[ECU] Mapping Waktu Pengapian, Mengapa Tergantung Pada Putaran Mesin? (Why Spark Ignition Timing Depending on Engine Speed?)

Assalamu’alaikum wR wB,

dan salam sejahtera bagi kita semua. Semoga kita semua selamat dalam perjalanan sampai ke tujuan

Kita ketemu lagi bro, setelah masa2 pembersihan diri, kini kita masuki masa peningkatan diri. Salah satunya mungkin dengan artikel ini. Kita ketahui bersama baik ECU maupun CDI, basis kerja utamanya (variable bebas yang paling penting) adalah “putaran mesin” (engine speed), sering kita istilahkan dengan “rpm”. Naik-turunnya waktu pengapian tergantung pada naik-turunya rpm mesin, kemudian variable lain masukan dari sensor2 (TPS, MAP, IAT, O2, IAP, Knock sensor, dll) menjadi pengkoreksi (fine tuning) terhadap waktu pengapian tersebut sehingga semakin pas, sesuai yang diinginkan. Nah yang jadi pertanyaan ; “ Apa hubungannya engine speed (rpm) dengan waktu pengapian?”

Dan kalo kita bisa menemukan jawabannya, maka seting pengapian kita akan mendekati optimal. Dan untuk optimalnya kita perlu memperhitungkan masukan sensor2 yang lain. Inilah yang programkan dalam mapping di CDI/ECU, baik yang standar maupun racing. Ok, bro semua, mari kita mulai…

Pada dasarnya waktu pengapian (ignition timing) ditentukan untuk mendapatkan pembakaran yang optimum, dengan demikian diharapkan akan mengahasilkan power yang maksimum dan emisi gas buang yg minimum di semua rpm. Akan tetapi penentuan waktu pengapian ini dibatasi oleh knocking dibagian atas dan kerugian kompresi dibagian bawah. Kira2 ilustrasin seperti ini

Pada gambar di atas, untuk mendapatkan torsi maksimal pada 1200 rpm di 394 Nm ternyata dibatasi oleh knocking jika pengapian diletakkan di 18 deg BTC, oleh karena itu titik pengapian diturunkan sampai titik aman (1% dibawah MBT/maximum brake torque) di 16 deg BTC, dengan torsi yang dihasilkan 380 Nm. Torsinya memang lebih kecil dari torsi maksimal yang bisa dicapai, akan tetapi lebih aman terhadap knocking (mengenai knocking, sudah pernah ane bahas di sini). Kita lihat bahwa perubahan engine speed (rpm) diikuti perubahan waktu pengapian untuk mendapatkan torsi optimumnya, 1200 –>16deg, 1600 –>18deg, 2000 –>19deg, dst.

Jika kita lihat posisi pengapian dalam satu siklus seperti tampak pada gambar berikut

Pengapian di Zb terlalu maju menghasilkan knocking

Pengapian di Zc terlalu mundur mesin kehilangan kompresi, power turun drastic

Pengapian di Za yang pas, kira peak power pressure terletak di 15 degTDC, model seperti inilah yang kita inginkan pada setiap rpm.

Pressure/kompresi total dalam ruang bakar ditentukan oleh penjumlahan dari motored pressure (karena gerakan kompresi piston) yang bersifat konstan dan combustion pressure(tekanan akibat pembakaran bbm+udara) yang sifatnya tidak konstan (tergantung panas yang dilepaskan/heat release dari pembakaran). Nah sekarang yang kita bahas adalah apa pengaruh rpm terhadap ketidak-konstanan combustion, sehingga waktu pengapian harus disesuaikan untuk setiap rpm?

Telah diketahui bahwa terbakarnya campuran udara-bbm dalam ruang bakar tidak berlangsung sekejab, melainkan menjalar dengan kecepatan tertentu, yg dipengaruhi oleh kecepatan rambat laminar maupun turbulen.

Ketika campuran udara+bbm dalam silinder ditekan (pada langkah kompresi), pada proses pembakarannya ujung api membutuhkan waktu untuk mencapai piston dan untuk mengembangkan gas sehingga menekan piston ke bawah. Durasi waktu pembakaran ini dipengaruhi  sejumlah variabel seperti kehomogenan campuran, efisiensi volumetric , rasio kompresi  dan bentuk ruang bakar. Untuk kondisi campuran, efisiensi volumetric  dan CR yang sama/tetap, durasi waktu pembakaran campuran adalah sama, tidak tergantung engine speed/rpm. Akan tetapi, semakin tinggi RPM, waktu yang tersedia untuk  berlangsung pembakaran yang sempurna semakin kurang, sehingga mulainya pembakaran (waktu pengapian) harus dilakukan lebih awal. Hal ini penting dilakukan agar posisi tekanan hasil pembakaran maksimum (PPP/peak pressure position) selalu berada disekitas 15 deg TDC,  atas dasar inilah peningkatan waktu pengapian dilakukan.

Misalnya pada kurva tekanan pembakaran di atas ditunjukkan bahwa waktu pengapian ideal untuk suatu mesin adalah 26 deg BTC, sehingga menempatkan PPP pada 15 deg ATC, pada 1500 rpm. Berarti jarak dari mulainya pengapian (Za) sampai PPP adalah 26+15=41 deg. Dan durasi waktu untuk 41 deg dapat dihitung sbb :

1500 rpm = 1500 putaran / 60 detik = 25 putaran / detik = (25 x 360 deg) /detik = 9000 deg /detik, sehingga 1 deg = 1/9000 detik = (1/9) mili detik (ms)

Jadi durasi waktu pembakaran optimumnya = 41 x (1/9) ms = 41/9 ms = 4,56 ms.

Ketika rpm naik menjadi 3000, dengan menjaga agar  kondisi campuran, efisiensi volumetric  dan CR tetap, maka durasi pembakaran sempurnaya tetap 4,56 ms. Akan tetapi karena rpm lebih tinggi maka setiap derajad (deg) putarannya membutuhkan waktu yang lebih sedikit yaitu = (1/18) ms = 0,056 ms. Dan untuk menghasilkan durasi pembakaran sempurna 4,56 ms dibutuhkan = 4.56/0,056 = 82 deg, sehingga pengapian harus dimulai di 82-15 = 62 deg BTC (wow tinggi banget waktu pengapiannya)

Kenyataanya tidak setinggi itu, mengapa ? Inilah hal-hal lainnya yang juga perlu untuk diperhatikan sesuai dengan kondisi yang sesungguhnya. Ternyata mesin konvensional (seperti motor kita yang masih karbu) tidak mampu mempertahankan agar kondisi campuran, efisiensi volumetric  dan CR tetap konstan di setiap rpm.

1. Kondisi campuran, AFR (air fuel ratio), tingkat AFR jika diketahui maka dapat diprediksi kecepatan rambat pembakaranya.

Sayangnya AFR ditentukan oleh ketepatan dalam menentukan masa udara yang berhasil disedot masuk ke silinder dan masa bbm yang berhasil dicampurkan didalamnya. Masa udara sangat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan sekitar, semakin dingin dan semakin rendah dpl maka udara semakin padat/masa jenis semakin besar. Sedangkan masa bbm yang berhasil dicampurkan, untuk karbu sangat banyak komponen yang menentukannya yaitu ; bentuk jarum skep, besarnya main jet, pilot jet, konstruksi skep dll, sehingga AFR per rpm menjadi beragam. Sedangkan  untuk unjeksi, cukup jika diketahui masa udara yang berhasil dihitung ECU, ECU akan memerintahkan injector untuk menyemprot dalam durasi tertentu agar AFR yang diinginkan lebih mudah dicapai

2. Evisiensi volumetric, banyaknya volume udara yg berhasil disedot piston. EV sangai dipengaruhi oleh konstruksi intake (konstruksi manifold, klep, throttle dll) dan rpm

Besarnya EV akan menentukan CR riil yang terjadi diruang bakar, sedangkan CR riil akan menentukan besarnya efisiensi transfer panas di ruang bakar. Semakin tinggi CR kecepatan pembakaran semakin tinggi.

Selain varibel2 di atas masih ada beberpa variable lainnya yang mungkin kurang signifikan. Dan dua variable diataslah yang sangat diperhatikan dalam motor produksi masal, dengan menempatkan sensor2 seperti sensor IAT, IAP, TPS, rpm untuk memastikan masa udara yang masuk. Sensor O2 untuk memberi umpan balik apakah bbm yang dicampurkan tadi sudah optimal. Karena konstruksi intake sudah paten, maka EV dapat diprediksi mendekati akurat.

Dengan demikian untuk rpm 3000, waktu pengapian tidak berada 62 deg BTC, akan tetapi terkoreksi menjadi hanya sekitar 30 deg BTC. Begitupula pada rpm berikutnya. Jadi tidak harus semakin bertambah rpm-nya, semakin maju pengapiannya. Bahkan dari kebanyakan motor harian setelah 3000 rpm waktu pengapiannya relative konstan di antara 30-40 deg BTC. Hal ini terjadi karena semakin tinggi rpm EV dan CR riil semakin rendah.

Nah yang ane buta nih bagaimana prekteknya, ketika bro2 semua melakukan ubahan2 pada motor kesayangan dengan spek mesin yang ajib, baik di sector ruang bakar (bore-up, stroke-up), porting polish, ganti karbu, ganti busi, ganti koil, ganti knalpot dll, terus enaknya pake CDI racing apa dan seting CDI yang ok gimana map-nya? Trus hasilnya mantab nggak ? …

Wah ane sangat berterima kasih nih kalo bro2 semua mau berbagi, spek lengkapnya.

Mungkin itu dulu cerita, mengenai hubungan antara perubahan engine speed (rpm) yang harus diikuti oleh ECU/CDI dengan perubahan waktu pengapian (ignition timing advance).

Kalo ada kurang dan salahnya, ane mohon maaf. Mohon suhu2 yang lebih ahli dan lebih kompeten untuk mengkoreksi dan menambahkan.

Wassalau’alaikum wR wB