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 yaitu 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 materi bakar, sedangkan sistem EFI menggunakan tekanan untuk menyemprotkan materi bakar secara eksklusif ke dalam mesin.

Pada sistem karburator udara dan materi 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 yaitu intake manifold akan selalu dalam keadaan berair (berisi tetesan materi bakar cair yang menempel pada dinding intake manifold) sehingga akan terdapat cairan materi bakar dibagian plenum (bawah) intake manifold dikala mesin pertama kali dihidupkan pada kondisi cuaca dingin.

Jarak kanal intake manifold yang berbeda-beda pada setiap silinder juga akan membuat materi bakar yang masuk ke setiap silinder mesin menjadi tidak sama.
Silinder mesin yang berada dibagian tengah biasanya akan menerima campuran materi bakar yang lebih gemuk, oleh karena itu sangat sulit melaksanakan penyetelan untuk menerima performa , konsumsi materi 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 kendaraan beroda empat merupakan pengembangan selama bertahun-tahun untuk menerima mesin yang lebih bertenaga namun lebih irit materi bakar dan ramah lingkungan, ada beberapa jenis sistem EFI yang digunakan semenjak 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 materi bakar ke dalam intake manifold.
Tekanan materi bakar dihasilkan oleh pompa bensin elektrik yang biasanya dipasang di dalam tangki materi bakar dan tekanan materi bakar dikontrol oleh pressure regulator yang dipasang pada throtle body.
Bahan bakar akan disemprotkan ke dalam mesin dikala arus listrik yang dikontrol oleh ECU diberikan ke injektor, semprotan materi bakar ini diatur secara terputus-putus dalam waktu yang sangat cepat (Tidak disemprotkan secara terus menerus).

Dengan metode penempatan injektor di throttle body duduk perkara yang sama pada karburator mengenai distribusi materi bakar yang tidak merata pada setiap silinder juga terjadi, namun kemampuan starting disaat hirau taacuh pada sistem ini lebih baik jikalau dibandingkan sistem karburator karena proses atomisasi materi bakar lebih sempurna

Sistem Throttle Body Injection system hanya dipergunkan secara singkat pada kendaraan beroda empat selama tahun 80-an sebagai transisi dari sistem karburator menuju electronic fuel injection untuk memenuhi syarat wacana emisi gas buang. Pada simpulan 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 yaitu materi bakar dapat disemprotkan secara eksklusif ke lubang intake port masing-masing silinder.

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

Pada aplikasi awalnya sistem Multi Port Injection masih menggunakan injeksi materi bakar mekanikal, contohnya sistem injeksi Bosch D-Jetronic dan K-Jetronic yang menggunakan fuel distributor dan injektor mekanis.
Pada perkembangan selanjutnya Bosch meluncurkan sisten materi bakar L-Jetronic yang sudah menggunakan injektor elektrikal dan dikala 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 hingga 90-an menerapkan injeksi materi bakar secara simultan, setiap injektor menyemprotkan materi 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 materi bakar pada silinder yang katup inletnya sedang terbuka. Hal ini memungkinkan untuk melaksanakan kontrol penyemprotan materi 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 materi bakar tipe gres yaitu Gasoline Direct Injection (GDI). Sistem ini menggunakan satu injektor untuk satu silinder dimana injektor ditempatkan di dalam ruang bakar sehingga materi bakar dapat disemprotkan secara eksklusif ke dalam silinder, tidak di kanal intake manifold menyerupai sistem EFI yang sebelumnya.
Sistem ini sama menyerupai sistem injeksi mesin diesel yang menyemprotkan materi bakar eksklusif ke dalam ruang bakar.

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

Sinyal Injeksi Bahan Bakar 

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

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

Sensor paling utama yang sangat mensugesti pengaturan perbandingan campuran materi bakar dan udara yaitu oksigen sensor.

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

Di dalam komputer telah ditanam aktivitas wacana penyaluran materi bakar dalam banyak sekali kondisi kerja mesin atau yang disebut fuel map tiga dimensi penyaluran materi bakar.

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

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

Campuran materi bakar dan udara dibuat sedikit lebih kurus dikala kendaraan beroda empat sedang kondisi menjelajah dengan beban ringan semoga konsumsi materi bakar lebih irit, dan pada beberapa kondisi tertentu menyerupai dikala deselerasi aktivitas 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 jikalau chip PROM dilepas aktivitas sistem EFI dapat berubah.

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

Pada beberapa tipe kendaraan beroda empat chip PROM ini juga bisa diganti dengan chip PROM aftermarket untuk meningkatkan power mesin menyerupai untuk keperluan balapan.

