Cara Kerja Busi Komponen Sistem Pengapian

Busi Komponen Utama Sistem Pengapian

Busi sudah ada sejak pertama kali  mesin internal combustion ditemukan. Selama 70 tahun busi merupakan komponen dengan tingkat perawatan yang sangat tinggi, sampai kemudian digunakannya Tetraethyl Lead ( Timbal) yang berfungsi sebagai penambah angka oktan pada bensin.

Busi

Penggunaan Tetraethyl Lead ( Timbal) membuat busi menjadi lebih cepat kotor daripada sebelumnya sehingga perawatan dan penggantian busi  harus dilakukan lebih cepat pula.

Pada tahun 1970  di Amerika Serikat dikeluarkan peraturan Clean Air Act yang memperketat regulasi emisi gas buang, kemudian  diikuti penggunaan komponen catalityc converter pada tahun 1975 sehingga penggunaan bensin dengan timbal mulai ditinggalkan karena dapat merusak catalityc converter dan merusak lingkungan, dengan perkembangan ini maka umur pemakian busi menjadi lebih panjang.


Pada pertengahan tahun 80 an,  produsen busi  mulai memproduksi busi dengan elektroda tengah yang terbuat dari tembaga.

Tembaga merupakan salah satu penghantar panas yang sangat bagus sehingga busi dapat bekerja pada temperatur yang lebih panas tanpa mengakibatkan gejala knocking ( pre ignition ), hal ini meningkatkan resistence foul pada busi, pengapian yang lebih baik dan umur busi lebih panjang, hal ini juga mengurangi jumlah tingkat panas busi sesuai dengan aplikasi mesin, karena tingkat panas busi menjadi lebih lebar.


Pengembangan teknologi busi yang paling besar terjadi pada tahun 1985 ketika generasi pertama busi long life dengan elektroda platinum dan gold-palladium mulai diperkenalkan, dengan elektroda biasa yang terbuat dari nickel alloy celah antara elektroda positif dan negatif akan menjadi lebih lebar sebesar 0,0002” sampai 0,0006 pada setiap 1000 mil. Setelah pengendaraan sejauh 35,000 mil celah akan bertambah sampai 0,015”.


Setiap kali busi memercikkan api, bunga api yang panas merusak sebagian kecil elemen logam pada elektroda busi, seiring meningkatnya jarak tempuh celah elektroda semakin lebar dan elektroda positif menjadi bulat atau tumpul, hal ini meningkatkan tegangan pengapian yang dibutuhkan untuk melompati celah busi, apabila sistem pengapian tidak dapat membangkitkan tegangan pengapian yang cukup untuk melompati celah yang semakin lebar maka akan terjadi misfire.


Dengan platinum, gold-palladium dan irridium keausan pada elektroda dapat dikurangi secara signifikan, rata –rata busi dengan elektroda platinum dapat dipakai sampai 100,000 mil sebelum diganti, sama seperti busi iridium.

Busi dengan elektroda platinum atau iridium baik pada sisi positif atau negatifnya ( double platinum atau double iridium plug ) terbukti juga lebih sedikit keausannya dibandingkan dengan busi single platinum atau single iridium.

Long-life spark plug secara drastis mengurangi perawatan mesin namun performa mesin dan emisinya tetap dalam kondisi baik.

Busi Platinum Dan Iridium

Long-life spark plugs produksi dari ACDelco, Autolite, Bosch, Champion, Denso,NGK, and Split-Fire mempunyai elektroda platinum dan iridium. 

Dengan beberapa pengecualian, busi platinum menggunakan konfigurasi elektroda konvensional dengan plug platinum kecil yang di las pada ujung salah satu atau kedua elektroda. 

AC delco menawarkan tipe busi platinum dengan elektroda tengahnya yang berbentuk bergalur untuk meningkatkan daya tahan sistem pengapian. Demikian juga busi platinum tipe split-fire dengan elektroda yang terbelah untuk mendapatkan umur busi yang lebih panjang  dan mengurangi misfiring. Busi iridium mempunyai elektroda tengah yang kecil.

