Sepeda motor konvensional, bahan bakar dan pengapian: karburator, injeksi elektronik, sensor dan pengendali mesin, pengapian CDI dan transistor, busi, dan diagnosis dasar

Sebuah hotel memakai motor bebek berinjeksi untuk kurir: mengantar dokumen ke bank dan menjemput barang kecil dari pemasok. Suatu sore, setelah hujan deras dan genangan setinggi mata kaki di jalan masuk, motor itu mati saat berhenti di lampu merah dan tidak mau hidup lagi. Starter berputar normal, lampu panel menyala, dan pompa bensin terdengar berdengung sesaat ketika kunci diputar. Kurir mendorong motor ke hotel dan bertanya apakah bensinnya kemasukan air.

Teknisi hotel tidak langsung membuka saluran bensin. Sakelar mati mesin dan sakelar standar samping benar, sekring utuh, aki kuat, dan pompa bekerja, sehingga bensin dan listrik dasar kemungkinan ada. Alat uji percikan yang dipasang di antara tutup busi dan busi memperlihatkan percikan lemah yang kadang hilang. Di bawah senter, tutup busi karet tampak retak halus, basah di dalam, dan ada jejak hangus tipis dari retakan ke kepala silinder: tegangan tinggi bocor ke badan mesin lewat air. Setelah tutup busi diganti dan busi dikeringkan, motor hidup pada percobaan pertama. Bab ini menjelaskan sistem bahan bakar dan pengapian sepeda motor supaya diagnosis seperti ini dilakukan dengan urutan yang benar dan aman.

Batas pembahasan

Bab ini membahas karburator dan injeksi sepeda motor, sensor dan pengendali mesin, pengapian CDI dan transistor, busi, diagnosis dasar, dan bahaya bensin. Lambda, prinsip venturi, injeksi secara umum, pompa, saringan, regulator, dan injektor, saat pengapian dan pemajuannya, sensor ketukan, pengendali mesin, kode galat, dan gejala umum ada di Bab 4 tentang sistem bahan bakar dan pengapian dan tidak diulang. Kompresi dan mesin ada di Bab 11 tentang mesin sepeda motor; aki, alternator, starter, dan sekring di Bab 14 tentang kelistrikan sepeda motor; induksi dan energi koil di Bab 11 · Kelistrikan & Kendali tentang magnet dan induksi; energi kapasitor di Bab 83 · Kelistrikan & Kendali tentang komponen pasif; tiristor dan transistor sebagai sakelar di Bab 85 · Kelistrikan & Kendali tentang sakelar elektronik; aliran lewat lubang terkalibrasi di Bab 5 · Fluida & Termal tentang pengukuran debit; proteksi kebakaran di Bab 17 · Bangunan & Fasilitas; bahan kimia di Bab 6 · Keselamatan.

Tekanan bensin, kode busi dan celahnya, nilai tahanan tutup busi, arti kode kedip, dan setelan karburator khas setiap motor dan diambil dari manual pabrik. Pekerjaan yang membuka saluran bensin bertekanan, mengubah setelan pengendali, atau mengganti CDI dan pengendali dengan jenis lain diserahkan ke bengkel berwenang; bab ini tidak menggantikan manual servis pabrik.

Karburator sepeda motor

Bagian karburator meliputi spuyer sebagai saluran terkalibrasi tempat bensin mengalir, spuyer udara di saluran udara, lubang ventilasi ruang pelampung, campuran stasioner yang dipasok saat mesin diam, dan saluran bensin yang tersambung ke keran bensin. Spuyer (jet) adalah lubang terkalibrasi di karburator yang ukurannya menentukan banyaknya bensin yang mengalir pada keadaan kerja tertentu. Ruang pelampung (float chamber) adalah mangkuk kecil di bawah karburator yang menjaga permukaan bensin tetap dengan pelampung dan jarum pelampung.

Prinsip venturi dibahas di Bab 4; yang khas sepeda motor adalah skep. Pada karburator skep, kabel gas mengangkat piston geser yang membuka saluran udara; pada karburator vakum, skep diangkat oleh isapan mesin sehingga kecepatan udara di venturi hampir tetap. Rangkaian yang bekerja berganti menurut bukaan gas, dengan pembagian kira-kira berikut:

Cuk memperkaya campuran saat mesin dingin; cuk yang tertinggal membuat busi hitam dan motor boros (Contoh 6). Gangguan khasnya: spuyer stasioner tersumbat endapan bensin lama sehingga motor susah hidup dan mati saat diam, seperti bensin lama yang membentuk getah di Bab 4; jarum pelampung aus atau pelampung bocor sehingga bensin meluap dan menetes, bahaya kebakaran; lubang ventilasi ruang pelampung tersumbat; dan karet saluran isap retak sehingga udara bocor dan putaran diam naik-turun. Banyaknya bensin lewat spuyer mengikuti hubungan lubang terkalibrasi di Bab 5 · Fluida & Termal: untuk beda tekanan yang sama, aliran sebanding dengan luas lubang, sehingga perbedaan diameter kecil sudah berarti (Contoh 3).

Injeksi elektronik sepeda motor

Injeksi sepeda motor umumnya menyemprot ke saluran isap dengan satu injektor per silinder, dengan pompa bensin di dalam tangki, dan banyak skuter memakai sistem tanpa saluran balik. Tekanan bensinnya khas pabrik; angka tekanan untuk mobil di Bab 4 tidak boleh dianggap sama. Pada mobil, pengukur tekanan bensin dipakai untuk memeriksa dan memantau tekanan saluran, dan pada sistem bersaluran balik kelebihan bensin dikembalikan ke tangki. Pengukuran tekanan memerlukan membuka saluran bertekanan, sehingga dikerjakan bengkel.

Tanda sederhana yang aman dibaca teknisi: saat kunci diputar, pompa biasanya berdengung beberapa detik untuk menaikkan tekanan lalu berhenti. Pompa yang tidak berdengung mengarah ke sekring, relai, sensor kemiringan, atau pompa itu sendiri. Injeksi tidak memerlukan cuk, tetapi peka terhadap tegangan aki, konektor, dan kebersihan bensin.

Sensor dan pengendali mesin sepeda motor

Sensor yang lazim pada sepeda motor injeksi:

1. Posisi katup gas, yaitu permintaan pengendara.
2. Tekanan saluran isap, untuk memperkirakan banyaknya udara.
3. Suhu udara isap dan suhu mesin atau oli, untuk koreksi.
4. Posisi poros engkol, berupa kumparan pengambil yang berhadapan dengan tonjolan di rotor magnet; sinyal yang sama dipakai CDI pada motor karburator.
5. Sensor oksigen di saluran buang pada model yang lebih baru.
6. Sensor kemiringan.

Sensor kemiringan (bank angle sensor) adalah sensor yang mematikan pompa bensin dan pengapian bila sepeda motor rebah melewati sudut tertentu. Motor yang baru diberdirikan setelah jatuh kadang perlu kunci dimatikan lalu dihidupkan lagi.

Pengendali sepeda motor bekerja dengan prinsip yang sama seperti di Bab 4 tentang pengendali mesin: peta dasar, koreksi, umpan balik sensor oksigen, kode galat, dan mode darurat. Pada mobil, pemeriksaan mencakup apakah sistem bekerja dalam mode lingkar tertutup atau lingkar terbuka, dan kode perlu dihapus setelah perbaikan selesai. Pada sepeda motor, lampu indikator mesin sering memberi kode berupa jumlah kedipan; arti kodenya khas pabrik dan dibaca di manual. Konektor sensor, koil, dan kabel massa yang basah atau berkarat setelah hujan atau pencucian bertekanan sering menjadi sumber gangguan yang tampak seperti sensor rusak.

Pengapian CDI: pelepasan muatan kapasitor

Pengapian konvensional memakai kontak pemutus, yang dikenal sebagai platina pada motor lama. Sepeda motor karburator yang lebih baru banyak memakai CDI.

Pengapian CDI (capacitor discharge ignition) adalah sistem pengapian yang menyimpan energi di kapasitor bertegangan tinggi, lalu melepaskannya dengan cepat ke kumparan primer koil melalui tiristor saat sinyal pemicu datang. Tegangan dari kumparan pembangkit dimuatkan ke kapasitor, dan saat pemicu datang muatan dilepas cepat ke primer koil lewat penyearah terkendali silikon sehingga terinduksi tegangan tinggi di sekunder.

Kapasitor adalah komponen untuk menyimpan dan melepaskan energi. Penyearah terkendali silikon atau tiristor (silicon controlled rectifier, SCR) adalah penyearah daya dengan elektroda gerbang untuk mengendalikan awal penghantaran, dan bila gerbang berada pada potensial katode, tiristor tidak menghantar. Tiristor sebagai sakelar dibahas di Bab 85 · Kelistrikan & Kendali, dan energi kapasitor di Bab 83 · Kelistrikan & Kendali:

$$W = \tfrac{1}{2}\, C\, V^2$$

dengan $W$ energi dalam J, $C$ kapasitansi dalam F, dan $V$ tegangan kapasitor dalam V. Tegangan kapasitor CDI sering disebut beberapa ratus volt, tetapi angka itu belum dapat dipastikan dari sumber resmi per 18 Oktober 2026. Ada dua jenis: CDI arus bolak-balik mengisi kapasitor dari kumparan pembangkit di alternator, sehingga percikan tidak bergantung pada aki; CDI arus searah menaikkan tegangan aki dengan pengubah tegangan, sehingga aki yang lemah dapat melemahkan percikan.

