1. Sistem Pengapian Konvensional
Pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang dikompresikan, terjadi di dalam silinder. Daya diperoleh dari pemuaian gas pembakaran tersebut. Sistem pengapian merupakan sumber bunga api yang manyebabkan ledakan campuran bahan bakardan udara tersebut
Gambar 1. 1 Rangkain Pengapian Konvensional
Syarat – syarat sistem pengapian dalam silinder 1. Tekanan kompresi yang tinggi
2. Saat pengapian yang tepat dan bunga api yang kuat 3. Campuran bahan bakar dan udara yang baik
Fungsi dasar sistem pengapian ialah untuk membangkitkan bunga api yang dapat membakar campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder, oleh karena itu syarat-syarat berikut harus dipenuhi :
a. Bunga api yang kuat
Pada saat campuran bahan bakar-udara dikompresikan di dalam silinder, sangat sulit bagi bunga api untuk-melewati udara (ini disebabkan udara mempunyai tahanan listrik dan tahanan ini naik pada saat udara dikompresikan).
Dengan alasan ini, maka tegangan yang diberikan pada busi harus cukup tinggi untuk dapat membangkitkan bunga api yang kuat, diantara elektroda busi
b. Saat pengapian yang tepat
Untuk memperoleh pembakaran campuran bahan bakar-udara yang paling efektif, harus dilengkapi beberapa peralatan tambahan yang dapat merubah rubah saat pengapian sesuai dengan putaran dan beban mesin (perubahan sudut poros engkol dimana masing-masing busi menyala).
c. Ketahanan yang cukup
Apabila sistem pengapian tidak bekerja, maka mesin akan mati. Oleh karena itu sistem pengapian harus mempunyai ketahanan yang cukup untuk menahan getaran dan panas yang dibangkitkan oleh mesin, demikian juga tegangan tinggi yang dibangkitkan oleh sistem pengapian itu sendiri.
Coil Pengapian
Prinsip pembangkitan Tegangan tinggi
1. Self induction effect
Medan magnet akan dibangkitkan pada saat arus mengalir melalui kumparan. Akibatnya, EMF (electromotive force) dibangkitkan dan menghasilkan garis gaya magnet (magnetic flux) dengan arah yang berlawanan dengan pembentukan garis-garis gaya magnet dalam kumparan (coil). Oleh karena itu arus tidak akan mengalir seketika pada saat dialirkan ke kumparan tetapi membutuhkan waktu untuk menaikkan arus tersebut.
Bila arus mengalir dalam sebuah kumparan dan kemudian arus diputuskan tiba-tiba, maka EMF akan dibangkitkan dalam kumparan dengan arah dimana arus cenderung mengalir (arah yang merintangi hilangnya garis gaya magnet). Dengan cara ini, bila arus mulai mengalir ke kumparan, atau bila arus diputuskan, maka kumparan membangkitkan EMF
yang bekerja melawan perubahan garis gaya magnet pada kumparan. Inilah yang disebut "self induction effect".
2. Mutual induction effect
Apabila dua kumparan disusun dalam satu garis dan besarnya arus yang mengalir pada satu kumparan (kumparan primer) dirubah, maka EMF akan bangkit pada kumparan lainnya (kumparan sekunder) dengan arah melawan perubahan garis gaya magnet pada kumparan primer. Inldisebut "mutual induction effect".
Pada gambar di bawah, bila arus tetap mengalir pada kumparan primer, maka tidak akan terjadi perubahan garis gaya magnet, dengan demikian tidak ada EMF yang bangkit pada kumparan sekunder (secondary coil).
Pada saat switch diputuskan, aliran arus pada kumparan primer (primary coil) juga diputuskan garis gaya magnet yang telah terbentuk sampai saat itu tiba- tiba menghilang, sehingga pada kumparan sekunder bangkitlah EMF dengan arah melawan kehilangan fluksi magnet.
Sebaliknya apabila switch dihubungkan kembali, maka pada kumparan sekunder akan dibangkitkan EMF dengan arah yang berlawanan dengan pembentukan garis gaya magnet (magnetic flux) pada kumparan primer. (Ini berlawanan dengan yang terjadi bila arus diputuskan).Ignition coil membangkitkan aliran yang bertegangan tinggi secara mutual induction, yang terjadi pada saat arus primer tiba-tiba diputuskan dengan membuka breaker point.
Hubungan antara kumparan primer dan kumparan sekunder diperlihatkan pada gambar berikut.
Gambar 1. 4. Induksi dalam rangkaian coil sesudah kunci kontak OFF
Besarnya arus (garis gaya magnet) juga berubah pada saat titik kontak tertutup, tetapi karena arus tidak segera mengalir dalam kumparan karena adanya self-inductance, maka perubahan banyaknya garis gaya magnet terjadi secara bertahap dan tegangan yang terinduksi pada kumparan sekunder tidak mencapai discharge voltage.
Gambar 1. 5 Arus primer dan tegangan pada lilitan sekender
Besarnya EMF ditentukan oleh tiga faktor berikut :
(1) Banyaknya garis gaya magnet
Semakin banyak garis gaya magnet yang terbentuk dalam kumparan, semakin besar tegangan yang diinduksi.
(2) Banyaknya gulungan kumparan
Semakin banyak lilitan pada kumparan, semakin tinggi tegangan yang diinduksikan.
(3) Tingkat dimana garis gaya magnet berubah
Semakin cepat perubahan banyaknya garis gaya magnet yang dibentuk pada kumparan, semakin tinggi tegangan yang diinduksi.
Untuk memperoleh EMF yang besar dari mutual inductance (tegangan sekunder yang dibangkitkan), maka arus yang masuk pada kumparan primer harus
sebesar mungkin dan pemulusan arus harus secepat mungkin. cara kerja sistem pengapian
1. Breaker point ( Kontak pemutus ) tertutup
Arus dari baterai mengalir melalui terminal positif kumparan primer (primary coil), terminal negatif dan breaker point, selanjutnya ke masa. Akibatnya, garis-garis gaya magnet akan terbentuk disekeliling kumparan :
Gambar 1. 6. Rangkaian pengapian konvensional kontak pemutus posisi tertutup.
2. Breaker point ( Kontak Pemutus ) terbuka
Bila poros engkol memutarkan cam shaft sehingga distributor cam membuka breaker point, menyebabkan arus yang mengalir melalui kumpran primer tiba- tiba terputus.
Sebagai akibanya, garis-garis gaya magnet yang telah terbentuk pada kumparan primer mulai berkurang. Karena self-induction pada kumparan primer dan mutual induction pada kumparan sekunder, maka EMF akan terbentuk pada tiap kumparan, men- cegah pengurangan garis gaya magnet yang ada.
Gambar 1. 8 Induksi diri pada kumparan primer pada coil.
Self-induction EMF mencapai sekitar 500 V, sedangkan mutual induction EMF mencapai sekitar 30 kV. dan mampu membentuk loncatan bunga api pada busi.
Perubahan garis gaya magnet meningkat apabila pemutus arus semakin singkat, dan mengakibatkan bangkitnya tegangan yang sangat tinggi per satuan waktu
3. Breaker point ( Kontak pemutus ) tertutup kembali
Bila breaker point mulai tertutup kembali,maka arus mulai mengalir pada kumparan primer, dan magnetic flux pada kumparan primer mulai bertambah. Karena terjadi self-induction pada kumparan primer, maka counter EMF akan mencegah penambahan aliran arus secara tiba-tiba dalam kumparan primer
Gambar 1. 9 Gambar posisi platina atau breaker point tertutup.
Sebagai akibatnya, arus tidak bertambah dengan tiba tiba dan hanya mutual induction EMF yang dapat diabaikan terjadi pada kumparan sekunder.
1. Konstruksi koil dengan resistor/tahanan balas
ignition coil dengan resistor mempunyai resistor yang dihubungkan seri terhadap kumparan primer. Bila dibandingkan dengan ignition coil tanpa resis-tor, ignition coil dengan resistor ini mempunyai kelebihan bahwa penurunan tegangan sekunder pada kecepatan tinggi dapat dikurangi. Sebagian besar pro- duk automobil yang menggunakan sistem pengapian
konvensional, menggunakan ignition coil jenis ini. Ignition coil type Ini dibedakan menjadi dua type yaitu : Pertama tipo external resistor dan kedua tipe integrated resistor.