Pada mobil-mobil keluaran tahun 96 keatas aktivitas EFI ditanam di dalam EEPROM (Electronically Ereasable Program Read Only Memory) ECU. Hal ini memungkinkan merubah atau mengupdate aktivitas 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 semoga ECU dapat mengetahui  kecepatan mesin, beban mesin dan banyak sekali kondisi kerja mesin.

Dengan mengetahui banyak sekali kondisi tersebut secara akurat, ECU  dapat melaksanakan pengaturan campuran materi bakar dan udara secara akurat untuk menghasilkan kinerja mesin yang optimal.

Ada dua jenis sistem EFI jikalau 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 melaksanakan perhitungan berdasarkan input dari banyak sekali sensor menyerupai Throttle Position Sensor (TPS), Manifold Absolute Pressure Sensor (MAP), dan sensor putaran mesin (RPM).

Keuntungan dari sistem ini yaitu tidak membutuhkan sensor air flow yang harganya cukup mahal, dan campuran udara dan materi bakar tidak terlalu kuat 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 materi 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 tepat karena ECU akan menggunakan input dari sensor-sensor yang lain untuk memperkirakan anutan 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 materi bakar yang terlalu kurus karena hot wire MAF sensor  yang kotor.

Input dari oksigen sensor merupakan faktor kunci untuk menjaga campuran materi 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 melaksanakan penyetelan campuran materi bakar dan udara yang ideal secara terus menerus untuk menerima konsumsi materi bakar yang ekonomis dan emisi gas buang yang rendah.

Saat oksigen sensor menawarkan laporan bahwa mesin bekerja dengan campuran yang terlalu kurus (pada gas buang terdapat kandungan oksigen yang tidak terbakar) ECU akan segera merespon dengan menambahkan materi 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 materi bakar dengan memperpendek pembukaan injektor.

Throttle Position Sensor (TPS) menawarkan informasi kepada ECU mengenai sudut pembukaan Throttle Valve, sensor ini dipasang pada episode 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 eksklusif 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 materi 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 menawarkan informasi kepada ECU apakah mesin masih dalam kondisi hirau taacuh ataukah sudah mencapai temperatur kerja.

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

Saat masih hirau taacuh mesin membutuhkan campuran materi bakar dan udara yang lebih gemuk semoga 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 materi bakar dan udara yang optimal.

Di dikala kondisi hirau taacuh mesin diatur oleh ECU bekerja dalam mode Open Loop Operation, dimana campuran materi bakar dan udara dibuat secara tetap atau tidak berubah-ubah.

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

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

Pengaturan Putaran Idle Sistem EFI 

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

Sebuah motor elektrik kecil atau sebuah selenoid digunakan untuk membuka atau menutup kanal by pass. Semakin besar pembukaan kanal 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 menawarkan input ke ECU sehingga ECU dapat menentukan seberapa besar Throttle Valve harus dibuka.

Putaran idle yang terlalu rendah dan menimbulkan mesin tidak bisa dihidupkan tanpa menginjak pedal gas  sering disebabkan karena terjadinya penumpukan kotoran yang menutup kanal 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 eksklusif ke Injektor dan kemudian ECU akan mengaktifkan Injektor dengan menawarkan ground pada sirkuit Injektor.

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

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

Banyaknya materi 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 materi bakar yang disemprotkan ke dalam mesin semakin banyak membuat campuran materi bakar menjadi lebih gemuk.

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

Kotoran yang menempel dan menyumbat kanal Injektor merupakan duduk perkara yang umum terjadi pada sistem EFI.

Kotoran dan kerak karbon yang menempel pada ujung Injektor akan menghambat suplai materi bakar dan menghalangi proses pengabutan materi bakar, hal ini akan menyebabkan campuran materi 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 duduk perkara tersebut.

Kebiasaan menggunakan materi 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 materi bakar yang disuplai kedalam mesin dikala injektor dialiri arus listrik yaitu tekanan materi bakar.

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

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

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

Seperti disebutkan diatas bahwa pada sistem EFI, banyaknya materi bakar yang disemprotkan ke dalam mesin dikontrol oleh ECU dengan mengatur lamanya pembukaan Injektor, sedangkan tekanan materi 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 materi bakar di dalam sistem dikala kunci kontak off.

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

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

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

Pada mesin yang dilengkapi dengan turbo charger kevakuman di intake manifold dapat mencapai tekanan faktual 8 hingga 14 pound dikala turbo boost bekerja dan diharapkan tekanan materi bakar yang lebih tinggi lagi untuk menyemprotkan materi bakar dengan jumlah yang sama melalui injektor.

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

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

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

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