SISTEM PEMBAKARAN DAN PENGAPIAN PADA MOTOR BENSIN
Sistem pengapian pada motor bensin berfungsi
mengatur proses pembakaran campuran bensin dan udara di dalam silinder sesuai
waktuyang sudah ditentukan yaitu pada akhir langkah kompresi. Permulaan pembakaran
diperlukan karena, pada motor bensin pembakaran tidak bisa terjadi dengan
sendirinya.
Pembakaran campuran bensin-udara yang dikompresikan
terjadi di dalam silinder setelah busi memercikkan bunga api, sehingga diperoleh
tenaga akibat pemuaian gas (eksplosif) hasil pembakaran, mendorong piston ke
TMB menjadi langkah usaha. Agar busi dapat memercikkan bunga api, maka
diperlukan suatu system yang bekerja secara akurat. Sistem pengapian terdiri
dari berbagai komponen, yang bekerja bersama-sama dalam waktu yang sangat cepat
dan singkat.
A. KLASIFIKASI MOTOR
Motor bakar dapat
diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu:
1. Motor pembakaran luar (Exsternal Combustion Engine), yaitu motor yang
pembakarannya diluar mesin.
Contoh : mesin uap, turbin
uap dan lain-lain.
2. Motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine), yaitu motor yang
proses pembakaran berada di dalam mesin itu sendiri.
Contoh : Motor diesel,
motor bensin, dan lain-lain.
Gambar 1. Macam motor bakar
B. MOTOR 4 TAK
Motor 4 tak merupakan motor
yang satu siklus kerjanya diperlukan 4 langkah gerakan piston atau 2 putaran
engkol. Empat langkah piston tersebut adalah:
1. Langkah Hisap
2. Langkah Kompresi
3. Langkah Usaha
4. Langkah Buang
Siklus motor 4 tak ini
ditemukan oleh seorang insiyur Jerman, yaitu Nikolas A. Otto pada tahun 1876,
untuk mengenang jasanya maka motor 4 tak sering disebut motor Otto.
Proses kerja motor 4 tak
tersebut adalah sebagai berikut:
1. Langkah Hisap
Piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) menuju TMB (Titik Mati
Bawah). Posisi katup hisap terbuka dan katup buang tertutup. Akibat gerakan
piston volume didalam silinder membesar sehingga tekanan turun. Turunnya
tekanan di dalam silinder menyebabkan adanya perbedaan tekanan diluar silinder
dengan didalam silinder sehingga campuran bahan bakar terhisap masuk ke dalam
silinder.
Gambar 2 . Langkah Hisap dan langkah kompresi
2. Langkah Kompresi
Piston bergerak dari TMB menuju TMA. Posisi katup hisap dan katup buang
tertutup. Gerakan piston menyebabkan volume didalam silinder mengecil memampatkan/
mengkopresi campuran bahan bakar didalam silinder sehingga tekanan dan
temperature naik.
3. Langkah Usaha
Beberapa saat sebelum TMA, busi memercikkan api sehingga membakar
campuran bahan bakar. Terbakarnya campuran bahan bakar menyebabkan temperatur
dan tekanan didalam silinder naik. Tekanan mendorong piston dari TMA menuju
TMB, melalui batang piston gaya tekan piston digunakan untuk memutar poros
engkol, pada poros engkol digunakan untuk memutar beban.
Gambar 3. Langkah Usaha
4. Langkah Buang
Piston bergerak dari TMB menuju TMA. Posisi katup hisap tertutup dan
katup buang terbuka. Gerakan piston menyebabkan piston mendoron gas buang ke
luar menuju knalpot melalui katup buang.
Gambar 4. Langkah Buang
Setelah langkah buang maka motor melakukan langkah hisap, kompresi,
usaha dan buang, demikian seterusnya sehingga selama ada proses pembakaran maka
motor berputar terus. Siklus kerja motor 4 tak dapat digambarkan sebagai
berikut:
Gambar 5. Siklus kerja motor 4 tak
C. MOTOR 2 TAK
Motor 2 tak merupakan motor yang satu siklus kerjanya diperlukan 2
langkah gerakan piston atau 1 putaran engkol. Dalam 2 langkah piston di atas
piston atau di dalam silinder terdapat proses pemasukan campuran bahan bakar,
kompresi, usaha dan buang. Sedangkan di bawah piston atau didalam bak engkol
terdapat dua proses yaitu menghisap campuran bahan bakar dari karburator dan
proses memompa campuran ke dalam silinder.
