Mengenal Engine Management System (EMS)

Engine management system adalah sistem pengaturan engine yang mengatur dan mengontrol seluruh sistem pada engine melalui electronic control unit (ECU) sehingga engine atau mesin dalam kondisi serta perfoma terbaik.

Pada engine management system terdiri dari tiga komponen utama yaitu sensor, electronic control unit atau ECU, dan actuator. Komponen engine management system tersebut memiliki fungsi dan peranan masing-masing. Sensor memiliki fungsi sebagai input yang memberitahu kondisi atau keadaan mesin. ECU merupakan pemroses yang mengolah inputan untuk menentukan tindakan selanjutnya. Actuator memiliki fungsi sebagai output.

Pada engine management system (EMS) sensor akan mengambil berbagai data atau kondisi mesin, data ini kemudian akan diterus ke ECU untuk dilakukan pemrosesan atau pengolahan. Hasil olahan dari ECU akan dialirkan menuju ke actuator untuk mengatur kerja mesin. Kinerja sistem-sistem pada mesin akan disesuaikan dengan berbagai kondisi yang ada pada mesin.

Fungsi Engine Management System (EMS)

Fungsi engine management system adalah sebuah sistem pada kendaraan yang mengatur secara luas agar operasional mesin bisa tetap bekerja secara optimal setiap saat melalui pengaturan elemen mesin seperti sensor, actuator, controller, dan lain sebagainya. Sistem pengaturan mesin melibatkan pengaturan bahan bakar, air intake, dan juga waktu pengapian, agar diperoleh momen dan tenaga sesuai spesifikasi.

Pembukaan pada throttle valve dapat dilakukan secara manual dengan sistem koneksi mekanis, yang kemudian mengatur rasio udara atau bahan bakar ke dalam mesin, selanjutnya campuran udara atau bahan bakar yang masuk itu akan menentukan tenaga dan momen yang dihasilkah oleh mesin. Sistem konfigurasi kontrol secara mekanis dapat dikatakan sangat rumit, susah dalam pembuatan, dan sulit untuk mendapatkan hasil yang optimal dan efisien, sehingga mengakibatkan emisi buangnya tidak bisa mengikuti aturan yang telah ditetapkan. Sistem pengontrolan secara elektroni untuk sistem injeksi bahan bakar (Bosch’s, D-Jetronic, dan L-Jetronic) sudah diperkenalkan untuk menggantikan sistem konvesional karburator atau injeksi mekanis.

Sistem kontrol elektronik akan menyebabkan pengendalian lebiha akurat dan tahan lama, serta mempunyai beberapa kelebihan lain seperti 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.

Sistem Kontrol Pada Engine Management System

Ada beberapa sistem kontrol pada engine management system yaitu sistem kontrol bahan bakar, sistem kontrol induksi udara, dan sistem kontrol pengapian. Berikut pembahasan satu persatu mengenai sistem kontrol pada engine management system:

1. Sistem Kontrol Bahan Bakar

Sistem kontrol bahan bakar merupakan salah satu bagian dari engine management system yang memiliki fungsi atau tujuan untuk memberikan bahan bakar sesuai dengan kebutuhan mesin sehingga daya mesin yang optimal, emisi gas buang yang seminimal mungkin, efisiensi penggunaan bahan bakar, pengendaraan yang optimal di setiap kondisi mesin, mencegah penguapan bahan bakar. Selain itu sistem kontrol bahan bakar juga berfungsi untuk mengevaluasi kinerja dari berbagai komponen pada sistem bahan bakar serta kerusakan-kerusakan yang terjadi pada sistem bahan bakar.

Sistem kontrol yang dilakukan secara elektronik ini terdiri dari beberapa komponen yang saling berkesinambungan untuk mengontrol bahan bakar pada kendaraan. Sistem kontrol elektronik bahan bakar terdiri dari sensor yang memiliki fungsi untuk mendeteksi dan memantau kinerja mesin. Kemudian data-data ini dikirimkan ke sistem pengolah atau yang lebih dikenal dengan ECU untuk dibandingkan dengan standar yang ada di memory dengan akurat. Selanjutnya hasil dikirimkan untuk mengelola aktuator.

Proses pembakaran pada motor bensin memerlukan takaran campuran udara dan bahan bakar agar bisa menghasilkan pembakaran yang maksimal. Campuran yang dikenal sebagai perbandingan udara dan bahan bakar mempunyai kontribusi yang sangat besar terhadap hasil pembakaran. Campuran ini harus berada pada daerah perbandingan yang sesuai yaitu sejumlah 14,7 kg udara membutuhkan udara sejumlah 1 kg bensin. Dalam bentuk volumetrik, 10.500 liter udara berbanding 1 liter bensin pada tekanan satu atmosfir. Pada perbandingan ini akan dihasilkan tenaga hasil pembakaran yang maksimal dan emisi gas buang yang rendah. Selanjutnya perbandingan 14,7: 1 ini dikenal dengan perbandingan Stoichiometric.   Perbandingan stoichiometric lebih dikenal dengan istilah faktor lamda (λ). Lamda ini merupakan perbandingan jumlah udara yang dipakai dengan jumlah udara secara teoritis.

Pada engine yang menggunakan system konvensional (misal karburator), perbandingan ideal sangat susah tercapai. Dengan teknologi control elektronik, rata-rata perbandingan campuran udara dan bakar tetap dipertahankan pada kodisi kurang lebih 1% dari perbandingan stoichiometric. Oleh karena itu untuk sistem kontrol elektronik menggunakan perbandingan stoichiometric sebagai pertimbangan untuk campuran bahan bakar yang sesuai dengan kebutuhan mesin.

Pada proses penginjeksian bahan bakar terdapat tiga hal yang harus dilakukan oleh sistem pengontrolan yaitu kuantitas bahan bakar, mode injeksi, dan fuel cut. Perhitungan kuantitas dilaksanakan atas pertimbangan kondisi kerja mesin yaitu pada saat bekerja normal atau pada saat starter. Electronic Control unit mangkalkulasikan 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 atauserempak, group atau kelompok, dan sequential.

Sementara untuk jumlah bahan bakar ditentukan oleh lamanya proses penginjeksian. Untuk fuel cut diatur bersamaan dengan perhitungan durasi penginjeksian. Durasi penginjeksian diatur oleh beberapa komponen engine management system berikut:

1. Throttle position sensor switch berfungsi untuk memberikan sinyal posisi pembukaan throotle sehingga ECU dapat menghitung akselerasi, fuel cut, deselerasi dll. 
2. Mass air flow sensor memiliki fungsi untuk memberikan informasi jumlah udara yang masuk ke intake manifold
3. Water temperature sensor berfungsi untuk memberikan informasi temperature air pendingin agar ECU dapat mengkalkulasi durasi injeksi seperti saat engine dingin, koreksi durasi saat start dan lain sebagainya.
4. Cam shaft Position sensor berfungsi untuk memberikan informasi posisi putaran cam shaft/crankshaft sehingga ECU dapat mengkalkulasi dimulainya saat penginjeksian, mode injeksi dll.
5. Speed sensor berfungsi untuk memberikan data kecepatan kendaraan agar ECU tidak melakukan fuel cut apabila kendaraan bergerak dengan  kecepatan ± 8 km/jam atau kurang.
6. Switch posisi netral berfungsi untuk memberikan informasi posisi netral agar dapat diperhitungkan fuel cut 
7. Ignition Switch berfungsi untuk mendeteksi saat start sehingga ECU dapat melakukan penambahan durasi injeksi saat start 
8. Bateray memberikan informasi tegangan baterai agar dapat mengkompensasi tegangan baterai
9. Oksigen sensor berfungsi sebagai informasi  atau umpan balik tentang hasil pembakaran sehingga ECU dapat memperhitungkan campuran stoichiometric

2. Kontrol Sistem Induksi Udara

Perkembangan kontrol sistem induksi udara semakin pesat yang mana dahulu hanya untuk mengukur jumlah udara yang masuk ke intake manifold sampai sekarang yang berfungsi juga untuk pengaturan kontrol putaran idle dan putaran tinggi. Hal ini berfungsi untuk meningkatkan efisiensi volumetrik dari kendaraan. Sistem induksi udara adalah untuk filter meter, dan mengukur asupan udara ke intake manifold. Udara mengalir ke mesin membuka bypass throttle. Air valve mengirimkan udara secukupnya keintake. Udara disaring oleh saringan udara masuk ke dalam intake manifold dalam berbagai volume.

Jumlah udara yang masuk ke mesin adalah fungsi dari pembukaan throttle valve sudut dan putaran mesin. Udara bersih dari saringan udara (air cleaner) akan dialirkan menuju mass air flow melalui measuring plate. Banyak sedikitnya udara yang mengalir tergantung dari besar pembukaan yang dikontrol oleh intake chamber. Sementara itu besarnya udara yang masuk ke intake chamber ditentukan oleh lebarnya katup throttle terbuka. Aliran udara masuk ke intake manifold kemudian keruang bakar (combustion chamber). Jumlah udara yang masuk dideteksi oleh mass air flow (L-EFI) atau dengan tekanan udara manifold absolute pressure sensor (D-EFI).

