Memahami Cara Kerja Sistem Electronic Fuel Injection (EFI)

Cara Kerja Sistem Electonic Fuel Injection 

Pada pertengahan tahun 80-an mulai diperkenalkan sistem Electronic fuel injection (EFI)  untuk menggantikan penggunaan sistem karburator menyuplai campuran udara-bahan bakar ke dalam mesin.

Perbedaan mendasar dari kedua sistem tersebut adalah dimana sistem karburator memanfatkan kevakuman di intake manifold dan penurunan tekanan di venturi (saluran yang mengecil di dalam karburator) untuk menghisap dan mengabutkan campuran udara dan bahan bakar, sedangkan sistem EFI menggunakan tekanan untuk menyemprotkan bahan bakar secara langsung ke dalam mesin.

Pada sistem karburator udara dan bahan bakar dihisap masuk ke dalam mesin secara bersamaan. Campuran udara-bahan bakar kemudian masuk ke silinder mesin melalui intake manifold. Salah satu kekurangan sistem ini adalah intake manifold akan selalu dalam keadaan basah (berisi tetesan bahan bakar cair yang menempel pada dinding intake manifold) sehingga akan terdapat cairan bahan bakar dibagian plenum (bawah) intake manifold saat mesin pertama kali dihidupkan pada kondisi cuaca dingin.

Jarak saluran intake manifold yang berbeda-beda pada setiap silinder juga akan membuat bahan bakar yang masuk ke setiap silinder mesin menjadi tidak sama.
Silinder mesin yang berada dibagian tengah biasanya akan mendapatkan campuran bahan bakar yang lebih gemuk, oleh karena itu sangat sulit melakukan penyetelan untuk mendapatkan performa , konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang yang optimal pada mesin yang menggunakan sistem karburator.

Sistem Electronic Fuel Injection (EFI)

Perkembangan Sistem EFI

Sistem EFI yang sekarang digunakan oleh banyak pabrikan mobil merupakan pengembangan selama bertahun-tahun untuk mendapatkan mesin yang lebih bertenaga namun lebih irit bahan bakar dan ramah lingkungan, ada beberapa jenis sistem EFI yang digunakan sejak awal sistem ini diperkenalkan.

Sistem EFI Throttle Body Injection 

Sistem Throttle Body Injection (TBI) menggunakan satu atau dua buah injektor yang dipasang pada throtle body dan menyemprotkan bahan bakar ke dalam intake manifold.
Tekanan bahan bakar dihasilkan oleh pompa bensin elektrik yang biasanya dipasang di dalam tangki bahan bakar dan tekanan bahan bakar dikontrol oleh pressure regulator yang dipasang pada throtle body.
Bahan bakar akan disemprotkan ke dalam mesin saat arus listrik yang dikontrol oleh ECU diberikan ke injektor, semprotan bahan bakar ini diatur secara terputus-putus dalam waktu yang sangat cepat (Tidak disemprotkan secara terus menerus).

Dengan metode penempatan injektor di throttle body masalah yang sama pada karburator mengenai distribusi bahan bakar yang tidak merata pada setiap silinder juga terjadi, namun kemampuan starting disaat dingin pada sistem ini lebih baik jika dibandingkan sistem karburator karena proses atomisasi bahan bakar lebih sempurna

Sistem Throttle Body Injection system hanya dipergunkan secara singkat pada mobil selama tahun 80-an sebagai transisi dari sistem karburator menuju electronic fuel injection untuk memenuhi syarat tentang emisi gas buang. Pada akhir tahun 1980-an sistem TBI sudah digantikan oleh sistem EFI Multiport Injection (MPI).

Sistem EFI Multiport Fuel Injection 

Sistem MultiPort Injection system menggunakan 1 injektor untuk masing-masing silinder mesin. Keuntungan penerapan sistem ini adalah bahan bakar dapat disemprotkan secara langsung ke lubang intake port masing-masing silinder.