Koil bekerja seperti transformator penaik tegangan. Induksi mutual sebagai dasar koil pengapian dijelaskan di Bab 11 · Kelistrikan & Kendali tentang magnet dan induksi, dan makin banyak lilitan kumparan, makin tinggi tegangan induksinya. Untuk koil ideal:

$$V_s \approx V_p\, \frac{N_s}{N_p}$$

dengan $V_s$ dan $V_p$ tegangan sekunder dan primer, dan $N_s$ dan $N_p$ jumlah lilitannya. Tegangan sekunder hanya naik sampai celah busi tembus; begitu percikan terjadi, tegangan turun. Cadangan tegangan (voltage reserve) adalah selisih antara tegangan yang mampu diberikan koil dan tegangan yang diperlukan busi. Celah busi yang aus melebar, campuran yang lebih padat, dan kebocoran di tutup busi yang basah memakan cadangan itu (Contoh 1).

Pengapian transistor: memutus arus koil

Pengapian transistor (transistor-controlled ignition) adalah sistem pengapian induktif yang mengalirkan arus ke kumparan primer koil selama waktu tertentu, lalu memutusnya dengan transistor sehingga medan magnet yang runtuh menginduksikan tegangan tinggi di kumparan sekunder. Waktu dwell (dwell time) adalah lama arus primer koil dialirkan sebelum diputus. Tegangan induksi kumparan sama dengan $L$ kali laju perubahan arus untuk bentuk gelombang apa pun, dan tegangan induksi hanya ada selama fluks berubah:

$$v_L = L\, \frac{di}{dt}$$

dengan $v_L$ dalam V, $L$ induktansi primer dalam H, dan $di/dt$ laju perubahan arus dalam A/s. Arus yang diputus sangat cepat memberi tegangan primer ratusan volt, yang dinaikkan lagi oleh perbandingan lilitan. Energi yang tersimpan di koil, $\tfrac{1}{2} L I^2$, dibahas di Bab 11 · Kelistrikan & Kendali, dan arus primer naik dengan tetapan waktu $L/R$ sehingga perlu waktu dwell yang cukup (Contoh 2). Sistem induktif lama memakai platina; pada sistem itu kumparan primer dan kontak pemutus berfungsi sebagai unsur pengisi dan penentu waktu. Sepeda motor injeksi umumnya memakai pengapian transistor yang waktu dwell dan saat pengapiannya diatur pengendali mesin.

Lama percikan (spark duration) adalah lamanya percikan terjadi di busi. Perbedaan kedua sistem:

Busi: celah, tingkat panas, dan membaca warna

Busi memiliki elektroda tengah dan elektroda samping. Celah busi (spark plug gap) adalah jarak antara elektroda tengah dan elektroda samping tempat percikan melompat. Nilainya dari manual dan diukur dengan pengukur kawat. Elektroda yang aus membuat celah melebar, tegangan yang diperlukan naik, dan mesin mulai gagal menyala saat beban berat atau udara lembap.

Tingkat panas busi (spark plug heat range) adalah ukuran seberapa cepat busi membuang panas dari ujung isolatornya ke kepala silinder. Data pabrik busi menyebut bahwa ujung busi harus cukup panas untuk membakar kerak karbon tetapi cukup dingin untuk mencegah panas berlebih dan penyalaan dini; busi dingin berhidung isolator lebih pendek, busi panas lebih panjang; busi yang terlalu dingin berkerak karbon, dan busi yang terlalu panas memicu detonasi, penyalaan dini, dan kehilangan tenaga. Kebanyakan pabrik menyarankan suhu ujung sekitar 500 sampai 850 °C, dan penomoran tingkat panas tidak seragam antarpabrik, sehingga angka besar dapat berarti lebih dingin pada satu pabrik dan sebaliknya pada pabrik lain. Karena itu busi pengganti mengikuti kode di manual.

