OXYGEN / AIR FUEL SENSORS

ECM memanfaatkan sensor oxygen untuk meyakinkan bahwa rasio udara dan bahan bakar berada pada angka yang benar sesuai dengan yang dibutuhkan oleh kemampuhan catalytic converternya. Didasarkan pada sinyal keluaran sensor oxygen inilah ECM mengatur jumlah pasokan bahan baker yang diinjeksikan saluran udara masuk untuk selanjutnya dicampur dengan bahan baker.

Ada beberapa jenis sensor oxygen, tapi hanya dua jenis yang sering dipakai, yaitu:

Sensor oxygen narrow range, yang merupakan jenis lama, singkatnya disebut oxygen sensor.

Sensor oxygen wide range, yang merupakan jenis baru, disebut juga sensor air/fuel ratio (A/F).

Kendaraan dengan standard OBDII memerlukan dua sensor oxygen: satu dipasang sebelum dan satu lagi dipasang sesudah catalytic converter. Oxygen sensor yang dipasang sebelum catalytic converter dipakai oleh ECM untuk mengatur rasio udara dan bahan bakar (A/F). Sensor ini di dalam terminology OBDII sering disebut sensor-1. Pada mesin jenis V satu sensor disebut sebagai Bank I sensor-1 dan lainnya disebut Bank 2 sensor-1. Sensor oxygen yang dipasang setelah catalytic converter dipakai oleh ECM untuk menentukan tingkat efisiensi dari catalytic converter. Sensor ini sering disebut sensor 2. Dengan dua buah catalytic converter, satu sensor akan ditempatkan pada Bank 1 sensor 2 dan yang lainnya sebagai Bank 2 sensor 2.

Oxygen Sensor Merupakan komponen yang awet, komponennya terdiri dari bahan zirconia (zirconium dioxide), elektroda berbahan platinum, dan sebuah elemen pemanas. Sensor oxygen menghasilkan sebuah sinyal tegangan yang didasarkan pada jumlah kandungan oxygen pada saluran exhaust dibandingkan dengan oxygen atmospheric. Elemen zirconia memiliki dua sisi berlawanan yang satu sisi mengarah ke saluran exhaust dan yang lain mengarah ke atmosphere luar. Masing-masing sisi memiliki sebuah elektroda berbahan platinum yang menempel pada elemen zirconianya. Elektroda platinum menghubungkan tegangan yang dihasilkan, suatu kerugian besar apabila terjadi korosif pada elektroda platinum atau elemen zirconianya di mana dia akan mereduksi sinyal tegangan keluaran yang dihasilkan.

Cara Kerja: Ketika oxygen exhaust berkadar tinggi, tegangan keluaran sensor oxygen akan rendah. Ketika oxygen exhaust berkadar rendah, tegangan keluaran sensor oxygen akan tinggi. Perbedaan yang tinggi dalam kandungan oxygen antara saluran exhaust dan atmospheric memperbesar sinyal tegangan.

Berdasarkan kandungan oxygen inilah, ECM dapat menentukan jika A/F rasio dalam keadaan gemuk atau kurus, dan dia akan mengaturnya sesuai dengan yang disetingnya. Sebuah campuran bahan bakar yang gemuk hamper menghabiskan semua kandungan oxygen, oleh karena itu tegangan sinyalnya menjadi tinggi, berada antara 0,6 – 1,0 volt. Sebuah campuran bahan bakar kurus mengahsilkan lebih banyak oxygen setelah pembakaran dibandingkan dengan campuran gemuk, oleh sebab itu sinyal tegangannya rendah, antara 0,4 – 0,1 volt. Dalam stoichiometric ratio terbaik untuk bahan bakar (A/F) adalah 14,7 : 1, tegangan keluaran sensor oxygen akan mendekati level 0,45 volt.

Perubahan yang kecil dalam A/F dari titik stoichiometricnya akan secara radikal mengubah sinyal tegangan keluaran. Sensor oxygen jenis ini seringkali disebut sebagai narrow range sensor karena dia tidak dapat mendeteksi perubahan yang kecil dari kadar oxygen di dalam saluran exhaust yang dihasilkan oleh adanya perubahan dalam campuran A/F.

ECM akan terus menambahkan dan mengurangkan pada pasokan bahan baker sesuai dengan siklus kondisi campurannya gemuk atau kurus. Pembahasan lebih rinci akan dielaskan pada materi Closed Loop Fuel Control.