Bosch, yang pertama kali  memperkenalkan busi platinum pada tahun 1985 menawarkan konfigurasi elektroda yang bervariasi. Busi platinum standard dari Bosch mempunyai lapisan tipis platinum pada elektroda tengahnya dengan elektroda tunggal yttrium-alloy. 

Tipe busi Platinum+2 dan Platinum+4 mempunyai  design elektroda samping dengan “ Surface gap “ yang unik. Platinum+2 mempunyai 2 elektroda samping, busi Platinum+4 mempunyai 4 elektroda samping, Penambahan jumlah elektroda samping memberikan jalur ground yang lebih banyak  dan mengurangi resiko terjadinya misfiring sekaligus memperpanjang usia busi dengan menyebarkan keausan pada setiap elektroda.

Pada pertengahan 2006 Bosch kembali memperkenalkan Busi long life yang diberi nama  Platinum IR fusion. 

Busi tipe ini menggunakan elektroda tengah unik yang terbuat dari campuran Iridium dan platinum alloy. Empat elektroda samping terbuat dari wear resistant yttrium alloy. 

Bosch mengklaim dengan menggunakan kombinasi Iridium dan Platinum pada busi Platinum IR fusion  pada elektroda tengah akan meningkatkan umur pemakain busi ( yang terpanjang dari busi yang ada dipasaran ), dan dapat sebagai pengganti mesin yang menggunakan busi iridium atau platinum.

Salah satu hal penting yang harus diingat adalah Busi Bosch Platinum IR Fusion, Platinum+4 and Platinum+2  pada sat perakitan gapnya sudah di setel secara seragam sebesar 1,6mm dan tidak perlu disetel ulang sesuai dengan busi standard, karena sangat sulit untuk melakukan penyetelan celah secara sama pada elektroda banyak, jadi pasang busi tanpa menyetel gap nya.

Walaupun Busi platinum mempunyai keuntungan performa diatas busi konvensional lain, busi iridium memiliki keuntungan yang lebih baik lagi. 

Keuntungan yang paling penting adalah umur pemakain busi yang lebih panjang ( sampai 4 X lipat dari busi standard ) .  

Busi iridium dapat awet karena campuran logam nya lebih tahan pada keausan secara merata dibandingkan platinum, Iridium biasanya dipadu dengan dengan rhodium sehingga menciptakan elektroda 6 kali lebih keras dan 8 kali lebih kuat dibandingkan Platinum. 

Iridium merupakan salah satu logam yang kuat .

Iridium mempunyai titik lebur 2410 derajat celcius lebih tinggi sekitar 1200 derajat dari platinum dan merupakan logam mulia seperti platinum sehingga harganya mahal, namun saat ini iridium dijual lebih murah dibandingkan platinum ($540 ounce untuk ridium versus $1200 ounce untuk  platinum November 2014).

Busi NGK "Iridium IX" and Denso tipe  "Iridium Power" digunakan sebagai busi OEM pada banyak mobil asia. Pada toyota dan lexus model terbaru penggantian busi denso iridium mencapai 120,000 mil.

Busi iridium mempunyai elektroda tengah yang sangat tiptis (0.4 mm to 0.7 mm ) tergantung merk busi. 

Pada Busi denso iridium generasi pertama ujung elektroda mempunyai  “ U – Groove “  yang meningkatkan kekuatan pengapian dan lebih tahan Pada keausan. 

Denso mengatakan design businya dapat menurunkan tegangan pengapian sampai 5.000 volt dibandingkan busi konvensional.

Untuk kebutuhan mesin performa tinggi, Denso mengembangkan Busi power iridium dengan elektroda tengah yang sangat tipis sebesar 0,4 mm, busi ini dirancang untuk meningkatkan kekuatan pengapian pada kondisi pengendaraan yang ekstrim.

