40 Jurnal JIT– Vol. 1, No. 2, November 2017
Analisa Rekarakterisasi Sensor Engine Coolant
Temperature (ECT)
Dwi Sudarno Putra 1, Toto Sugiarto2, Wawan Purwanto3 , M Yasep Setiawan3
1,2,3,4 Teknik Otomotif, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Padang 1,2,3,4 Jl. Prof. Dr. Hamka, Kampus UNP Air Tawar, Padang, Sumbar, Indonesia
1 [email protected] 2 [email protected]
3 [email protected] 4[email protected]
ABSTRAK
Saat ini hampir semua mesin kendaraan diproduksi dengan menggunakan sistem kendali elektronik. Pada sistem ini sensor berperan sebagai pengumpul data kondisi mesin. Data ini kemudian menjadi acuan untuk proses pembakaran di dalam mesin. Salah satu sensor yang ada di dalam mesin adalah sensor ECT (Engine Coolant Temperature). Sensor ECT mendeteksi suhu mesin dengan memanfaatkan bahan thermistor. Jenis thermistor yang digunakan adalah NTC yang pada saat kondisi dingin nilai hambatannya tinggi. Pada pagi hari kondisi mesin adalah dingin, akhibatnya nilai hambatan ECT tinggi. Kondisi dingin pada mesin ini bukanlah kondisi ideal sehingga mesin akan dipaksa untuk cepat panas dengan cara memacu kerja mesin. Proses “dipaksa” ini akan mengakibatkan jeleknya emisi gas buang mesin. Tujuan dari artikel ini adalah untuk melakukan re-characterization sensor ECT. Karakterisasi ulang dilakukan dengan menambahkan resistor secara paralel ke ECT. Mekanisme penambahan resistor sesuai dengan kondisi mesin. Setelah melakukan penelitian, karakterisasi ulang ECT berhasil. Hasilnya menunjukkan bahwa nilai resistansi ECT menjadi lebih rendah pada suhu dingin.
Kata kunci : Re-karakterisasi, sensor engine coolant temperature, sistem injeksi bahan bakar elektronik
ABSTRACT
Currently almost all vehicle engines are manufactured using an electronic control system. In this system the sensor acts as a collector of machine condition data. This data then becomes the reference for the combustion process inside the machine. One of the sensors in the engine is the ECT sensor (Engine Coolant Temperature). The ECT sensor detects the engine temperature by utilizing the thermistor material. The type of thermistor used is NTC which in cold condition has high resistance value. In the morning the engine condition is cold, resulting in high ECT resistance value. Cold conditions on this machine is not ideal conditions so that the engine will be forced to heat quickly by spurring the work of the machine. This "forced" process will result in poor engine exhaust emissions. The purpose of this article is to conduct a re-characterization of ECT sensor for a machine with an electronic control system. The re-characterization is done by adding resistors in parallel to ECT. The mechanism of addition of resistors according to the condition of the machine. After conducting the research, re-characterization of ECT was successful. The results showed that the ECT resistance value became lower at cold temperatures.
Keywords: re-characterization sensor, engine coolant temperature sensor, electronic fuel injection system
Jurnal JIT – Vol. 1 No 2, November 2017 41 PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi mesin kendaraan saat ini mengarah pada sistem pengaturan elektronik. Dengan sistem ini proses pembakaran yang terjadi pada mesin akan lebih sempurna dan efisien. Beberapa sensor digunakan untuk memantau kondisi dari mesin dan beberapa aktuator digunakan untuk menghasilkan proses pembakaran yang tepat. Peran sensor dan aktuator ini dikendalikan melalui sebuah modul pengendali komputer.
Emisi dari sebuah mesin harus serendah mungkin agar tidak berbahaya bagi kehidupan manusia. Salah satu dari tujuan pengendalian elektronik pada mesin juga dilatarbelakangi oleh hal ini. Regulasi dari pihak yang berwenang dalam mengendalikan polusi mesin kendaraan juga semakin ketat, dan oleh karenanya inovasi teknologi pada mesin terus dilakukan.