Catatan khusus: Bayangkan bahwa sensor oxygen sebagai sebuah sakelar. Suatu saat A/F berada pada stoichoimetry (14,7:1) kemudian sensor berubah ke kondisi gemuk atau kurus.

Sensor oxygen akan mengahsilkan sinyal yang akurat hanya pada temperatur Kerja 400’C (7500’F). Untuk mempercepat pemanasan dan menjaga agar tetap pana dalam kondisi stasioner dan pada saat ada beban lampu, maka sensor oxygen dilengkapi dengan sebuah elemen pemanas yang secara built-in id dalamnya. Pemanas ini dikendalikan oleh ECM, Informasi lengkap selanjutnya dapat anda baca secara lengkap pada bagian Pengatur Pemanas sensor oxygen.

Sensor Air/Fuel Ratio Sensor A/F memiliki kesamaan dengan sensor oxygen narrow range.dalam fungsinya, hanya memiliki perbedaan dalam kontruksi dan karakteristik operasinya. Sensor A/F disebut juga sensor wide range atau wide ratio sensor

karena didasarkan pada kemampuhannya untuk mendeteksi rasio A/F dalam jangkauan yang lebar. Keuntungan pemakaian sensor A/F ini adalah bahwa ECM dapat lebih akurat mengukur pengurangan emisi gas buang, kelebihan sensor A/F adalah:

Dapat beroperasi pada temperatur 650'C (1200'F), lebih tinggi dari

temperatur kerja oxygen sensor yang hanya 400'C (750'F). Meneluarkan arus keluaran yang sesuai dengan jumlah dari kadar oxygen

yang terdapat pada saluran exhaust.

Cara Kerja: Sebuah rangkaian pendetteksi di dalam ECM akan mendeteksi perubahan dan kekuatan dari aliran arus dan mengubahnya ke dalam suatu tegangan yang relative proporsional dengan kandungan oxygen di dalam saluran exhaust.

Catatan: Sinyal tegangan ini hanya dapat diukur dengan menggunakan Diagnostic Tester atau OBDII compatible scan-tool. Apabila diukur secara langsung pada keluaran kabelnya arus keluaran sensor A/F tidak dapat secara akurat. Jika sebuah OBDII dipakai maka lihatlah nilai-nilai konversi yang diberikan dalam setiap repair manualnya, untuk setiap perbedaan dari sinyal tegangan. Sensor A/F dirancang khusus dan hanya berada pada stoichiometriy, tidak akan ada aliran arus dan tegangan di luar itu, rangkaian pendeteksinya adalah 3,3 volt. Suatu campuran gemuk, di mana hanya meninggalkan oxygen sisa pembakaran yang sedikit akan menghasilkan sebuah aliran arus negative kemudian rangkaian deteksi akan menghasilkan tegangan tegangan di bawah 3,3 volt. Sebaliknya sebuah campuran yang kurus, yanga mana menyisakan lebih banyak kandungan oxygen di dalam saluran exhaust, akan menghasilkan suatu aliran arus positif dan rangkaian deteksi akan menghasilkan sebuah tegangan diatas 3,3 volt.

Catatan: Sinyal tegangan keluaran dari sensor A/F adalah berlawanan dengan sinyal yang dihasilkan oleh sebuah sensor oxygen jenis narrow range. Tegangan keluaran yang melalui rangkaian deteksi akan meningkat sebagai akibat campuran yang kurus.

Sinyal tegangan juga secara proporsional mengubah campuran ratio

air/fuelnya. Hal ini mebantu sekali ECM untuk lebih akurat menentukan secara pasti besaran bahan bakar agar berada pada titik stoichoimetric.

Kelebihan ini tidak mungkin dihasilkan oleh sensor oxygen jenis narrow range. Dengan memakai sebuah sensor A/F, ECM tidak perlu lagi

mengikuti ciklus gemuk-kurus. HINT Bayangkanlah bahwa sebuah sensor A/F itu bagaikan sebuah generator yang dapat mengubah polaritas. Ketika campuran bahan bakar gemuk (kandungan oxygen tinggi pada saluran exhaust), Sensor A/F mengenerate arus dengan arah negative (-). Jika campuran berubah kurus (kandungan oxygen rendah pada saluran exhaust), Sensor A/F mengenerate arus dalam arah yang positif (+). Pada titik stoichoimetric tidak ada arus yang degenerate. Rangkaian deteksi selalu mengukur arah dan banyaknya arus yang dihasilkan. Hasilnya adalah bahwa ECM mengetahui secara pasti seberapa gemuk atau kurus campuran yang terjadi dan seberapa cepat koreksi A/F dapat dilakukan dari sensor oxygen. Oleh sebab itu tidak ada siklus dan biasanya berkisar 3,3 volt.

