EFI for Dummies
Tuesday, January 10th, 2006( http://home.clear.net.nz/pages/phil.bradshaw/)
Ini adalah terjemahan bebas dari artikel yang asli kepunyaan Phil Bradshaw yang ada di URL di atas. Terjemahan ini dibatasi oleh pemahaman saya sendiri dan keterbatasan pilihan ekspresi yang ada dalam bahasa sehari-hari kita . Semoga bermanfaat.
Ayo kita mulai……
Bisa dibilang, setiap model mobil yang diperkenalkan mulai penghujung abad yang lalu menggunakan sistem pasokan bahan bakar EFI (Electronic Fuel Injection) . Bukannya mempercepat kepunahan mesin ber-karbu, tapi sekedar mempersiapkan diri untuk masa depan. Uraian dalam artikel ini diharapkan bisa memberi gambaran cara kerja sistem EFI, sehingga kalau lagi ngomong-ngomong soal EFI bersama rekan-rekan lain, itu bukan hal yang misterius dan luar biasa….. sederhana saja kok sebenarnya.
Sejarah
Sebenarnya sistem injeksi bahan bakar untuk mesin bensin itu sudah ada semenjak jamannya simbah Otto dahulu kala. Masalahnya, saat itu belum ada proses manufaktur yang mendukung untuk produksi masalnya. Baru sekitar tahun 1930-an injeksi bahan bakar mulai dipakai di pesawat terbang untuk mengobati penyakit pembekuan di karburator, saat itu kemampuan industrinya sudah mendukung. Sekitar 20 tahun kemudian baru menular ke mobil. Model pertama yang menggunakan injeksi adalah Merc Gull-Wing. Ingat, Merc — Bosch (yang menemukan cara untuk produksi masal injeksi bahan bakar), jadi tidak heran kalau Bosh menjadi market leader untuk produk injeksi ini.
Injeksi bahan bakar untuk mesin bensin ini awalnya masih bersistem mekanis, tidak banyak berbeda dengan sistem injeksi mesin diesel. Baru pada tahun 1960-an diperkenalkan pengontrol elektronik. Dari situlah perkembangan EFI mulai meningkat sampai menjadi sistem yang mendominasi sistem pasokan bahan bakar untuk mobil-mobil saat ini.
Salah satu pendorong perkembangan ini adalah makin ketatnya peraturan kontrol emisi –kecuali Indonesia kali….. :)– dan EFI adalah solusi termudah untuk memenuhi kriteria-kriteria emisi yang semakin hari semakin ketat.
Bisa dibilang, mayoritas sistem EFI beroperasi dengan cara yang sama, sistemnya buatan Bosch atau kalaupun dari merek lain operasinya tetap saja serupa. Jadi pembahasannya lebih mudah.
Singkatnya, sistem EFI mempunyai 2 fungsi utama, pertama mengontrol jumlah bahan bakar yang masuk ke mesin dan - bila sistemnya lahir setelah tahun 1982 - mengontrol timing pengapian.
Sistem Suplai Bahan Bakar
Aktor utama untuk suplai bahan bakar adalah injektor. Aslinya, injektor itu hanya katup yang dioperasikan buka tutupnya oleh solenoid. Bahan bakarnya dipasok oleh pompa bahan bakar (fuel pump) yang ada di dalam tangki, atau kadang-kadang di sebelah tangki bahan bakar. Bahan bakar dari pompa ini bertekanan 33 - 40 PSI, masuk ke fuel rail lalu ke masing-masing injektor. Fuel rail ini dilengkapi regulator tekanan (Fuel Pressure Regulator) yang dilengkapi oleh pulsation dampener. FPR berisi diafragma yang dihubungkan dengan intake manifold via selang vakum. Idenya adalah, FPR menjaga tekanan bahan bakar pada titik tertentu (sekitar 38 PSI) di atas tekanan manifold, sehingga pola semprotan injektor tetap konstan pada segala kondisi. Jadi tekanan di fuel rail adalah relatif terhadap tekanan di manifold. Kelebihan bahan bakar disalurkan kembali ke tangki.
