System Kontrol Pada Engine Management System

Secara umum, prinsip dasar pengontrolan berbasis management system pada engine baik pada motor Bensin maupun pada Motor Diesel adalah sama. 

Tujuan pengontrolan mengacu pada optimalisasi tenaga yang dihasilkan engine, peningkatan efisiensi penggunaan bahan bakar dan mengurangi polutan pada gas buang hasil produksi pembakaran pada ruang bakar

Tujuan dari penggunaan sistem kontrol pada engine adalah untuk menyajikan dan memberikan daya mesin yang optimal melalui sistem kerja yang akurat yang disesuaikan agar diperoleh emisi gas buang yang seminimal mungkin, penggunaan bahan bakar yang efisien, menghasilkan pengendaraan yang optimal untuk semua kondisi kerja mesin, meminimalkan penguapan bahan bakar serta menyediakan sistem diagnosis untuk mengevaluasi sistem kerja dan kondisi perangkat perangkat pendukungnya bila terjadi permasalahan-permasalahan yang tidak dikehendaki pada sistem ini. 

Prinsip dan Tujuan sistem Kontrol elektronik Pengontrolan 

Mesin yang dilakukan secara elektronik terdiri atas peralatan-peralatan sensor yang secara terus menerus memantau kondisi kerja mesin. Unit pengontrol elektronik yang dikenal dengan ECU bekerja menerima, mengolah, dan mengevaluasi data-data masukan dari berbagai sensor yang terpasang pada engine maupun di tempat lain sesuai kebutuhan. Dengan membandingkan data pada memorinya dan melakukan perhitungan yang akurat, ECU mengaktifkan perangkatperangkat penggerak/actuator untuk menghasilkan sistem kerja mesin yang baik. 

Proses pembakaran pada motor bensin memerlukan takaran campuran udara dan bahan bakar yang tepat agar menghasilkan pembakaran yang optimal. Campuran yang dikenal sebagai perbandingan udara dan bahan bakar mempunyai kontribusi yang sangat besar terhadap hasil pembakaran. Campuran ini harus berada pada daerah perbandingan yang sesuai yaitu sejumlah 14,7 gram udara membutuhkan 1 gram bensin. Dalam satuan volumetrik, 10.500 liter udara berbanding 1 liter bensin pada tekanan satu atmosfir. Pada perbandingan ini akan dihasilkan tenaga hasil pembakaran yang maksimal dan emisi gas buang yang rendah. Selanjutnya perbandingan 14,7: 1 ini dikenal dengan perbandingan Stoichiometric. (Beberapa ahli menentukan jumlah/besaran yang berbeda-beda yakni pada kisaran antara 14,7 sampai dengan 14,9) 

Adapun dampak perbandingan campuran pada emisi gas buang adalah sebagai berikut :

• Emisi Carbon Monoksida / CO; Pada kondisi campuran kaya (λ < 1) emisi CO bertambah secara linier terhadap penambahan penggunaan bahan bakar. Pada saat campuran kurus (λ > 1) paparan CO berada pada level yang paling rendah. Apabila terjadi campuran yang tidak seragam misalkan campuran kurus dan gemuk pada masing-masing silinder untuk mesin dengan multisilinder, kadar CO rata-rata yang dihasilkan justru akan berada diatas kondisi λ = 1.
• Emisi HC; Hidrokarbon juga akan semakin bertambah bila konsumsi bahan bakar bertambah. Kadar HC akan rendah pada kondisi λ = 1,1 - 1,2. Pada kondisi campuran kaya, kadar HC akan semakin tinggi dimana bahan bakar tidak dapat terbakar sepenuhnya didalam silinder.
• Emisi NO X ; Tingkat kadar NOX pada gas buang berlawanan dengan HC dan CO. Campuran yang kurus akan lebih menambah NOX , karena NOX berlebihan pada ruang bakar, terutama dengan perbandingan kompresi yang tinggi. 

Closed Loop Systems 

Closed Loop System adalah model sistem yang dapat mengontrol output yang menjadi umpan balik bagi bekerjanya sistem (sistem kontrol). 