Sistem ini tidak mengalami masalah pengendapan cairan bahan bakar di saluran plenum intake manifold, karena hanya udara saja yang melewati intake manifold sehingga selalu kering.
Campuran bahan bakar udara juga bisa didistribusikan secara merata pada seluruh silinder tanpa ada perbedaan seperti di sistem karburator dan TBI.

Pada aplikasi awalnya sistem Multi Port Injection masih menggunakan injeksi bahan bakar mekanikal, contohnya sistem injeksi Bosch D-Jetronic dan K-Jetronic yang menggunakan fuel distributor dan injektor mekanis.
Pada perkembangan selanjutnya Bosch meluncurkan sisten bahan bakar L-Jetronic yang sudah menggunakan injektor elektrikal dan saat ini seluruh sistem EFI yang digunakan sudah menggunakan sistem injeksi yang dikontrol secara elektronik oleh Komputer (Control Unit).

Sistem EFI pada awal tahun 80-an sampai 90-an menerapkan injeksi bahan bakar secara simultan, setiap injektor menyemprotkan bahan bakar secara bersamaan setiap satu putaran poros engkol.
Kemudian setelah itu diterapkan sistem Sequential Fuel Injection (SFI) yaitu penyemprotan injektor secara bergantian, dimana injektor akan menyemprotkan bahan bakar pada silinder yang katup inletnya sedang terbuka. Hal ini memungkinkan untuk melakukan kontrol penyemprotan bahan bakar lebih presisi untuk menghasilkan mesin yang lebih irit dan rendah emisi namun lebih bertenaga.

Sistem EFI  Gasoline Direct Injection 

Pada tahun 2000-an beberapa pabrikan mulai menerapkan konsep injeksi bahan bakar tipe baru yaitu Gasoline Direct Injection (GDI). Sistem ini menggunakan satu injektor untuk satu silinder dimana injektor ditempatkan di dalam ruang bakar sehingga bahan bakar dapat disemprotkan secara langsung ke dalam silinder, tidak di saluran intake manifold seperti sistem EFI yang sebelumnya.
Sistem ini sama seperti sistem injeksi mesin diesel yang menyemprotkan bahan bakar langsung ke dalam ruang bakar.

Sistem ini memberikan keuntungan yang cukup signifikan dalam hal konsumsi bahan bakar dan tenaga yang dihasilkan (lebih baik 15-25 % dibanding sistem MPI), namun karena injektor dipasang di dalam ruang bakar maka dibutuhkan injektor dengan kemampuan injeksi tekanan yang lebih tinggi dan tahan terhadap temperatur tinggi.

Sinyal Injeksi Bahan Bakar 

Kondisi campuran bahan bakar yang gemuk atau kurus ditentukan oleh lama pembukaan atau penutupan Injektor (Pulse width modulation). Semakin panjang Pulse width modulation-nya semakin banyak bahan bakar yang disemprotkan sehingga campuran bahan bakar semakin gemuk.

Waktu injeksi bahan bakar dan lamanya pembukaan Injektor dikontrol penuh oleh engine control unit. Engine control unit menggunakan input dari berbagai macam sensor untuk mengatur jumlah bahan bakar dan mengatur perubahan perbandingan udara dan bahan bakar sesuai dengan perubahan kondisi kerja mesin.

Sensor paling utama yang sangat mempengaruhi pengaturan perbandingan campuran bahan bakar dan udara adalah oksigen sensor.

Oksigen sensor atau sering disebut O2 Sensor memberikan sinyal yang menunjukkan campuran terlalu Gemuk atau Kurus yang digunakan oleh Engine control unit untuk menyesuaikan campuran udara dan bahan bakar.

Di dalam komputer telah ditanam program tentang penyaluran bahan bakar dalam berbagai kondisi kerja mesin atau yang disebut fuel map tiga dimensi penyaluran bahan bakar.

Program ini mengatur bagaimana ECU harus mengontrol pembukaan Injektor sesuai dengan kecepatan dan beban mesin.

Campuran bahan bakar dan udara dibuat sedikit lebih gemuk pada beberapa kondisi kerja mesin seperti saat starting posisi dingin, saat warming up, saat akselerasi atau  saat mesin bekerja dengan beban yang berat.

Campuran bahan bakar dan udara dibuat sedikit lebih kurus saat mobil sedang kondisi menjelajah dengan beban ringan agar konsumsi bahan bakar lebih irit, dan pada beberapa kondisi tertentu seperti saat deselerasi program di dalam ECU mematikan seluruh Injektor selama beberapa saat.

Program yang mengontrol sistem EFI ditanam di dalam chip PROM (Program Read Only Memory) ECU, sehingga jika chip PROM dilepas program sistem EFI dapat berubah.

Nilai program dari pabrikan yang tertanam di dalam chip PROM dapat diupdate untuk memperbaiki kinerja mesin dan emisi gas buang.

Pada beberapa tipe mobil chip PROM ini juga bisa diganti dengan chip PROM aftermarket untuk meningkatkan power mesin seperti untuk keperluan balapan.

Pada mobil-mobil keluaran tahun 96 keatas program EFI ditanam di dalam EEPROM (Electronically Ereasable Program Read Only Memory) ECU. Hal ini memungkinkan merubah atau mengupdate program yang tertanam di dalam ECU dengan reflashing tanpa perlu melepas dan mengganti chip di dalam ECU.

Program update ini dapat didownload ke dalam ECU melalui konektor  OBD II dengan menggunakan scantool generik pabrikan  atau alat reprogramming SAE J2534.

Sensor-Sensor Yang Digunakan Sistem EFI 

Sistem Electronic Fuel Injection membutuhkan input dari  berbagai macam sensor agar ECU dapat mengetahui  kecepatan mesin, beban mesin dan berbagai kondisi kerja mesin.

Dengan mengetahui berbagai kondisi tersebut secara akurat, ECU  dapat melakukan pengaturan campuran bahan bakar dan udara secara akurat untuk menghasilkan kinerja mesin yang optimal.

Ada dua jenis sistem EFI jika dilihat dari metode pengukuran udara masuk yang digunakan,yaitu :

1. Sistem D-EFI yang mengukur jumlah udara masuk berdasarkan tekanan (speed dan density).

2.Sistem L-Efi yang mengukur jumlah udara secara langsung.

Sistem D-EFI tidak mengukur jumlah udara yang masuk ke dalam mesin secara langsung. Namun melakukan perhitungan berdasarkan input dari berbagai sensor seperti Throttle Position Sensor (TPS), Manifold Absolute Pressure Sensor (MAP), dan sensor putaran mesin (RPM).

Keuntungan dari sistem ini adalah tidak membutuhkan sensor air flow yang harganya cukup mahal, dan campuran udara dan bahan bakar tidak terlalu berpengaruh oleh kebocoran kecil di intake manifold dan throttle body.

Sensor-sensor Sistem EFI

Mass Air Flow Sensor

Sensor air mass meter atau mass air flow sensor biasanya juga dilengkapi inlet air temperatur Sensor (IAT) dibagian dalamnya.

Sistem mass air flow menggunakan beberapa metode untuk mengukur jumlah udara yang masuk ke dalam mesin secara langsung.

Ada yang berupa sirip(flap) mekanikal, hot wire, dan vortex air flow Sensor.

Input dari air flow sensor merupakan input utama yang dipakai oleh ECU untuk mengontrol campuran bahan bakar dan udara selain input dari sensor-sensor yang lain.

Sistem EFI biasanya masih dapat bekerja walaupun kehilangan sinyal dari MAF sensor, walaupun kerjanya tidak begitu sempurna karena ECU akan menggunakan input dari sensor-sensor yang lain untuk memperkirakan aliran udara masuk.

 Masalah paling umum yang sering dihadapi oleh MAF sensor  adalah kotoran yang menempel dan menutupi hot wire di dalam MAF sensor.