Pada tahun 2014 Denso memperkenalkan Busi iridium TT yang elektroda tengahnya terbuat dari campuran iridium dan rhodium sedangkan elektroda negatifnya terbuat dari Platinum. 

Elektroda tengah busi iridium TT mempunyai ukuran 0,4 mm yang terbentuk dari campuran iridium dan rhodium yang memberikan ketahanan yang luar biasa terhadap karat dan oksidasi temperatur panas. 

Tonjolan Elektroda negatifnya terbuat dari platinum dengan ukuran 0,7 mm yang dirancang tahan terhadap oksidasi dan keausan. 

Ukuran elektroda yang kecil mengurangi kebutuhan tegangan listrik untuk menciptakan loncatan bunga api dan mengurangi misfiring, dan memperkecil gangguan ekspansi bunga api dan menyelesaikan proses pembakaran. 

Ujung elekroda kembar memperpanjang umur busi dan membantu memfokuskan bunga api agar pembakaran berlangsung efisien dan mengurangi misfire.

Penggunaan busi iridium sebagai OEM pada kendaraan model terbaru pada belakangan ini semakin meningkat karena faktor performa dan dari segi biaya, Busi iridium banyak digunakan pada mesin yang sudah menggunakan teknologi Gasoline Direct Injection untuk meningkatkan kekuatan sistem pengapian. Busi iridium juga menjadi pilihan yang bagus untuk penggantian busi standard dan busi platinum.

Dari mana kah Iridium berasal ? Kebanyakan berasal dari ruang angkasa, kira –kira 50 juta tahun yang lalu sebuah asteroid raksasa jatuh menghantam ke bumi di sebuah kota bernama Chicxulub di Yuatan, Mexico. 

Benturan itu menciptakan firestorm dan awan debu sehingga bumi menjadi gelap selama bertahun – tahun, menyingkirkan dinosaurus dan meninggalkan lapisan deposit yang kaya dengan iridium yang menyebar secara merata disemua benua. 

Iridium sering menyatu dengan platinum didalam deposit mineral dan di peroleh sebagai produk sampingan tambang nikel.

Daya Tahan Elektroda Busi

Produsen busi sering membanggakan keuntungan design elektroda mereka yang unik, tapi tanpa memandang design, tujuan yang  ingin dicapai adalah membuat busi dapat menciptakan api yang kuat semudah mungkin.

Bunga api lebih mudah meloncat dari permukaan yang tajam dari pada permukaan busi yang bulat / tumpul. Semakin lancip elektroda busi, semakin ringan rintangan busi untuk menciptakan bunga api pada berbagi macam kondisi pengendaraan. 

Bentuk elektroda pada beberapa busi juga dirancang tidak menutupi bunga api sehingga lebih banyak bunga api mengarah ke campuran udara dan bahan bakar, hal ini meningkatkan perambatan bunga api kernel pada saat bunga api dipercikkan. 

Satu hal yang harus diingat berhubungan dengan performa, adalah busi tidak akan menghasilkan tenaga dari udara yang sedikit. Konfigurasi elektroda yang khusus dapat mengurangi misfiring dan besarnya tegangan listrik yang dibutuhkan busi menciptakan bunga api. Tapi busi hanya membakar apa yang sudah ada didalam ruang bakar, jika ada tenaga yang didapatkan itu adalah karena tidak adanya misfire bukan karena faktor lain.

Ukuran Busi yang semakin kecil

Trend yang lain dalam evolusi busi adalah ukurannya yang semakin menyusut, Ford Triton menggunakan busi merk autolite long reach 10 mm yang berukuran lebih kecil 4 mm dibandingkan busi 14 mm yang digunakan pada mobil keluaran terbaru. 

Ulir pada busi ini berjarak 1 – 3/8 inchi diatas Ujujng busi, sehingga panas yang diserap busi mempunyai jalur yang lebih panjang sebelum diserap oleh cylinderhead melalui ulir busi. 