Derau penerimaan dapat menunjuk sistem pengapian berenergi tinggi yang rusak. Busi dan tutup busi bertahanan menekan derau listrik dari percikan; mengganti tutup busi bertahanan dengan jenis tanpa tahanan dapat mengganggu pengendali dan perangkat elektronik lain. Tutup busi dan kabel yang retak membocorkan tegangan ke massa saat basah, seperti di kasus pembuka.

Diagnosis dasar yang aman

Mesin bensin memerlukan empat hal: bensin dengan campuran yang benar, percikan pada saat yang benar, kompresi, dan udara. Urutan periksa dimulai dari yang paling murah dan aman:

1. Sakelar pengaman: sakelar mati mesin, sakelar standar samping, dan sakelar netral atau kopling. Untuk menghidupkan mesin, gearbox harus netral dan kopling terhubung; pada sepeda motor, sakelar pengaman biasanya meminta posisi netral atau tuas kopling ditarik.
2. Sekring dan aki, seperti di Bab 14.
3. Lampu indikator mesin: menyala saat kunci diputar, lalu catat kode kedip bila ada.
4. Bensin: bunyi pompa pada injeksi; pada karburator, bensin terlihat di selang bening atau ruang pelampung. Saluran tidak dibuka di dekat panas atau api.
5. Percikan dengan alat uji percikan bercelah yang dijepit ke massa, tidak dengan memegang busi atau kabel.
6. Udara: saringan udara basah atau tersumbat, dan air di selang kuras kotak saringan.
7. Kompresi, seperti di Bab 11.

Setelah hujan atau genangan, periksa tutup busi, konektor koil, konektor sensor posisi poros engkol, dan kotak saringan udara. Bila air mungkin masuk ke silinder, misalnya kotak saringan berisi air atau starter tiba-tiba berat, jangan terus menstarter: air tidak dapat dimampatkan, dan volume ruang bakar yang kecil cepat terisi (Contoh 5). Busi dilepas dan motor diserahkan ke bengkel. Komponen mahal seperti CDI atau pengendali tidak diganti coba-coba sebelum urutan dasar selesai dan dicatat.

Bahaya bensin dan uap bensin

Pada kadar sangat rendah di udara nyala tidak merambat karena bahan bakarnya kurang, dan ledakan adalah pelepasan energi mendadak yang menimbulkan gelombang tekanan. Pedoman pengendalian sumber penyalaan ada di NFPA 30 bagian 7.9, dan NFPA 77 adalah standar perlindungan listrik statis di Amerika Serikat. Artinya, campuran uap bensin dan udara hanya menyala di antara batas bawah dan batas atasnya, dan di ruang tertutup kadar itu mudah tercapai.

Bensin menguap pada suhu ruang; uapnya lebih berat dari udara, mengalir ke lantai, got, dan lubang servis, lalu menyala oleh percikan sakelar, alat uji percikan, rokok, knalpot panas, atau listrik statis saat bensin dituang ke wadah plastik. Di laundry, pembakar gas pengering adalah sumber penyalaan yang selalu ada; batas pekerjaan pembakar itu dibahas di Bab 25 · Laundry tentang pembakar gas pengering. Aturan kerja:

1. Kerjakan di luar ruang atau di tempat berventilasi, dengan mesin dingin, jauh dari pengering gas, ruang ketel, panel listrik, dan api.
2. Siapkan alat pemadam yang sesuai di dekatnya, seperti di Bab 17 · Bangunan & Fasilitas tentang proteksi kebakaran.
3. Tampung bensin di wadah tertutup berlabel; serap tumpahan dengan penyerap yang tidak mudah terbakar, dan simpan lap berbensin di wadah logam tertutup, seperti aturan bahan kimia di Bab 6 · Keselamatan.
4. Hindari kontak kulit dan menghirup uap; pakai sarung tangan tahan bahan bakar.
5. Jangan menguji percikan bila bensin keluar dari lubang busi atau tercium kuat.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: cadangan tegangan. Pulsa primer 250 V dan perbandingan lilitan 1 berbanding 80 memberi tegangan sekunder ideal $250 \times 80 = 20.000$ V. Bila busi baru perlu 10 kV, cadangannya 10 kV. Bila elektroda aus dan tutup busi basah membuat busi perlu 14 kV, cadangan tinggal 6 kV, dan sebagian energi bocor lewat retakan sebelum celah tembus.