Pada motor 2 tak proses pemasukan campuran bahan bakar ke dalam silinder
bersamaan dengan proses pembuangan, proses ini lebih popular dengan istilah
proses pembilasan, yaitu proses pemasukan gas baru dan mendorong gas buang agar
gas buang. Tujuan pembilasan yaitu gas dibuang didalam silinder dapat terbuang
dengan sempurna. Sedangkan istilah proses pemasukan diguna untuk proses
masuknya campuran ke dalam ruang engkol (crankcase). Cara kerja motor 2 tak
dapat digambarkan sebagai berikut:
1.Pemasukan dan kompresi
Saat piston bergerak dari
TMB menuju TMA, maka didalam silinder terjadi proses kompresi, proses ini
dimulai saat lubang bilas dan buang tertutup piston, gerakan piston menyebabkan
campuran bahan bakar yang masuk dikompresi sehingga tekanan dan temperatur
naik.
Gambar 6. Proses pemasukan dan kompresi
Dibawah piston terjadi
proses pemasukan campuran bahan bakar. Saat piston bergerak ke TMA, maka ruang
bak engkol membesar sehinggga tekanan turun
Turunnya tekanan di dalam bak engkol menyebabkan adanya perbedaan
tekanan di luar bak engkol dengan di dalam bak engkol sehingga campuran bahan
bakar terhisap masuk ke bak engkol dengan membuka katup harmonika (reed valve).
2. Proses Usaha dan kompresi di bak engkol
Beberapa saat sebelum TMA, busi memercikkan api sehingga membakar
campuran bahan bakar. Terbakarnya campuran bahan bakar menyebabkan temperatur
dan tekanan didalam silinder naik. Tekanan mendorong piston dari TMA menuju
TMB, melalui batang piston gaya tekan piston digunakan untuk memutar poros
engkol, pada poros engkol digunakan untuk memutar beban. Proses di bawah piston
saat piston bergerak dari TMA ke TMB menyebabkan ruang engkol mengecil sehingga
tekanan naik, naiknya tekanan menyebabkan reed valve menutup, proses pemasukan
campuran terhenti piston digunakan untuk memutar poros engkol, pada poros
engkol digunakan untuk memutar beban. Proses di bawah piston saat piston bergerak
dari TMA ke TMB menyebabkan ruang engkol mengecil sehingga tekanan naik, naiknya
tekanan menyebabkan reed valve menutup, proses pemasukan campuran terhenti.
Gambar 7. Proses usaha dan kompresi di bak engkol
3. Proses Buang
Beberapa derajat langkah
usaha, lubang buang terbuka sehingga gas buang mengalir ke luar melalui saluran
buang ke knalpot. Sementara itu tekanan dibawah piston semakin besar akibat
ruang engkol yang semakin mengecil.
Gambar. 8 Proses buang
4. Proses Pembilas
Saat piston semakin
mendekati TMB tekanan di bak engkol semakin besar, sementara itu lubang bilas terbuka,
sehingga campuran bahan bakar dari bak engkol mengalir ke dalam silinder untuk
mengisi silider dengan gas baru dan mendorong gas buang ke luar sehingga
silinder benar-benar bersih dari gas buang.
Gambar 9. Proses pembilasan
D. Proses Pembakaran
Proses pembakaran pada
motor bensin dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 10. Proses pembakaran
Beberapa derajat sebelum
TMA akhir kompresi busi memercikkan api,. percikan api pada busi akan membakar
daerah sekeliling busi (1). Campuran bahan bakar yang terbakar akan bergerak
menjauh dari busi, dan membakar campuran bahan bakar yang lain sehingga tekanan
dan temperature naik (2),, puncak tekanan hasil pembakaran (3) terjadi 10-15 ยบ
setelah TMA. Pada titik (4) merupakan akhir proses pembakaran.
E. Saat Pengapian
Saat pengapian merupakan
waktu terjadinya percikan api pada busi. Saat pengapian yang tepat (Za) akan
menghasilkan tekanan hasil pembakaran yang optimal. Pengapian yang terlalu
mundur(Zc) menyebabkan tekanan maksimal hasil pembakaran terjadi melewati 10o
sampai 15o sesudah TMA, sehingga tekanan tidak efektif lagi, tenaga
yang dihasilkan lemah. Sebaliknya pengapian yang terlalu maju (Zb) menyebabkan
tekanan maksimal hasil pembakaran terjadi kurang dari 10o sampai 15o
sesudah TMA, tekanan tersebut menghambat gerak piston saat kompresi, piston
bergetar sehingga menimbulkan suara ketukan dan temperatur tinggi.
