BAB 9 - Cronyos

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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
317
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
322
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
323
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
327
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
(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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
328
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
(a)
(b)
(c)
Gambar 9.27. Susunan komponen sistem pengapian konvensional
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
329
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
335
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
(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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
338
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
340
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
345
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
346
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
(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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
347
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
348
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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 Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
351
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
354
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
356
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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 Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
359
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
360
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
361
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
362
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
363
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
364
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
365
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
366
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
367
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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,
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
369
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
371
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
372
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
373
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
375
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan
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.
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
376