jambu dan terminal negatif ke kabel putih. Untuk menghindari kerusakan transistor, jangan memberikan tegangan lebih dari 5 detik.

14.

Bersamaan dengan proses di atas, ukur tegangan antara terminal negatif koil dan massa. Tagangan harus menunjukkan antara 0 sampai 3 V. Jika tegangan tidak sesuai, ganti igniter. Putar kembali kunci kontak pada posisi OFF.


367


Pemeriksaan distributor (tipe konvensional) 1.

Pemeriksaan kontak pemutus Dengan menggunakan feeler gauge ukur celah antara tumit kontak pemutus dengan cam. Celahnya 0,45 mm. Jika tidak sesuai, atur celahnya dengan mengendorkan dua skrup pengikat kemudian geser kontak pemutus sehingga celahnya sesuai dengan yang ditentukan. Kencangkan kembali sekerup tersebut. Bersihkan permukaan kontak pemutus dengan kain yang dibasahi larutan pembersih.

2. Periksa vakum advancer dengan melepas selang vakum pompa vakum ke membran pada vakum advancer. Pada saat terisap, vakum advancer harus bergerak. Jika vakum advancer tidak bekerja periksa dang anti jika diperlukan.

3.


Periksa sentrifugal advancer dengan memutar rotor ke arah berlawanan dengan arah jarum jam (jika saat bekerja rotor berputar searah jarum jam). Rotor harus dapat kembali dengan cepat ke arah jarum jam berputar atau berlawanan dengan arah saat memutar rotor untuk menguji sentrifugal advancer. Pastikan bahwa rotor tidak terlalu longgar.

368


Pemeriksaan distributor untuk tipe IIA 1.

Periksa celah udara dengan menggunakan feeler gauge di antara sinyal rotor dan inti pick up koil. Celahnya harus antara 0,2 sampai 0,4 mm.

2.

Periksa tahanan pada kumparan pick up coil. Besar tahanannya adalah 140 sampai 180 ohm. Jika besarnya tahanan tidak sesuai dengan yang ditentukan, ganti pick up koil.

4.

Pemeriksaan vakum advancer. Dengan melepas selang vakum, hubungkan slang vakum ke pompa vakum. Vakum advancer harus bergerak. Jika tidak bekerja, periksa vakum advancer atau ganti vakum advancer,


369


5.

Pemeriksaan sentrifugal advancer Putar rotor berlawanan dengan arah jarum jam. Pastikan bahwa rotor dapat kebali dengan cepat se arah jarum jam. Yakinkan bahwa rotor tidak terlalu longgar.

Pembongkaran distributor 1.

2.

Lepas kontak pemutus pada distributor dan dudukannya sehingga sentrifugal advancer dapat terlihat dengan jelas. Lepas pegas sentrifugal advancer dengan obeng kecil secara hati-hati agar pegas tidak rusak karena bisa menyebabkan berubahnya karakteristik pemajuan saat pengapian. Dalam pemasangan kembali pegas, harus dengan hati-hati juga agar tidak merusak pegas.

Melepas / memasang cam Untuk melepas, keluarkan penutup gemuk yang ada pada poros cam kemudian buka sekerup pada bagian atas poros advancer. Tarik cam keluar sehingga dapat terlepas. Untuk memasang kembali, pastikan bahwa gemuk yang dipakai pada poros setelah pemasangan adalah gemuk suhu tinggi.

3. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

370


4.

Pemeriksaan dan penggantian distributor Periksa breaker plate atau plat dudukan platina dengan memutar breaker plate dan pastikan bahwa ada sedikit tahanan. Jika tahanannya kuat atau macet, ganti breaker plate. Periksa poros governor dan rumahnya, pastikan tidak ada keausan , macet atau rusak.

5.

Periksa kontak pemutus dari keausan atau kerusakan. Ganti jika diperlukan. Gunakan feeler gauge untuk menyetel celah tumit kontak pemutus kemudian kencangkan baut pengikatnya. Celah tumit kontak pemutus adalah 0,45 mm.

6.

Pasang distributor Posisikan silinder 1 pada top kompresi (TMA) dengan terlebih dahulu melepas busi nomor 1. tutup lubang busi dengan jari kemudian putar poros engkol searah dengan putaran mesin. Jika terasa ada tekanan pada jari, maka ini berarti silinder 1 dalam posisi kompresi / TMA. Jika belum ada tekanan, ulangi proses tersebut.


371


7. Pasang distributor Lumasi O ring dengan minyak pelumas mesin

8.

Luruskan tonjolan yang ada pada rumah (housing) dengan alur pada kopling poros distributor

9.

Masukan distributor dengan meluruskan tonjolan dengan mur tutup kepala silinder dan keraskan sedikit baut pengikatnya. Pasang kabel tegangan tinggi dengan urutan penyalaan 1 – 3 – 4 – 2. Setel sudut dwell dan saat pengapian.