Contoh pada sistem pengisian, dimana voltage regulator akan melakukan penyetelan otomatis apabila output pengisian tidak sesuai, misal pada saat tegangan output pengisian terlalu rendah, Voltage regulator akan malakukan penyetelan/penyesuaian sehingga output alternator akan bertambah. 

Contoh lan adalah pada cruise control, Knock kontrol pada sistem engine, Idle speed control, dan closed loop air/fuel ratio corection control. 

Jadi, apabila ECM mengoreksi campuran udara bahan bakar berdasarkan sensor oksigen atau air fuel ratio sensor, maka sistem kontrol pada mesin disebut menggunakan closed loop. Pada sistem cloosed loop Fuel control, ECM melakukan monitor gas buang pada saluran pembuangan untuk memperoleh data kandungan sisa oksigen yang terbuang. Dari data oksigen sensor yang terpasang pada saluran exhaust, ECU memperoleh data tentang hasil pembakaran siklus sebelumnya dan dapat melakukan penyetelan/pengontrolan durasi injeksi untuk siklus pembakaran selanjutnya sesuai dengan perbandingan ideal. 

Dengan demikian, maka catalytic converter dapat bekerja dengan efisien. Untuk kebutuhan tertentu, seperti saat starting, akselerasi, tenaga maksimum dan mode maksimum efisiensi bahan bakar, kebutuhan campuran udara dan bahan bakar berbeda. 

Open Loop Systems 

Pada model Open loop System atau sistem loop terbuka, output sistem tidak dimonitor dan sistem tidak melakukan perubahan atau penyetelan berdasarkan output tersebut. Sebagai contoh pada kendaraan tertentu yang menggunakan model ini, produk gas buang tidak dimonitor. Untuk memperoleh campuran yang ideal maupun gas buang yang memenuhi baku mutu, disediakan opsi lain berupa CO adjuster atau Variabel resistor yang dapat disetel untuk memenuhi kebutuhan tersebut. 

Secara umum, terdapat tiga kelompok komponen yang terdapat dalam kontrol engine yaitu :

1. Sensor ; berupa kelompok pendeteksi sinyal berfungsi untuk membaca data-data kondisi kerja mesin untuk diberikan ke ECU - Unit Kontrol (ECU) sebagai pengolah data dan memberikan perintah ke aktuator sesuai kebutuhan mesin
2. Actuator merupakan kelompok penggerak /pelaksana perintah ECU sesuai dengan bagian masing-masing.

Hubungan antara sensor ECU dan Actuator dalam engine management system dapat digambarkan pada bagan berikut

Engine Control Unit (ECU)

Tujuan utama penggunaan sistem komputer ini tidak lain untuk mendapatkan hasil kerja mesin yang se-optimal mungkin. Sistem komputer yang dimaksudkan disini adalah aplikasi sebuah modul Kontrol (seperti CPU pada computer PC) yang mengontrol sistem kerja mesin (juga sistem lain yang terkait pada kendaraan) secara elektronik dengan tingkat ketelitian yang sangat tinggi. 

Elektronik Control Modul / ECM yang juga sering disebut dengan ECU (Electronic Control Unit) atau Kontrol Unit Elektronik berfungsi menghitung dan mengevaluasi data-data masukan dari sensor selama mesin bekerja dan diaplikasikan untuk mengontrol bekerjanya engine dengan pengaturan perangkat actuator atau penggerak seperti injector, ignition coil, Idle air control valve dan lain sebagainya.

ECU akan menghitung jumlah/volume penyemprotan bensin oleh injektor dengan mengacu pada perbandingan campuran ideal (stoichiometric). Disamping itu ECU juga dapat mengatur saat pengapian serta sudut dwell, bahkan bekerjanya pompa bahan bakar juga dapat diatur oleh ECU. 

Secara fisik ECU terdiri atas rumah/cover yang terbuat dari bahan metal dan didalamnya berisi komponen-komponen elektronik yang terpasang pada PCB (printed-circuit board). 

Unit Input-output; 

Unit ini menangani segala lalu lintas sinyal input/masukan dan output/keluaran, sebagai contoh apabila sinyal input yang diberikan berupa frekwensi dan sinyal ini diproses untuk menambah putaran mesin pada bagian output, maka kedua masukan dan keluaran ini disimpan unit ini sampai proses dilakukan. 