Terdapat beberapa sensor dan komponen pada kontrol sistem induksi udara. Berikut merupakan beberapa sensor dan komponen engine management system yang mengatur proses pemasukan udara atau induksi udara:

1. Air cleaner yang memiliki fungsi untuk menyaring udara yang masuk throtle body agar menjadi bersih.
2. Throtle body memiliki beberapa fungsi yaitu untuk mengontrol jumlah induksi udara, sensor pembukaan katup throtle dan bypass saat mesin idle.
3. Throtle valve memiliki fungsi untuk membuka dan menutup aluran induksi udara.
4. Idle air control (IAC) berfungsi untuk merubah jumlah udara yang masuk ketika mesin dalam kondisi dingin. 
5. Intake manifold merupakan tempat untuk menampung udara dan sebagai saluran masuk udara ke ruang bakar.
6. Mass air flow atau MAF berfungsi untuk massa aliran udara yang masuk kedalam intake manifold.
7. Intake air temperatur atau IAT berfungsi untuk mengukur temperatur udara yang masuk ke intake manifold.
8. Engine coolant temperatur atau ECT berfungsi untuk mengukur temperatur air pendingin.

Prinsip kerja dari sistem induksi udara adalah udara disaring oleh saringan udara masuk ke dalam intake manifold dalam berbagai volume. Dimana Udara bersih dari saringan udara (air cleaner) masuk ke mass air flow dengan membuka plat pengukur (measuring plate), besarnya plat pengukur dan potensiometer bergerak pada poros yang sama sehingga sudut membuka plat pengukur ini akan diubah nilai tahanan potensiometer. Variasi nilai tahanan ini akan dirubah menjadi output voltage sensor ke ECM sebagai dasar untuk menentukan jumlah udara yang masuk ke intake air chamber. Besarnya udara yang masuk ke intake chamber ditentukan oleh lebarnya katup throttle terbuka. Aliran udara masuk ke intake manifold kemudian ke ruang bakar (combustion chamber) bila mesin dalam keadaan dingin, air valve mengalirkan udara langsung ke intake chamber dengan mem-bypass throttle, jumlah udara yang masuk dideteksi oleh mass air flow (L-EFI). Aliran udara masuk ke intake manifold kemudian ke ruang bakar (combustion chamber) bila mesin dalam keadaan dingin, air valve mengalirkan udara langsung ke intake chamber untuk menambah putaran sampai fast idle.

3. Kontrol Sistem Pengapian

Kontrol sistem pengapian merupakan salah satu sistem kontrol pada engine manaegement system atau EMS yang bertujuan untuk dapat memberikan sistem pengapian yang optimal hingga dapat tercapai torsi atau tenaga yang optimal, irit bahan bakar, pengendalian yang baik, serta meminimalisir terjadinnya knocking. Untuk mengatur timing pengapian mengacu pada beban dan putaran yang ada pada memory ECU.

Durasi mengalirnya arus ke ignition coil mempengaruhi kualitas tegangan tinggi yang dihasilkan. Oleh karena itu sistem pengapian membutuhkan pengontrolan waktu dan besarnya arus yang mengalir. Pada jenis terbaru dari Engine Management Sistem adalah dengan mengintefrasikan fungsi amplifikasi kedalam control unit sehingga banyak jenis system pengapian sekarang yang dapat kita tenui tanpa menggunakan modul pengapian atau power transistor. Power transistor berfungsi untuk mengganti kontak platina yang masih bekerja secara mekanik. 

Kerjanya system pengapian adalah dengan cara memberi arus ntuk memaksimalkan pengapian pada masing-masing silinder, pemicu kepada modul pengapian sehingga modul akan memberi kesempatan bagi rangkaian primer ignition coil untuk membentuk rangkaian tertutup dan menghasilkan induksi. Dengan demikian prinsip kerja system pengapian ini hampir sama dengan system konvensional, dengan perbedaan waktu pembentukan medan magnet pada coil dikontrol oleh ECU. Untuk menghasilkan sistem pengapian yang maksimal maka, beberapa kendaraan sudah menggunakan sistem pengapian langsung atau direct ignition. Pada pengapian langsung menggunakan satu koil satu silinder sehingga pengapian yang dihasilkan lebih maksimal.

Kontrol sinyal yang digunakan pada sistem pengapian terbagi menjadi beberapa komponen. Berikut merupakan komponen engine management system:

1. Camshaft position sensor berfungsi untuk menentukan saat pengapian.
2. Throtle position sensor berfungsi untuk menentukan saat pengapian pada waktu idle atau deselerasi.
3. Water temperatur sensor berfungsi untuk menambah kemampuan start dan agar temperatur kerja cepat tercapai.
4. Mass air flow berfungsi untuk menentukan durasi penginjeksian agar diperoleh pengapian yang optimal.
5. Knock sensor berfungsi untuk memonitor terjadinya engine knocking.
6. Batteray berfungsi untuk mempertahankan durasi pengaliran arus ke ignition coil selama bekerja.
7. Vehicle speed sensor berfungsi untuk menentukan timing pengapian saat warm up, akselerasi, dan deselerasi.
8. Ignition Switch berfungsi untuk menentukan sistem pengapian bekerja normal atau tidak.

Scan QR Code Materi di atas