Melakukan pembersihan hot wire Maf Sensor dengan electronic cleaner akan memperbaiki problem kerja mesin yang tidak normal atau campuran bahan bakar yang terlalu kurus karena hot wire MAF sensor  yang kotor.

Input dari oksigen sensor merupakan faktor kunci untuk menjaga campuran bahan bakar dan udara yang optimal pada kedua tipe EFI tersebut (L-EFI dan D-EFI).

Oksigen Sensor dipasang pada ekshaust manifold untuk mengukur kandungan oksigen di dalam gas buang untuk menentukan apakah mesin bekerja dengan campuran terlalu gemuk atau kurus.

Sinyal yang diberikan oleh oksigen sensor digunakan ECU sebagai dasar untuk melakukan penyetelan campuran bahan bakar dan udara yang ideal secara terus menerus untuk mendapatkan konsumsi bahan bakar yang ekonomis dan emisi gas buang yang rendah.

Saat oksigen sensor memberikan laporan bahwa mesin bekerja dengan campuran yang terlalu kurus (pada gas buang terdapat kandungan oksigen yang tidak terbakar) ECU akan segera merespon dengan menambahkan bahan bakar (injektor dibuka lebih lama).

Jika mesin bekerja dengan campuran yang terlalu gemuk (kandungan oksigen di dalam gas buang sangat sedikit) maka ECU akan mengurangi pasokan bahan bakar dengan memperpendek pembukaan injektor.

Throttle Position Sensor (TPS) memberikan informasi kepada ECU mengenai sudut pembukaan Throttle Valve, sensor ini dipasang pada bagian samping Throttle body dan menggunakan variabel resistor yang nilai tahanannya akan berubah tergantung sudut pembukaan Throttle.

Manifold Absolute Pressure Sensor (MAP) berfungsi untuk mengukur beban mesin, sensor ini dapat dipasang pada intake Manifold secara langsung atau dihubungkan ke intake Manifold menggunakan selang vakum.

Temperatur udara yang masuk ke dalam mesin juga diukur dengan menggunakan sensor Inlet Air Temperatur (IAT) atau sensor Manifold Air Temperatur (MAT), sensor ini dapat dipasang menyatu di dalam air flow sensor atau dipasang secara terpisah di dalam intake manifold.

Campuran bahan bakar dan udara akan disetel sesuai dengan temperatur udara yang masuk ke dalam mesin. Karena tingkat kepadatan (density) udara akan berbeda tergantung temperaturnya (udara lebih padat pada temperatur yang dingin).

Temperatur kerja mesin dipantau oleh sensor Water Temperatur Sensor ( WTS), Sensor ini akan memberikan informasi kepada ECU apakah mesin masih dalam kondisi dingin ataukah sudah mencapai temperatur kerja.

ECU perlu mengetahui temperatur mesin untuk dapat mengatur campuran bahan bakar yang sesuai.

Saat masih dingin mesin membutuhkan campuran bahan bakar dan udara yang lebih gemuk agar mudah di hidupkan.

Saat mesin sudah mencapai temperatur kerja maka mesin akan segera menuju ke mode operasi tertutup atau Closed loop operation dimana input dari oksigen sensor mulai digunakan untuk mengatur campuran bahan bakar dan udara yang optimal.

Di saat kondisi dingin mesin diatur oleh ECU bekerja dalam mode Open Loop Operation, dimana campuran bahan bakar dan udara dibuat secara tetap atau tidak berubah-ubah.

Jika ECU kehilangan input dari salah satu sensor-sensor tersebut maka akan menimbulkan masalah pada kinerja mesin seperti tenaga yang kurang dan emisi gas buang, hal ini pada umumnya akan membuat lampu cek engine di dashboard menyala dan menimbulkan kode kerusakan atau DTC (Diagnistic Trouble Code) yang tersimpan di dalam memori ECU.

Untuk menganalisa dan memperbaiki kerusakan yang terjadi maka kode kerusakan yang tersimpan tersebut harus dibaca dengan menggunakan scantool atau pada beberapa tipe mobil dapat dibaca secara manual tanpa menggunakan scantool.

Pengaturan Putaran Idle Sistem EFI 

Putaran idle mesin yang menggunakan sistem EFI dikontrol langsung oleh ECU dengan mengatur pembukaan saluran idle pada Throttle body.

Sebuah motor elektrik kecil atau sebuah selenoid digunakan untuk membuka atau menutup saluran by pass. Semakin besar pembukaan saluran bypass semakin banyak udara yang masuk dan putaran idle pun semakin tinggi.

Pada teknologi kendaraan terbaru yang telah menggunakan Throttle yang dikontrol secara elektronik, pembukaan Throttle Valve dikontrol oleh ECU berdasarkan injakan pedal gas oleh pengemudi.

Sebuah Position Sensor dipasang pada pedal gas yang akan memberikan input ke ECU sehingga ECU dapat menentukan seberapa besar Throttle Valve harus dibuka.

Putaran idle yang terlalu rendah dan mengakibatkan mesin tidak bisa dihidupkan tanpa menginjak pedal gas  sering disebabkan karena terjadinya penumpukan kotoran yang menutup saluran idle pada Throttle body, problem ini bisa diselesaikan dengan membersihkan Throttle body menggunakan Carb/Injektor cleaner.

Putaran idle yang tidak stabil atau cenderung terlalu tinggi biasanya disebabkan oleh kebocoran udara yang terjadi diantara airflow sensor dan Throttle, Throttle body dan intake manifold, dan intake manifold dengan cylinder head, atau juga karena kebocoran pada sistem PCV dan EGR atau pada selang-selang vakum.

Fuel Injector

Pada sistem EFI arus listrik diberikan langsung ke Injektor dan kemudian ECU akan mengaktifkan Injektor dengan memberikan ground pada sirkuit Injektor.

Fuel injector pada dasarnya adalah sebuah selenoid valve yang dilengkapi dengan pegas.

Saat injector dialiri arus listrik, selenoid akan menarik needle valve melawan tekanan pegas untuk terbuka sehingga bahan bakar yang bertekanan tinggi disemprotkan ke dalam mesin, dan saat arus listrik ke Injektor diputus oleh ECU pegas akan mendorong needle valve untuk menutup saluran bahan bakar sehingga suplai bahan bakar diputus.

Banyaknya bahan bakar yang disemprotkan ke dalam mesin tergantung pada berapa lama injektor dialiri arus listrik, semakin lama Injektor dialiri arus listrik, semakin lama injektor membuka dan bahan bakar yang disemprotkan ke dalam mesin semakin banyak membuat campuran bahan bakar menjadi lebih gemuk.

 Jika durasi injektor dialiri arus listrik semakin pendek, maka bahan bakar yang disemprotkan juga semakin sedikit sehingga campuran bahan bakar menjadi lebih kurus.

Kotoran yang menempel dan menyumbat saluran Injektor merupakan masalah yang umum terjadi pada sistem EFI.

Kotoran dan kerak karbon yang menempel pada ujung Injektor akan menghambat suplai bahan bakar dan menghalangi proses pengabutan bahan bakar, hal ini akan menyebabkan campuran bahan bakar menjadi lebih kurus dan membuat mesin kurang bertenaga.

Membersihkan injektor dengan semprotan pembersih injektor atau melepas injektor dan kemudian membersihkannya pada mesin pembersih Injektor akan mengatasi masalah tersebut.

Kebiasaan menggunakan bahan bakar berkualitas tinggi yang mengandung kandungan pembersih akan membantu mencegah timbulnya kotoran yang dapat menyumbat injektor.

Pengaturan Tekanan Bahan Bakar 

Salah satu faktor penting lainnya yang dapat menentukan jumlah bahan bakar yang disuplai kedalam mesin saat injektor dialiri arus listrik adalah tekanan bahan bakar.

Jika tekanan bahan bakar semakin tinggi maka bahan bakar yang disemprotkan oleh injektor semakin banyak.

Tekanan bahan bakar dihasilkan oleh fuel pump tekanan tinggi yang sekarang pada umumnya ditaruh di dalam tangki bahan bakar. 

Tekanan yang dihasilkan oleh fuel pump biasanya berkisar antara 8 sampai 80 pound tergantung aplikasinya.

Seperti disebutkan diatas bahwa pada sistem EFI, banyaknya bahan bakar yang disemprotkan ke dalam mesin dikontrol oleh ECU dengan mengatur lamanya pembukaan Injektor, sedangkan tekanan bahan bakar cenderung diatur dalam kondisi konstan.

Pada sistem EFI yang menggunakan fuel delivery, pressure regulator dipasang pada Fuel rail didekat intake manifold sedangkan untuk sistem EFI yang tidak menggunakan selang pengembali fuel pressure regulator dipasang menyatu dengan fuel pump assembly di dalam tangki.

Fuel pump dilengkapi dengan pressure valve untuk mengembalikan tekanan  bahan bakar yang berlebihan dan check valve yang berfungsi menjaga tekanan bahan bakar di dalam sistem saat kunci kontak off.

Pada sistem EFI multi port, perbedaan tekanan bahan bakar antara di sisi belakang injektor dengan kevakuman atau tekanan di intake manifold akan selalu berubah-ubah.

Saat beban mesin ringan atau saat putaran idle, kevakuman di intake manifold relatif tinggi, artinya tekanan bahan bakar yang dibutuhkan untuk menyemprotkan bahan bakar melalui injektor tidak terlalu besar.

Saat beban mesin berat, kevakuman di intake manifold sangat rendah bahkan mendekati nol, pada kondisi seperti ini dibutuhkan tekanan yang lebih tinggi untuk menyemprotkan bahan bakar melalui injektor dalam jumlah yang sama.

Pada mesin yang dilengkapi dengan turbo charger kevakuman di intake manifold dapat mencapai tekanan positif 8 sampai 14 pound saat turbo boost bekerja dan dibutuhkan tekanan bahan bakar yang lebih tinggi lagi untuk menyemprotkan bahan bakar dengan jumlah yang sama melalui injektor.

Pada sistem ini dibutuhkan pengaturan tekanan bahan bakar sesuai dengan kondisi kevakuman di intake manifold untuk mempertahankan perbedaan tekanan relatif yang sama antara sistem bahan bakar dengan intake manifold. Hal ini dilakukan oleh fuel pressure regulator yang dipasang pada fuel rail yanmenyplai bahan bakar ke injektor.

Fuel ressure regulator mempunyai vakum diapragma dan pegas serta selang vakum yang dihubungkan ke intake manifold. Pressure regulator menurunkan tekanan bahan bakar saat beban mesin ringan dan menaikkan tekanan bahan bakar saat beban mesin berat dan saat turbo charger bekerja. Kelebihan tekanan bahan bakar ini kemudian dikembalikan ke tangki bahan bakar, kebanyakan sistem EFI menjaga tekanan antara 40 dan 55 psi.

Tekanan bahan bakar yang rendah akan mengakibatkan mesin kekurangan suplai bahan bakar sehingga tenaga mesin akan berkurang atau mesin susah/tidak bisa dihidupkan

Tekanan bahan bakar yang rendah dapat disebabkn oleh beberapa hal seperti : Fuel pump sudah lemah, ada sumbatan di saluran bahan bakar, fuel filter tersumbat, atau kebocoran pressure regulator. Tekanan bahan bakar harus dijaga selalu berada dalam nilai spesifikasi agar mesin dapat bekerja dengan optimal. Tekanan bahan bakar dapat diperiksa dengan menggunakan fuel pressure gauge yang dihubungkan pada service valve di fuel rail atau di saluran bahan bakar.

Ada masalah dengan mobil Anda...??  

Butuh Bantuan...???  

Silahkan hubungi kami..!!

www.montirpro.com  08111857333