Sistem pengapian yang digunakan pada kendaraan terdiri dari beberapa model, mulai tipe konvensional, tipe elektronik, dan tipe sistem pengapian yang dikontrol komputer. Tabel berikut menjelaskan perbandingan beberapa model sistem pengapian.


372


9.6. Perbandingan Sistem Pengapian Tabel berikut memberikan gambaran perbandingan antara sistem pengapian konvensional, sistem pengapian transistor, dan sistem pengapian terkontrol komputer. Tabel. 9.2 Perbandingan sistem pengapian Kontak pemutus Pada kecepatan tinggi tidak stabil Terjadi percikan api pada kontak pemutus sehingga harus diperiksa dan diganti secara berkala Bila vacuum dan centrifugal advancer tidak normal, maka pengapian mesin kurang pas

Full transistor Unjuk kerja pada kecepatan rendah dan tinggi cukup baik Tidak mempunyai kontak pemutus, maka tidak diperlukan lagi pemeriksaan dan penyetelan Sama seperti gajala yang terjadi pada jenis kontak pemutus

Kontrol komputer Unjuk kerja pada kecepatan rendah dan tinggi sangat baik. Tidak mempunyai kontak pemutus, maka tidak diperlukan lagi pemeriksaan dan penyetelan Karena waktu pengapiannya diatur oleh komputer, maka sangat efisien.

Sistem pengapian dengan kontrol komputer menggunakan metode mendeteksi kondisi kerja mesin menggunakan berbagai sensor dan input ke komputer (ECU), kemudian komputer menghitung waktu pengapian dan mengirimkan sinyal arus primer ke power transistor untuk menginduksikan tegangan tinggi ke ignition coil. 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; 1. Api pembakarannya sangat stabil pada kecepatan rendah dan tinggi. 2. Ketika terjadi knocking, waktu pengapiannya secara otomatis dimundurkan untuk menekan knocking. 3. Mendeteksi kondisi mesin, mesin dikontrol melalui pengoptimalan waktu pengapiannya. 4. Apabila menggunakan ignition coil yang outputnya tinggi, maka pembakarannya dapat sempurna.


373


Tabel 9.3. Perbandingan struktur masing-masing sistem pengapian Kontak pemutus

Full transistor

Kontrol komputer Arus primer pada power transistor diputus oleh computer.

Arus primer diputus oleh contact point.

Arus primer diputus melalui switching pada transistor.

Koil yang dipakai adalah tipe open magnetic circuit

Koil yang dipakai adalah tipe open magnetic circuit

Koil yang dipakai adalah tipe Mold

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

Signalnya dihasilkan dari pemutusan cahaya melalui putaran disk yang dipasang pada distributor shaft diantara LED dan photo diode atau sensor Ne, G dan ECM

Status buka-tutup contact point dilakukan oleh cam yang ada pada poros distributor.

9.7. Ringkasan Sistem pengapian digunakan untuk menghasilkan percikan bungan api yang kuat dan pada saat yang tepat untuk membakar campuran udara dan bahan bakar di dalam ruang bakar. Sistem pengapian yang baik akan menghasilkan performa engine yang baik sehingga kondisi sistem pengapian harus selalu dijaga. Penyetelan celah kontak pemutus yang tidak tepat menyebabkan kurang optimumnya medan magnet yang terbentuk pada koil sehingga dapat mempengaruhi besar kecilnya api pada busi. Beberapa syarat dari sistem pengapian adalah 1) sistem pengapian harus mempunyai suatu sumber energi, 2) sistem pengapian harus mampu mensuplai arus yang cukup (ke koil) untuk menghasilkan medan magnet yang kuat untuk mendapatkan energi yang tinggi sehingga dapat menghasilkan bunga api untuk membakar campuran udara bahan bakar di dalam ruang bakar, 3) sistem pengapian harus menghasilkan tegangan puncak yang lebih tinggi dari pada syarat batas tegangan busi pada semua tingkat kecepatan, 4) durasi loncatan api harus cukup lama dengan energi yang cukup untuk menjamin terjadinya penyalaan campuran udara dan bahan bakar, 5) sistem pengapian harus mendistribusikan tegangan tinggi ke tiap busi pada saat yang tepat dalam tiap siklus, 6) sistem pengapian harus mempunyai ketahanan yang cukup untuk menahan getaran dan panas yang dihasilkan oleh mesin. Sistem pengapian elektronik memanfaatkan kerja transistor untuk memutus dan mengalirkan arus primer koil. Kerja transistor ini dikontrol oleh pulsa tegangan yang berasal dari pembangkit pulsa yang telah dikuatkan untuk mentriger transistor. Sinyal tegangan ini biasanya dihasilkan dari beberapa macam, yaitu tipe induktif (medan magnet dan kumparan), tipe efek Hall (semikonduktor dan magnet), dan model infra merah atau model cahaya. Sinyal tegangan yang dihasilkan masih sangat lemah sehingga tidak bisa langsung dimanfaatkan untuk memicu kerja transistor sehingga perlu dikuatkan olah bagian penguat. Sinyal tegangan yang sudah kuat kemudian digunakan untuk memicu transistor sehingga dapat bekerja ON dan OFF untuk mengalirkan dan memutus arus primer koil. Sistem pengapian CDI bekerja dengan memanfaatkan kerja pengisian dan pembuangan muatan kapasitor. Tegangan yang diisikan ke kapasitor adalah tegangan Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

