Engine Management System (EFI dalam Toyota, PGMFI dalam Honda, EPI dalam Mazda, EGI dalam Suzuki) konsep secara umum
Salah
satu komponen yang termasuk dalam perawatan dan perbaikan adalah tune up yang
berfungsi untuk mengembalikan performa mesin pada keadaan semula. Jika kita
membahas masalah tune up, maka akan erat kaitannya mengenai sistem manajemen di mesin itu sendiri. Berikut akan
dibahas mengenai EMS (Engine Manajemen Sistem)
1.
Garis Besar Engine Manajemen Sistem
Pada EFI, bensin diinjeksikan ke dalam
mesin menggunakan injektor dengan waktu penginjeksian
(injection duration and frequency) yang dikontrol secara elektronik. Injeksi
bensin disesuaikan dengan jumlah udara yang masuk, sehingga campuran ideal
antara bensin dan udara akan terpenuhi sesuai dengan kondisi beban dan putaran
mesin. Generasi terbaru EFI dikenal dangan sebutan Engine Management System
(EMS), yang mengontrol sistem bahan bakar sekaligus juga mengatur sistem
pengapian (duration, timing, and frequency of ignition).
EMS system (engine management system) mengatur secara luas agar
operasional mesin bisa tetap bekerja secara optimal setiap saat
melalui pengaturan elemen mesin seperti sensor, actuator, controller, dst.
EMS system
(engine management system) mengatur secara luas agar operasional mesin bisa
tetap bekerja secara optimal setiap saat melalui pengaturan elemen mesin
seperti sensor,actuator dan controller. Sistem pengaturan mesin melibatkan
pengaturan bahan bakar, air intake dan juga waktu pengapian, agar diperoleh
momen dan tenaga sesuai spesifikasi. Pengemudi dapat mengatur bukaan throttle
valve secara manual dengan sistem koneksi mekanis, yang kemudian mengatur rasio
udara/bahan bakar ke dalam mesin, selanjutnya campuran udara/bahan bakar yang
masuk itu akan menentukan tenaga dan momen yang dihasilkah oleh mesin. Pengaturan
momen mesin biasanya menggunakan sistem kontrol secara mekanis dan tekanan
hampa, misalnya karburator yang menghasilkan campuran bahan bakar/udara untuk
pembakaran, pemakaian peralatan yang sudah sesuai dengan aturan international
untuk memperoleh energi pengapian yang tepat, distributor, centrifugal dan
sistem oscilation vacuum. Sistem konfigurasi kontrol secara mekanis dapat
dikatakan sangat rumit, susah dalam pembuatan, dan sulit untuk mendapatkan
hasil yang optimal dan efisiens, sehingga mengakibatkan emisi buangnya tidak
bisa mengikuti aturan yang telah ditetapkan. Sistem pengontrolan secara
elektroni untuk sistem injeksi bahan bakar (Bosch’s DJetronic danL-Jetronic)
sudah diperkenalkan untuk menggantikan sistem konvesional karburator atau
injeksi mekanis, dan selanjutnya teknologi pengaturan secara elektronic untuk
aplikasi mesin dan keseluruhan sistem pada kendaraan berkembang dengan pesat.
Penggunaan teknologi pengaturan secara elektronik akan memungkinkan sistem
pengontrolan berjalan secara akurat dan tahan lama, serta dapat mengurangi polusi
lingkungan karena emisinya lebih baik, hemat bahan bakar, stabilitas dan
kontrol sistem juga lebih baik. Perkembangan teknologi elektronika yang sangat
pesat, termasuk di dalamnya semi conductor dan komputer sejak tahun 1970 juga
berperan dalam meningkatkan tingkat kestabilan kendaraan dan harganya juga
sudah semakin terjangkau.
Ada tiga alasan
dasar penggunaan kontrol mesin secara elektrik yaitu:
a.
Kontrol emisi yang ramah lingkungan.
Emisi buang adalah hasil dari proses
pembakaran antara campuran bahan bakar dan udara. Bensin mengandung HC yang
bisa mengeluarkan carbon dan hydrogen. Pembakaran di dalam
mesin merupakan reaksi oksidasi antara oksigen dan bensin yang
membangkitkan energy panas dalam bentuk majemuk. Untuk pembakaran yang sempurna
gas buangnya adalah CO2 dan H2O. Namun pembakaran sempura
tidak sepenuhnya bisa diwujudkan, karena reaksi pembakaran itu menghasilkan zat
N2, O2, CO, HC yang tidak terbakar,bermacam NOX,
dsb, begitu juga CO2 dan H2O. diantara gas buang zat CO,
HC, dan NOX diketahui dapat membahayakan manusia, dan sudah menjadi
standar baku peraturan pembatasan gas, buang disetiap negara. Emisi CO2
merupakan hal pokok yang harus dikurangi pengeluarannya untuk mencegah
terjadinya reaksi pemanasan global.