Hal ini membutuhkan trik untuk mengatur pelepasan panas. Salah satunya adalah dengan ujung elektroda berbentuk “ U “ yang mengelilingi diatas elektroda busi, Penghubungan kedua ujung elektroda negatif ke shell busi menghasilkan 2 jalur panas untuk menjauh dari ujung busi. elektroda negatif terbuat dari campuran khusus  yang tahan panas Inconel Alloy. Ditengah Dari elektrroda negatif yang berbentuk “ U” terdapat tonjolan kecil Platinumuntuk mengurangi keausan dari elektroda negatif, sedangkan elektroda positif terbuat dari inti tembaga yang diujungnya dipasang platinum, tembaga membantu pelepasan panas dari ujung busi.

Autolite Juga memasarkan busi titanium, Pada dasarnya adalah busi standard dengan elektroda platinum, ditambah lapisan khusus titanium pada shell yang tahan pemuaian untuk mengurangi kerusakan ulir busi pada saat penggantian busi di cylinder head yang terbuat dari alumunium.

 Kemampuan Busi menghilangkan kotoran yang menempel

Satu hal yang harus dimiliki semua busi adalah ketahanan terhadap endapan karbon. Cara nya adalah dengan menjaga elektroda selalu panas untuk membakar endapan karbon, namun tidak boleh terlalu panas yang malah akan mengakibatkan preignitioan (knocking).

Untuk membakar deposit karbon, panas  elektroda busi harus mencapai temperatue 450 derajat celcius secepat mungkin, Namun jika suhunya terlampau panas ( diatas 950 ̊C tergantung dari pada desainn busi ) busi akan membara dan dapat membakar bahan bakar sebelum busi memercikkan api dan mengakibatkan preignitioon / knocking.

Suhu dari elektroda dikontrol oleh panjangnya insulator keramik yang mengelilingi elektroda positif dan desain dari elektroda busi itu sendiri. Keramik tidak dapat menghantar panas dengan baik, sehingga busi dengan insulator yang lebih panjang akan menghantarkan panas lebih sedikit dibandingkan insulator yang lebih pendek, semakin panjang jalur antara elektroda dengan shell busi maka tingkat pendinginannya semakin lambat sehingga busi semakin panas.

Tingkat panas busi   ("heat range" ) tergantung pada panjang insulator keramiknya dan design elektroda nya, tingkat panas busi harus sesuai dengan aplikasi mesin jika tidak busi akan mengalami masalh deposit karbon pada putaran idle atau akan terlalu panas pada beban berat yang dapat mengakibatkan preignition. 

Kebanyakan busi sekarang mempunyai tingkat panas yang lebar berkat penggunaan elektroda yang terbuat dari inti tembaga, yang memungkinkan busi mencapai self cleaning temperatur secepat mungkin dan mencegah overheating.

Misfires Busi

Tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan loncatan bunga api dapat sebesar 5000 volt sampai 30000 volt atau lebih. 

Tegangan pengapian aktual yang dibutuhkan tergantung kondisi operasi seperti beban mesin, rpm, temperature, kompresi  dan campuran bahan bakar dan udara. semakin lebar celah busi dan semakin besar beban mesin maka semakin besar pula  tegangan yang dibutuhkan untuk memercikkan bunga api, sama juga semakin besar tahanan didalam busi semakin besar kebutuhan tegangan listriknya.

Silinder akan terjadi misfire jika bunga api tidak mencapai busi akibat tahanan yang berlebihan dan kebocoran pada kabel busi, atau oksidasi ,retak dan celah udara yang berlebihan didalam distributor cap. 

Ignition coil yang lemah dan kerusakan pada ignition  modul sehingga coil tidak mempunyai waktu yang cukup untuk fully charge diantara saat pengapian juga dapat menurunkan tegangan pengapian  yang dibutuhkan pada saat bunga api terlalu lemah untuk meloncati celah busi. 

Busi yang kotor dan rusak jaga dapat membuat mesin susah dihidupkan, putaran idle yang kasar, kurang tenaga , bahan bakar tidak terbakar dan pencemaran udara.