374


tinggi (300 – 500 volt). Pada sistem pengapian ini tegangan baterai dinaikan oleh rangkaian converter untuk mencapai tegangan tinggi tersebut. Proses pembuangan muatan kapasitor terjadi pada saat terjadi rangkaian tertutup kapasitor dan kumparan primer koil melalui thyristor. Pada sistem CDI, koil masih digunakan tetapi fungsinya hanya sebagai transformator tegangan tinggi, tidak untuk menyimpan energi. Sebagai pengganti, sebuah kapasitor digunakan sebagai penyimpan energi. Dalam sistem ini kapasitor diisi (charged) dengan tegangan tinggi sekitar 300 V sampai 500 V, dan pada saat sistem bekerja (triggered), kapasitor tersebut membuang (discharge) energinya ke kumparan primer koil pengapian. Koil tersebut menaikan tegangan (dari pembuangan muatan kapasitor) menjadi tegangan yang lebih tinggi pada kumparan sekunder untuk menghasilkan percikan api pada busi. Sistem pengapian terkontrol komputer (ESA) merupakan sistem pengapian yang proses pemajuan dan pemunduran saat pengapian dikontrol oleh komputer. Sistem pengapian model ini terdiri dari beberapa model, yaitu sistem pengapian ESA dengan distributor, sistem pengapian ESA tanpa distributor (DLI), sistem pengapian langsung (DIS), dan sistem pengapian i-DSI. Pengontrolan pengapian dilakukan oleh komputer (electronic control unit) yang juga sebagai pengontrol sistem penginjeksian bahan bakar. Pengontrolan ini terutama pada sistem pemajuan atau pemunduran saat pengapian (ignition timing) yang disesuaikan dengan kondisi kerja engine. Pada sistem pengapian yang dikontrol komputer, engine dilayani dengan sistem pengapian yang sangat mendekati karakteristik saat pengapian yang ideal. Komputer unit menentukan saat pengapian berdasarkan masukan-masukan dari sensor dan memori internalnya yang memiliki data saat pengapian yang optimal untuk setiap kondisi putaran engine. 9.8. Soal-soal Latihan 1. Gambar rangkaian sistem pengisian konvensional dan diskusikan dengan teman cara kerjanya. 2. Diskusikan bersama teman pengaruh penyetelan celah kontak pemutus yang terlalu besar atau terlalu kecil, buat ringkasan hasil diskusinya 3. Buat ulasan mengapa tegangan baterai 12 volt dapat berubah menjadi tegangan tinggi lebih dari 10000 volt. 4. Uraikan pendapat anda mengapa pada sistem pengapian konvensional harus dipasang kondensor. 5. Jelaskan fungsi vakum dan sentrifugal advancer 6. Apa efek dari celah kontak pemutus yang sudah aus? 7. Gambar dan jelaskan cara kerja rangkaian sistem pengapian 8. Bagaimana kondensor pada sistem pengapian bekerja? 9. Jelaskan fungsi resistor pada koil sistem pengapian 10. Tentukan berapa tegangan sekunder koil jika arus primer koil sebesar 3 amper. 11. Jelaskan tentang Hall effect 12. Jelaskan kerja dari DC to DC converter 13. Jelaskan proses pengisian dan pembuangan muatan kapasitor pada sistem pengapian CDI 14. Jelaskan perbedaan atau persamaan proses pembangkitan tegangan tinggi koil pada sistem pengapian konvensional dan transistor 15. Jelaskan tentang pembangkitan pulsa pada sistem induktif.


375


16. Gambar dan diskusikan bersama teman diagram blok prinsip kerja sistem pengapian ESA 17. Analisalah kaitan antara sensor-sensor yang ada pada engine dengan sistem pengapian 18. Buat analisis jika sinyal IGF tidak keluar dari sistem pengapian. 19. Jelaskan proses penyalaan busi pada sistem pengapian i-DSI. 20. Sebutkan langkah-langkah dalam pemeriksaan distributor 21. Jelaskan langkah-langkah pemeriksaan pada sistem pengapian.


376

Gambar 9.1. Sistem pengapian

Recommend Documents