Data-data ini berguna sebagai bahan masukan bagi kontrol unit untuk mengkalkulasi bekerjanya actuator. 

Sebagai contoh adalah sistem bahan bakar. Untuk menentukan lamanya pembukaan injector guna penginjeksian bahan bakar, ECU membutuhkan data temperatur engine melalui termistor atau banyak dikenal dengan Water Temperatur Sensor (WTS). Dengan data dari WTS ini, control unit dapat menngkalkulasi durasi pembukaan injektor berdasarkan pertimbangan temperatur engine, disesuaikan dengan data yang ada pada memori ECU ( ROM ). 

Pada saat temperatur engine rendah, dibutuhkan campuran yang lebih kaya agar dapat menstart engine dengan baik. Disamping itu juga menjadi pertimbangan agar kapasitas penginjeksian bahan bakar dapat mengacu pada perbandingan stoichiometric. Selain data dari WTS, instruksi dari ECU kepada actuator juga berdasarkan pada potensiometer yaitu pembukaan katup throotle. 

Dari sensor ini ECU mendapatkan informasi besarnya pembukaan katup throotle sehingga dengan membandingkan data yang ada di memori, ECU dapat menentukan durasi pembukaan injektor yang menentukan kuantitas bahan bakar yang disemprotkan. 

Data yang dimiliki atau yang tersimpan pada ROM tetap mengacu pada perbandingan campuran stoichiometric guna memperoleh konsumsi bahan bakar minimum dan tenaga yang maksimal pada setiap putaran engin. Pada saat-saat tertentu, ECU dapat mengabaikan input yang diterima dari sensor apabila ada nilai atau data dari satu atau sejumlah sensor yang tidak sesuai. 

ECU yang dilengkapi dengan Base Memory akan mengabaikan data-data dari sensor dan bekerja berdasarkan data pada Base memory. Pada kendaraan, kondisi ini biasanya ditandai dengan munculnya sejumlah trouble code dengan mengaktifkan lampu peringatan (Malfunction Indicator Lamp / MIL). 

Disamping itu, ECU juga membatasi putaran mesin dan biasanya engine hanya bisa berputar dibawah putaran ±3000 rpm. Kondisi ini terprogram dengan tujuan membantu pengendara untuk bisa mencapai bengkel terdekat guna perbaikan lebih lanjut. Pada taraf gangguan yang lebih parah, engine tidak akan bisa hidup. 

Hal ini berlaku terutama untuk gangguan yang terjadipada sensor-sensor utama seperti sensor putaran mesin baik berupa Crankshaft Positiion sensor ataupun dari Camshaft Position Sensor. ECU dapat memperoleh data dari sensor dengan cara mengirimkan sinyal tegangan sebesar 5 volt kepada sensor. Akibat adanya perubahan situasi kendaraan (misal perubahan temperatur, tekanan udara masuk, pembukaan throotle, dll), pada beberapa sensor akan mengalami perubahan resistansi sehingga tegangan balik dari sensor ke ECU akan berubah. Perubahan inilah yang dikalkulasikan oleh ECU dan dibandingkan dengan data pada ROM hingga akhirnya ECU dapat menentukan instruksinya kepada actuator. 

Microcomputer sekarang juga dilengkapi dengan sistem peringatan bagi pengendara apabila terjadi permasalahan didalam sistem, terutama bila gangguan tersebut muncul dari luar ECU. Umumnya mode peringatan ini didesain dalam bentuk lampu peringatan yang terpasang pada dashboard yang disebut dengan Malfunction Indicator Lamp (MIL). 

Untuk mengetahui jenis kerusakannya, teknisi dapat mengaksesnya melalui scan tool. Selain itu pada beberapa jenis kendaraan tertentu, kode trouble dapat diakses secara manual dengan prosedur tertentu misalnya pembacaan jumlah kedipan lampu / MIL. 