Catatan
Tlpe Ignition coll Integrated resistor mempunyai tiga external terminal, jangan tertukar antara terminal (B) dan terminal positif (+) pada saat membuat rangkaian.
Gambar 1. 11 . Koil dengan resistor dan koil tanpa resistor
Fungsi coil dengan resistor
Bila arus mulai mengalir melalui coil maka arus yang mengalir ini cenderung terhalang oleh efek self- iduction (yang terjadi mulai saat breaker point tertutup sampai tercapai nilai arus jenuh).Oleh karena itu, pada saat aliran arus mulai mengalir pada kumparan primer ignition coil, arus primer naik secara bertahap. Aliran arus semakin lambat bila banyaknya gulungan dalam kumparan bertambah.
Pada ignition coil tanpa resistor, karena waktu menutupnya breaker point agak lama pada kecepatan rendah, aliran arus (i1) mencukupi, sehingga diperoleh tegangan sekunder yang cukup tinggi. Akan tetapi pada saat kecepatan mesin tinggi, saat menutupnya breaker point menjadi singkat dan alirah arus primer (i1) kurang mencukupi, sehingga mengakibatkan tegangan sekunder menjadi rendah. Pada ignition coil dengan resistor, banyaknya gulungan pada kumparan dikurangi, yang berarti mengurangi kecenderungan bertambahnya hambatan arus oleh self-induction. Oleh karena itu kenaikan tegangan primer semakin cepat. Dengan cara ini, aliran arus (i2) mencukupi meskipun pada kecepatan tinggi dan penurunan tegangan sekunder dapat dicegah
Catatan:
BII tipe coil dengan external resistor dipergunakan tanpa resistor, akan mengalir arus yang terlalu berlebihan pada kumparan primer, jadi pastikan bahwa resistor telah dihubungkan dengan benar.
Keuntungan lain dari penggunaan ignition coil dengan resistor ialah mempermudah start mesin. Karena arus yang mengalir ke motor starter pada saat engine start cukup besar, maka tegangan baterai akan menurun, mengurangi arus primer pada ignition coil. Akibatnya,
tegangan sekunder menurun dan loncatan bunga api menjadi lemah
Gambar 1. 12 Rangkaian pengapian konvensional dengan menggunakan resistor Untuk mencegah hal ini, resistor dihubungkan bypass seperti pada gambar selama mesin diputarolehmotor starter dengan tujuan untuk memberikan arus langsung pada kumparan primer untuk menghasilkan bunga api yang lebih kuat.Pada saat resistor dihubungkan by pass, maka arus primer naik seperti yang terlihat pada grafik di bawah
Gambar 1. 13 Distributor sistem pengapian
Distributor terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut: Breaker Section Breaker points Damper spring Distributor Section Distributor cap Rotor Ignition advancer Governor advancer Vacuum advancer Octane selector Condenser (Capacitor)
Gambar 1. 14 Bagian bagian dari distributor
Breaker section
1. Cara kerja breaker point
Breaker point membuka dan menutup oleh cam ( nok ) yang dipasang pada poros governor. Poros governor digerakkan oleh camshaft dengan kecepatan setengah dari kecepatan engine. Cam mempunyai cam lobe yang jumlahnya sama dengan jumlah silinder. Pada saat cam berputar, masing-masing cam lobe mendorong breaker arm dan selanjutnya membuka breaker point. Apabila cam terus berputar lebih jauh, maka breaker point akan kembali tertutup karena breaker arm dikembalikan posisirnya oleh breaker arm return spring. Bila cam berputar satu putaran penuh, maka arus yang mengalir pada kumparan primer ignition coil akan terputus berkali-kali sama dengan banyaknya silinder mesin dan selanjutnya akan dihasilkan tegangan tinggi pada gulungan sekunder ignition coil.
2. Persyaratan breaker point
Gambar 1. 15 Jarak platian pada distributor
Permukaan kontak breaker point dapat'terbakar oleh loncatan bunga api tegangan tinggi yang dihasilkan oleh elektromotive force akibat adanya self induction pada kumparan primer dan menimbulkan oksidasi Oleh karena itu breaker point harus diperiksa secara berkala dan diganti bila terjadi oksidasi yang berlebihan atau terjadi hal yang serupa. Breaker point sangat penting untuk memperoleh kemampuan engine yang tinggi, sehingga harus selalu diperiksa dengan memperhatikan hal-hal berikut.
Tahanan kontak pemutus Celah rubbing block Sudut dwell
Tahanan kontak breaker point
Oksidasi yang terjadi pada permukaan yang bersentuhan - pada breaker point akan semakin bertambah semakin buruk sebanding dengan berapa kali point terhubung dan terputus. Bertambahnya lapisan oksidasi pada breaker point membuat breaker point semakin kasar permukaan pointnya dan memperbesar tahanannya. sehingga aliran arus kumparan primer ignition coil menjadi berkurang
Faktor-faktor berikut ini menyebabkan tahanan kontak breaker point semakin bertambah :
1. Oli atau Gemuk Menempel pada Permukaan Kontak
Bila bahan ini melekat pada breaker point, breaker akan hangus oleh adanya busur api, sehingga menambah tahanan kontak. Oleh karena itu, pada saat mengganti breaker point harus diperhatikan agar oli atau gemuk tidak menempel pada breaker point.
2. Titik Kontak Tidak Lurus
Titik kontak yang tidak lurus akan memperkecil permukaan persinggungan titik kontak, sehingga mempercepat oksidasi dan keausan pada permukaan titik kontak.
Oleh karena itu, harus diperhatikan agar breaker arm atau plat dasar breaker point tidak bengkok atau berubah bentuk
Gambar 1. 16 Macam – macam permukaan kontak pemutus.
Catatan
Gemuk disediakan bersama dengan Toyota distributor replacement point kit (breaker point). Pada saat mengganti breaker point, berikan gemuk ini sedikit pada breaker arm dan rubbing block (heel), untuk memperhalus kontak dengan cam, sehingga mengurangi keausan rubbing block. Oleskan dengan hati-hati,
Gambar 1. 17 Fiber pada kontak pemutus
Catatan
Point base plate dari Toyota genuine breaker point mempunyai lubang ditengahnya untuk mencegah permukaannya menjadi kasar disebabkan oleh transfer metal dari satu titik kontak ke titik kontak yang lain sebagai akibat dari oksidasi oleh ada nya busur api diantara titik kontak
Rubbing block gap
Rubbing block gap adalah celah maksimum antara breaker arm rubbing block dengan cam pada saat titik kontak tertutup. Harga ini merupakan spesifikasi ser- vis untuk menentukan celah titik kontak
Gambar 1. 19 Posisi kontak pemutus membuka dan menutup
Sampai saat ini, jarak antara breaker points telah secara umum dipergunakan sebagai spesifikai servis. Pengukuran spesifikasi servis seperti ini dapat menyebabkan oksidasi yang terlalu cepat pada permukaan titik kontak di-sebabkan adanya oil yang menempel pada feeler gauge yang dlgunakan pada saat pengukuran.
Gambar 1. 20 Jarak/gap pada kontak pemutus
Setelah mengganti breaker point, lakukan penyetelan pendahuluan pada celah titik kontaknya dengan mengukur jarak rubbing block seperti terlihat pada gambar di bawah. Setelah penyetelan pendahuluan celah rubbing block ini, selanjutnya perlu diperiksa lagi ketepatan jarak titik kontak dengan mengukur dwell angle (akan dijelaskan kemudian). Pengukuran dwell angle memungkinkan teknisi menemukan kesalahan kecil yang mungkin timbul karena tidak tepatnya jaraK tltlk kontak yang ditentukan berdasarkan jarak rubbing block, dan yang disebabkan oleh tidak tepatnya penyetelan breaker point Jadi penyetelan dwell angle memungkinkan untuk mendapatkan jarak titik kontak yang sangat tepat.
Dwell angle / sudut dwell.
Sudut dwell adalah sudut putaran poros distributor (cam) mulai breaker point tertutup oleh breaker arm spring sampai terbuka oleh cam lobe berikutnya. Bila jarak titik kontak untuk mesin dengan 4 silinder telah disetel dengan tepat sesuai
Gambar 1. 21 Kontak pemutus posisi menutup.
tertutup selama 52° ± 6° putaran cam
Selanjutnya titik kontak akan terus terbuka selama 38° ± 6° putaran cam berikutnya
Gambar 1. 22 Kontak pemutus selama membuka
Jumlah sudut pembukaan dan penutupan ini adalah 90° <=52° ± 38°) berarti breaker point terbuka dan tertutup setiap 1/4 putaran cam.
Dwell angle :
Engine 4 silinder: 52° Engine 6 silinder: 41°
Dwell angle berhubungan dengan celah titik kontak dan saat pembukaan titik kontak (ignition timing) dan ini sangat penting dalam men-tune up mesin untuk memperoleh kemampuan mesin yang terbaik.
1) Celah titik Kontak Terlalu Lebar
Bila celah titik kontak terlalu lebar, maka waktu menutupnya titik kontak akan menjadi terlalu singkat. (Titik kontak akan terlalu cepat membuka dan terlambat nenutup). Akibatnya dwell angke akan menjadi terlalu kecil.
Gambar 1. 23 Kontak pemutus membuka terlalu lebar
2) Blla Tltlk Kontak Terlalu Kecil
Bila celah titik kontak terlalu kecil, maka waktu menutupnya menjadi lebih lama. (Titik kontak akan terlalu lambat membukanya dan cepat menutup). Akibatnya dwell engle akan terlalu besar.Dwell angle yang terlalu besar atauterlalu kecil tidak hanya menyebabkan timing pengapian yang tidak tepat, tetapi juga beberapa problem seperti yang diuraikan berikut ini.
3) Dwell Angle Terlalu Kecil
Sebab waktu titik kontak menutupnya singkat, maka waktu arus mengalir melalui kumparan primer ignition coil menjadi berkurang. Selama kecepatan engine rendah, arus primer masih cukup untuk menoangkitkan bunga api pada busi. Akan tetapi pada saat kecepatan tinggi, arus primer tidak cukup sehingga tegangan induksi pada kumparan sekunder turun dan mengakibatkan penyalaan yang tidak baik (misfiring).
4) Dwell Angle Terlalu Lebar
Bila celah titik kontak kecil, busur (arcing) cenderung terjadi pada saat titik kontak terbuka. Selama adanya busur (arcing) ini arus akan tetap mengalir, berarti tidak ada pemutusan arus secara tiba-tiba maka pembangkitan tegangan sekunder yang tinggi tidak dapat terjadi.
3. Damper spring
Pada beberapa jenis distributor, damper spring dipasang pada sisi yang berlawanan dengan kontak pemutus dan berfungsi untuk mencegah putaran cam yang tidak rata dan suara governor weight bila kecepatan engine rendah. Pada saat rubbing block bersentuhan dangan cam lobe, maka putaran cam cenderung tertahan oleh gesekan dengan naiknya rubbing block. Setelah rubbing block melewati cam lobe menuju bagian cam yang rata, maka akan terdorong oleh return spring sehingga putaran cam akan cenderung dipercepat. Tetapi saat ini, damper spring menyentuh cam lobe untuk mencegah ber- tambahnya putaran cam. Dengan cara ini bergetarnya governor weight juga dapat dicegah.
Gambar 1. 25 Penahan pegas.
Jarak damper spring adalah celah makslmum antara damper spring dengan cam base (bagian yang rata). Pada saat memasang damper spring,setel celah damper spring pada harga yang disebutkan pada repair manual.
condenser (capacitor)
Pada umumnya, condenser dipasangkan pada bagian luar rumah distributor (case) dan dihubungkan paralel dengan breaker point. Tegangan yang diinduksikan pada kumparan sekunder naik bila pemutusan arus primer lebih cepat. Pemutusan arus primer yang tiba-tiba ini menyebabkan bangkitnya tegangan tinggi sekitar 500 V pada kumparan primer karena self-induction, sehingga pada saat breaker point
terbuka, arus tetap mengalir dalam bentuk bunga api listrik pada celah titik kontak dan pemutusan arus primer tidak terjadi seketika.
Gambar 1. 26 Rangkaian kondensor pada sistem pengapian
Untuk membatasi terjadinya busur (arcing) pada titik kontak, self-induction EMF pada kumparan piimer yang terjadi pada saat titik kontak membuka, disim- pan sementara pada kondenser untuk mempercepat pemutusan arus primer.