Ada rangkaian kecil sebagai pengaman yang akan mematikan pompa bahan bakar bila mesin mati. Ini untuk memastikan bahwa saluran bahan bakar tidak akan menyebabkan kebakaran bila terjadi kecelakaan.
Selain itu pasti ada filter bahan bakar, soalnya rongga di injektor sangat kecil dan rentan terhadap sumbatan.
Injektor bahan bakar diatur oleh komputer EFI, ini yang biasa disebut Electronic Control Unit (ECU, Isiyu, …dll). Caranya ? Injektor dihidupkan selama durasi waktu tertentu. Semakin lama waktu hidup berarti semakin banyak bahan bakar yang disemprotkan. ECU tinggal menghubungkan injektor ke ground untuk menghidupkannya. Ada dua tipe injektor "low resistance" (1.5 - 3 Ohm) dan "high resistance" (13.8 Ohm), yang low resistance biasanya dilengkapi eksternal resistor.
Selama mesin hidup, injektor tidak boleh hidup lebih lama dari 80% waktunya. Koil di injektor bisa terbakar. Lama waktu hidupnya ini yang biasa dikenal dengan "duty cycle".
EFI sistem yang pinter punya satu (atau bisa lebih kali) per silinder di dekat intake valve. Istilahnya port injection atau multipoint . Sistem kuno yang masih kurang cerdas hanya punya satu injektor untuk semuanya. Sistem yang puinter banget akan menghidupkan injektor secara sekuensial pas sebelum katup intake membuka. Yang lebih sederhana menghidupkan beberapa injektor bersamaan tanpa ada hubungan dengan timing katup.
Masing-masing mesin membutuhkan bahan bakar dengan ukuran yang berbeda-beda tergantung kebutuhan dan performa yang diinginkan, makanya ukuran injektor bermacam-macam (makanya juga USS. Enterprise dipasangi injektor jitiai…. CMIIW).
Nah, bagaimana caranya menghitung durasi "on"nya injektor ? Pastinya ini semua sudah dihitung oleh ECU. Dihitung? Nggak juga sih, hanya ECU melihat tabel yang ada plus minus faktor koreksi untuk menentukan lamanya injektor hidup. Ini yang biasa disebut "fuel map", yaitu tabel banyaknya bahan bakar yang disemprotkan injektor dibandingkan dengan 2 variabel utama, yaitu : beban mesin dan RPM.
Sinyal beban mesin
Prinsip : beban adalah fungsi dari aliran udara (air flow). Sebenarnya, air flow juga bukan istilah yang pas, yang sebenarnya mau dikur adalah mass flow. Tapi…sutralah…
Ada dua metode pengukuran air flow, yang pertama adalah berdasarkan tekanan
(pressure). Dalam bahasa Jerman - ingat, Merc itu mobil jerman– tekanan adalah Druck, sehingga sistem ini sering disebut D-type EFI. Sistem ini menggunakan MAP (manifold absolute) sensor. Gampangnya, variasi tekanan dalam intake manifold menekan "sesuatu" dalam sensor tersebut dan diubah menjadi sinyal elektrik lalu dikirim ke ECU.
Karena luasan throttle sudah diketahui, volume udara yang masuk jadi bisa ditentukan.
Yang membuat perhitungannya sedikit kompleks adalah suhu udara yang masuk karena mempengaruhi kerapatan udara. Di sinilah perlunya sensor suhu udara (biasanya dinamain THA).
Kelebihan sistem ini adalah , tidak makan tempat karena filter udara bisa langsung disambungkan ke Throttle Body. Kelemahannya adalah pengukuran dengan cara ini kurang akurat bila dibandingkan dengan cara yang satunya.
Cara yang lebih canggih sebenarnya adalah mengukur air flownya secara langsung.
Jadilah L-type EFI (L : Luft atau udara). Cara ini menggunakan AFM (Air Flow Meter).
Ada beberapa tipe AFM, yang biasa digunakan adalah flap/vane type . Isi AFM berarti semacam sirip yang dipegangi oleh pegas. Udara yang masuk menggerakkan sirip tersebut , posisi sirip tersebut menghasilkan hambatan tertentu sehingga rangkaian elektronik bisa tahu aliran udaranya. Koreksi suhu udara juga tetap diperlukan. Lalu ada juga saklar untuk mematikan pompa bahan bakar bila siripnya menutup rapat.