Penyebab umum terjadinya misfire adalah endapan karbon, endapan  bahanbakar dan oli dan bahan bahan lain disekitar elektroda busi dapta mencegah bunga api mencapai celah busi, bahan- bahan kontaminan juga dapat menjadi penghalang pada celah busi sehingga membutuhkan tegangan lebih tinggi untuk membentuk loncatan bunga api, deposit karbon terbentuk karena additive pada bahan bakar juga oli mesin yang masuk dari ring piston dan sil valve guide. 

Mesin dengan jarak tempuh yang tinggi dimana ring piston dan silinder atau valve guide yang mulai aus akan mengalami masalah deposit karbon pada busi.

Pada mesin tahun 1996 keatas yang sudah dilengkapi OBD II misfire akan menimbulkan kode kerusakan dan menyalakan lampu cek engine. 

Bahan bakar yang tidak terbakar akan menghasilkan volume hydrocarbon yang tinggi pada gas buang dan biasanya kendaraan akan gagal pada saat uji emisi. 

Bahan bakar yang tidak terbakar juga dapt merusak cataytic converter karena over heat. Jadi jika ditemukan kode kerusakan misfire seperti P0302 ( slilinder 2 misfire ), maka periksalah busi, kabel busi , koil  ( untuk pengapian DIS ) , fuel injector dan tekanan kompresi untuk mengetahui penyebabnya. 

Namun jika ditemukan kode kerusakan misfire secara acak P0300, kemungkinana kerusakan nya bukan pada sistem pengapian, kemungkinan campuran bahan bakar yang terlalu kurus yang disebabkan kebocoran saluran vakum atau injector yang kotor.

Menganalisa Kondisi Busi

 Melihat kondisi dari busi dapat memberikan petunjuk tentang masalah yang terjadi didalam mesin seperti campuran terlalu kaya atau kurus , oli terbakar, overheat, timing pengapian terlalu maju, detonasi / pre ignition dll. 

Mengganti busi baru tidak akan menyelesaikan masalah, malah busi baru akan mengalami masalah deposit karbon yang sama kecuali sumber masalahnya dianalisa dan diperbaiki.

Mengganti Busi

Penggantian busi harus dengan busi yang sama atau lebih baik kwalitasnya dari busi aslinya. Merk busi bukan merupakan patokan walaupun banyak pemilik kendaraan dan teknisi lebih memilih merk busi yang sama dengan original ketika mengganti busi.

Jika busi mengalami deposit karbon, mungkin busi yang digunakan terlalu dingin untuk jenis mesin dan pengendaraan. 

Mengganti busi dengan tingkat yang lebih panas dapat mengatasi penumpukan deposit karbon. Deposit karbon dapat terbentuk jika kendaraan jarang digunakan atau tidak berjalan dalam waktu dan kecepatan yang cukup untuk menjaga elektroda busi selalu bersih.

Untuk aplikasi balap mengganti busi dengan tingkat yang lebih dingin dapat menghilangkan resiko knocking atau pre ignition pada rpm dan beban tinggi.

Sebelum mengganti busi, tunggulah sampai suhu mesin dingin, mencoba melepas busi dari Cylinder Head alumunium yang panas akan berisiko merusak alur busi  di cylinder head. 

Jika busi seperti terkunci ketika melepasnya, semprotkan anti karat disekitar bagian bawah busi dan tunggu beberapa menit, dan kemudin kencangkan busi kembali baru coba kendurkan kembali, ulangi beberapa kali sampai busi dapat lepas dengan mudah, jika dipaksa busi dapat patah dengan ulir busi tertinggal di silinderhead.

 Memilih Busi Untuk Keperluan Balap

Pemilihan type  busi yang tepat untuk keperluan balap sangat menentukan hasil akhir lomba, ketika mengikuti petunjuk ini, pahamilah bahwa Busi untuk mesin balap biasanya mempunyai tingkat panas yang lebih dingin dibandingkan mobil penggunaan standard.

Busi yang lebih dingin harus digunakan pada mesin dengan tingkat kompresi , temperatur, dan horse power yang lebih tinggi. Faktor lain seperti penggunaan turbo dan supercharge, jenis bahan bakar dan jarak antara piston dengan kepala silinder juga menentukan pemilihan busi.


 Step 1: Shell Design – langkah pertama memilih busi yang tepat adalah menentukan ukuran busi yang cocok dengan jarak antara kepala silinder dan piston. diameter ulir dan jarak ulir, panjang ulir dan dudukan shell begitu juga ukuran diameter kepala busi merupakan faktor pertimbangan dalam memilih busi.

 Step 2: Electrode Design – langkah kedua adalah desain dari elektroda.

Step 3: Heat Range – Tingkat panas busi.
Tingkat panas yang tepat sangat penting untuk mejaga performa mesin selama balapan, mengganti busi dengan yang lebih dingin atau panas tidak akan meningkatkan horsepower tetapi dapat mempengaruhi performa mesin. Busi terlalu panas akan mengakibatkan knocking, busi terlalu dingin mengakibatkan mesin tersendat, misfire.

Faktor utama yang harus diperhatikan dalam memilih tingkat panas busi yang tepat : Jenis balap, penggunaan methanol output khusus, tingkat kompresi, penggunaan NOX , horse power, dan penggunaan super charge dan turbo charge.

Tips penggantian Busi

Sebelum memasang busi, bandingkan busi yang lama dengan yang baru untuk memastikan keduanya mempunyai diameter ulir, jarak ulir ,  panjang ulir dan bentuk kepala busi sama .

Untuk mesin dengan kepala silinder yang terbuat dari bahan alumunium biarkan dingin lebih dulu sebelum mengendurkan atau melepas busi, hal ini akan mengurangi resiko kerusakan ulir busi.

Selalu periksa kondisi busi yang lama setelah dilepas untuk mengetahui kondisi pembakaran didalam mesin, apakah campuran terlalu kaya / kurus dan ataukah ada oli yang ikut terbakar.

Kabel busi harus juga diperiksa dan ganti bila ada kebocoran atau tahanan nya sudah terlalu besar

Spark Plug Torque and Gap

Celah busi sudah disetel pada saat dipabrik, tapi karena penggabungan celah dari pabrik tidak selalu sesuai dengan celah standar untuk mesin tertentu, selalu perhatikan celah busi sesuai dengan buku petunjuk dari masing – masing mesin. biasanya berkisar antar 0.8 mm sampai 1,1 mm, celah yang lebih besar memerlukan campuran yang lebih kurus ,tapi jika terlalu lebar akan terjadi misfire pada saat beban berat.

Pada busi Bosch Platinum+4 dan Platinum2 Jangan merubah celah busi yang disetel dari pabrik walaupun celah businya berbeda dengan spesifikasi mesin, celah busi Bosch sebasar 1,6 mm yang diklaim cocok untuk diaplikasikan kepada semua mesin.

Seberapa kencang busi dipasang tergantung dari jenis dan ukuran kepala busi, busi dengan gasket membutuhkan momen pengencangan yang lebih daripada taper seat. selalu ikuti rekomendasi dari pabrikan, tapi secara umum kita dapat ikuti seperti dibawah ini.

Busi 14 mm dengan type gasket seat dikencangkan 26-30 ft.lb pada kepala silinder cast iron.18 -22ft.lb pada kepala silinder alumunium.

Busi 18 mm dengan type gasket seat dikencangkan 32-38 ft.lb pada kepala silinder cast iron dan 28-34 ft.lb pada kepala silinder alumunium.

14-mm taper seat spark plugs should be tightened to 7 to 15 ft.-lbs. in both cast iron and aluminum.

18-mm taper seat spark plugs should be tightened to 15 to 20 ft.-lbs. in both types of heads.