Grafik menunjukkan bagaimana arus primer bekerja setelah titik kontak terbuka; bila dipasangkan kon- denser, waktu T, lebih singkat dari T, dan busur (arcing) pada titik kontak menjadi kecil.
Pengaturan saat pengaian
1. Uraian
Setelah campuran udara-bahan bakar dibakar oleh bunga api, maka diperlukan waktu tertentu bagi api untuk merambat di dalam ruang bakar. Oleh sebab itu akan terjadi sedikit kelambatan antara awal pembakaran dengan pencapaian tekanan pembakaran maksimum. Dengan demikian, agar diperoleh output maksimum pada engine dengan tekanan pembakaran mencapai titik tertinggi (sekitar 100setelah TMA), periode perambatan api harus diperhitungkan pada saat menentukan saat pengapian (ignition timing).
2. Saat pengapian
Untuk memperoleh output mesin yang semaksimal mungkin, maka tekanan pembakaran maksimum harus tercapai pada sekitar 10° setelah TMA.
Akan tetapi karena diperlukan waktu untuk perambatan api, maka campuran udara-bahan bakar harus sudah dibakar sebelum titik mati atas. Saat ini disebut dengan "saat pengapian" (ignition timing). Diperlukan beberapa peralatan untuk merubah (memajukan atau memundurkan) saat pengapian, sehingga saat pengapian dapat disesuaikan dengan kecepatan, beban engine dan Iain-Iain. Untuk tujuan in dipergunakan vacuum advancer dan governor advancer.
Yang dimaksud dengan saat pengapian pendahuluan adalah saat pengapian selama mesin berputar idling, dengan mekanisme ignition advancer dalam keadaan tidak bekerja. Sudut poros engkol yang terjadi pada saat ini disebut "basic crankshaft angle" yaitu waktu pada tahap tertentu dimana pada silinde No. 1 terjadi pengapian diakhir langkah kompresi.
Saat pengapian pendahuluan disetel dengan jalan merubah kedudukan distributor terhadap mesin untuk melakukan ini, putarlah distributor hingga tanda yang terdapat pada puli poros engkol segaris dengai tanda pada tutup timing mesin (engine timing cover dilihat dengan menggunakan alat timing light
Untuk memperoleh uraian prosedur penyetelan dan spesifikasi yang tepat, lihatlah repair manual untuk mesin yang bersangkutan. Perlu dicatat bahwa saat pengapian pendahuiuan berbeda-beda pada masing-masing model mesin karena perambatan pembakaran yang terjadi tergantung pada volume langkah dan bentuk ruang bakar.
Catatan
Bila saat pengapian dimajukan terlalu jauh tekanan pembakaran makslmum akan tercapai sebelum 10° sesudah TMA. Karena tekanan dl dalam silinder akan menjadi lebih tingi dari pada pembakaran dengan waktu yang tepat, pembakaran campuran udara-bahan bakar yang spontan akan terjadi dan akhirnya akan terjadi knocking. Knocking yang berlebihan akan mengakibatkan katup, busi dan torak terbakar.
Bila saat pengaplan dimundurkan terlalu jauh :
Tekanan pembakaran maksimum akan terjadisetelah 10° setelah TMA (saat dimana torak telah turun cukup Jauh). Dibanding dengan pengapian yang waktunya tepat, maka tekanan di dalam silinder agak rendah sehingga output mesin menurun, terjadi pemborosan bahan bakar dan masalah lain pun dapat terjadi.
3. Mekanisme pemajuan pengapian
Karena waktu perambatan api lebih panjang bila kecepatan mesin dhaikkan, dan akan bervariasi sesuai kevacuuman pada intake manifold (beban mesin dan perbandingan campuran) maka saat pengapian juga harus diatur sesuai dengan kondisi tersebut. Untuk tujuan ini, maka distributor dilengkapi dengan advancer yang terdiri dari governor advancer untuk memajukan saat pengapian sesuai dengan putaran mesin dan vacum advancer untuk memajukan saat pengapian sesuai dengan beban mesin. Karakteristik advancer ditentukan berdasarkan jenis mesin seperti terlihat pada chart di