Contoh 2: waktu dwell. Aki 12 V, tahanan primer 3,0 Ω, dan induktansi 5 mH memberi arus akhir $12/3{,}0 = 4$ A dan tetapan waktu $0{,}005/3{,}0 = 1{,}67$ ms. Dalam tiga tetapan waktu, 5 ms, arus mencapai sekitar 95 persen, yaitu 3,8 A. Mesin empat langkah satu silinder pada 9.000 rpm memercik setiap dua putaran, yaitu setiap 13,3 ms, sehingga dwell 5 ms memakai 37,5 persen selang itu; pada 1.500 rpm selangnya 80 ms.

Contoh 3: spuyer satu ukuran lebih besar. Spuyer berdiameter 1,00 mm diganti 1,05 mm. Pada beda tekanan yang sama, aliran naik sebanding luas: $(1{,}05/1{,}00)^2 = 1{,}1025$, yaitu sekitar 10 persen lebih banyak bensin. Dengan udara yang sama, campuran yang semula lambda 1 menjadi $1/1{,}1025 = 0{,}91$, atau perbandingan udara dan bahan bakar $14{,}7/1{,}1025 = 13{,}3$.

Contoh 4: tahanan tutup busi. Misalkan manual sebuah motor memberi tahanan tutup busi 5 kΩ dengan batas 20 persen, yaitu 4 sampai 6 kΩ; angka resmi untuk motor yang diperiksa tetap diambil dari manual pabriknya. Ohmmeter seperti di Bab 15 · Kelistrikan & Kendali tentang multimeter digital membaca tak terhingga pada tutup lama, berarti tahanannya putus, dan 5,2 kΩ pada tutup baru, dalam batas. Tutup yang retak dapat terbaca baik saat kering tetapi bocor saat basah.

Contoh 5: air di silinder. Volume ruang bakar 11,5 cm³, angka yang sama dengan contoh di Bab 11, hanya perlu 11,5 mL air, kurang dari satu sendok makan, untuk mengisi ruang di atas torak saat titik mati atas. Air tidak dapat dimampatkan, sehingga starter yang dipaksa dapat membengkokkan batang torak.

Contoh 6: cuk tertinggal. Motor kurir menempuh 45 km per liter pada campuran normal dan 60 km per hari. Bila cuk tertinggal sehingga campuran rata-rata lambda 0,85, pemakaian bensin naik kira-kira $1/0{,}85 = 1{,}18$ kali (penyederhanaan, udara dan efisiensi dianggap sama), menjadi sekitar 38 km per liter. Pemakaian harian naik dari 1,33 L menjadi 1,57 L, atau sekitar 6,1 L lebih banyak dalam 26 hari kerja.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan ke bengkel berwenang atau penyelia bila:

1. Tercium bau bensin kuat, ada tetesan atau rembesan bensin, atau bensin meluap dari karburator, terutama di dekat knalpot, pengering gas, atau peralatan listrik.
2. Saluran bensin bertekanan pada sistem injeksi harus dibuka, atau tekanan bensin harus diukur, tanpa alat, prosedur pabrik, dan alat pemadam di dekatnya.
3. Pemeriksaan percikan memerlukan memegang kabel, tutup busi, atau busi saat mesin diputar, atau bensin keluar dari lubang busi.
4. Starter terasa berat atau tertahan setelah motor menembus genangan, atau kotak saringan udara berisi air.
5. Lampu indikator mesin menyala terus dengan mesin tersendat berat, atau motor akan dipakai mengantar sebelum penyebab mogok diketahui.
6. Ada rencana mem-bypass sakelar standar samping atau sensor kemiringan, atau mengganti CDI dan pengendali dengan jenis "racing" atau jenis lain tanpa persetujuan pemilik dan bengkel.
7. Motor rebah dan bensin tumpah; biarkan uap hilang dan bersihkan tumpahan sebelum motor dihidupkan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 4 tentang sistem bahan bakar dan pengapian memberi dasar bahan bakar, pengapian, sensor, dan pengendali. Bab 11 membahas mesin dan kompresi sepeda motor, dan Bab 14 membahas aki dan sekring. Dasar listriknya ada di Bab 11 · Kelistrikan & Kendali tentang induksi dan energi koil, Bab 83 · Kelistrikan & Kendali tentang energi kapasitor, Bab 85 · Kelistrikan & Kendali tentang tiristor dan transistor, dan Bab 15 · Kelistrikan & Kendali tentang multimeter. Aliran lewat lubang terkalibrasi ada di Bab 5 · Fluida & Termal tentang pengukuran debit. Sisi keselamatan bersambung ke Bab 17 · Bangunan & Fasilitas tentang proteksi kebakaran, Bab 6 · Keselamatan tentang bahan kimia, dan Bab 25 · Laundry tentang pembakar gas pengering.

Latihan dan pembahasan

Referensi