Negara bagian California pada awal tahun
1960an emisi gas dari kendaraan menjadi isu sosial. Di LA sudah terdapat
banyak sekali mobil, dan karena letaknya dikelilingi oleh gunung-gunung, maka
asap yang keluar dari kendaraan yang disebut dengan ‘LA smoke’ pada tahun1960an
berdampak terhadap kesehatan penduduknya. Karena itulah mereka mendiskusikan
pengaturan emsisi buang dan mendirikan EPA (Environmental Protection Agency)
dan CAA (Clean Air Act: juga disebut dengan Muskey Act) untuk menentukan
pengaturan sistem emisi buang. Dan hasilnya adalah para pembuat mobil di dunia
harus bisa membuat mesin yang emisi buangnya dapat dikontrol atau yang ramah
terhadap lingkungan. Mesin konvensional yang menggunakan karburator yang sudah
lama beredar tidak bisa memenuhi standar emisi yang telah ditentukan, oleh
karena itu diperkenalkanlah teknologi kontrol secara elektronik pada mesin.
Kilometer
per liter digunakan untuk menentukan jarak tempuh kendaraan per liter bahan
bakar, dan
biasanya dihitung dalam km/jam. Jarak tempuh per liternya akan beragam
tergantung dari ukuran kendaraan, bentuk, berat dan pola orang yang membawa
kendaraan. Jarak termpuh per liter sudah menjadi isu sejak awal tahun 1970an
dikarenakan adanya krisis minyak, yang memerlukan pengurangan konsumsi bahan
bakar pada kendaraan. Dan perlu diketahui bahwa akhir-akhir ini pemanasan
cahaya global oleh CO2 meningkat,
sehingga kontrol zat CO2 yang
terdapat di dalam gas buang semakin diperketat. Selama bahan bakar jenis HC
dipakai pada mesin kendaraan, meskipun pembakarannya sempurna, namun tidak bisa
mencegah pembentukan CO2. oleh karena itulah untuk mengurangi
peredaran CO2, maka mobil mobil mutlak harus yang hemat bahan bakar.
Salah satu lembaga
yang mengatur pemakaian bahan bakar adalah CAFE (Corporate Average Fuel
Economy) yang mengatur rata-rata pemakaian bahan bakar pada kendaraan per tahun
yang diproduksi oleh para pembuat kendaraan, kemudian membuat tipe mobil yang
hemat bahan bakar.
c.
Performa mesin
yang lebih baik
Kecepatan
mesinnya meningkat dibanding sebelumnya, karena setiap automaker tetap berusaha
melakukan pengembangan untuk meningkatkan performa kendaraannya. Agar tujuan
diatas dapat terkaksana, maka dibutuhkan performa mesin yang maksimal dengan
kapasitas cc yang tepat, dan pengaturan kontrol untuk campuran udara/bahan
bakar dan waktu pengapian secara tepat untuk segala kondisi kerja. Sistem
suplai bahan bakar dan sistem kontrol pengapian secara konvensional dengan
mekanis tidak bisa akurat, karena itulah penggunaan sistem kontrol secara
elektronik tidak dapat dihindari lagi.
2.
Dasar Kontrol Pada EMS
a.
Kontrol Sistem Bahan Bakar
Tujuan 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
efisien, menghasilkan pengendaraan yang optimal untuk semua kondisi kerja
mesin, meminimalkan penguapan bahan bakar serta menyediakan sistem diagnosis
untuk mengevaluasi sistem kerja dan kondisi perangkat perangkat pendukungnya
bila terjadi permasalahan-permasalahan yang tidak dikehendaki pada sistem ini.
Pengontrolan Mesin yang dilakukan secara elektronik terdiri atas
peralatanperalatan sensor yang secara terus menerus memantau kondisi kerja
mesin. Unit pengontrol elektronik yang dikenal dengan ECU bekerja mengevaluasi
data-data masukan dari berbagai sensor yang terpasang pada engine. Dengan
membandingkan data pada memorinya dan melakukan perhitungan yang akurat, ECU
mengaktifkan perangkat-perangkat penggerak/actuator untuk menghasilkan sistem
kerja mesin yang baik. Dalam menginjeksikan
bahan bakar, terdapat tiga pekerjaan utama (pengontrolan) yang akan dilakukan
oleh ECU (khususnya system yang menggunakan model EMS), yaitu perhitungan
kuantitas penginjeksian, pemilihan mode injeksi dan fuel cut. Perhitungan
kuantitas dilaksanakan atas pertimbangan kondisi kerja mesin yaitu pada saat
bekerja normal atau pada saat starter. Control unit mangkalkulasi waktu
pembukaan bagi injector agar sesuai dengan perbandingan stoichiometric dan kebutuhan mesin pada saat itu. Disamping itu
juga diperhitungkan mode injeksi yang sedang dilaksanakan. Adapun mode injeksi
dapat digolongkan menjadi tiga
bagian yaitu mode simultan / serempak, group / kelompok dan sequential. Pada
model simultan, bahan bakar dinjeksikan dalam waktu 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.
Gambar 2. Simulasi Injeksi Pada Mesin 6
Silinder
b.
Kontrol sistem induksi udara
Pada awalnya, fungsi piranti elektronik yang
ada pada system induksi udara adalah hanya sebagai sensor, guna mengetahui
jumlah atau volume udara yang masuk ke intake manifold dan temperatur udara
agar ECU dapat menghitung massa udara yang dimasukkan ke ruang bakar. Dewasa
ini pengontrolan telah dapat dilakukan khususnya pada putaran rendah untuk
mengontrol putaran idle dan putaran tinggi guna meningkatkan efisiensi volumetric. Skema
system control udara dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Skema Sistem Induksi Udara
Sistem aliran udara dimulai dari filter udara untuk menyaring dari
kotoran, air metering (berupa sensor
temperature dan air flow meter) menuju throttle body, intake manifold dan ke
ruang bakar.
Tujuan yang diharapkan dari sistem control engine pada saat engine
bekerja pada putaran idle adalah
1) Untuk menyeimbangkan
torsi yang dihasilkan dengan perubahan beban engine, sehingga mesin dapat tetap
berputar secara stabil meskipun ada penambahan beban-beban asesories (seperti
AC, power steering, bebanbeban listrik lain) dan proses terhubungnya transmisi
otomatis.
2) Untuk menyajikan putaran
rendah yang halus dengan emisi gas buang dan konsumsi bahan bakar yang rendah
mengingat lebih dari 30% pemakaian bahan bakar didalam kota digunakan pada
putaran idle.
3) Untuk mengontrol putaran
idle, ECU menggunakan input dari water temperature sensor, throtle position
sensor, air conditioner /AC, transmisi otomatis, power steering, sistem
pengisian (charging system), putaran mesin dan kecepatan mesin.
Ada dua cara yang digunakan dalam mengontrol
putaran idle yaitu dengan pengontrolan udara dan pengontrolan timing. Jumlah
udara yang masuk melalui intake manifold oleh katup bypass atau oleh sebuah
actuator. Katup bypass menggunakan motor listrik yang dikontrol oleh
ECU yang bekerja membuka dan menutup saluran dengan besar pembukaan sesuai
dengan nilai yang telah ditetapkan. Dengan katup throttle yang besar, maka
pembukaannya akan sangat sensitif terhadap putaran mesin sehingga kecepatan
idle susah dikontrol. Untuk itu digunakan katup bypass. Dengan menggunakan
umpan balik dari rpm engine, ECU dapat menyetel jumlah udara yang mengalir untuk
menambah atau mengurangi putaran idle. Kelemahan pada kontrol udara ini adalah
relatif lebih lambat dalam merespon perubahan beban. Untuk 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. Dalam operasi kerja
closed loop sistem nilai atau jumlah bahan bakar ini dioptimalkan oleh lambda
close loop control.
c.
Kontrol Sistem Pengapian
Tujuan 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. Data dasar untuk timing pengapian (Base Engine Timing Value) yang
mengacu pada beban dan putaran mesin tersimpan dalam ROM pada Electronic
Control Unit (ECU). Data-data yang diterima ECU diolah untuk mencapai tujuan
yang diharapkan seperti diatas. Koreksi terhadap waktu pengapian juga
dibutuhkan guna mengakomodir efek temperatur, EGR, start pada saat panas,
tekanan udara dan engine knock. Flow chart berikut menggambarkan metode
perhitungan untuk ignition timing.
Gambar 4. Flow Chart Pengontrol Saat Pengapian
Jakarta Time
