SISTEM PENGAPIAN BATERAI
Uraian
Motor pembakaran dalam (internal combustion engine) menghasilkan tenaga dengan jalan membakar campuran udara dan bahan bakar di dalam silinder. Pada motor bensin, loncatan bunga api pada busi diperlukan untuk menyalakan campuran udara-bahan bakar yang telah dikompresikan oleh torak di dalam silinder. Sedangkan pada mesin diesel udara dikompreikan dengan tekanan yang tinggi sehingga menjadi sangat panas dan bila bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder akan terbakar secara serentak.Karena pada motor bensin proses pembakaran dimulai oleh loncatan api tegangan tinggi yang dihasilkan oleh busi, beberapa metode diperlukan untuk menghasilkan arus tegangan tinggi yang diperlukan.
Sistem pengapian (ignition system) pada automobile berfungsi untuk menaikkan tegangan baterai menjadi 10 KV atau lebih dengan mempergunakan ignition coil dan kemudian membagi-bagikan tegangan tinggi tersebut ke masing-masing busi melalui distributor dan kabel tegangan tinggi. Tipe sistem pengapian baterai ini dipergunakan pada seluruh motor bensin untuk mobil modern.
Sistem pengapian baterai biasanya terdiri dari baterai, ignition coil, distributor, kabel tegangan tinggi dan busi.
Pada saat ini akan menerangkan mengenai sistem pengapian konvensional.
SISTEM PENGAPIAN BATERAI
A. FUNGSI BAGIAN KOMPONEN
1. Baterai
Menyediakan arus listrik tegangan rendah (biasanya 12V) untuk ignition coil
2. Ignition Coil
Menaikkan tegangan yang diterima dari baterai menjadi tegangan tinggi yang diperlukan untuk pengapian
3. Distributor
1) Cam (nok)
Membuka breaker point (platina) pada sudut crankshaft (poros engkol) yang tepat untuk masing-masing silinder.
2) Breaker Point (Platina)
Memutuskan arus listrik yang mengalir melalui kumparan primer dari ignition coil untuk menghasilkan arus listrik tegangan tinggi pada kumparan sekunder dengan jalan (cara) induksi magnet listrik (electromagnetic induction).
3) Capasitor/Condenser
Menyerap loncatan bunga api yang terjadi antara breaker point (pada platina) pada saat membuka dengan tujuan untuk menaikkan tegangan coil sekunder.
4) Centrifugal Governer Advancer
Memajukan saat pengapian sesuai dengan putaran mesin
5) Vacuum Advancer
Memajukan saat pengapian sesuai dengan beban mesin (vakum intake manipol).
6) Rotor
Membagikan arus listrik tegangan tinggi yang dihasilkan oleh ignition coil ke tiap-tiap busi.
7) Distributor Cap
Membagikan arus listrik tegangan tinggi dari rotor ke kabel tegangan tinggi untuk masing-masing silinder.
4. Kabel Tegangan Tinggi (High Tension Cord)
Mengalirkan arus listrik tegangan tinggi dari ignition coil ke busi.
5. Busi
Mengeluarkan arus listrik tegangan tinggi menjadi loncatan bunga api melalui electrodanya.
B. IGNITION COIL
Ignition coil berfungsi untuk merubah arus listrik 12V yang diterima dari baterai menjadi tegangan tinggi (10 KV atau lebih) untuk menghasilkan loncatan bunga api pada celah busi.
Pada ignition coil, kumparan primer dan sekunder digulung pada inti besi. Kumparan ini akan menaikkan tegangan yang diterima dari baterai menjadi tegangan yang sangat tinggi melalui (dengan cara) induksi elektromagnetik/induksi magnet listrik (induksi sendiri dan induksi bersama).
1. Konstruksi
Inti besi (core), yang dikelilingi oleh kumparan, terbuat dari baja silicon tipis yang digulung ketat.Kumparan sekunder terbuat dari kawat tembaga tipis (Φ 0,05-0,1 mm) yang digulung 15.000 sampai 30.000 kali lilitan pada inti besi, sedangkan kumparan primer terbuat dari kawat tembaga yang relatif tebal (Φ 0,5-1 mm) yang digulung 150 sampai 300 kali lilitan mengelilingi kumparan sekunder.Untuk mecegah terjadinya hubungan singkat (short sirkuit) antara lapisan kumparan yang berdekatan, antara lapisan satu dengan lapisan yang lain disekat dengan kertas yang mempunyai tahanan sekat yang tinggi.