Berikut contoh teknologi Engine Management Sistem (EMS) yang mampu mengontrol fungsi – fungsi berikut :

1. Penginjeksian bahan bakar; Sistem dapat mengontrol jumlah bahan bakar yang diinjeksikan dengan dasar utama jumlah udara yang masuk dan temperatur engine.
2. Saat Pengapian; berdasar pada data utama pada ROM, jumlah udara yang masuk, putaran mesin dan kontrol knocking, saat pengapian dapat dikotrol
3. Pompa bahan bakar; pengontrolan dilakukan pada sumber listrik pompa berdasarkan putaran mesin sehingga konsumsi power (listrik) dan suara /noise dapat direduksi.
4. Putaran idle; berdasarkan data-data dari beberapa sensor seperti tegangan baterai, temperatur engine, switch air conditioner dan pressure switch pada power steering, putaran idle dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan engine.
5. Pengontrolan uap bahan bakar; untuk mengurangi emisi hidrocarbon dengan cara mengontrol uap bahan bakar pada tangki dan menyalurkannya ke intake manifold.
6. Fail safe sistem; membatasi putaran mesin (hanya pada putaran menengah) untuk mencegah kerusakan lebih parah dan membantu agar kendaraan dapat dibawa ke bengkel terdekat untuk proses perbaikan. Hal ini terjadi apabila control unit dapat mendeteksi terdapat gangguan serius pada sistem. Pada tingkat gangguan yang lebih tinggi, terutama pada sensor – sensor utama (misal sensor putaran mesin (CKP/CMP) maka ECU tidak dapat memberikan perintah pengapian ataupun penginjeksian sehingga mesin tidajk akan dapat bekerja.

Self diagnosis; 

Self diagnosis sebagai bantuan berupa data kerusakan yang terjadi pada sensor ataupun actuator sehingga membantu mempercepat diagnosa kerusakan pada kendaraan. 

Untuk meningkatkan kenyamanan, efisiensi dan kebutuhan pengembangan teknologi pada kendaraan, pada beberapa kendaraan sering ditemukan beberapa aplikasi tambahan berupa piranti kontrol seperti layaknya penggunaan ECU. 

Aplikasi tambahan pada kendaraan modern dapat berupa :

1. Kontrol transmisi (Automatic Transmission/AT)
2. Cruise Control (kontrol throtle, E-gas)
3. Antilock Braking Sistem (ABS)  Automatic Air Conditioner /AC
4. Traction Control
5. In Vehicle Multiplexing Sistem (IVMS)
6. On-board computer, dll 

Beberapa kebutuhan di atas bekerja berdasarkan sistem kontrol elektronik dan membutuhkan data yang tidak hanya bersumber dari data khusus tetapi membutuhkan data yang bisa diambil dari mesin. Dapat dicontohkan seperti data sensor katup throttle juga dibutuhkan oleh sistem kontrol transmisi otomatis untuk mengidentifikasi putaran idle pada mesin serta untuk system pengontrol Cruise. 

Dengan adanya kebutuhan-kebutuhan tambahan seperti di atas maka perlu dibuat jaringan antar kontrol elektronik Komunikasi data antar sistem kontrol agar dapat menghemat penggunaan sejumlah sensor dan memberi kemungkinan bekerjanya sistem secara keselurahan dengan lebih baik. Interface dapat dibagi dalam dua kategori :

1. Conventional Interface, dengan binary signal (switch input), pulse duty factor (pulse-width-modulated signal)
2. Serial data transmision, contoh, Controller Area Network (CAN). Dalam sistem komunikasi data konvensional, setiap sinyal diberi satu jalur (single lain). 
3. Binary signal hanya dapat mengirim satu dari bentuk sinyal, “1” atau “0” (binary code), contoh pada kompressor A/C, “ON’ atau “OFF”. 
4. Pulse-duty factors (potensiometer) dapat digunakan untuk me-relay ke dalam bentuk yang lebih detail seperti pada langkah pembukaan dan penutupan throttle valve. 

Dengan bertambahnya jumlah lalu lintas pertukaran data antar berbagai komponen elektronik pada kendaraan, membuat sistem konvensional interface tidak memungkinkan lagi digunakan. Kompleksitas wiring harness yang dibutuhkan untuk saat ini menuntut pola pengaturan yang cukup sulit, karena kebutuhan komunikasi antar ECU menjadi bertambah.

Scan QR Code Materi di atas