Pada awal perkembangannya sistem kontrol proses pembakaran mesin hanya berpatokan pada beberapa variabel utama seperti waktu pengapian dan penginjeksian bahan bakar. Dalam perkembangannya untuk memperbaiki emisi ditambahlah beberapa komponen dan mekanisme. Seperti sensor oksigen yang terpasang di bagian pembuangan (exhaust pipe) yang berperan dalam mendeteksi kualitas sisa pembakaran.
Sebuah sensor juga digunakan untuk mendeteksi suhu mesin karena idealnya proses pembakaran akan disesuaikan dengan suhu mesin yang ada. Salah satu cara yang digunakan untuk mengetahui suhu mesin adalah melalui sebuah sensor yang terpasang pada cairan pendingin mesin yang sering disebut sebagai ECT Sensor (Engine Coolant Temperature Sensor).
Oleh sistem pengendali elektronik, mesin yang dingin cenderung akan dipacu agar sesegera mungkin mencapai
suhu ideal. Kondisi dingin ini biasa terjadi pada waktu pagi di saat mesin kendaraan pertama kali dihidupkan. Kondisi “dipacu” saat pagi hari ini ternyata akan meningkatkan kadar emisi gas buang berbahaya [1]. Dan menjadi berbahaya karena pemilik mobil sering melakukan hal ini di depan rumah sebelum memulai aktivitas.
Berdasarkan kondisi membahayakan diatas, peneliti berusaha melakukan rekayasa terhadap sistem yang ada pada sebuah mesin kendaraan agar pada saat kondisi dingin emisi yang dihasilkan tetap ramah lingkungan. Salah satu cara yang coba dilakukan adalah dengan melakukan re-karakterisasi sensor temperatur air pendingin.
METODE PENELITIAN
Re-karakterisasi dilakukan pada ECT Sensor yang ada pada sebuah mesin kendaraan. Re-karakterisasi.
1. Engine Coolant Temperature Sensor
Engine Coolant Temperature Sensor adalah sensor yang digunakan untuk mengetahui suhu mesin melalui cairan pendingin mesin. Informasi ini
kemudian diberikan pada ECM
(Electronics Control Module) dan data ini dijadikan sebagai salah satu acuan untuk menentukan berapa banyak bahan bakar yang diinjeksikan, menentukan ignition timing, variable
valve timing, transmission shifting dan
beberapa fungsi lainnya [2].
Gambar 1. Konfigurasi ECT dan hubungannya dengan ECM [2]
42 Jurnal JIT– Vol. 1, No. 2, November 2017
Bagian inti dari sebuah ECT adalah thermistor, sebuah bahan yang nilai
hambatannya bergantung pada
perubahan suhu. ECT biasanya terdapat di saluran sirkulasi cairan pendingin tepat sebelum thermostat. ECT dikoneksikan ke terminal THW yang ada di ECM.
Karakteristik ECT menggunakan prinsip Thermistor jenis NTC dimana semakin tinggi temperatur maka hambatan akan semakin kecil. Grafik karakteristiknya seperti pada gambar 2.
Gambar 2. Grafik Karakteristik ECT [2]
2. Resistor
Resistor adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat laju aliran arus listrik [3]. Dalam sebuah rangkaian listrik, resistor (R), sumber tegangan (V) dan arus (I) memiliki hubungan matematis seperti pada persamaan (1)
V= I x R ……….. (1)
Gambar 3. Rangkaian Seri
Gambar 4. Rangkaian Paralel
Seperti pada gambar 3 dan 4 Resistor dapat dihubugkan secara seri dan parallel. Rangkaian seri dan parallel ini akan menghasilkan sebuah nilai resistansi baru sesuai dengan persamaan (2) dan persamaan (3).
RTotal Seri = R1 + R2 + R3 ………. (2) RTotal Paralel = 1/RP dimana
RP = (1/R1)+(1/R2)+(1/R3) ………(3)
3. Metode Penelitian
Penelitian ini adalah penelitian riset dan pengembangan (R & D) berbasis eksperimen. Tahapan yang dilakukan adalah :
1. Uji karakteristik ECT
2. Desain Resistor untuk Re-Karakterisasi
3. Simulasi Re-karakterisasi 4. Uji Re-karakterisasi
3.1 Uji Karakteristik ECT
Tahapan ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik sesungguhnya dari ECT dalam hal ini adalah ECT mobil Toyota Avanza. Pengujian karakteristik ECT dilakukan dengan cara seperti pada skema yang ada di gambar 5.
Jurnal JIT – Vol. 1 No 2, November 2017 43
Gambar 5. Pengambilan data karakteristik ECT
3.2 Desain Resistor untuk
Re-Karakterisasi
Tahapan ini dilakukan untuk mendesain rangkaian resistor yang akan digunakan untuk proses rekarakterisasi ECT
3.3 Simulasi Re-Karakterisasi
Tahapan ini dilakukan untuk
mensimulasikan proses
Re-Karakterisasi yang akan dilakukan berasarkan data Karakteristik dan Resistor.
3.4 Uji Re-Karakterisasi
Tahapan ini dilakukan untuk menguji hasil desain re-karakterisasi pada ECT.
HASIL DAN ANALISIS Uji Karakteristik ECT
Pengujian karakteristik ECT dilakukan dengan cara seperti pada skema yang ada di gambar 5. Hambatan diambil dengan sebuah ohmmeter digital dan suhu diambil dengan thermocouple digital. Contoh hasil ada di gambar 6. Dan diperoleh data seperti pada tabel 1.
Dari Tabel 1 terlihat semakin tinggi suhu yang diterima oleh ECT maka hambatan yang dihasilkan semakin kecil. Didapatkan data terendah adalah saat suhu 19.5oC diperoleh nilai
hambatan 2334 Ohm. Sedangkan
kondisi suhu tertinggi mencapai 92oC dengan nilai hambatan sebesar 262 Ohm.
Tabel 1. Data uji karakteristik ECT
No Suhu ( oC ) Hambatan (Ohm) No Suhu ( oC ) Hambatan (Ohm) 1 19.5 2334 38 56.0 735 2 20.0 2285 39 57.0 719 3 21.0 2218 40 58.9 683 4 22.0 2175 41 59.0 674 5 23.0 2128 42 60.0 647 6 24.0 2057 43 61.0 628 7 25.0 1995 44 62.0 605 8 26.1 1941 45 63.0 590 9 27.0 1917 46 64.0 571 10 28.0 1852 47 65.0 556 11 29.1 1793 48 66.0 544 12 30.0 1746 49 67.0 520 13 31.0 1679 50 68.0 500 14 32.0 1619 51 69.0 488 15 33.0 1600 52 70.0 471 16 34.0 1548 53 71.0 457 17 35.0 1485 54 72.0 443 18 36.0 1428 55 73.0 432 19 37.0 1390 56 74.0 419 20 38.0 1355 57 75.0 406 21 39.0 1320 58 76.0 397 22 40.0 1266 59 77.0 383 23 41.1 1216 60 78.0 374 24 42.0 1181 61 79.0 363 25 43.0 1133 62 80.0 353.5 26 44.0 1099 63 81.0 340 27 45.3 1057 64 82.0 339.2 28 46.0 1022 65 83.0 337.2 29 47.0 977 66 84.0 329.2 30 48.0 945 67 85.0 307 31 49.0 909 68 86.0 301.2 32 50.0 883 69 87.0 289.5 33 51.0 865 70 88.0 284.1 34 52.0 847 71 89.0 280.6 35 53.0 813 72 90.0 274 36 54.0 788 73 91.0 265.5 37 55.0 757 74 92.0 262
44 Jurnal JIT– Vol. 1, No. 2, November 2017
Gambar 6. Pengujian Karakteristik ECT
2. Desain Resistor untuk Re-Karakterisasi
Proses re-karakterisasi dilakukan dengan memperhatikan kecenderungan emisi yang dihasilkan oleh mesin. Dimana menurut penelitian sebelumnya [1] diperoleh bahwa emisi relative mulai baik pada nilai hambatan 700 – 800 Ohm. Mengingat ECT bersifat resistif (NTC) maka sesuai persamaan (3) untuk mengurangi nilai hambatan ECT dapat dilakukan dengan cara menghubungkan resistor ke ECT secara parallel. Suhu awal mesin ketika pagi adalah 28oC [1]. Jika dilhat dari tabel
saat 28oC hambatanya adalah 1852
Ohm. Maka untuk medapatkan nilai antara 700-800 Ohm ECT dapat diparalel dengan resistor sebesar 1320 Ohm (4 x 330 Ohm). Sehingga menurunkan rumus persamaan (3) diperoleh persamaan (4).
R=(-Rp x ECT)/(Rp-ECT) ………….. (4) Di mana
R : Resistor Re-Karakterisasi Rp : Resistor hasil parallel ECT : Nilai hambatan ECT
Sehingga untuk mendapatkan Rp antara 700-800 Ohm didapatkan range
R antara 1125.347 – 1408.365 Ohm. Pada penelitian ini digunakan hambatan resistor tetap dengan nilai 330 Ohm yang disusun secara seri sebanyak 4 buah sehingga menjadi 1320 Ohm. Sehingga secara matematis diperoleh nilai sebesar 770.69 Ohm.
Tabel 2. Data simulasi Re-karakteristik ECT No Suhu ( oC ) Hambatan (Ohm) No Suhu ( oC ) Hambatan (Ohm) 1 19.5 843.15 38 56.0 472.12 2 20.0 836.67 39 57.0 465.46 3 21.0 827.52 40 58.9 450.10 4 22.0 821.46 41 59.0 446.18 5 23.0 814.66 42 60.0 434.18 6 24.0 804.04 43 61.0 425.54 7 25.0 794.39 44 62.0 414.86 8 26.1 785.69 45 63.0 407.75 9 27.0 781.72 46 64.0 398.58 10 28.0 770.69 47 65.0 391.22 11 29.1 760.28 48 66.0 385.24 12 30.0 751.70 49 67.0 373.04 13 31.0 739.01 50 68.0 362.64 14 32.0 727.15 51 69.0 356.28 15 33.0 723.29 52 70.0 347.14 16 34.0 712.47 53 71.0 339.47 17 35.0 698.82 54 72.0 331.68 18 36.0 685.94 55 73.0 325.48 19 37.0 677.05 56 74.0 318.04 20 38.0 668.64 57 75.0 310.50 21 39.0 660.00 58 76.0 305.21 22 40.0 646.22 59 77.0 296.86 23 41.1 632.93 60 78.0 291.43 24 42.0 623.32 61 79.0 284.71 25 43.0 609.69 62 80.0 278.83 26 44.0 599.70 63 81.0 270.36 27 45.3 586.98 64 82.0 269.86 28 46.0 576.02 65 83.0 268.59 29 47.0 561.45 66 84.0 263.49 30 48.0 550.73 67 85.0 249.07 31 49.0 538.30 68 86.0 245.24 32 50.0 529.08 69 87.0 237.43 33 51.0 522.56 70 88.0 233.78 34 52.0 515.94 71 89.0 231.41 35 53.0 503.12 72 90.0 226.90 36 54.0 493.43 73 91.0 221.04 37 55.0 481.10 74 92.0 218.61
Jurnal JIT – Vol. 1 No 2, November 2017 45 3. Simulasi Re-Karakterisasi
Nilai Resistor untuk Re-Karakterisasi kemudian disimulasikan dengan hasil data pada tabel 1 menggunakan rumus pada persamaan (3). Sehingga didapatkan hasil simulasi seperti pada tabel 2.
Tabel 2 menunjukkan bahwa secara simulasi setelah diparalel dengan resistor 1320 Ohm, karakteristik ECT menjadi berubah. Perbandingan karakteristik ini dapat dilihat dari grafik pada gambar 7. Garis karakteristik ECT bergeser lebih rendah nilainya.
Gambar 7. Perbandingan Karakteristik ECT sebelum dan setelah simulasi Re-Karakterisasi
4 Uji Re-Karakterisasi
Setelah proses simulasi kemudian
dilakukan proses pengujian
karakteristik secara riil. Di sini diperoleh bahwa awal pengujian ada di titik 28. Diperoleh data seperti pada tabel 3. Dan dari tabel 3 lalu dibuat grafik akan menjadi Gambar 8.
Setelah dilakukan pengujian didapatkan bahwa nilai simulasi dan nilai pengujian tidak terlalu berbeda. Jika dihitung rerata eror dari semua data yang ada diperoleh rerata data eror sebesar 3.44 %.
Tabel 3. Data eksperimen Re-karakteristik ECT No Suhu ( oC ) Hambatan (Ohm) No Suhu (oC ) Hambatan (Ohm) 1 28 775 34 61 406 2 29 773 35 62 397 3 30 754 36 63 388 4 31 748 37 64 385 5 32 733 38 65 374 6 33 722 39 66 363 7 34 706 40 67 356.8 8 35 696 41 68 348.5 9 36 685 42 69 339 10 37 671 43 70 337.2 11 38 661 44 71 327.8 12 39 647 45 72 321.8 13 40 634 46 73 311.9 14 41 626 47 74 300.3 15 42 617 48 75 297.2 16 43 596 49 76 291.1 17 44 591 50 77 284.4 18 45 578 51 78 277.6 19 46 567 52 79 270.2 20 47 551 53 80 263.8 21 48 539 54 81 261.1 22 49 524 55 82 256.9 23 50 513 56 83 253.2 24 51 507 57 84 242.2 25 52 496 58 85 239.7 26 53 483 59 86 232.9 27 54 480 60 87 226.6 28 55 465 61 88 219 29 56 458 62 89 215.4 30 57 448 63 90 208.1 31 58 435 64 91 206.5 32 59 430 65 92 203.3 33 60 417 66 93 201.5
46 Jurnal JIT– Vol. 1, No. 2, November 2017
Gambar 8. Perbandingan Karakteristik ECT simulasi Re-Karakterisasi dan Uji Eksperimen
KESIMPULAN
Re-Karakterisasi pada ECT telah berhasil dilakukan. Penentuan nilai resistor untuk Re-Karakterisasi harus tetap memperhatikan kinerja mesin. Proses pemaralelan terhadap ECT dengan menggunakan Resistor terbukti dapat mengubah kurva karakteristik ECT dengan persen eror kesalahan antara simulasi dan pengujian ekperien sebesar 3.44%.
REFRENSI
[1]D. S. Putra, D. Fernandez, and G. Giantoro, “Analisa Pengaruh
Penggunaan Sensor Oksigen
Terhadap Kandungan Emisi Gas Buang CO Dan HC Analysis of Effect of Use Oxygen Sensor Exhaust Emission of Content CO And HC,” vol. 10, no. April, pp. 36–45, 2015. [2]T. Sugiarto and D. S. Putra, Laporan
Akhir Penelitian Dosen Pemula : Analisis Kerja Sensor Temperatur Air Pendingin (Water Temperatur Sensor) Terhadap Lama Waktu
Penyemprotan Bahan Bakar
(Injection Time) dan Kandungan
Emisi Gas Buang Pada Motor Bensin Dengan Sistem Efi (electronic fu. 2017.
[3]T. Toyota, “Temperature Sensor; Thermistor.,” vol. 1, 2002, pp. 5–7. [4]D. S. Putra, bahan ajar perkuliahan