Tipe AFM lain adalah "hot wire". Ada seutas kabel kecil (sekitar 0.3 mm) yang suhunya dijaga konstan 100 derajat C di atas temperatur sekelilingnya. Dari besarnya arus yang diperlukan untuk menjaga suhu tersebut bisa ditentukan air flow yang melewatinya. Tipe ini tidak memerlukan koreksi suhu udara jadi sudah lebih canggih.
Lalu ada tipe "optical Karman Vortex". Sebuah pilar (berfungsi sebagai vortex generator) ditempatkan di tengah saluran udara. Vortex, atau riak gelombang udara yang disebabkan pilar ini akan menabrak cermin yang ada di pegas yang terbuat dari lempeng logam tipis. Lempeng ini akan bergetar dengan frekuensi sesuai dengan air flow. Cara mengukur frekuensinya ? Sebuah LED akan memancarkan sinar ke cermin yang akan dipantulkan ke photo-transistor sehingga frekuensi itu akan diterjemahkan menjadi tegangan.
Ini ada pendapat Phil Bradshaw, sangat menarik :
"Most of these sensors actually compensate for engine wear due to the slight changes in air flow as piston ring blow by increases, hence EFI cars realistically do not require tuning. I drove an 18 year old EFI Celica for 12 months without doing anything other than a couple of oil changes and an initial spark plug change. Tune ups are generally speaking not required and so a complete waste of money. The 20 Valve Toyota 4AGE in my Leitch is still on the original 1991 factory platinum sparkplugs, and has only ever had oil, filters and cam belts replaced - and my engine would now have over 120,000 km on
it…"
Sinyal RPM
Sinyal ini dihasilkan oleh roda gerigi dan pick-up (saya terus tersng kesulitan
menerjemahkan pick up) induktif yang disebut sensor "Hall Effect" . Biasanya pick-up ini diletakkan di distributor. Semakin tinggi rpm semakin besar tegangan listril yang dihasilkan - sampai sekitar 100 VAC. Sinyal ini biasa ditandai dengan nama NE. Rodanya biasanya bergigi 24.
Sinyal RPM bisa pula digunakan untuk trigger berbagai keperluan seperti RPM limiter, VVT-I atau VTEC, bukaan katup T-VIS, dll…..
Sinyal "Crank Position"
Untuk mobil yang pengpiannya dikontrol secara elektronis - kalau bahasa awamnya, ndak pakai vacuum advancer - ECU perlu menentukan lokasi piston relatif terhadap TMA (titik mati atas = top dead center) supaya dapat menembakkan tegangan koil tepat pada waktunya. Di situlah peranan crank position sensor. Ada dua cara untuk ini. Pertama menggunakan - lagi-lagi - roda bergerigi dalam distributor, biasanya bergigi 4. Saat giginya itu melewati pick-up maka akan terjadi lonjakan tegangan. Lonjakan ini dibaca ECU sebagai data yang menyatakan posisi kruk as setiap seperempat putaran. Yang lainnya menggunakan ring gear motor starter namun satu giginya dihilangkan. Gangguan sinyal ini yang dicatat oleh ECU.
Dari sinyal RPM dan beban (air flow) yang didapat tadi, ECU tinggal nyontek dari tabel yang ada dalam programnya. Kolomnya adalah rpm, lalu barisnya adalah air flow yang masing-masing mempunyai nilai durasi injeksi sendiri-sendiri. Ini disebut "fuel mapping".
Ada tabel lain yang menentukan waktu pengapian dengan data utama dari 2 sinyal tadi juga. Ini yang dinamakan "ignition mapping". Nilai yang ada di dalam tabel adalah waktu discharge tegangan di koil.
Mudah sekali bukan ?
Itu baru prinsip kerja utamanya. Bagaimana pun juga masih diperlukan faktor-faktor koreksi supaya sistem EFI bisa berjalan dengan lancar dan mulus dan "driveable" di segala posisi rpm.
…….bersambung…….