F. Pengajuan Saat Pengapian
Waktu yang diperlukan proses pembakaran dipengaruhi oleh beberapa
faktor, diantaranya: beban mesin, temperatur mesin, kompresi, campuran bahan
bakar, nilai oktan bahan bakar, bentuk ruang bakar, penempatan busi, maupun
kuatnya percikan api busi.
Saat putaran mesin tinggi waktu yang tersedia untuk membakar campuran
bahan bakar semakin terbatas oleh karena itu pada putaran tinggi saat pengapian
harus dimajukan, hal ini untuk menjaga agar tekanan maksimal hasil pembakaran
tetap terjadi pada titik yang optimal yaitu 10o sampai 15o
sesudah TMA.
G. Urutan Pengapian (Firing
Order)
Pada motor multi silinder
proses pembakaran tiap silinder tidak terjadi bersamaan melainkan bergantian
secara berurutan dengan selisih waktu pembakaran :
a. Motor 4 tak adalah 720°
dibagi jumlah silider, misal motor 4 silider maka selisih waktu pembakaran
adalah 720/4 = 180° .
b. Motor 2 tak adalah 360°
dibagi jumlah silinder, misal motor 4 silider maka selisih waktu pembakaran
adalah 360/4 = 90° .
Urutan proses pembakaran atau sering disebut FO (Firing Order),
merupakan urutan percikan api busi guna membakar campuran bahan bakar. Proses pembakaran
terjadi saat akhir langkah kompresi sehingga urutan percikan api harus
diberikan sesuai dengan urutan siklus kerja pada tiap silinder. Dengan demikian
FO sangat erat kaitannya dengan desain motor, oleh karena itu dalam pemasangan
kabel busi kita harus mengetahui FO mesin tersebut. Contoh motor 4 tak, 4
silinder mempunyai FO : 1 – 3 – 4 – 2 , kesalahan FO menyebabkan kesalahan
memberi api pada busi sehingga tidak ada pembakaran pada silinder bersangkutan.
Contoh motor 4 tak, 4 silinder mempunyai FO : 1 – 3 – 4 – 2 , Karena salah
asumsi arah putaran motor maka FO menjadi 1 – 2 - 4 - 3, kesalahaan ini
menyebabkan silinder 2 dan 3 terbalik.
Percikan api pada silinder 2 terjadi pada saat akhir langkah buang (530°
bila saat pengapian 10° sebelum TMA ) akibatnya tidak terjadi proses pembakaran
pada silinder 2, demikian juga silinder 3 yaitu percikan api pada busi terjadi
pada akhir langkah buang (170° bila saat pengapian10° sebelum TMA). Saat akhir
langkah buang, katup hisap mulai terbuka karena adanya overlaping katup,
kondisi tersebut menyebabkan munculnya ledakan di karburator bila salah
pemasangan FO, terutama bila saat pengapian terlalu mundur atau mendekati TMA
dan mesin pincang karena hanya 2 silinder yang bekerja.
H. Prinsip Terjadinya
Percikan Api
Sistem pengapian merupakan sistem yang berfungsi untuk menghasilkan
percikan api yang kuat pada celah busi, guna memulai proses pembakaran campuran
bahan bakar dengan udara di dalam ruang bakar, mengatur saat pengapian (saat
perciakan api pada busi) dengan tepat dan saat pengapian sesuai dengan putaran
dan beban mesin
Ilustrasi bagaimana percikan api dapat dihasilkan dapat dilihat dari
gejala alam, yaitu terjadinya petir. Petir menyambar pohon atau rumah
menyebabkan rumah terbakar. Petir terjadi akibat perpindahan electron pada awan
dengan tanah yang mempunyai perbedaan potensial yang tinggi, sehingga mampu
melewati tahanan udara yang sangat besar.
