Bagaimana Mesin Menyala? Kisah Terlupakan Busi dan Magnetpowered (Magneto)

Sistem pengapian adalah subsistem yang bertugas menyalakan campuran bahan bakar-udara di silinder mesin pembakaran dalam setelah penyegelan dan kompresi berlangsung; tanpa perangkat ini yang menciptakan percikan terkendali pada busi, siklus empat langkah tidak dapat diselesaikan. Garis sejarah lebih dari 150 tahun yang membentang dari mesin Étienne Lenoir pada tahun 1860 hingga perangkat coil-on-plug masa kini, sebenarnya adalah kisah penyelesaian satu masalah: menghasilkan percikan pada waktu yang tepat, dengan tegangan yang cukup, secara andal.

Mesin yang Lahir dari Masalah Percikan: Busi Pertama dan Lenoir

Contoh pertama mesin piston pembakaran dalam membawa serta masalah pengapian bahkan sebelum ia lahir. Pada tahun 1860, Étienne Lenoir menggunakan busi listrik pada mesin gas yang memakai namanya, dan ia umumnya dianggap berjasa atas penemuan busi. Prinsip sistemnya secara mengejutkan sangat mirip dengan yang ada saat ini: listrik bertegangan tinggi melompati celah udara di antara elektroda busi dan menghasilkan percikan. Konsep busi, atau spark-ignition, tidak pernah berubah; prinsip kerja dasarnya tetap sama selama lebih dari 150 tahun.

Di sepanjang jalan menuju kematangan komersial busi, satu nama lain menonjol: Frederick Richard Simms. Simms adalah pemilik paten bernomor GB 24859/1898 untuk sebuah magneto bagi mesin pembakaran dalam, dan dikenal sebagai orang yang menciptakan busi tegangan tinggi pertama yang dapat diterapkan secara komersial. Bukan kebetulan ia mulai bekerja sama dengan Bosch pada tahun yang sama; agar busi berfungsi, diperlukan sumber tegangan tinggi yang andal di belakangnya, dan sumber itu akan ditemukan pada magneto.

Attribusi penemuan busi masih diperdebatkan hingga hari ini. Meskipun Lenoir adalah nama yang paling banyak diterima, terdapat pula catatan bahwa busi listrik diciptakan oleh Oliver Lodge; nama Edmond Berger juga disebut. Adapun asal-usul pengapian pelepasan kapasitif (CDI) dapat ditelusuri kembali ke tahun 1890-an, pada karya-karya Nikola Tesla. Sebagaimana pada sebagian besar bidang sejarah teknik, di sini lebih tepat untuk berbicara tentang beberapa kontribusi yang saling melengkapi, alih-alih satu nama tunggal.

Era Magneto: Percikan Tanpa Baterai dan Kebangkitan Bosch

Pada tahun-tahun awal otomobil, instalasi listrik seperti yang kita pahami saat ini hampir tidak ada; membawa baterai berat, mahal, dan tidak andal. Magneto mengisi celah tersebut: karena menghasilkan listrik dari putarannya sendiri, ia menyediakan denyut percikan tanpa baterai. Robert Bosch memproduksi perangkat pengapian magneto pertama untuk mesin stasioner pada 1887; Pada 1897 magnet penyalaan mulai diuji pada kendaraan dan produksi massal dimulai pada 1898. Sejak tanggal itu, Bosch menjadi satu-satunya produsen yang secara praktis andal dalam memasok magnet penyalaan ke mobil.

Lompatan kritis datang pada akhir tahun 1901. Direktur teknik Bosch, Gottlob Honold, mengembangkan magnet tegangan tinggi pertama di dunia beserta busi pendampingnya di fasilitas Stuttgart. Duo ini menghilangkan kebutuhan mobil akan baterai dan menjadikan busi benar-benar praktis. Sekitar 1902 Bosch memperkenalkan magnet dua koil dengan busi tetap dan pemutus kontak di luar silinder. Pada tahun-tahun sebelum 1914, magnet Bosch menentukan pasar; publikasi ilmiah masa itu juga membahas secara rinci perdebatan pilihan antara magnet dan penyalaan koil.

Magnet tegangan tinggi didefinisikan sebagai kombinasi magnet-transformator yang mengirim denyut tegangan tinggi ke busi. Saat ini masih digunakan terutama pada mesin tanpa baterai - mesin pemotong rumput, gergaji mesin - dan pada pesawat piston modern. Sebuah teknologi yang ditarik dari mobil tetapi tetap menjadi standar di penerbangan adalah indikasi baik atas fondasi yang kokoh.

Koil Trembler: Model T dan Jalan yang Dipilih Benz

Magnet bukanlah satu-satunya jalan. Benz Patent-Motorwagen tahun 1886 dan Ford Model T tahun 1908 menggunakan sistem yang disebut trembler coil. Dalam susunan ini, koil disuplai arus yang diselingi oleh mekanisme pemutus kontak, menghasilkan percikan yang goyah dan terputus-putus. Pada Model T, setiap dari empat silinder memiliki koil trembler tersendiri; solusi sederhana, mudah diperbaiki, dan dapat bekerja dengan baterai. Jika dilihat pada kendaraan masa itu, terlihat dua mazhab utama: kamp magnet tanpa baterai dan kamp koil trembler. Jawaban atas pertanyaan mana yang menang menjadi jelas dengan perkembangan di bagian berikutnya.

Sistem Kettering: Mengapa Distributor Cukup untuk Setengah Abad?

Charles F. Kettering mengembangkan sistem penyalaan baterai-koil - susunan yang dikenal sebagai sistem Delco - sekitar tahun 1910. Sistem ini terdiri dari empat komponen utama: koil penyalaan, titik kontak (breaker points), kondensator, dan distributor. Satu koil menaikkan tegangan rendah menjadi tegangan tinggi, dan tegangan diarahkan ke busi yang tepat oleh lengan rotor di dalam distributor. Sistem ini pertama kali diperkenalkan pada mobil Cadillac pada 1912; meskipun sumber-sumber menyebut tahun pengembangan berbeda-beda sebagai 1910, 1911, dan 1912, masuknya Cadillac 1912 adalah kronologi yang paling konsisten dan juga menandai penggunaan pertama sistem berbasis distributor pada 1912.

Alasan kemenangan sistem Kettering bukanlah kecanggihan rekayasa, melainkan murah dan relatif sederhana. Dua sifat ini menjadikannya sistem penyalaan utama industri otomotif selama bertahun-tahun. Dimulai dari Cadillac Model Thirty tahun 1912, susunan distributor tipe titik tetap menjadi sistem utama pada sebagian besar mobil hingga pertengahan 1970-an.

Batas sistem ini memang sudah tampak sejak awal. Mekanik düzenek bujide yaklaşık 10.000 volt üretebiliyordu; değişen yük ve devir koşullarında esneklik sınırlıydı. Kontak noktaları mekanik aşınmaya, oksidasyona ve temas yüzeylerinde açılan kıvılcım nedeniyle yanmaya maruz kalıyordu; düzenli ayar gerektiriyor ve verimsiz kıvılcıma yol açabiliyordu. Yani sistem çalışıyordu ama mühendislik açısından tavanı düşüktü - bu tavan, elektronik ateşlemenin kapısını açtı.

Noktalardan Transistörlere: Elektronik Ateşlemeye Geçiş

Geçiş düşünüldüğünden erken başladı. İlk elektronik ateşleme denemesi, soğuk katot tipi bir düzenek olarak 1948'de Delco-Remy tarafından test edildi. Lucas 1955'te transistörlü ateşleme tanıttı ve bu sistem 1962'de BRM ile Coventry Climax Formula 1 motorlarında kullanıldı - yeni teknoloji, her zamanki gibi önce yarış pistinden sızdı. seri üretim yolculuğu şöyle ilerledi:

• 1963: Pontiac, opsiyonel elektronik ateşleme (Delcotronic) sunan ilk otomobil üreticisi oldu; aynı yıl Hyland Electronics ilk ticari tam katı hâl SCR kapasitif deşarj ateşlemesini üretti.
• 1964–65: Ford filo testleri yaptı ve bazı modellerde opsiyonel elektronik ateşleme sunmaya başladı; aftermarket tarafında Prest-O-Lite CD-65 (50.000 mil garantiyle) ve Delta Mark 10 piyasaya çıktı.
• 1967–68: Motorola breakerless CD sistemini tanıttı; Fiat Dino, elektronik ateşlemeyle standart gelen ilk seri üretim otomobil oldu.
• 1971–75: Jaguar XJ Series 1, ardından Chrysler, Ford ve GM zinciri izledi; GM'in HEI sistemi 1974 sonunda bazı araçlarda tanıtıldı.

1970'lerin ortasında kontak noktaları transistörlerle değiştirilmeye başlandığında ateşleme gerilimi yaklaşık 20 kV'ye çıktı - Kettering sisteminin 10.000 voltluk tavanının ikiye katlanması. Distribütörün kendisi ise bir süre daha yaşadı; dağıtım görevini sürdürdü ama zamanlamayı artık mekanik ağırlıklar değil elektronik beyinler belirliyordu. Distribütörler 1980'ler ve 1990'larda büyük ölçüde elektronik ateşleme sistemleriyle değiştirildi; bilgisayar kontrollü düzenek daha hassas zamanlama ve çok daha az bakım sunuyordu.

Distribütörün Emekliliği: Coil-on-Plug ve Doğrudan Ateşleme

Dağıtım mantığının çözülmesi 1980'lerin ortalarında başladı. GM, distribütörü ve tek bobini kaldırıp her biri yalnızca iki silindiri besleyen çoklu bobin paketlerine geçmeye başladı; bu düzenekte gerilim 100.000 volta kadar çıkabildi. İki silindiri tek bobinle yöneten, biri atılan kıvılcım (wasted spark) olarak bilinen düzenleme, distribütörsüz ateşlemenin ilk pratik biçimlerinden oldu. Nissan'ın NDIS (Nissan Direct Ignition System) adını taşıyan sistemi ilk kez 1985'te RB20DET NICS ve CA18DE NICS motorlarında görüldü.

1990'lardan itibaren coil-on-plug düzenekler yaygınlaştı: her bujinin üzerinde doğrudan bir bobin bulunur, yüksek gerilim kabloları ve distribütör rotoru tamamen ortadan kalkar. DENSO, pada 1996 mengembangkan koil pengapian tipe stick kompak pertama di industri otomotif dan menentukan lanskap kepala silinder saat ini. Pada mesin modern, ECU mengendalikan berbagai fungsi mesin termasuk pengapian dan injeksi bahan bakar dengan satu perangkat - arsitektur yang kebalikan total dari sistem terpisah pada periode sebelumnya. Pengapian kini bukan lagi subsistem independen, melainkan bagian dari manajemen mesin.

Di Mana Sistem Pengapian Berada Saat Ini? Batas dan Perdebatan

Sebanyak identitas penemu busi, perdebatan titik-kontak elektronik di dunia kendaraan klasik tetap hidup. Dari sisi teknis sudah jelas: titik kontak aus, memerlukan penyetelan dan dapat menghasilkan percikan yang tidak efisien. Sebaliknya, di kalangan pemilik kendaraan klasik berlaku pandangan bahwa "pengapian elektronik biasa tidak memberikan manfaat dibanding titik kontak yang dirawat dengan baik" dan dalam praktiknya pandangan ini kadang dibenarkan; juga benar bahwa biaya perbaikan komponen elektronik bisa lebih tinggi. Seperti perbedaan antar sumber mengenai tahun pengembangan sistem Kettering, perbedaan pendapat di sini pun lahir lebih dari konteks penggunaan daripada definisi pengukuran: penggunaan sehari-hari dan orisinalitas tingkat concours adalah kebutuhan yang berbeda.

Di sisi masa depan, penilaian tahun 2013 memperkirakan pengapian percikan dan pengapian kompresi akan tetap dominan untuk sementara waktu. Mesin HCCI (pengapian kompresi homogen) dapat beroperasi dengan bensin dan beralih di antara dua mode pengapian sesuai kondisi berkendara, serta dapat mendekatkan efisiensi ke level diesel; namun ini hingga saat ini masih sebagian besar merupakan kerangka teoretis. Sementara di pasar kendaraan klasik, distributor modern berbasis mikroprosesor dengan Bluetooth seperti 123ignition menawarkan keandalan kontemporer dengan mempertahankan tampilan Kettering - estetika masa lalu didamaikan dengan elektronika masa kini.

Kesimpulan: Percikan yang Sama, Arsitektur yang Berubah

Kurva 160 tahun teknologi pengapian muat dalam tiga angka: 10.000 volt dari sistem Kettering, 20.000 volt dari transisi elektronik, dan 100.000 volt dari coil-on-plug. Tujuannya tidak pernah berubah; yang berubah adalah arsitektur yang menghasilkan dan mengatur waktu percikan, berevolusi dari mekanis menjadi solid-state. Jalan dari magnet ke distributor, dan dari distributor ke koil per busi, adalah miniatur sempurna dari kisah umum rekayasa otomotif: lebih sedikit bagian yang aus, lebih banyak kontrol, tegangan lebih tinggi.

Sumber

• Ignition system
• Spark plug
• Ignition magneto
• 1886-1905: Dari bengkel pertama hingga pabrik
• Bosch Automotive – Sejarah produk
• Bagaimana Perangkat Pengapian Magneto Bosch Memungkinkan Busi
• Evolusi Pengapian
• DENSO menyoroti evolusi koil pengapian
• Dari titik kontak ke presisi: Seabad sistem pengapian
• Pengapian Elektronik
• Magneto atau Pengapian Koil untuk Mobil
• Frederick Richard Simms
• Étienne Lenoir
• Memahami Distributor Pengapian Elektronik
• Titik kontak vs elektronik pada mobil lama