Engine Control Unit (ECU)

 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). Sensor-sensor, actuator dan power supplay dihubungkan dengan ECU melalui konektor dengan plug multi terminal. Desain plug disesuaikan dengan fungsi dan banyaknya program yang dimiliki ECU, contoh jumlah pole 35, 55, atau bahkan bisa mencapai 88. Komponen ampilfikasi dan power output untuk pengontrol direct actuator dipasang pada bagian heat sinks didalam ECU. Pemindahan panas yang timbul dari komponen ECU ditransfer ke bodywork/frame.

Gambar 1. Electronic Control Unit

       

        ECU harus dapat tahan terhadap temperatur tinggi, kelembaban, dan beban beban mekanis lain yang dapat mengganggu operasi kerjanya. Resistansi terhadap gangguan elektromagnetic dan kemampuan untuk meghindari gangguan berupa radiasi statis frekuensi tinggi, haruslah dimiliki. Tuntutan lain yang juga harus dimiliki adalah kemampuan memproses sinyal pada wilayah temperatur kerja mulai-30^OC hingga mencapai +60^OC dan pada tegangan baterai 6V (pada saat start) hingga 15V. Hal ini diperlukan agar engine selalu dapat bekerja tanpa terpengaruh oleh perubahan temperatur alam yang sering berubah akibat perubahan musim. Untuk tegangan kerja, pada saat start, akan terjadi voltage drop yang cukup tinggi karena beban motor starter yang sangat besar sehingga engine tetap dapat melakukan start. Disamping itu pada saat putaran tinggi, output generator / alternator pada kendaraan dapat mencapai tegangan 15 volt. Untuk itu ECU harus tetap dapat bekerja meskipun kemungkinan akan dapat terjadi fluktuasi tegangan baterai.

       Dengan demikian desain ECU mampu bekerja pada berbagai temperatur udara luar serta temperatur di sekitar mesin dan dengan variasi tegangan yang mungkin dapat timbul. Secara garis besar, Control Unit terdiri dari atas bagian-bagian yaitu :

1) Pembentuk sinyal;

        Bagian ini berfungsi untuk menerima sinyal yang masuk dan masih berupa gelombang AC seperti sinyal yang datang dari sensor putaran mesin, sensor posisi poros engkol ataupun sinyal dari sensor detonasi maupun sinyal yang lain masih berbentuk sinyal gelombang AC, akan masuk ke bagian ini terlebih dahulu. Hasil dari proses disini barulah bisa diolah oleh micro komputer.

2) Konverter/Perubah sinyal analog ke digital;

        Data berupa sinyal yang masuk ke control unit lebih banyak berupa data analog meskipun tidak berbentuk gelombang AC. Karena mikro computer hanya bisa bekerja dengan sinyal digital maka dipasangkan suatu perangkat konventer analog ke digital yang berguna untuk mengubah sinyal analog menjadi digital . Sinyal dari sensor-sensor seperti suhu mesin, suhu udara masuk, sinyal dari posisi katup gas, tegangan baterai, pengukuran udara dan lain-lain terlebih dahulu diproses oleh bagian ini sebelum diolah oleh mikro computer.

3) Mikro computer terdiri dari bagian-bagian seperti :

*  Bus, adalah tempat / wadah semua data terkumpul dan dari sinilah data akan didistribusikan ke bagian – bagian lain dari mikro komputer.

*  Mikro prosesor (CPU); adalah pusat dari proses penghitungan atau pengaturan untuk segala keluaran ECM seperti waktu penyemprotan bahan bakar, saat pengapian, besar putaran idle dan lain-lain.

*  Memori (ROM/Read Only Memory) : dibagian ini tersimpan secara permanen program (software) yang dimasukkan ke ECU, seperti karakteristirk mesin, kurva, atau nilai-nilai teoritis lainnya.

*  Memori Data Operasional (RAM/ Random Access Memory); Segala data yang terdapat pada setiap operasional mesin seperti dari sensor-sensor diproses pada bagian ini untuk dibandingkan dengan bagian yang lain, data disini akan hilang bila mesin dimatikan dan kembali muncul yang baru bila mesin dijalankan lagi.

        Data pada RAM ini dapat diakses oleh teknisi kendaraan melalui jalur komunikasi yang telah disediakan oleh masing-masing produsen kendaraan. Seperti yang telah anda kenal, dengan scan tool kita dapat mengetahui data yang ada pada ECU serta juga dapat melakukan komunikasi untuk khususnya apabila terjadi masalah dalam sistem kerja sensor.

4) Amplifikasi sinyal output/Output Stage;

        Pada bagian ini terdapat unit penguat agar output dapat diperkuat sebelum mengontrol komponen komponen actuator seperti injector, pengatur putaran idle dan lain-lain.

5) 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.

Gambar 2. Komponen ECU

Gambar 3. Contoh desain dan bagian-bagian Control Unit

        Kontrol unit bertugas mengolah data yang diterima dari sensor-sensor. 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. Dengan mengacu pada datadata servis, kode tersebut dapat diterjemahkan sehingga diperoleh data kerusakan guna perbaikan lebih lanjut.

Gambar 4. Contoh tool  sebagai media komunikasi dengan ECU

            Agar dapat memahami bekerjanya ECU pada kendaraan, perlu untuk dapat memahami jalur dan fungsi pole atau terminal pada kotak ECU. Mengingat setiap produk kendaraan akan memiliki konstruksi yang berbeda maka sebagai tuntunan, mempelajarinya melalui service manual yang telah tersedia untuk masing-masing produk/merk kendaraan.

           

         Perkembangan teknologi yang semakin pesat khususnya dalam bidang elektronika semakin memberi kesempatan bagi produsen kendaraan untuk mengembangkan sistem kontrol melalui modul utama ECU. Hal ini dapat dilihat dari perkembangan sistem kontrol yang semula hanya pada kontrol penginjeksian bahan bakar saja, dan sekarang berkembang menjadi lebih banyak variabel lagi yang dapat dikontrol. Berikut contoh teknologi Engine Management Sistem (EMS) yang mampu mengontrol fungsi – fungsi berikut :

a.  Penginjeksian bahan bakar; Sistem dapat mengontrol jumlah bahan bakar yang diinjeksikan dengan 

     dasar utama jumlah udara yang masuk dan temperatur engine.
b.  Saat Pengapian; berdasar pada data utama pada ROM, jumlah udara yang masuk, putaran mesin dan 

     kontrol knocking, saat pengapian dapat dikotrol
c.  Pompa bahan bakar; pengontrolan dilakukan pada sumber listrik pompa berdasarkan putaran mesin 

     sehingga konsumsi power (listrik) dan suara /noise dapat direduksi.
d. 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.
e.  Pengontrolan uap bahan bakar; untuk mengurangi emisi hidrocarbon dengan cara mengontrol uap 

     bahan bakar pada tangki dan menyalurkannya ke intake manifold.
f.  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.
g. 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 mesi ini tidak akan dapat bekerja.
h. 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 :

      

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

            Beberapa kebutuhan di atas bekerja berdasarkan sistem kontrol elektronik membutuhkan data yang tidak hanya bersumber dari data khusus tetapimembutuhkan data yang bisa diambil dari mesin. Dapat dicontohkan seperti datasensor katup throttle juga dibutuhkan oleh sistem kontrol transmisi otomatis untukmengidentifikasi 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 dalan dua kategori :

*  Conventional Interface, dengan binary signal (switch input), pulse duty factor (pulse-width-

    modulation signal).

*   Serial data transmision, contoh, Controller Area Network (CAN).

        Dalam sistem komunikasi data konvensional, setiap sinyal diberi satu jalur (single lain). Binary signal hanya dapat mengirim satu dari bentuk sinyal, “1” atau “0” (binary code), contoh pada kompressor A/C, “ON’ atau “OFF”. Pulseduty 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.

Share: