KODE MODUL SKE.PTO 340
Fakultas Teknik UNY Jurusan Pendidikan Teknik Teknik Otomotif
Kumpulan Modul
Sistem Kontrol Elektronik
Penyusun Sutiman
Sistem Perencanaan Penyusunan Program dan Penganggaran (SP 4) Jurusan Pendidikan Teknik Otomotif 2005
! " PEN#!$U%U!N
!. #eskri&si 'udul
Modul Sistem Control Engine ini membahas tentang konsep, desain control pada engine kendaraan dan aplikasinya. Materi yang disajikan dalam modul ini adalah konsep pengontrolan bahan bakar, pengontrolan udara, dan pengontrolan saat pengapian pada kendaraan. Materi di dalam modul ini disajikan dalam tiga kegiatan belajar, yaitu: Kegiatan belajar 1; engontrolan bahan bakar, Kegiatan belajar ! ; engontrolan induksi udara " ; engontrolan saat pengapian . Prasyarat
#ntu #ntukk da dapa patt me memp mpel elaj ajar arii ma mate teri ri Sist Sistem em Engi Engine ne Kont Kontro rol,l, mahasis$a diharapkan diharapkan telah memahami memahami prinsip kerja kerja system bahan bahan bakar pada motor bensin dan modul Electronic Control #nit. (. Petun'uk Pen))unaan Pen))unaan *odul
1. etunjuk %agi Mahasis$a &angkah'langkah berikut perlu ditempuh, agar dapat diperoleh hasil belajar yang maksimal, yaitu: a. elajari baik'baik baik'baik uraian uraian materi yang yang ada pada pada masing'masing masing'masing kegiatan kegiatan belajar belajar.. %ila %ila saudara saudara menemu menemuii kesulitan kesulitan untuk untuk memahami, tanyakanlah kepada dosen pengampu mata kuliah ini.
2
b. (silah tabel rencana belajar dengan baik agar proses dan perkembangan perkembangan belajar anda dapat terpantau terpantau dan terkendali terkendali dengan baik. c. Kerjakan Kerjakan setiap setiap tugas)soal tugas)soal latihan latihan untuk mengetahui mengetahui seberapa seberapa besar besar pemahama pemahamann yang yang telah telah saudara saudara miliki terhadap terhadap materi' materi' materi yang disajikan pada setiap kegiatan belajar. d. Cocokkan hasil pekerjaan anda dengan dengan ja$aban yang telah tersedia di halaman berikutnya. Mencocokkan ja$aban dengan pekerjaan anda dapat anda lakukan setelah semua soal anda kerjakan dahulu. &embar ja$ab dibuat terpisah dengan lembar soal agar anda dapat mengukur penguasaan anda terhadap materi dengan lebih baik. e. %ila belum menguasai le*el materi yang diharapkan, pelajari lagi lagi mat materi eri pad padaa kegiat kegiatan an be bela lajar jar yang yang be bersa rsangku ngkutan tan,, ata atauu tanyakanlah kepada dosen pengampu mata kuliah ini. +. eralata eralatann dan bahan bahan untu untukk melakuka melakukann kegiata kegiatann pada pada lembar lembar kerja kerja telah telah tersed tersedia ia di $orks $orkshop. hop. Mintal Mintalah ah jad$a jad$all bila bila tidak tidak terjad$al- kepada dosen agar anda mendapatkan bimbingan seperlunya. g. pabila pabila anda telah telah menyelesaikan salah satu kegiatan kegiatan belajar, belajar, mintalah kepada instruktur ) dosen pengampu pengampu mata kuliah untuk mengikuti ujian kompetensi. !. etunjuk %agi /osen a. Membantu mahasis$a dalam merencanakan proses belajar b. Membantu mahasis$a mahasis$a melalui melalui tugas'tugas latihan latihan yang dijelaskan dalam tahap belajar. c. Membantu mahasis$a dalam memahami konsep, praktik baru dan menja$ab pertanyaan mahasis$a mengenai proses belajar.
3
d. Membantu mahasis$a untuk menentukan dan mengakses sumber tambahan lain yang diperlukan untuk belajar. e. Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok bila diperlukan +. Merencanakan seorang ahli ) pendamping dosen dari tempat kerja untuk membantu bila diperlukan #. Tu'uan !k+ir
Setelah
mengikuti
dan
melaksanakan kegiatan belajar,
mahasis$a dapat memiliki kemampuan dalam menjelaskan konsep kerja dan aplikasi system pengontrolan bahan bakar, udara dan saat pengapian. /isamping itu mahasis$a dapat menge*aluasi kerja system control pada engine. E. Kom&etensi
Modul SKE. 0 "23 4 3! ini membentuk sub 4 sub
kompetensi
menguasai sistem control menggunkan Elektronik Microcontroler dalam mendeskribsikan,
dan menganalisa unjuk kerja mesin yang
digunakan pada kendaraan
Su, Kom&etensi
Menggunakan konsep konsep sains dalam pemecahan permasalahan bidang otomoti+
Su,-su, Kom&etensi
Menjelaskan kerja pengontrola n pada engine Manajemen Sistem
Kriteria Un'uk Ker'a
0eknik pengontrol an pada engine dikuasai dengan benar
*ateri &okok Pem,ela'aran Sika&
0eliti dan cermat dalam mengident i+ikasi +ungsi pengontro lan dalam engine
Pen)eta+uan Ketram&ilan
Sistem Kontrol udara, bahan bakar dan pengapian
raktek menguji +ungsi control udara, bahan bakar dan pengapian pada EMS
4
F. (ek Kemam&uan
Sebelum mempelajari Modul SKE. 0 "23 4 31 ini isilah dengan cek list 5- kemampuan yang telah dimiliki mahasis$a dengan sikap jujur dan dapat dipertanggung ja$abkan pada table di halaman berikut. 6a$aban 9a 0idak
%ila 7 Ya8, kerjakan
Sub Kompetensi
ernyataan
Menguasai sistem control menggunkan Elektronik Microcontroler dalam mendeskribsikan, dan menganalisa unjuk kerja mesin yang digunakan pada kendaraan
Menjelaskan desain dan karakteristik EC# pada kendaraan
Soal tes +ormati+ 1
Menjelaskan tentang bagian 4 bagian EC# beserta +ungsinya
Soal tes +ormati+ !
Menjelaskan menjelaskan tentang aplikasi EC# pada kendaraan
Soal tes +ormati+ "
pabila mahasis$a menja$ab Tidak, pelajari modul ini.
5
! "" PE*E%!J!.!N
. en/ana ela'ar *a+asisa Kompetensi : Menggunakan konsep'konsep sains dalam pemecahan permasalahan bidang tomoti+ Sub kompetensi : Menguasai system control yang menggunakan electronic Microcontroler Sub kompetensi : Menggunakan konsep system control pada engine kendaraan untuk menganalisa dan mendiagnosa kerja engine yang menggunakan Engine Management sistem Jenis Ke)iatan
Tan))al
1aktu
Tem&at
!lasan
ela'ar
Peru,a+an
Tanda Tan)an #osen
%. Ke)iatan ela'ar 1. Kegiatan %elajar 1; . Kontrol system ,a+an ,akar a. 0ujuan Setelah mempelajari bagian ini, mahasis$a diharapkan mampu menjelaskan prinsip pengontrolan bahan bakar pada kendaraan yang menggunakan Engine Management Sistem .
6
b. #raian materi 0ujuan dari penggunaan sistem kontrol pada engine adalah untuk menyajikan dan memberikan daya mesin yang optimal melalui sistem kerja yang akurat yang disesuaikan untuk menghasilkan emisi gas buang yang seminimal mungkin, pengunaan bahan bakar yang e+isien, menghasilkan pengendaraan yang optimal untuk semua kondisi kerja mesin, meminimalkan penguapan bahan bakar serta menyediakan sistem diagnosis untuk menge*aluasi sistem kerja dan kondisi perangkat perangkat pendukungnya bila terjadi permasalahan'permasalahan yang tidak dikehendaki pada sistem ini. engontrolan Mesin yang dilakukan secara elektronik terdiri atas peralatan'peralatan sensor yang secara terus menerus memantau kondisi kerja mesin. #nit pengontrol elektronik yang dikenal dengan EC# bekerja menge*aluasi data'data masukan dari berbagai sensor yang terpasang pada engine. /engan membandingkan data
pada
memorinya
dan
melakukan
perhitungan yang akurat, EC# mengakti+kan perangkat'perangkat penggerak)actuator untuk menghasilkan sistem kerja mesin yang baik. (su global yang banyak mendapatkan perhatian salah satunya adalah emisi gas buang dari kendaraan bermotor. as buang mesin merupakan gas hasil pembakaran dari campuran udara dan bahan bakar. %ahan bakar memiliki unsur yang dikenal dengan idrokarbon. ada proses pembakaran yang ideal, hidrokarbon akan bereaksi dengan udara dan menghasilkan C ! dan air. anya saja pada kenyataannya kondisi pembakaran sempurna tidak bisa tercapai pada keadaan normal saat mesin bekerja. %eberapa gas lain yang muncul sebagai polutan adalah
7
karbon monoksida C-, hidrokarbon C-, oksida nitrogen <=-, dan pada motor /iesel juga menghasilkan partikulat. /isamping itu bahan tambah yang ada pada bahan bakar juga akan menghasilkan sejumlah polutan berupa oksida sul+ur dan timbal. olutan ini sangat berbahaya terutama bagi kesehatan manusia serta kelestarian alam. roses pembakaran pada motor bensin memerlukan takaran campuran udara dan bahan bakar agar bisa menghasilkan pembakaran yang maksimal. 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 12,> kg udara membutuhkan udara sejumlah 1 kg bensin. /alam bentuk *olumetrik, 13.?33 liter udara berbanding 1 liter bensin pada tekanan satu atmos+ir. ada perbandingan ini akan dihasilkan tenaga hasil pembakaran yang maksimal dan emisi gas buang yang rendah. Selanjutnya perbandingan 12,>: 1 ini dikenal dengan perbandingan Stoichiometric. erbandingan antara udara dan bahan bakar adalah sebagai bentuk kebutuhan udara yang dikenal sebagai +aktor lambda @ -. Secara sederhana lambda dapat dirumuskan sebagai perbandingan jumlah udara terpakai atau aktual dengan kebutuhan teoritis atau ditulis sebagai :
λ=
JumlahUdaraTerpakai UdaraTeoritis
ada perbandingan stoichometrik 2 A 1. #ntuk campuran kaya atau kekurangan udara, besarnya
2
B 1,sedangkan pada campuran
kurus atau terlalu banyak udara besarnya 2 1.
8
dapun dampak perbandingan campuran pada emisi gas buang adalah sebagai berikut : •
Emisi Carbon Monoksida ) C; ada kondisi campuran kaya @B 1- emisi C bertambah secara linier terhadap penambahan penggunaan bahan bakar. ada saat campuran kurus dimana @ 1, kadar C berada pada le*el yang paling rendah. pabila terjadi campuran yang tidak seragam misalkan campuran kurus dan gemuk pada masing'masing silinder untuk mesin dengan multisilinder, kadar C rata'rata yang dihasilkan justru akan berada diatas kondisi @ A 1.
•
Emisi C; idrokarbon juga akan semakin bertambah bila konsumsi bahan bakar bertambah. Kadar C akan rendah pada kondisi @ A 1,1 '1,!. ada kondisi campuran kaya kadar C akan semakin tinggi dimana bahan bakar tidak dapat terbakar sepenuhnya didalam silinder.
•
Emisi <=; 0ingkat kadar < = pada gas buang berla$anan dengan C dan C. Campuran yang kurus akan lebih menambah <=, karena <= timbul dari temperatur yang berlebihan pada ruang bakar, terutama dengan perbandingan kompresi yang tinggi.
Gambar 1; katalitic converter
ada engine yang menggunakan system kon*ensional misal karburator-, perbandingan ideal sangat susah tercapai. /engan teknologi control elektronik, rata'rata perbandingan campuran udara dan bakar tetap dipertahankan pada kodisi kurang lebih 1D dari perbandingan stoichiometric . Kondisi perbandingan ini dikenal dengan catalytic converter window .
lambda
window
atau
#ntuk itu, pada kendaraan yang
mengaplikasikan system control elektronik, tolok ukur utama dalam menghitung jumlah bahan bakar yang akan diinjeksikan adalah mengacu pada perbandingan stoichiometric . %ahan bakar dari tangki disuplai oleh pompa bahan bakar dengan tekanan ! 4 " bar. /engan melalui saringan bahan bakar terlebih dahulu, bahan bakar bertekanan ini ke pipa pembagi accumulator ) +uel gallery- untuk didistribusikan ke
masing
4
masing
injector
sesuai
dengan
urutan
penginjeksian. ada saat penginjeksian diperlukan, EC# memberi signal ke injector untuk membuka sehingga bahan bakar pada accumulator dapat tersalurkan menuju ruang bakar dalam bentuk kabut sehingga mudah untuk terbakar. &amanya pembukaan injektor akan menentukan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, disamping itu juga dipengaruhi oleh tekanan bahan bakar. gar perhitungan jumlah bahan bakar lebih akurat maka tekanan bahan bakar harus dapat dipertahankan konstan. #ntuk itu pada accumulator terpasang regulator bahan bakar pressure regulator- yang bekerja berdasarkan perubahan ke*akuman pada intake mani+old. /engan demikian pada saat putaran engine idle, akan terjadi kelebihan bahan bakar dan regulator akan menyalurkannya kembali ke tangki melalui
saluran o*er+lo$. Sebaliknya pada saat putaran tinggi, kebutuhan bahan bakar akan meningkat sehingga tekanan didalam akumulator menurun. ada saat ini regulator akan menutup saluran o*er+lo$ sehingga jumlah bahan bakar yang diinjeksikan akan dapat dipertahankan sesuai dengan kalkulasi EC#. #ntuk lebih jelasnya, aliran bahan bakar dapat dilihat pada gambar 2.
ambar !; skema aliran bahan bakar
dapun komponen 4 komponen system bahan bakar seperti pada gambar " berikut : 1 !
2
"
?
Keterangan : 1. ompa 2. ccumulator ) +uel gallery !. (njektor ?. ressure regulator ". Filter bahan bakar . Gacuum regulator
ambar "; komponen 4 komponen system bahan bakar
/alam menginjeksikan bahan bakar, terdapat tiga pekerjaan utama pengontrolan- yang akan dilakukan oleh EC# khususnya system yang menggunakan model EMS-, yaitu perhitungan kuantitas penginjeksian, pemilihan mode injeksi dan +uel cut. erhitungan kuantitas dilaksanakan atas pertimbangan kondisi kerja mesin yaitu pada saat bekerja normal atau pada saat starter. Control unit mangkalkulasi $aktu pembukaan bagi injector agar sesuai dengan perbandingan stoichiometric dan kebutuhan
mesin
pada
saat
itu.
/isamping
itu juga
diperhitungkan mode injeksi yang sedang dilaksanakan. dapun mode injeksi dapat digolongkan menjadi tiga bagian yaitu mode simultan ) serempak, group ) kelompok dan seHuential. ada mode simultan, bahan bakar dinjeksikan dalam $aktu yang bersamaan untuk semua silinder. Mode ini merupakan metode penyemprotan model lama dan untuk model baru diaplikasikan pada saat start dan kondisi temperatur air pendingin masih rendah.
ambar 2; .Mode injeksi simultan pada engine silinder
6umlah bahan bakar yang akan diinjeksikan dihitung melalui lamanya pembukaan injector. dapun perhitungan durasi penginjeksian pada setiap injector dihitung dengan persamaan ; Ti Te Ts Dimana :Ti Te Tp Cen C! Ts
= Timing Injeksi = Tp x {1 + Cen} x C! = "asar perhit#ngan k#antitas !ahan !akar = coeisient koreksi tam!ahan = koreksi ee"!ack "ari gas !#ang = koreksi tegangan !aterai
•
•
•
•
penambahan bahan bakar saat temperatur rendah penambahan bahan bakar setelah start penambahan bahan bakar pada saat start saat akselerasi perbandingan campuran
Koreksi +eedback dari gas buang diperoleh dari input sesor oksigen yang terpasang pada eJhaust mani+old. /ari sensor ini dapat diperoleh nilai perbandingan campuran udara bahan bakar dan menjadi umpan balik bagi EC# agar dapat memberikan campuran stoichiometric ke dalam ruang bakar. Metode penginjeksian kelompok ) group adalah juga metode lama yang diterapkan pada kendaraan injeksi. enginjeksian oleh injector dilakukan bersama'sama dengan kelompok masing'masing dan menginjeksi sekali dalam dua putaran
poros engkol. ambar ? menunjukkan model penginjeksian group pada mesin silinder
Gambar 5; mode injeksi grou ada engine 6 silinder
/urasi penginjeksian masing'masing injector diperhitungkan dengan persamaan sebagai berikut : Ti = Te x 2 + Ts
Setiap silinder mendapatkan injeksi bahan
bakar dengan urutan seperti pada +iring order.
Gambar 6; mode injeksi se!uential untuk 4 silinder
#ntuk perhitungan durasi penginjeksian ditentukan seperti persamaan berikut : Ti = Te x 2 + Ts
ada model seHuential ini, nilai 0e adalah nilai jumlah e+ekti+ durasi injeksi untuk model injeksi berurutan. Seperti yang telah dijelaskan di atas, bah$a durasi injeksi dikalkulasi berdasar
memori pada EC# dan data'data dari
berbagai sensor sebagai +actor koreksi. %eberapa sensor yang berpengaruh pada kalkulasi durasi injeksi tersebut adalah sebagai berikut ; 1- 0hrottle position sensor s$itch; memberikan sinyal posisi pembukaan throotle sehingga EC# dapat menghitung akselerasi, +uel cut, deselerasi dll. !- Mass air +lo$ sensor; memberi in+ormasi jumlah udara yang masuk ke intake mani+old dan EC# dapat mengkalkulasi durasi injeksi "- ater temperature sensor; memberi in+ormasi temperature air pendingin agar EC# dapat mengkalkulasi durasi injeksi seperti saat engine dingin, koreksi durasi saat start dll 2- Cam sha+t osition sensor ; memberi in+ormasi posisi putaran
cam
sha+t)cranksha+t
sehingga
EC#
dapat
mengkalkulasi dimulainya saat penginjeksian, mode injeksi dll. ?- Speed sensor; memberi data kecepatan kendaraan agar EC# tidak melakukan +uel cut apabila kendaraan bergerak dengan kecepatan L km)jam atau kurang.
%$S$itch posisi netral; memberi in+ormasi posisi netral agar dapat diperhitungkan #e& c#t
>- (gnition S$itch; mendeteksi saat start sehingga EC# dapat melakukan penambahan durasi injeksi saat start - %ateray;
in+ormasi
tegangan
baterai
agar
dapat
mengkompensasi tegangan baterai N- ksigen sensor; sebagai in+ormasi tentang
hasil
pembakaran
atau umpan balik
sehingga
EC#
dapat
memperhitungkan campuran stoichiometric c. Iangkuman 0ujuan utama pengontrolan system bahan bakar adalah untuk memberikan suplai bahan bakar yang tepat sehingga diperoleh hasil pembakaran yang maksimum dan emisi gas buang yang rendah. liran %ahan bakar dari tangki disuplai oleh pompa bahan bakar dengan tekanan ! 4 " bar. Setelah disaring oleh +ilter, bahan bakar bertekanan ini diteruskan ke pipa pembagi accumulator ) +uel gallery- untuk didistribusikan ke masing 4masing injector sesuai dengan urutan penginjeksian. ada saat penginjeksian diperlukan, EC# memberi signal ke injector untuk membuka sehingga bahan bakar pada accumulator dapat tersalurkan menuju ruang bakar dalam bentuk kabut sehingga mudah untuk terbakar. &amanya pembukaan injektor akan menentukan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, disamping itu juga dipengaruhi oleh tekanan bahan bakar. Model pengaliran bahan bakar ditentukan oleh sistem yang tersedia didalam EC#. #mumnya ada tiga model yang digunakan yaitu model serempak)simultan, kelompok)group dan sendiri' sendiri)seHuential.
ada
masing'masing
kendaraan,
jenis
penginjeksiannya dapat hanya menggunakan satu jenis, tetapi pada model terbaru EMS- digunakan lebih dari satu model
tergantung dari hasil e*aluasi EC# berdasarkan in+ormasi yang diperoleh dari masing'masing sensor. Sensor sensor yang memberi masukan bagi EC# terkait dengan +ungsinya
dalam
menentukan
durasi
penginjeksian adalah
Camsha+t position sensor, ater 0emperatur Sensor, 0hrottle osition Sensor, Mass ir +lo$ sensor, Speed sensor, S$itch netral, (gnition S$itch, tegangan baterai dan ksigen sensor. d. 0es +ormati+ 1 1) Jelaskan
secara
singkat
dengan perbandingan campuran
Apa
yang
stoichiometric
dan
dimaksud mengapa
ini manadi patokan dalam pengineksian
bahan bakar! ") Apabila tekanan bahan bakar dari pompa terlalu tinggi# elaskan dampaknya terhadap konsumsi bahan bakar sert berikan alas an singkat! $) Jelaskan pada saat kapan %uel cut dilaksanakan ketika engine bekera
2- Mengapa data dari &ater temperature sensor mempunyai peran yang penting bagi pengineksian bahan bakar '
e. 6a$aban 0es +ormati+ 1 &ihat lampiran 6a$aban soal. !. Kegiatan %elajar !; . Kontrol sistem induksi udara a. 0ujuan Setelah mempelajari bagian ini, mahasis$a diharapkan mampu menjelaskan prinsip pengontrolan induksi udara pada kendaraan.
b. #raian materi ada a$alnya, +ungsi piranti elektronik yang ada pada system induksi udara adalah hanya sebagai sensor, guna mengetahui jumlah atau *olume udara yang masuk ke intake mani+old dan temperatur udara agar EC# dapat menghitung massa udara yang dimasukkan ke ruang bakar. /e$asa ini pengontrolan telah dapat dilakukan khususnya pada putaran rendah untuk mengontrol putaran idle dan putaran tinggi guna meningkatkan e+isiensi *olumetric. Skema system control udara dapat dilihat pada gambar >.
Gambar 7; "kema s#stem induksi udara
Sistem aliran udara dimulai dari +ilter udara untuk menyaring dari kotoran, air metering berupa sensor temperature dan air +lo$ meter- menuju throttle body, intake mani+old dan ke ruang bakar. Fungsi dan prinsip kerja sensor dan actuator didalam system ini dapat anda pelajari pada modul berikutnya yaitu pada modul sensor dan actuator.
0ujuan yang diharapkan dari sistem control engine pada saat engine bekerja pada putaran idle adalah •
#ntuk
menyeimbangkan
torsi
yang
dihasilkan
dengan
perubahan beban engine, sehingga mesin dapat tetap berputar secara stabil meskipun ada penambahan beban'beban asesories seperti C, po$er steering, beban'beban listrik laindan proses terhubungnya transmisi otomatis. •
#ntuk menyajikan putaran rendah yang halus dengan emisi gas buang dan konsumsi bahan bakar yang rendah mengingat lebih dari "3D pemakaian bahan bakar didalam kota digunakan pada putaran idle.
#ntuk mengontrol putaran idle, EC# menggunakan input dari $ater temperature sensor, throtle position sensor, air conditioner )C, transmisi otomatis, po$er steering, sistem pengisian charging system-, putaran mesin dan kecepatan mesin. da dua cara yang digunakan dalam mengontrol putaran idle yaitu dengan pengontrolan udara dan pengontrolan timing. 6umlah udara yang masuk melalui intake mani+old dikontrol oleh katup bypass atau oleh sebuah actuator. Katup bypass menggunakan motor listrik yang dikontrol oleh EC# yang bekerja membuka dan menutup saluran dengan besar pembukaan sesuai dengan nilai yang telah ditetapkan. /engan katup throtle yang besar, maka pembukaannya akan sangat sensiti+ terhadap
putaran mesin
sehingga kecepatan idle susah dikontrol. #ntuk itu digunakan katup bypass. /engan menggunakan umpan balik dari rpm engine, EC# dapat menyetel jumlah udara yang mengalir untuk menambah atau mengurangi putaran idle. Kelemahan pada kontrol udara ini adalah relati+ lebih lambat dalam merespon perubahan beban. #ntuk
mengatasi masalah ini, sistem kontrol udara sering dikombinasikan dengan kontrol sistem pengapian agar diperoleh putaran idle yang sesuai. Kebutuhan bahan bakar pada saat putaran idle ditentukan oleh beban dan putaran mesin. /alam operasi kerja c&ose" &oop sistem
nilai atau jumlah bahan bakar ini dioptimalkan oleh &am!"a
c&ose &oop contro&.
%erikut adalah contoh piranti pengontrol udara yang digunakan dan bekerja saat putaran idle.
Gambar 8; iranti engontrol utaran idle dan skema kerjan#a
Skema di ba$ah ini
menunjukkan sensor'sensor yang
memberikan data bagi EC# untuk menjalankan putaran idle. /ata data tersebut diolah oleh EC# dan memberikan output berupa perintah bagi ctuator untuk membuka system udara. ctuator untuk system idle ini dikenal dengan (dle ir Control Gal*e (C Gal*e- dan Fast (dle /e*ice F(C/Camshaft Position Sensor $%enentukan keceatan mesin&
Throttle Position Sensor $menentukan aaka' osisi idle atau bukan& Water Temperatur Sensor $menamba' utaran idle saat mesin dingin&
"in#al utaran
"in#al osisi idle
(emerature engine
meruba' kectn idle saat osisi di )* + atau ,&
)osisi netral
Air Conditioner Switch $mengaktikan ungsi idle tamba'an&
ir /onditioner bekerja
Batter $menamba' utaran idle saat tegangan baterai renda'
!ehicle Speed Sensor $%enentukan keceatan kendaraan stasioner atau tidak&
I"nition Switch $%emerta'ankan ut idle saat osisi selain start&
Actuator Idle
$-dle ir /ontrol 0alve &
(egangan baterai
eceatan kendaraan
"in#al "tart
ambar ; Skema alur data saat putaran idle
#ntuk memperbaiki kemampuan sensor induksi udara, metode pengukuran udara selain seperti contoh di atas, juga telah banyak diaplikasikan model sensor ke*akuman atau banyak dikenal dengan Manio&" '!so&#t (ress#re Sensor M Sensor-. Map sensor terpasang pada intake mani+old untuk mendeteksi perubahan tingkat ke*akuman sebagai data kuantitas udara yang masuk ke ruang bakar. iranti elektrik yang secara spesi+ik memberikan input kepada EC#, seperti pressure s$itch pada po$er steering system berguna untuk mendeteksi beban beban assesories sehingga putaran idle dapat mengatasinya dengan cepat. Metode yang disebut sebagai strategi 7Feed Fo$ard8 ini lebih baik dibandingkan dengan metode umpan balik yang menunggu terjadinya umpan balik, dimana sistem tidak akan ada reaksi kecuali bila terjadi penurunan putaran idle. %ila assesories telah dikontrol oleh EC#, maka berikutnya dilakukan pengontrolan idle speed. /engan metode penundaan beban setelah permintaan reHuest-, maka kompensasi terhadap reHuest tersebut dapat dilaksanakan sebelum beban actual benar' benar dioperasikan. Seperti metode penundaan beban, yang sangat e+ekti+ untuk mengontrol beban kompressor pada sistem C, misalnya. ada saat C diakti+kan, EC# akan menambah putaran idle terlebih dahulu baru diikuti oleh pengakti+an kerja kompresor. 0ujuan dari desain mesin salah satunya adalah bagaimana menghasilkan torsi yang tinggi pada semua putaran, baik putaran rendah maupun putaran tinggi. /ari kur*a kemampuan mesin, torsi yang dihasilkan adalah proporsional dengan pemasukan udara dalam ruang bakar. #ntuk itu masalah utama pada sistem
pemasukan udara adalah desain geometri dari saluran udara, yaitu intake mani+old. Secara umum intake mani+old yang pendek menghasilkan output yang tinggi pada putaran tinggi tetapi secara simultan akan menimbulkan kerugian torsi pada putaran rendah. (ntake mani+old yang panjang menimbulkan e+ek yang berla$anan. Karena dinamika katup masuk dan piston, gelombang tekanan yang terjadi akan berpusar didalam intake mani+old sehingga pada akhirnya akan membantu membentuk campuran yang homogen didalam ruang bakar. /ilain pihak, membutuhkan $aktu yang lama, sementara pada putaran tinggi, kebutuhan $aktu untuk pemasukan udara sangat pendek. #ntuk mengoptimalkan kemampuannya, beberapa mesin telah mengaplikasikan *ariabel intake sistem yang memungkinkan kedua metode ini diaplikasikan dan disesuaikan dengan operasi kerja mesin.
ambar N; *ariable intake Mani+old
Salah satu metode yang telah dikembangkan adalah dengan menggunakan katup kontrol elektronik. /engan peralatan ini, aliran udara ber*ariasi sesuai dengan putaran mesin. Saat putaran rendah, katup akan menutup sehingga aliran udara menuju ruang bakar melalui saluran intake mani+old- normal. ada saat putaran tinggi, katup akan dibuka oleh EC# sehingga jalur udara masuk diperpendek
sehingga
mengahasilkan
output
mesin
yang
maksimum. /engan demikian input atau data putaran mesin, beban mesin dan pembukaan katup throttle menentukan pembukaan katup. Contoh aplikasi system induksi udara dengan *ariable intake mani+old adalah seperti pada gambar N, yang telah diaplikasikan oleh roduk merk <(SS< yang dikenal dengan teknologi G(S yaitu )aria!&e In"#ction 'ir S*stem . ksida nitrogen pada gas buang dapat dikurangi dengan dengan cara mencampur atau memasukkan kembali sebagian gas buang kedalam intake mani+old dan bercampur dengan campuran udara bahan bakar yang menuju ke dalam silinder atau ruang bakar. kan tetapi hal ini akan berpengaruh kurang baik terhadap proses pembakaran dalam silinder khususnya pada putaran idle, putaran rendah dan pada saat mesin bekerja masih dalam temperatur rendah. #ntuk mengantisipasi hal ini EC# memiliki data re+erensi untuk pembukaan katup EI yang disesuaikan dengan putaran ataupun beban mesin. /engan aplikasi EI, EC# akan memasukkan gas buang ke dalam intake mani+old apabila terdeteksi peningkatan kadar idrokarbon oleh sensor gas buang pada saluran gas buang. roses pengontrolan k$antitas gas buang yang dimasukkan kedalam intake mani+old dilakukan oleh EC# melalui pengontrolan sebuah katup pneumatic atau berupa solenoid. 0ingginya
temperature mesin menjadi pertimbangan bagi EC# sebelum mengakti+kan EI guna menjaga kestabilan putaran mesin. Khusus pada saat putaran idle dan akselerasi, EI tidak akan diakti+kan.
ambar 13; iranti penggerak ) actuator EI
c. Iangkuman erkembangan system control sekarang telah mampu mengontrol induksi udara melalui system control yang terintegrasi melalui program yang tersedia pada EC#. liran udara dimulai dari +ilter udara, air +lo$ meter, throttle body dan intake mani+old. /alam system saluran udara ini, control unit membutuhkan data temperature udara, *olume dan atau densitas udara yang masuk ke ruang bakar. /ata 4 data ini diperlukan untuk mengkalkulasi terpenuhinya campuran stoichiometric oleh EC#. ada putaran idle, teknologi system control mampu mengontrol putaran idle melalui actuator yang dikontrol oleh EC# sehingga diperoleh putaran idle yang tepat guna memenuhi kebutuhan engine. Contoh piranti actuator (dle adalah (C *al*e dan F(C/. #ntuk melengkapi kerja EC# pada saat idle, dibutuhkan data'data dari berbagai sensor seperti Camsha+t osition Sensor, 0hrottle osition Sensor, ater 0emperatur Sensor, ir Conditioner s$itch, tegangan baterai, Gehicle speed sensor dan lain'lain.
#ntuk memaksimalkan bekerjanya engine, teknologi *ariable (ntake mani+old telah diaplikasikan dengan memperpendek jalurnya pada saat putaran tinggi dan bekerja pada jalur normal lebih panjang pada saat putaran rendah. /isamping itu untuk mereduksi emisi gas buang, pada intake mani+old juga telah dapat diaplikasikan teknologi EI. Semua system ini bekerja diba$ah control EC#. d. 0es +ormati+ ! 1) (ebutkan minimal data sensor yang dibutuhkan oleh E*U untuk mengontrol putaran idle+ ") Apa yang dimaksud dengan ,ariable -ntake mani%old dan elaskan tuuannya secara singkat!
"- Mengapa E*U membutuhkan data dari s.itch air conditioner pada saat putaran idle'
e. 6a$aban 0es +ormati+ ! &ihat lampiran 6a$aban soal. ". Kegiatan %elajar "; . Kontrol Sistem Pen)a&ian a. 0ujuan Setelah mempelajari bagian ini, mahasis$a diharapkan mampu menjelaskan prinsip pengontrolan saat pengapian pada kendaraan yang menggunakan Engine Management System. b. #raian materi 0ujuan pengontrolan mesin pada sistem pengapiannya
adalah
untuk dapat memberikan sistem pengapian yang optimal hingga dapat tercapai torsi yang optimum, emisi gas buang yang rendah, irit bahan bakar dan pengendaraan)pengendalian yang baik serta
meminimalkan engine knock. /ata dasar untuk timing pengapian ase Engine Timing )a&#e - yang mengacu
pada beban dan
putaran mesin tersimpan dalam IM pada Electronic Control #nit EC#-. /ata'data yang diterima EC# diolah untuk mencapai tujuan yang diharapkan seperti diatas. Koreksi terhadap $aktu pengapian juga dibutuhkan guna mengakomodir e+ek temperatur, EI, start pada saat panas,
tekanan udara dan engine knock . ada
kendaraan yang menggunakan transmisi otomatis, timing ignition digunakan untuk mem*ariasikan torsi mesin agar memudahkan dalam pemindahan kecepatan ataupun pengontrolan putaran idle. Flo$ chart berikut menggambarkan metode perhitungan untuk ignition timing.
ambar 11; Flo$ chart pengontrolan saat pengapian
&amanya kumparan primer coil igniton mendapatkan pengaliran arus mempengaruhi k$alitas tegangan yang dihasilkan sehingga membutuhkan pengontrolan $aktu dan besarnya arus yang mengalir. /ata $aktu pengaliran arus listrik kepada koil tersimpan dalam EC# dan penyalurannya berdasarkan sinyal putaran mesin IM- dan tegangan baterai.
ambar 1!; Skema kerja system engapian dengan control unit
ada gambar 1!, tampak bah$a control #nit tidak langsung terkait dengan actuator pengapian yaitu ignition coil. Model ini masih menggunakan system penguat ampli+ikasi- dan umumnya dikenal sebagai modul pengapian atau terkadang disebut sebagai po$er
transistor, bergantung dari jenis yang ada. ada jenis terbaru dari Engine Management Sistem adalah dengan menginte+rasikan +ungsi ampli+ikasi kedalam control unit sehingga banyak jenis system pengapian sekarang yang dapat kita tenui tanpa menggunakan modul pengapian atau po$er transistor.
Secara
sederhana, +ungsi modul pengapian ini adalah sebagai pengganti breaker point pada jenis pengapian kon*ensional. %ekerjanya system pengapian adalah dengan cara memberi arus pemicu kepada modul pengapian sehingga modul akan memberi kesempatan bagi rangkaian primer ignition coil untuk membentuk rangkaian tertutup dan menghasilkan induksi.
/engan demikian
prinsip kerja system pengapian ini hampir sama dengan system kon*ensional, dengan perbedaan $aktu pembentukan medan magnet pada coil dikontrol oleh EC#.
ambar 1"; Sistem pengapian langsung direct ignition-
#ntuk memaksimalkan pengapian pada masing'masing silinder, beberapa jenis kendaraan
telah
mengaplikasikan
system
pengapian langsung seperti gambar 1" - dimana setiap silinder
memiliki ignition coil secara indi*idu. /engan model ini, output pengapian yang dihasilkan menjadi labih baik sehingga memberi sumbangan bagi e+ekti+itas pembakaran didalam silinder.
ambar 12; contoh modul pengapian o$er 0ransistor-
Ketepatan saat pengapian dapat berdampak pada timbulnya engine knock. Engine knock timbul apabila saat pengapian terlalu maju atau
pengaruh pembakaran yang tidak terkontrol hingga
dapat menyebabkan kerusakan pada komponen komponen utama mesin khususnya yang berkaitan dengan pembakaran. /isamping itu knocking juga dapat timbul karena k$alitas bahan bakar yang tidak tepat ataupaun karena perubahan tekanan kompresi. #ntuk mengantisipasi hal ini maka pada unit engine dipasangkan sebuah atau lebih sensor knock yang ber+ungsi untuk mendeteksi adanya knocking. Saat timbul knocking, sensor akan menghasilkan sinyal listrik yang dikirim ke EC#. /engan sinyal ini EC# dapat menentukan pada silinder mana knocking timbul, kemudian merubah timing pengapian dimundurkan- hingga knocking tidak terdeteksi lagi. %erikutnya EC# akan memajukan saat pengapian kembali secara bertahap sampai pada batas terdeteksi kembali knocking. /engan pengontrolan saat pengapian ini maka akan dapat meningkatkan torsi mesin dan menghemat bahan bakar.
ambar 1?; Knock sensor
Kontrol sinyal yang terjadi dalam system pengapian ini dapat dilihat pada gambar 1 berikut ini : Camshaft Position Sensor $%enentukan dimulain#a saat engaian&
"in#al utaran
Throttle Position Sensor $menentukan saat engaian selama idle atau deselerasi&
"in#al osisi idle
Water Temperatur Sensor $menamba' kemamuan start dan komensasi utaran idle agar lebi' ceat mencaai temerature kerja&
#ass Air $low Sensor $ntuk menentukan durasi enginjeksian b'n bakar agar dierole' saat engaian #g otimum&
&noc' Sensor $untuk memonitor engine knock guna emunduran saat engaian &
Batter $memerta'ankan durati engaliran arus listrik ke ignition coil selamacoil ign. bekerja& !ehicle Speed Sensor $%enentukan timing ignition saat arm u* akselerasi dan deselerasi& I"nition Switch $%enentukan aaka' engine bekerja normal&
(emerature engine
umla' udara masuk
ngine nock
(egangan baterai
eceatan kendaraan
"in#al start
ambar 1; Skema alur data saat putaran idle
#odule Pen"apian% Power Transistor
ada gambar 1 di atas, pada keterangan di bagian sensor didalam kotak bagian kiri menunjukkan +ungsi sinyal sensor yang diberikan kepada EC#. %entuk data sinyal yang diberikan adalah seperti pada tanda panah. /ata 4 data ini diolah oleh EC# sebagai pertimbangan untuk menentukan $aktu pengapian yang tepat bagi engine. c. Iangkuman erbedaan utama
dalam prinsip kerja system pengapian
kon*ensional dengan yang ada pada Engine Management system adalah terletak pada pengontrolan saat pengapiannya. aktu dimulainya pengapian dlkontrol leh EC# dengan pertimbangan masukan dari beberapa sensor yang ada. #ntuk lebih mengoptimalkan output system pengapian, pada engine modern dibuat system pengapian langsung dimana masing' masing silinder dilayani oleh satu ignition coil. ntisipasi terhadap knock dilakukan dengan memasang knock sensor sehingga apabila terjadi knock, EC# akan memundurkan saat pengapian. Saat pengapian kembali dimajukan hingga tidak terjadi knocking lagi. d. 0es +ormati+ " 1) Jelaskan %ungsi modul pengapian+ ") Jelaskan minimal " pertimbangan perubahan saat pengapian yang dilakukan oleh E*U dan berikan alasan anda
e. 6a$aban 0es +ormati+ " &ihat lampiran 6a$aban soal.
+. &embar kerja 1- lat dan %ahan •
•
•
lat tulis dan gambar, Ser*ice manual yang sesuai Mesin)engine stand)unit mobil dengan system control elektronik
!- &angkah Kerja o
o
o
(denti+ikasi letak komponen'komponen system control udara, bahan baker dan system pengapian (denti+ikasi terminal'terminalnya pada konektor dan catat $arna kabel yang ada.. &akukan pengukuran tegangan dan tahanan pada sensor dan actuator disetiap system control udara, bahan baker dan pengapian
o
mati perubahan saat pengapian, bekerjanya pompa bahan bakar dan ke*akuman pada intake mani+old. %uatlah catatan dan kesimpulan pada masing'masing bagian tersebut di atas.
o
unakan scanner untuk mengetahui data 4 data yang bekerja pada actuator dan sensor pada berbagai *ariasi putaran engine..
"- /ari data yang anda peroleh, buatlah kesimpulan dan konsultasikan dengan dosen pengampu mata kuliah iniO
! """ E5!%U!S"
!. Pertanyaan
1. Sebutkan keuntungan yang diperoleh pada kendaraan apabila menggunakan system control elektronikO !. 6elaskan hubungan antara kandungan gas buang kendaraan dengan per+orma mesinO ". pakah yang dimaksud dengan 2 A 1, 2 B 1, dan 2 1P 6elaskan hubungannya dengan kandungan gas buangO 2. 6elaskan perbedaan perbedaan metode injeksi simultan, group dan seHuentialO ?. Mengapa diperlukan tambahan ) kenaikan putaran idle pada saat beban assesories bekerja dan jelaskan proses kerja penambahan tersebutO . pakah pada system pengontrolan saat pengapian pada engine manajemen system dapat diaplikasikan metode /istributorless ignitionP 6elaskan alas an anda >. pakah yang dimaksud dengan modul pengapianP
. Jaa,an Soal e6aluasi
&ihat ja$aban e*aluasi pada lampiran
(. Kriteria Kelulusan Skor 78- 809
Kriteria
o,ot
Kogniti+
?
Ketepatan &angkah kerja
1
asil raktek
!
Ketepatan $aktu
1
Keselamatan kerja
1
Nilai
Keteran)an
Syarat lulus nilai minimal ?
! "5 PENUTUP
Mahasis$a yang telah mencapai syarat kelulusan minimal yang ditetapkan dapat melanjutkan ke modul berikutnya. Sebaliknya apabila tidak memenuhi nilai tersebut maka dinyatakan belum lulus dan di$ajibkan untuk mengulang modul ini serta
belum diperkenankan untuk melanjutkan ke
modul berikutnya. #ntuk lebih memperkaya pengetahuan dan skill,
mahasis$a
disarankan untuk lebih banyak melakukan studi banding pada beberapa merk kendaraan dengan model system control yang berbeda. /isamping itu perlu sekali untuk melakukan akses in+ormasi dari sumber'sumber lain baik berupa buku, internet maupun dari berbagai sumber yang lain
#!FT! PUST!K!
Sulli*anQs Kal*in I. !332 ), Ele/tri/ Fundamental , $$$. utoshop 131. com nonim, !333-, E%E(T"(!% N STEP EN:"NE ""; 0okyo,
%!*P".!N J!1!!N
!. Tes formatif 8
1. erbandingan stoichiometric adalah perbandingan campuran udara ideal yang dibutuhkan oleh bensin dalam proses pembakaran pada motor guna mencapai tenaga optimum dengan pemakaian bahan bakar yang lebih e+isien. erbandingan ini menjadi patokan perbandingan campuran pembakaran karena bila kurang dari perbandingan stoichiometric, maka campuran akan menjadi sangat kaya dan pemakaian bahan bakar akan menjadi sangat boros. Sedangkan jika mele$ati perbandingan ini campuran akan menjadi kurus yang berakibat penurunan daya mesin $alaupun konsumsi bahan bakar lebih hemat. !. pabila tekanan bahan bakar dari pompa terlalu besar akan berakibat pada konsumsi pemakaian bahan bakar yang boros karena pada injektor hanya diatur lamanya $aktu penyemprotan pada putaran yang sama". Fuel cut akan bekerja pada saat mesin mengalami o*er running dan pada saat deselerasi dengan tujuan agar konsumsi bahan bakar lebih e+isien. 2. /ata dari $ater temprature sensor sangat penting bagi control unit untuk menentukan besarnya penginjeksian bahan bakar baik pada kondisi mesin dingin, berada pada temperatur kerja ataupun melebihi temperatur kerja.
. Tes formatif >
1. Empat data sensor yang dibutuhkan oleh EC# untuk mengontrol putaran idle adalah 0S 0hrotle ositin Sensor-, 0S ater 0emprature Sensor-, MS Mani+old bsolute ressure Sensor- , 0S ir 0emprature Sensor- dan ir Conditioner S$itch. !. Gariable (ntake mani+old merupakan intake mani+old yang didesain secara khusus yang mengatur besarnya bukaan throttle besarnya udara yang diinduksikan. 0ujuan pemakaian *ariable intake mani+old ini yaitu untuk memperoleh torsi yang besar dari putaran rendah sampai putaran menengah dan daya yang sebesar'besarnya pada putaran tinggi. ". EC# membutuhkan data dari s$itch air conditioner pada saat putaran idle guna menjaga putaran mesin tetap stabil karena air conditioner merupakan komponen yang membutuhkan daya yang cukup besar dari mesin dan merupakan tahanan bagi mesin apabila bekerja. (. Tes formatif 3
1. Modul pengapian ber+ungsi untuk mengatur $aktu pengapian pada proses pengapian !. ! pertimbangan perubahan saat pengapian yang dilakukan oleh EC#: 7
ada saat putaran rendah $aktu pengapian dimundurkan beberapa derajat agar putaran menjadi lebih stabil
7
ada saat putaran tinggi $aktu pengapian dimajukan guna mencapai tenaga yang besar
#. E6aluasi
1. Keuntungan yang diperoleh pada kendaraan yang menggunakan system control elektronik adalah : 7
Emisi gas buang yang dihasilkan sangat rendah
7
engunaan bahan bakar yang e+isien sehingga menghasilkan pengendaraan yang optimal untuk semua kondisi kerja mesin.
7
Meminimalkan penguapan bahan bakar
7
Memiliki sistem diagnosis untuk menge*aluasi sistem kerja dan kondisi
perangkat
perangkat
pendukungnya
bila
terjadi
permasalahan'permasalahan yang tidak dikehendaki pada sistem control. !. Kandungan gas buang adalah salah satu produk pembakaran dari engine. Secara teoritis produk yang dihasilkan adalah ! dan C!. ada kondisi nyata, produk yang dihasilkan juga terdapat gas 4 gas yang tidak dikehendakiseperti idrocarbon, !, <J dan lainnya. Semakin rendah nilai kadar gas yang tidak dikehendaki ini terbuang adalah sebagai indicator e+ekti+itas pembakaran di dalam silinder mesin. ada system control yang menggunkaan close loope system, khususnya kandungan ! dipantau terus oleh system agar campuran bahan bakar ideal dapat diberikan pada semua tingkat putaran mesin. ". Faktor 2 lambda- adalah perbandingan antara udara terpakai didalam proses pembakaran dengan kebutuhan udara teoritis. ada nilai 2 A 1 adalah nilai perbandingan ideal yang dikenal dengan perbandingan stoichiometric. ada nilai 2 B 1 adalah perbandingan kurus atau lebih banyak udara didalam campuran bahan baker. #ntuk nilai 2 1 adlah kebalikan dari campuran kurus yaitu campuran kaya, dimana kuantitas bahan bakar lebih banyak dibandingkan dari campuran idealnya.