Gambar 11. Hubungan celah busi dengan tegangan yang diperlukan
Untuk menghasilkan percikan
api pada pada celah busi diperlukan tegangan yang sangat tinggi. Hubungan celah
busi dengan tegangan yang dibutuhkan dapat dilihat pada gambar di atas. Dari
gambar tersebut dapat dilihat bahwa untuk celah busi 0,6 mm diperlukan tegangan
minimal 10.000 Volt atau 10 kV. Sedangkan untuk celah 0,8 mm) diperlukan
tegangan minimal 15.000 Volt atau 15 kV.
Sumber energi listrik yang
digunakan pada sistem kelistrikan otomotif dengan tegangan 12 Volt, padahal
busi memerlukan tegangan yang sangat tinggi, untuk merubah tegangan 12 V
menjadi tegangan tinggi diperlukan Step-Up Trafo, pada sistim pengapian sep-up
trafo adalah koil pengapian (ignition coil).
Gambar 12. Prinsip induksi
Saat kontak ON maka arus
listrik mengalir ke primer, inti koil menjadi magnet. Saat kontak OFF, arus listrik
mengalir ke primer koil terhenti, kemagnetan hilang, maka terjadi induksi pada
skunder koil yang ditunjukkan pada voltmeter.
I. Pembangkitan Pulsa
Dari prinsip induksi di
atas menunjukkan untuk menghasilkan induksi pada koil pengapian diperlukan aliran
listrik berbentuk pulsa. Berdasarkan teknik pembangkitan pulsanya maka
sistem pengapian dapat dikelompokkan menjadi:
1. Sistem Pengapian Konvensional
Sistem pengapian
konvensional merupakan sistem pengapian yang metode pembangkitan pulsa
menggunakan platina (contac breaker). Pemasangan platina secara seri antara
koil pengapian dengan massa.
Gambar13. Pembangkitan pulsa pengapian konvensional
Saat platina menutup (ON)
maka arus listrik megalir pada kumparan primer. Saat platina terbuka (OFF),
maka arus primer koil terputus, dan terjadi induksi tegangan tinggi pada
sekunder koil. Hubung putus platina dilakukan oleh poros nok.
2. Sistem pengapian Semi Elektronik
Sistem pengapian semi
elektronik merupakan sistem pengapian yang menggunakan tambahan komponen
elektronik berupa transistor sebagai saklar elektrik. Kerja transistor
dikontrol oleh platina. Karena platina hanya mengendalikan transistor maka arus
yang lewat platina menjadi kecil dan kontak platina menjadi awet.
Gambar 14. Pembangkitan pulsa pengapian semi elektronik
Saat platina menutup (ON)
maka transistor juga ON, dan saat platina terbuka (OFF) maka transistor juga
OFF. Jadi pulsa platina sama dengan pulsa transistor, perbedaan terletak pada
besar arus yang mengalir. Arus yang melalui platina harus melalui R3, sehingga
arus yang mengalir menjadi kecil, platina menjadi awet.
3. Sistem Pengapian Elektronik
Gambar 21. Pembangkitan pulsa pada sistem pengapian elektronik
menggunakan signal generator
Sistem pengapian elektronik
merupakan sistem pengapian tidak menggunakan platina (contactlees ignition).
Sebagai ganti kontak platina digunakan photo transistor, inframerah atau signal
generator. Sistem pengapian elektronik dikelompokkan menjadi 2 yaitu sistem
pengapian Transistor (Igniter) dan sistem pengapian CDI (Capastor Discharge
Ignition).
Sistem pengapian elektronik
pada saat ini yang paling banyak digunakan karena perawatan lebih mudah karena
tidak memerlukan penyetelan, induksi sekunder koil tegangannya sangat tinggi
sehingga percikan api kuat, hemat bahan bakar, emisi gas buang rendah dan
performa mesin sangat baik.
J. Rangkuman
Ditinjau dari suklus
kerjanya, motor bensin dibagi menjadi dua yaitu motor 2 tak dan motor 4 tak.
Motor 2 tak yaitu motor yang satu siklus kerjanya membutukan 2 langkah piston
sedangkan motor 4 tak yaitu motor yang satu siklus kerjanya membutukan 4
langkah piston.
Motor bensin memerlukan
percikan api busi untuk memulai proses pembakaran, percikan api harus terjadi
pada saat yang tepat agar diperoleh tekanan hasil pembakaran yang paling
optimal. Untuk menghasilkan percikan api busi diperlukan sistem yang
menghasilkan tegangan tinggi, yaitu pengapian.
Terdapat 3 model sistem
pengapian yaitu: sistem pengapian konvensional, semi elektronik dan elektronik.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar