Piggyback yang Gampang dan Murah ... (Edisi Final)

Piggyback yang Gampang dan Murah (Edisi Final)

(Yuk bikin piggyback yang gampang dan murah meriah …)

Pada tulisan sebelumnya, berjudul “Piggyback yang gampang dan murah”  dari bagian 1 sampai dengan 5, ada beberapa kekurangan yang perlu dibenahi. Beberapa sahabat BlogTrigas ada yang menanyakan masalah-masalah yang terjadi, kaitannya dengan rangkaian piggyback pada tulisan tersebut yaitu menyangkut rangkaian, komponen, dan lainnya. Ada yang sudah merangkai piggyback hinggai selesai tetapi hasilnya adalah nol, rangkaian tidak bekerja sebagaimana mestinya.

Menanggapi hal tersebut tersebut di atas, BlogTrigas mencoba merilis ulang tulisan yang terpecah menjadi lima bagian tersebut menjadi satu tulisan yang padu sekaligus untuk menyempurnakan kekurangannya. Tidak hanya secara teoritis, kali ini BlogTrigas mencoba menyajikan cara merancang dan membuat piggyback secara praktis dengan menyiapkan beberapa tools (software) yang sudah disiapkan, sahabat BlogTrigas tinggal mendownload dan memakai tools tersebut, link ada di bawah disesuaikan dengan topik bahasannya.

BlogTrigas berharap pada tulisan kali ini sahabat BlogTrigas lebih mudah memahami, merakit, dan sekaligus mencoba sendiri rangkaian yang telah dibuat baik secara simulasi atau dipasang langsung pada kendaraan.

1. Pengertian Piggyback

Piggyback adalah seperangkat alat tambahan yang dipasang di kendaraan, berfungsi  untuk memanipulasi data (sinyal) sensor sebagai masukan (electronic control unit) ECU dan/atau memanipulasi sinyal perintah dari ECU ke aktuator. Maksud dan tujuan sebuah piggyback dipasang pada engine management system (EMS), chassis management system (CMS), dan/atau comfort, safety, and information technology (CSIT) adalah untuk meningkatkan unjuk kerja (performa), efisiensi penggunaan bahan bakar, dan menghasilkan gas buang yang ramah lingkungan, meskipun pada kenyataannya tidak mungkin tujuan tersebut akan tercapai keseluruhan sekaligus. Pemilik kendaraan memodifikasi kendaraannya dengan memasang sebuah piggyback untuk mendapatkan hasil tertentu yang paling diinginkan. Istilah EMS, CMS, CSIT, dan istilah pada teknik ototronik diambilkan dalam uraian [1] (https://ototronik-inovatif.blogspot.com/2019/09/istilah-pada-teknik-ototronik-autotronic.html). Saat ini tren penggunaan piggyback kebanyaan dipakai pada EMS, yaitu untuk memanipulasi sistem kontrol injeksi elektronis dan sistem kontrol pengapian elektronis. Sangat memungkinkan sekali bahwa penggunaan piggyback ke depannya akan merambah ke sistem kendaraan lainnya, seperti pada CMS dan CSIT. Pembahasan piggyback pada tulisan ini dibatasi pada EMS, yaitu memanipulasi sensor manifold absolute pressure (MAP) yang mempengaruhi kinerja pada sistem injeksi dan pengapian.

2. Jenis Piggyback

Piggyback dengan berbagai merk bisa ditemui dipasaran. Dalam tulisan [2] dan [3] dijelaskan ada beberapa merk piggyback yang ada di pasaran da sekaligus menginformasikan kisaran harganya, seperti Dastek Unichip, HKS Unichip, G-Reddy, Power Commander V, Dynojet Digital Fuel Controller, Juice Box, Speedspark, dan lain-lain.

Berdasarkan penggunaan komponen elektronika yang dipakai, piggyback digolongkan menjadi tiga tipe, yaitu (1) piggyback berbasis elektronika analog, (2) piggyback berbasis elektronika digital, dan (3) piggyback berbasis mikrokomputer. Piggyback dipasang pada kendaraan yang terkontrol secara elektronik oleh electronic control unit (ECU), tidak bisa dipasang pada kendaraan yang terkontrol secara mekanis seperti karburator.

3. Cara Kerja Piggyback

Cara pemasangan pada piggyback dibagi menjadi dua, yaitu (1) piggyback yang dipasang antara sensor dan ECU dan (2) piggyback yang dipasang antara ECU dan aktuator. Jenis piggyback pertama dipasang untuk memanipulasi sinyal keluaran sensor sebelum diteruskan ke ECU. Tipe sinyal keluaran sensor pada kendaraan bisa digolongkan menjadi dua, yaitu sinyal dengan informasi tipe analog dan sinyal dengan informasi tipe digital. Memanipulasi sinyal tipe analog lebih mudah dibandingkan sinyal tipe digital, yaitu dengan cara merubah dalam ranah besaran tegangan (Volt), ditambah atau dikurangi. Sedangkan pada tipe digital dilakukan dengan cara merubah besaran dalam ranah waktu. Jenis piggyback yang kedua, antara ECU dan aktuator, dipasang untuk memanipulasi sinyal perintah yang dihasilkan oleh ECU sebelum diteruskan untuk menggerakkan aktuator. Salah satu contoh pengaruh jika dipasang pada sistem injeksi elektronis adalah sinyal perintah ke injektor bisa diperlebar atau dipersempit yang mengakibatkan injekor membuka lebih lama atau lebih cepat sehingga semprotan bahan bakar ke engine bisa lebih banyak atau lebih sedikit. 

4. Memanipulasi sensor MAP

Melanjutkan tulisan sebelumnya pada web-blog ini, berjudul “Piggyback yang gampang dan murah”  dari bagian 1 sampai dengan 5, pada tulisan ini aplikasi penggunaan piggyback diterapkan untuk memanipulasi sinyal dari sensor manifold absolute pressure (MAP). Sensor MAP berguna untuk membaca besaran tekanan udara di dalam intake manifold. Semakin besar tekanan udara yang masuk, maka semakin banyak pula udara yang masuk ke dalam engine, begitu pula sebaliknya. 

Contoh sensor MAP pada toyota [4]

Besaran tekanan udara ini oleh sensor MAP dikonversi menjadi besaran listrik dalam bentuk besaran tegangan dengan satuan Volt. Selanjutnya keluaran sensor ini diteruskan ke ECU sebagai informasi kondisi banyak sedikitnya (tekanan) udara di dalam intake manifold.

Rangkaian elektronik yang menghubungkan sensor MAP dan ECU pada toyota [4]

Hubungan besaran tekanan udara sebagai masukan sensor MAP dan besaran tegangan sebagai keluaran sensor MAP ditunjukkan pada gambar dibawah. Tampak pada grafik bahwa semakin besar tekanan pada intake manifold, maka semakin besar pula tegangan yang dihasilkan oleh sensor. Pada kondisi deselerasi, yaitu pada kondisi tekanan intake manifold sekitar 20 kPa, menghasilkan tegangan sebesar sekitar 1.2 Volt. Pada kondisi idle atau rpm stabil, yaitu pada kondisi tekanan intake manifold sekitar 40 kPa, menghasilkan tegangan sebesar sekitar 1.7 Volt. Dan pada kondisi akselerasi maksimum, yaitu pada kondisi tekanan intake manifold sekitar 100 kPa, menghasilkan tegangan sebesar sekitar 3.5 Volt.

Karakteristik hubungan antara masukan dan keluaran sensor MAP pada toyota [4]

Malang, 11 Oktober 2019

Ide utama piggyback dipasang antara sensor MAP dan  ECU adalah untuk merubah nilai tegangan keluaran sensor MAP menjadi nilai yang diinginkan pada kondisi mesin tertentu, baik idle, deselerasi, dan/atau akselerasi. ECU dibohongi oleh piggyback dan diberi tegangan keluaran MAP dengan nilai yang tidak sama dengan kondisi tekanan intake manifold sebenarnya.

Normalnya, pada sistem kontrol injeksi, besar tegangan sensor MAP berpengaruh terhadap lebar pulsa sinyal ke injektor (dalam satuan mili detik) setelah diolah oleh ECU. Besar lebar pulsa tersebut biasanya berkisar dari 0 mili detik hingga 25 mili detik pada mesin berbahan bakar bensin. Semakin lebar pulsa yang diberikan, yaitu semakin lama injektor saat ON, maka bahan bakar yang disemprotkan ke dalam mesin semakin banyak. Pada saat tekanan intake manifold besar (akselerasi), udara yang masuk ke dalam intake manifold banyak, tegangan yang dihasilkan oleh sensor MAP adalah besar. Informasi ini dibaca oleh ECU untuk diolah dan selanjutnya ECU memberikan sinyal perintah ke injektor berupa pulsa yang lebar agar tetap tercapai air fuel ratio (AFR) 14,7 : 1. Demikian pula pada saat tekanan intake manifold kecil (deselerasi), udara yang masuk ke dalam intake manifold sedikit, tegangan yang dihasilkan oleh sensor MAP adalah kecil. Informasi ini dibaca oleh ECU untuk diolah dan selanjutnya ECU memberikan sinyal perintah ke injektor berupa pulsa yang sempit agar tetap tercapai air fuel ratio (AFR) 14,7 : 1.

Pada sistem kontrol pengapian, besar tegangan sensor MAP yang dihasilkan berpengaruh terhadap maju-mundur sinyal perintah ke koil pengapian. Pada saat tekanan intake manifold besar (akselerasi), udara yang masuk ke dalam intake manifold banyak, tegangan yang dihasilkan oleh sensor MAP adalah besar. Informasi ini dibaca oleh ECU untuk diolah dan selanjutnya ECU memberikan sinyal perintah ke koil berupa pulsa yang dimundurkan dengan tujuan dihasilkan tenaga dan torsi yang optimal dan tidak terjadi knocking (detonasi). Demikian pula pada saat tekanan intake manifold kecil (deselerasi), udara yang masuk ke dalam intake manifold sedikit, tegangan yang dihasilkan oleh sensor MAP adalah kecil. Informasi ini dibaca oleh ECU untuk diolah dan selanjutnya ECU memberikan sinyal perintah ke koil berupa pulsa yang dimajukan dengan tujuan tetap dihasilkan tenaga dan torsi yang optimal dan tidak terjadi knocking (detonasi).

5. Rangkaian elektronika Op-Amp untuk memanipulasi sensor MAP

Implementasi rangkaian pengolah sinyal dengan op-amp untuk memanipulasi sinyal tegangan prinsipnya adalah dengan pendekatan persamaan garis lurus y = m*x + c, dengan diketahui dua titik yang melewati garis lurus tersebut. Dalam persamaan garis lurus tersebut y adalah variabel tegangan keluaran piggyback dalam Volt; x adalah variabel tegangan sensor MAP dalam Volt, m adalah gradien (kemiringan) persamaan garis lurus; dan c adalah nilai konstanta yang memotong sumbu y atau nilai konstanta saat x = 0.

Dalam tulisan kali ini, BlogTrigas hanya menjelaskan langkah praktis saja untuk  mendesain dan membuat rangkaian op-amp sebagai piggyback untuk memanipulasi sensor MAP sebelum dibaca oleh ECU. Sahabat BlogTrigas bisa membaca penjelasan mengenai penurunan secara teoritis dari persamaan matematika yang diperlukan hingga dihasilkan sebuah rangkaian op-amp di dalam tulisan https://ototronik-inovatif.blogspot.com/2019/09/rangkaian-op-amp-dengan-pendekatan.html. 

Secara ringkasnya urutan yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut:

a.   Menentukan titik pertama (x1,y1) dan titik kedua (x2,y2)

Nilai kedua titik tersebut ditentukan berdasarkan dua kondisi mesin yang berbeda. x1 adalah besar tegangan sensor MAP yang diketahui pada kondisi pertama; y1 adalah besar tegangan sensor MAP yang diinginkan pada kondisi pertama; x2 adalah besar tegangan sensor MAP yang diketahui pada kondisi kedua; dan y2 adalah besar tegangan sensor MAP yang diinginkan pada kondisi kedua.

Sebagai misal kondisi yang berbeda tersebut adalah pada saat kondisi mesin pada putaran idle dan putaran mesin pada saat akselerasi. Untuk mobil pabrikan Toyota, karakteristik sensor MAP yaitu: pada saat idle menghasilkan tegangan sensor MAP sebesar 1.7 Volt dan pada saat akselerasi maksimum menghasilkan tegangan sensor MAP sebesar 3.4 Volt. Dari sini bisa diketahui bahwa nilai x1 = 1.7 Volt, dan x2 = 3.4 Volt.

Selanjutnya adalah menentukan nilai tegangan yang diinginkan pada kedua titik kondisi tersebut di atas. Misalkan pada saat kondisi putaran mesin idle, x1 = 1.7 Volt, diinginkan tegangannya bernilai tetap, y1=1.7 Volt. Dan pada saat kondisi akselerasi maksimum, x2 = 3.4 Volt, diinginkan tegangannya menjadi y2 = 3.6 Volt. BlogTrigas berharap setelah dipasang piggyback maka pada saat kondisi putaran idle jumlah bahan bakar yang disemprotkan ke mesin tidak berubah, tetapi pada saat kondisi akselerasi maksimum jumlah bahan bakar yang disemprotkan ke mesin bertambah dari yang seharusnya, karena ada peningkatan 0.2 Volt dari tegangan sensor MAP yang seharusnya. ECU membaca masukan dari sensor MAP sebesar 3.6 Volt, bukan lagi 3.4 Volt.

Saat ini kita memperoleh dua titik (x1,y1) = (1.7, 1.7) Volt dan (x2,y2)  = (3.4, 3.6) Volt. 

b.   Menghitung Nilai Variabel yang Dibutuhkan

Cara praktis untuk mendapatkan nilai variabel yang dibutuhkan pada rangkaian op-amp yang diperlukan adalah dengan memanfaatkan software yang BlogTrigas create untuk membantu dan mempermudah sahabat BlogTrigas. Perhitungan di dalam software mengikuti perhitungan yang telah diuraikan dalam https://ototronik-inovatif.blogspot.com/2019/09/rangkaian-op-amp-dengan-pendekatan.html.  Software bisa di download pada link:

https://s.id/BlogTrigas_KalkulatorMAPv19_10_10

Tampilan software nampak seperti gambar di bawah:

(Bersambung)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Trigas, “BLOG Trigas - OTOTRONIK - AUTOTRONIC - ADVANCE AUTOMOTIVE - Innovative PROJECT: Istilah pada Teknik Ototronik (Autotronic),” BLOG Trigas - OTOTRONIK - AUTOTRONIC - ADVANCE AUTOMOTIVE - Innovative PROJECT, 13-Sep-2019. .
[2] K. C. Media, “Piggyback Membantu Irit BBM,” KOMPAS.com. [Online]. Available: https://otomotif.kompas.com/read/2008/07/09/06285810/piggyback.membantu.irit.bbm. [Accessed: 16-Sep-2019].
[3] “Apa itu Piggyback Fungsi dan Cara Kerjanya,” RiderGalau.com, 29-Oct-2015. [Online]. Available: https://www.ridergalau.com/piggyback/. [Accessed: 16-Sep-2019].
[4] Toyota Technical Training, (TCCS) Toyota Computer Controlled System. Japan: Toyota Motor Corporation, 1997.