Seluruh ruangan kosong didalam tabung kumparan di isi dengan minyak atau camuran penyekat untuk menambah daya tahan terhadap panas.
Salah satu ujung dari kumparan primer dihubungkan dengan terminal negatif primer, sedangkan ujung yang lain dihubungkan dengan terminal positif pimer. Kumparan sekunder dihubungkan dengan cara serupa, dimana salah satu ujungnya dihubungkan dengan kumparan primer lewat (pada) terminal positif primer, sedangkan ujung yang lain dihubungkan dengan terminal tegangan tinggi melalui pegas. Kedua kumparan digulung dengan arah yang sama, dengan kumparan primer berada pada bagian luar.
GAMBAR PENAMPANG IGNITION COIL
HUBUNGAN IGNITION COIL
2. Distributor
Fungsi distributor dapat dibagi dalam 4 bagian seperti berikut ini
1. Bagian Pemutus (arus)
Pada bagian ini terdiri dari breaker point (atau biasa disebut contact point atau “point” saja), camlobe (nok) dan kondenser.
Fungsi breaker point adalah untuk memutuskan arus listrik dan menghubungkannya dari kumparan primer coil ke massa agar terjadi induksi pada kumparan sekunder coil. Induksi terjadi pada saat breaker point diputus atau terbuka.
Fungsi camlobe untuk mengungkit breaker point agar dapat memutus dan menghubungkan arus listrik pada kumparan primer coil.
Condenser berfungsi untuk menghilangkan atau mencegah terjadinya loncatan api atau bunga api listrik pada breaker point, konstruksinya dapat dilihat pada gambar dibawah. Kemampuan dari suatu kondenser dapat ditunjukkan dengan berapa besar kapasitasnya. Kapastas kondenser diukur mikro farad (
f). Pada kendaraan Toyota, kondenser yang dipergunakan ada tiga macam yaitu:
Condenser dengan kabel wana hijau, kapasitasnya adalah 0,15 f. Condemser dengan kabel warna kuning, kapasitasnya adalah 0,22 f. Condenser dengan kabel warna biru, kapasitasnya adalah 0,25 f. Terbakarnya breaker point sering juga diakibatkan oleh condenser yang tidak sesuai dengan kapasitas atau kapasitanya tidak normal.
2. Bagian Distributor
Bagian ini berfungsi membagi-bagikan (mendistribusikan) arus tegangan tinggi yang dihasilkan (dibangkitkan) oleh kumparan sekunder pada ignition coil ke busi pada tiap-tiap silinder sesuai dengan urutan pengapian (ignition order). Bagian ini terdiri dari tutup distributor dan rotor.
3. Bagian Governer Advancer
Bagian ini berfungsi untuk memajukan saat pengapian dengan pertambahan putaran mesin. Bagian ini terdiri dari governer weight dan governer spring (pegas governer).
Gambat dibawah menunjukkan konstruksi dari Governer Advancer
SEBELUM KERJA
SAAT KERJA
4. Bagian Vakum Advancer
Bagian ini berfungi untuk memundurkan atau memajukan saat pengapian pada saat beban mesin bertambah atau berkurang.
Bagian ini terdiri dari breaker plate dan vakum advancer, yang akan bekerja atas dasar kevakuman yang terjadi di dalam intake manifold.
SEBELUM KERJA
SAAT KERJA
C. KABEL TEGANGAN TINGGI
Kabel tegangan tinggi (High Tension Cord) harus mampu mengalirkan arus listrik tegangan tinggi yang dihasilkan di dalam ignition coil ke busi-busi melalui distributor tanpa adanya kebocoran. Oleh sebab itu penghantar (core) dibungkus dengan insulator karet yang tebal seperti tampak [ada gambar dibawah untuk mencegah terjadinya kebocoran arus listrik tegangan tinggi. Insulator karet (rubber insulator) kemudian di lapisi oleh pembungkus (sheath). Kabael resistive terbuat dari fiber glass yang dipadu (dicampur) dengan carbon dan karet sintesis yang digunakan sebagai core untuk memberikan peregangan yang cukup kuat untuk merdam bunyi pengapian (ignition noise) pada radio. Tanda tahanan dicetak pada permukaan pembungkis (sheath) sebagai pertnada bahwa inti dari kabel tegangan tinggi adalah kabel bertahan (resistive wire).
Sirkuit terbuka atau hubungan yang kurang baik dari kabel tegangan tinggi yang dapat diketahui dengan mengukur tahanan inti (core) seperti terlihat pada gambar berikut.
PEMERIKSAAN KABEL TEGANGAN TINGGI
Karet sintesis yang digunakan sebagau core untuk memberikan peregangan yang cukup dan untuk meredam bunyi pengapian (ignition noise) pada radio. Tanda tahanan dicetak pada permukaan pembungkus (sheath) sebagai pertanda bahwa inti dari kabel tegangan tinggi adalah kabel bertahan (resistive wire).
D. BUSI
Arus listrik tegangan tinggi dari distributor menimbulkan (membangkitkan) bunga api dengan tenperatur tinggi diantara elektroda tengah dan masa dari busi untuk menyalakan campuran udara-bahan bakar yang telah dikompresikan. Meskipun konstrukdi dari busi sederhana, tetapi busi tersebut beroperasi pada kondisi yang sangat berat. Temperatur elektroda busi dapat mencapai kira-kira 2000°C (3632°F) selama langkah pembakaran (kerja), tetapi kemudian akan turun drastis pada langkah hisap karena didinginkan oleh campuran udara dan bahan bakar. Perubahan yang sangat cepat dari panas ke dingin tersebut terjadi berulang-ulang kali pada setiap dua putaran poros enkol.
Lebih jauh lagi, tekanan di dalam silinder juga bervariasi antara 1 atm (760 mmHg atau 29,92 in Hg atau 101,33 kPa) pada saat langkah hisap, tetapi kemudian naik mencapai 45 atm pada langkah pembakaran (kerja).
Busi harus bisa menjaga kemampuan penyalaan untuk jangka waktu yang lama, meskipun mengalami temperatur yang tinggi dan perubahan tekanan, dan menjaga tahanan insulator dari tegangan tinggi antara 10-30 KV.
1. Konstruksi
Komponen utama busi yaitu insulator, casing, dan elektroda tengah.
1) Insulator Keramik
Insulator keramik (ceramic insulator) berfungsi untuk memegang elektroda tengah dan berguna sebagai insulator antara elektroda tengan dan casing. Gelombang yang dibuat pada permukaan inslulator keramik dibuat untuk memperpanjang jarak permukaan antara terminal dan cassing untuk mencegah terjadinya loncatan bunga api tegangan tinggi.
Insulator terbuat dari porselen aluminium murni yang mempunyai daya tahan panas yang sangat baik, kekuatan mekanikal kekuatan dielektrik pada temperatur tinggi dan penghantar panas.
2) casing
Casing berfungsi untuk menyangga insulator keramik dan juga sebagai mounting busi terhadap mesin.
3) elektroda Tengah
Elektroda tengah terdiri dari komponen-komponen:
· Sumbu pusat (center shaft): meangalirkan arus dan merdiasikan panas yang ditimbulkan oleh elektroda.
· Seal gas (kaca): membuat kerapatan /merapatkan (untuk menghindari kebocoran udara), antara insulatos keramik dan center shaft dan mengikat antara center shaft dan elektroda tengah.
· Resistor: menguarangi suara pengapian untuk mengurangi gangguan frekuensi radio.
· Coper core (inti tembaga): merambatkan panas dari elektroda tengah dan ujung insulator agar cepat radiasi/dingin.
· Elektroda tengah: membangkitkan loncatan bunga api ke masa (elektroda masa).
4) Elektroda masa
Elektroda masa dibuat sama dengan elektroda tengah. Alur U (U-groove), alur V (V-groove) dan bentuk khusus dari elektroda yang lain dibuat dengan tujuan agar memudahkan loncatan bunga api agar menaikkan kemampuan pengapian.
ELEKTRODA BUSI
2. Nilai Panas
Yang dimaksud dengan nilai panas (heat range) busi adalah kemampuan meradiasikan sejumlah panas oleh busi. Busi yang meradiasikan panas lebih banyak disebut “busi dingin”, sebab busi tersebut akan tetap dinginm sedangkan busi yang meradiasikan panas yang sedikit disebut “pusi panas” karena busi tersebut menahan panas.
Batas operasional terendah dari busi adalah self-cleaning temperatur (pada kondisi ini busi akan bersih dengan sendirinya), sedangkan batas tertinggi adalah pre-ignition temperature (pada kondisi ini dapat terjadi pre-ignition). Busi akan mempunyai kemampuan maksimum bila elektroda tengahnya mempunyai temperatur antara 450°C dan 950°C (842°F dan 1724°F).
