sistem pengapian transistor

BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang cepat membawa dampak bagi perkembangan dunia industri terutama industri otomotif. Meningkatnya jumlah populasi manusia menuntut juga penyediaan sarana transportasi, salah satu alat transportasi yang banyak digunakan oleh masyarakat adalah mobil. Mengingat kebutuhan yang terus meningkat, para produsen mobil kini berlomba-lomba menampilkan mobil-mobil baru dengan berbagai keunggulan baik dari segi desain maupun keunggulan teknologinya.
Mesin mobil dapat diibaratkan merupakan nyawa dari mobil itu sendiri. Mesin sendiri terdiri dari berbagai sistem yang kerjanya saling terkait satu sama lain. Beberapa sistem itu adalah sistem bahan bakar, sistem pengisian, sistem pengapian, sistem pelumasan, sistem pendinginan dan sistem starter. Komponen komponen tersebut dari waktu ke waktu mengalami perkembangan yang tujuannya untuk mendapatkan sistem yang lebih praktis dan efisien.
Salah satu komponen yang mengalami perkembangan pesat dalam dunia otomotif khususnya mesin bensin adalah pada komponen sistem kelistrikan mesin yakni sistem pengapian. Sebagian mobil telah dikembangkan sistem-sistem pengapian transistor dimana sistem pengapian transistor I.I.A memiliki keunggulan dimana loncatan bunga api listrik yang sangat kuat untuk menghasilkan tegangan tinggi. Keunggulan lainnya pada putaran tinggi pengapianya stabil tidak naik turun, tidak menggunakan platina karena sistem pengapian dengan platina pada putaran tinggi pengapiannya kurang maksimal, hal ini disebabkan karena besarnya arus listrik yang mengalir pada platina terbatas dan terjadinya loncatan bunga api pada platina yang menyebabkannya cepat aus dan harus disetel ulang. Platina sebagai switch/pemutus arus dan bekerja secara mekanis sehingga memerlukan perawatan.
Perkembangan sistem pengapian secara singkat adalah mulai dari sistem pengapian konvensional, semi transistor, full transistor, I.I.A (integrated ignition assembly), Sistem Pengapian ESA (Electronic Spark Advancer), dan DLI (distributor less ignition).
Sistem pengapian mobil bensin yang terus berkembang tidak berarti sistem pengapian yang terdahulu tidak dipakai. Sampai saat ini sistem pengapian konvensional pun masih banyak dipakai pada kendaraaan.
Dari uraian diatas, maka penulis memilih judul Media Sistem Pengapian Transistor Pada Mobil 4 Silinder. Dimana sistem pengapian transistor yang dimaksud adalah sistem pengapian transistor yang igniter dan ignition coil-nya menyatu dengan distributor, yang lebih dikenal dengan nama sistem pengapian transistor I.I.A (integrated ignition assembly). Adapun alasan pemilihan judul adalah sebagai berikut :
1. Sistem pengapian merupakan salah satu komponen vital pada mesin.
2. Sistem pengapian transistor IIA, meskipun bukan inovasi yang terbaru pada sistem pengapian, tetapi sistem pengapian tersebut masih banyak digunakan sampai saat ini dan pengetahuan tentang jenis pengapian ini masih kurang diketahui utamanya penulis sebelum menyusun laporan tugas akhir ini.
3. Dengan adanya Media Sistem Pengapian Transistor di laboratorium PTO bisa menambah pengetahuan tentang sistem pengapian utamanya mahasiswa yang memprogram kelistrikan.

B. Pembatasan Masalah
Pada Tugas Akhir merakit media sistem pengapian Transistor ini, permasalahan dibatasi hanya pada bagaimana cara merancang dan membuat serta bagaimana proses kerja dari media sistem pengapian ini khususnya pada mobil MITSUBISHI T 120 SS.

C. Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah cara merancang dan membuat konstruksi sistem Pengapian Transistor ?
2. Bagaimanakah prinsip kerja media sistem pengapian Transistor ?

D. Tujuan Pembuatan Alat
Tujuan yang ingin dicapai dalam perancangan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Dapat mengetahui cara merancang dan membuat konstruksi Sistem Pengapian Transistor.
2. Dapat mengetahui prinsip Kerja Media Sistem Pengapian Transistor.

E. Manfaat Tugas Akhir
Panel sistem pengapian Transistor ini sebagai media praktek Kelistrikan Otomotif bermanfaat bagi :
1. Bagi Mahasiswa
a. Memperoleh pengalaman nyata yang berguna untuk meningkatkan kemampuan/keahliaan tentang sistem pengapian transistor.
b. Mengetahui prinsip kerja dan cara kerja sistem pengapian transistor.
2. Bagi Dosen
Dengan adanya media tersebut dapat membantu dalam proses pembelajaran dimana dapat mempermudah dalam mengajarkan/menjelaskan prinsip kerja dan cara kerja dari Sistem Pengapian Transistor.
3. Bagi Laboratorium PTO
Menambah alat media pembelajaran di labolatorium.


BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Uraian Sistem Pengapian
Sistem kelistrikan mesin merupakan sistem yang dipergunakan untuk menghidupkan mesin dan mempertahankan agar mesin tersebut dalam keadaan hidup. Bagian-bagiannya terdiri dari baterai yang mensuplai listrik ke komponen listrik lainnya, sistem pengisian yang mensuplai listrik ke baterai, sistem starter yang memutarkan mesin pertama kali dan sistem pengapian membakar bahan bakar dalam ruang bakar yang dihisap ke dalam silinder.
Sistem pengapian merupakan salah satu sistem yang sangat penting pada motor bensin. Adapun pengertian dari sistem pengapian itu sendiri adalah sistem yang bertugas menyediakan bunga api dan sekaligus mengatur pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang dikompresikan di dalam silinder.
Menurut Sutrisno (2004:1) fungsi dari sistem pengapian adalah untuk membakar campuran bahan bakar pada akhir langkah kompressi agar dapat menghasilkan daya mekanis akibat pembakaran tersebut. Sistem pengapian mengalami proses perkembangan dari sistem pengapian konvensional ke semi transistor, full transistor, II A (Integrated Ignition Assembly) dan lain sebagainya. Namun pada penulisan laporan ini hanya akan dijelaskan mengenai sistem pengapian transistor IIA.
Sistem pengapian transistor IIA (Integrated Ignition Assembly) adalah sistem pengapian transistor dengan keunggulan secara konstruksi koil pengapian terletak di
dalam distributor. Sehingga dari segi konstruksi mempunyai kelebihan yakni:
1. Kecil dan ringan,
2. Tidak mengalami putus sambungan, jadi keandalannya tinggi.
3. Memiliki daya tahan yang tinggi terhadap air.
4. Tidak mudah terpengaruh oleh kondisi sekitarnya (Budi Wibowo, 2005).
Motor bensin 4 langkah tiap siklusnya terdiri dari 4 langkah piston dimana satu kali langkah adalah bergeraknya piston dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB) atau sebaliknya. Pada langkah hisap piston bergerak dari TMA menuju TMB, sedangkan posisi katup masuk terbuka dan posisi katup buang tertutup, sehingga piston akan menghisap campuran bensin dan udara masuk kedalam silinder. Pada langkah kompresi piston bergerak dari TMB menuju TMA, sedang posisi kedua katup dalam keadaan tertutup. Pada akhir langkah ini dipercikkan bunga api busi untuk membakar campuran bensin dan udara yang dikompresi tersebut. Pada langkah usaha piston bergerak dari posisi TMA menuju TMB, sementara posisi kedua katup masih tertutup. Pada langkah ini piston didorong oleh tenaga hasil dari pembakaran campuran bensin dan udara. Pada langkah buang piston bergerak dari posisi TMB menuju TMA, sedang posisi katup masuk tertutup dan katup buang terbuka, sehingga gas sisa pembakaran akan terdorong keluar dari dalam silinder.
Berdasarkan uraian diatas loncatan bunga api busi diperlukan pada akhir langkah kompresi yaitu untuk membakar campuran bensin dan udara. Loncatan bunga api busi itu sendiri dihasilkan dari serangkaian proses yang saling terkait satu
sama lain sehingga menjadi sebuah sistem yaitu sistem pengapian.
1. Syarat-Syarat Sistem Pengapian
a. Bunga api yang kuat
Pada saat campuran bahan bakar dan udara dikompresikan di dalam silinder, sangat sulit bagi bunga api untuk melewati udara (disebabkan udara mempunyai tahanan listrik dan tahanan ini naik pada saat udara dikompresikan). Tegangan yang diberikan pada busi harus cukup tinggi untuk dapat membangkitkan bunga api yang kuat diantara elektroda busi.
b. Saat pengapian yang tepat (control timing)
Pembakaran yang paling efektif antara campuran bahan bakar dan udara harus dilengkapi beberapa peralatan tambahan yang dapat merubah saat pengapian sesuai dengan rpm dan beban mesin (perubahan sudut poros engkol dimana masing-masing busi menyala).
Peralatan yang dimaksud advance vacum (memajukan pengapian berdasarkan beban motor), advance sentrifugal (memajukan pengapian berdasarkan putaran motor).
c. Ketahanan yang cukup
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

2. Perkembangan Sistem Pengapian
Sistem pengapian pada perkembangannya telah mengalami banyak inovasi yang tentu tujuannya untuk memperoleh kualitas pengapian yang semakin sempurna.


a. Sistem pengapian konvensional
Sistem pengapian konvensional menggunakan breaker point untuk memutus dan menghubungkan arus pada kumparan primer koil. Sistem ini memerlukan perawatan berkala terutama pada breaker point yang dikarenakan kontak antar logam disertai arus listrik hingga menyebabkan breaker point cepat aus, namun sistem ini masih banyak digunakan sampai saat ini.
b. Sistem Pengapian Semi Transistor
Sistem pengapian semi transistor menggunakan transistor untuk memutus dan menghubungkan arus ke kumparan primer koil, sedangkan untuk menghidupkan transistor menggunakan breaker point. Sistem ini relatif lebih bagus bila dibandingkan dengan sistem pengapian konvensional karena breaker point tidak menghubungkan arus yang besar, sehingga relatif lebih tahan terhadap keausan.
c. Sistem Pengapian Full Transistor
Sistem pengapian full transistor dikembangkan untuk menghapuskan perlunya biaya pemeliharaan berkala karena sistem pengapian ini sudah tidak menggunakan breaker point seperti pada sistem pengapian yang sebelumnya (sistem pegapian konvensional dan sistem pengapian semi transistor). Signal generator dipasang untuk menggantikan breaker point dan cam, sedangkan transistor digunakan untuk memutuskan aliran arus primer koil dengan tidak mengadakan kontak logam dengan logam.
d. Sistem Pengapian I.I.A (Integrated Ignition Assembly)
Sistem pengapian I.I.A termasuk dalam sistem pengapian transistor, hanya pada sistem pengapian ini igniter dan ignition coil disatukan dengan distributor.
e. Sistem Pengapian ESA (Electronic Spark Advancer)
ESA adalah singkatan dari “Electronic Spark Advancer” dalam sistem ini, harga saat pengapian optimum disimpan dalam engine control computer untuk setiap kondisi mesin. Sistem ini bekerja mendektisi kondisi mesin (putaran mesin, aliran udara masuk, temperatur mesin dan lain-lain) berdasarkan singnal dari setiap engine sensor, selanjutnya menentukan saat pengapian yang optimum sesuia dengan kondisi mesin dengan mengirim sinyal pemutus arus primer ke ignition yang mengontrol saat pengapian.
f. Sistem Pengapian DLI (Distributor Less Ignition)
DLI di sebut juga dengan pengapian tanpa Distributor. Sistem ini mempergunakan sebuah Ignition coil untuk setiap dua buah busi. ECU (Elekronic Control Unit) mendistribusikan arus primer ke setiap Ignition coil secara langsung dan menyebabkan busi meloncatkan bunga api.
Sistem ini mempunyai keuntungan pada ignition coil dapat ditempatkan didekat busi, kabel tegangan tinggi dapat diperpendek, jadi dapat mengurangi suara berbisik. Dengan ditiadakannya distributor, maka kerugian internal discharge dapat dihilangkan dan kebisingan dapat ditiadakan. Dengan adanya pengurangan komponen yang bergerak, maka kemungkinan gangguan pada komponen – komponen akan menjadi lebih sedikit. Karena tidak ada pengaturan fisik terhadap saat pengapian, seperti jarak side electrode, maka saat pengapian akan diatur pada skala yang lebih besar. Pada sistem pengapian dengan distributor, bila pengapian dimajukan terlalu banyak, maka arus akan mengalir pada kedua sisi elektroda (Setiawan, 2006).

B. Sistem Pengapian Transistor Integrated Ignition Assembly (I.I.A)
Breaker point pada sistem pengapian biasannya memerlukan pemeliharaan berkala karena beroksidasi selama adanya loncatan bunga api. Sistem solid state transistorized ignition yang disebut dengan sistem pengapian transistor dikembangkan untuk menghapuskan perlunya pemeliharaan, yang pada akhirnya mengurangi biaya pemeliharaan bagi pemakai.
Pada sistem pengapian transistor, signal generator dipasang di dalam distributor untuk menggantikan breaker point dan cam. Signal generator membangkitkan tegangan untuk mengaktifkan transistor di dalam Igniter untuk memutus arus primer pada ignition coil. Transistor yang dipergunakan untuk memutus aliran arus primer tidak mengadakan kontak logam dengan logam, sehingga tidak terjadi keausan dan penurunan tegangan sekunder.
1. Komponen Sistem Pengapian Transistor
a. Baterai
Baterai berfungsi sebagai sumber listrik untuk mengaktifkan sistem pengapian, dan komponen yang lainnya (penyedia arus). Baterai terdiri dari beberapa buah sel yang dihubungkan secara seri dan setiap sel mempunyai tegangan listrik sebesar 2 volt, jadi baterai yang berkekuatan 6 volt terdiri dari tiga buah sel dan baterai 12 volt terdiri dari 6 buah sel. Setiap sel mempunyai 2 buah pelat yang diberi atau direndam larutan sulphuric acid, larutan sulphuric acid ini lebih dikenal dengan nama cairan electrolyte.
b. Kunci Kontak
Kunci kontak pada sistem pengapian berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik dari baterai ke sirkuit primer pada Koil.
c. Koil
Koil berfungsi untuk merubah arus listrik 12 Volt yang diterima dari baterai menjadi tegangan tinggi (5000-25000 volt) untuk menghasilkan loncatan bunga api yang kuat pada celah busi.
Pada koil, kumparan primer dan kumparan sekunder digulung pada inti besi. Kumparan-kumparan ini akan menaikkan tegangan yang diterima dari baterai menjadi tegangan yang sangat tinggi dengan cara induksi magnet listrik (induksi sendiri dan induksi bersama).
d. Distributor
Distributor dalam sistem pengapian berperan sebagai penyalur tegangan tinggi, tegangan tinggi yang dibangkitkan pada kumparan sekunder ignition coil mengalir dari terminal sekunder ignition coil ke elektroda pusat pada tutup distributor melalui kabel tegangan tinggi yang kemudian disalurkan ke masing-masing busi sesuai dengan urutan penyalaannya.
Komponen-komponen distributor yang akan dibahas adalah:
1) Distributor cup
Distributor cup (tutup distributor) dibuat dari injectionmolded epoxy resin yang memiliki daya tahan panas yang tinggi dengan kemampuan isolasi yang kuat. Pada tutup distributor terdapat carbon center contact piece yang berhubungan dengan elektroda pusat yang terbuat dari alumunium melalui pegas untuk membagikan tegangan tinggi.
Elektroda sisi yang terbuat dari alumunium ditempatkan pada sisi sekeliling tutup distributor dan menerima arus tegangan tinggi dari elektroda pusat melalui rotor. Elektroda rotor mempunyai celah sebesar 0,8 mm dengan elektroda sisi untuk mencegah agar tidak terkena putaran rotor. Selama pengaliran tegangan tinggi terjadi ionisasi yang membentuk ozon, maka pada tutup distributor diberikan lubang kecil untuk fentilasi.
2) Rotor
Rotor dibuat dari epoxy resin, sama halnya dengan tutup distributor. Ujung elektroda rotor yang diberi lapisan kekuatan seperti sudah terkena oksidasi karena pengaliran listrik, tetapi ini sebenarnya sebagai hasil flame coating (pelapisan dengan lapisan tahanan listrik).
3) Signal generator
Signal generator adalah semacam generator AC (arus bolak balik) yang berfungsi untuk menghidupkan power transistor di dalam igniter. Jika tegangan yang di hasilkan negatif transistor akan off, jika positif transistor akan on.
Signal generator terdiri dari magnet permanen yang memberi magnet kepada pick-up coil untuk membangkitkan arus bolak balik dan signal rotor yang menginduksi tegangan bolak balik di dalam pick-up coil sesuai dengan saat pengapian. Signal rotor mempunyai gigi-gigi sebanyak jumlah silinder pada mobil.
a) Prinsip pembangkitan EMF (electro magnetig force)
Garis gaya magnet (magnetic flux) dari magnet permanen mengalir dari signal rotor melalui pick-up coil. Celah udara antara rotor dengan pick-up coil yang berubah-ubah, maka kepadatan garis gaya magnet pada pick-up coil berubah. Perubahan kepadatan garis gaya (flux density) ini membangkitkan EMF (tegangan) dalam pick-up coil.
b) Posisi Signal rotor
Posisi signal rotor, perubahan garis gaya yang terjadi, dan EMF yang dibangkitkan pada pick-up coil
(1) Posisi signal rotor A
Pick-up coil dengan signal rotor mempunyai celah air gap yang besar, sehingga perubahan kepadatan garis gaya (flux density) amat lemah, akibatnya tidak ada EMF (tegangan) yang dibangkitkan.
(2) Pada signal rotor B
Signal rotor mendekati pick-up coil sehingga celah air gap mengecil, perubahan kepadatan garis gaya magnet (flux density) menjadi besar, akibatnya EMF yang dibangkitkan maksimun. Karena posisi signal rotor mendekati pick-up coil maka tegangan yang ditimbulkan adalah tegangan positif.
(3) Pada signal rotor C
Signal rotor sejajar dengan pick-up coil dan posisi ini celah air gap paling terkecil, akan tetapi EMF yang ditimbulkan kosong karena posisi ini pergantian antara tegangan positif ke negatif yang ditandai dengan kepadatan garis gaya magnet (flux density) yang paling terbesar akibat garis gaya magnet (magnetic flux) yang berlawanan.
(4) Pada signal rotor D
Kepadatan garis gaya magnet (flux density) sama dengan posisi signal rotor B, namun pada posisi ini signal rotor menjauhi pick-up coil sehingga EMF yang di timbulkan adalah tegangan negatif.
4) Igniter
Perubahan gaya listrik yang terjadi pada signal generator akan dideteksi oleh igniter. Igniter adalah sebuah detektor yang terdiri dari detektor yang berfungsi menerima signal dari signal generator, amplifier yang berfungsi untuk menguatkan signal tersebut, dan power transistor yang akan memutus dan menghubungkan arus primer pada koil pengapian sesuai signal yang diterima dari signal rotor.
Igniter juga dilengkapi Dwell control yang berfungsi untuk mengatur lamanya arus yang masuk ke kumparan primer pada koil pengapian. Igniter juga dilengkapi dengan sirkuit pembatas arus yaitu untuk membatasi arus maksimum pada kumparan primer yang disebut Current limiting circuit.
a) Transistor
Transistor merupakan kependekan dari Transfer Resistor, atau suatu komponen elektronika yang dapat mengalirkan atau memutuskan aliran arus yang besar dengan pengendalian arus listrik yang relatif sangat kecil, dengan mengubah resistansi lintasannya (Jalius Jama, 2008).
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor pada umumnya ada dua macam yaitu transistor tipe NPN dan transistor tipe PNP. Transistor tipe NPN tersusun dari semi konduktor tipe-P yang diapit semi konduktor tipe-N, sedangkan transistor tipe PNP tersusun dari semi konduktor tipe-N yang diapit oleh semi konduktor tipe-P.
b) Resistor
Resistor adalah salah satu komponen elekronika yang berfungsi untuk menahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian/sistim elekronika. jika di ibaratkan sebuah selang yang dialiri air dan selang tersebut di beri hambatan maka air yang mengalir jumlahnya akan sedikit. Hambatan yang diberikan kepada selang terhadap air yang mengalir sama dengan prinsip kerja resistor. Semakin besar hambatan yang diberikan maka semakin kecil air yang mengalir ke selang tersebut dan semakin kecil hambatan yang diberikan maka semakin besar pula air yang
mengalir ke selang tersebut.
Satuan yang dipakai untuk menentukan besar kecilnya nilai resistor adalah Ohm atau disingkat dengan huruf yunani omega ( ). Nilai resistor ada yang dicantumkan pada badannya, dan sebagian lagi karena bentuk fisiknya kecil maka pencantumannya dituliskan dalam bentuk kode warna yang melingkari badan resistor.
5) Vacum Advancer
Pada beban rendah atau menengah, kecepatan pembakaran rendah karena temperatur rendah dan campuran bahan bakar menjadi kurus. Oleh karena itu pembakaran menjadi lama. Agar dapat mendapatkan tekanan maksimum maka saat pengapian harus dimajukan. Vacum Advancer pada sistem pengapian berfungsi untuk memajukan saat pengapian berdasarkan beban motor.
6) Governor advancer
Governor advancer berfungsi untuk memajukan saat pengapian sesuai dengan pertambahan putaran mesin. Bagian ini terdiri dari poros distributor dengan plat pembawa pemberat sentrifugal, pemberat (bobot) sentrifugal, poros sentrifugal dengan plat berkurva, dan pegas pengembali.
a) Prinsip Kerja Governor Advancer
Semakin cepat putaran motor, semakin mengembang bobot sentrifugal. Akibatnya proses governor (cam) diputar lebih maju dari kedudukan semula kontak pemutus dibuka lebih awal (saat pengapian lebih maju).
(1) Putaran idle (stasioner)
Pemberat sentrifugal belum mengembang, plat kurva belum ditekan, advance belum bekerja, salah satu pegas pengembali masih longgar
(2) Putaran Rendah sampai Menengah
Pemberat sentrifugal mulai mengembang, plat kurva mulai ditekan, advance sentrifugal mulai bekerja, hanya satu pegas pengembali mulai bekerja.
(3) Putaran Tinggi
Pemberat sentrifugal mengembang sampai pembatas maksimum, plat kurva ditekan, advance bekerja maksimum, kedua pegas pengembali bekerja.