ü Self-cleaning Temperature
Bila temperatur elektro tengah kurang dai 450°C (842°F), carbon akan terbentuk disebabkan karena adanya pembakaran yang tidak sempurna yang menempel pada permukaan penyekat (insulation) porselen, yang akhirnya akan mengurangi tahanan penyekat (insulation) antara insulator dan casing (rumah busi).
Akibatnya, tegangan tinggi yang diberikan ke elektroda akan langsung ke casing (masa) tanpa terjadinya loncatan bunga api pada celah busi dan disebut misfring.
Temperatur 450°C (842°F) atau lebih diperlukan untuk menyempurnakan pembakaran terhadap sisa (endapan) carbon pada insulator noise. Temperatur ini disebut self-cleaning temperature.
ü Pre-ignition Temperatur
Bila temperatur elektroda tengah lebih dari 950°C (1724°F), maka elektroda sendiri akan merupakan sumber panas yang dapat menimbulkan terjadinya penyalaan sebelum busi bekerja. Ini disebut dengan pre-igniton.
Bila pre-igniton terjadi, maka output mesin akan menurun disebakan oleh saat penyalaan yang tidak tepat, dan elektroda atau torak mungkin akan berhubung atau meleleh sebagian. Oleh sebab itu, temperatur elektroda harus diusahakan di bawah 950°C (1724°F).
ü Panjang Ujung Insulator dan Nilai Panas (Heat Range)
Panjang ujung insulator (T) dari busi dingin dan busi panas dapat dibedakan sebagai berikut:
Busi dingin mempunyai ujung insulator yang lebih pendek seperti tampak pada gambar di bawah ini. Karena permukaan yang bersinggungan dengan api kecil dan jalur radiasi (perambatan) panasnya pendek, maka perambatan panas sangat baik dan temperatur elektroda tengah tidak akan naik terlalu tinggi.
Sedangkan busi panas mempunyai ujung insulator yang panjang dan permukaan singgung dengan api yang luas, sehingga jalur perambatan panas menjadi panjang dan radiasi panas menjadi kecil. Akibatnya, temperatur elektroda tengah menjadi naik dan temperatur self cleaning dapat dicapai dengan lebih cepat daripada busi tipe dingin meskipun pada putaran lambat.
3. Busi Tipe Resistor
Gelombang elektromagnet frekuensi yang tinggi (high frequency electromagnetic wave) yang ditimbulkan oleh loncatan pengapian menyebabkan terjadinya interferensi radio yang dipasang pada mobil tersebut, maupun radio-radio yang dipasangkan pada mobil lain dan peralatan telekomunikasi lain. Untuk mencegah hal tersebut, sebuah resistor (kira-kira 5 kilo ohm) dipasangkan/disisipkan pada elektroda tengah dekat dengan daerah loncatan api untuk memperlemah gelombang-gelombang elektromagnet yang terjadi.
Bila diperlukan untuk menggunakan busi tipe resistor, pergunakan selalu tipe yang telah ditentukan saat melakukan penggantian
4. Busi dengan Elektroda yang Menonjol
Busi dengan ujung insulator yang menonjol keluar dari casing disebut dengan busi elektroda yang menonjol (projecting electrode spark plug). Karena busi tipe ini menonjol ke dalam ruang bakar, maka kemungkinan pencahayaan (exposure) terhadap molekul-molekul bensin di dalam campuran udara bahan bakar akan bertambah, sehingga menyempurnakan kemampuan pengapian.
5. Busi dengan Ujung Platina
Ujung elektroda tengah dan elektroda massa yang berhadapan di tutup (dilapisi) dengan lapisan tipis platina untuk memperpanjang usia busi. Busi tipe ini di pasang pada mesin-mesin yang dilengkapi dengan peralatan-peralatan emission control.
Untuk mempermudah membedakan busi tipe ini dengan busi biasa, busi dengan ujung platina mempunyai 5 buah garis biru tua pada insulatornya.
6. Sistem Kode Busi
Busi diberi kode dengan huruf dan angka. Sistem kode yan digunakan berbeda-beda bergantung pabrik pembuatnya. Sistem kode busi yang dibuat oleh NO dan NGK yang digunakan pada mesin-mesin Toyota seperti diuraikan dibawah ini.
p f
i 
i f 
f 