Diagnosa Sensor Oxygen Ada beberapa factor yang dapat berpengaruh pada fungsi-fungsi normal sebuah sensor oxygen. Hal ini penting untuk memisahkan kerusakan sensor oxygen akibat dirinya sendiri atau adanya factor dari luar. Sebuah oxygen sensor yang sudah terkontaminasi tidak akan menghasilkan suatu tegangan yang dikehendaki dan tidak akan berubah sempurna dalam pengukurannya. Sensor dapat terkontaminasi dari engine coolant, cairan pelumas, bahan-bahan additive gasket, dan bahan additive bahan bakar yang salah. Dalam

kasus sensor oxygen yang terkontaminasi sensor bisa dikatakan limbung, karena memerlukan waktu yang lama sekali untuk berubah dari kondisi gemuk ke kondisi kurus atau sebaliknya. Hal ini akan mempengaruhi emisi gas buang dan menimbulkan masalah pada kemampuhan pengendaraan. Faktor-faktor seperti, kebocoran vacuum, kebocoran EGR, kebocoran fuel pressure adalah faktor-faktor yang seringkali menimbulkan pengaruh pada kinerja sebuah sensor oxygen.

Hal yang penting lain adalah bahwa kondisi rangkaian pemanas seharusnya terus dijaga agar tetap berada pada kondisi terbaik, harus

terhindar dari kondisi, putus, hubungsingkat. Karena semuanya akan menghasilkan sinyal tegangan yang salah.

Dalam banyak kasus, DTC atau pengecekan dasar akan sangat membantu untuk melokalisir masalah yang terjadi.

Oxygen Sensor Heater

Fungsi:

Untuk memanaskan sensor oxygen dan memelihara suhu disekitarnya agar dalam hal mengirimkan sinyal tegangan keluaran yang akurat dan cepat.

Pemakaian:

Sebuah komponen Positive Themperature Coeficient (PTC) Resistor dipakai sebagai elemen pemanas di dalam sensor oxygen guna mempercepat pemanasan akibat adanya arus yang melaluinya. ECM menghidupkan rangkaian pemanas ini berdasarkan tingginya temperatur mesin dan beban mesin (yang diambil dari sinyal hasil pengukuran MAF atau MAP sensor). Besarnya arus yang diperlukan untuk pemanasan ini sekitar 2 ampere.

Nilai resistansi elemen pemanas dapat diukur menggunakan sebuah Ohmmeter. Semakin tinggi temperatur elemen semakin besar nilai resistansinya. Rangkaian pemanas sensor oxygen selalu dimonitor oleh ECM untuk menjaga dia tetap beroperasi. Jika ditemukan adanya malfunction, rangkaian secara otomatis dimatikan, dalam kondisi ini sensor oxygen akan menghasilkan sedikit atau tidak sama sekali tegangan dan sangat boleh jadi mengindikasikan DTC P0125.

Air/Fuel Ratio Sensor Heater Pemanas ini berfungsi sama dengan pemanas yang dipakai pada heater sensor oxygen, tetapi ada beberapa perbedaan penting yang peru dicatat. Mesin yang menggunakan dua buah sensor A/F memakai sebuah relay, biasa disebut Relay A/F, yang mana dia akan hidup secara simultan dengan relay EFI. Rangkaian pemanas ini mampu membawa hingga 8 ampere (bandingkan dengan 2 ampere pada pemanas sensor oxygen) guna menghasilkan panas tambahan yang diperlukan oleh sensor A/F. Rangkaian pemanas ini adalah rangkaian duty ratio yang dikontrol secara PWm. Ketika dingin, ratio duty akan tinggi, dan begitu sebaliknya. Rangkaian selalu dimonitor guna meyakinkan bahwa dia selalu berada pada operasi yang benar. Jika ada ketidaknormalan terjadi, maka rangkaian otomatis dimatikan dan sensor A/F tidak akan beroperasi dalam kondisi ini dan diset sebuah DTC P0125.

Diagnosa Pemanas Air/Fuel Ratio Sensor Sama dengan diagnosa yang dipakai pada pemanas sensor oxygen, sejak sensor A/F memerlukan panas yang lebih, pemanas akan hidup untuk periode yang panjang dan biasanya hidup selama kondisi normal berkendara. Karena rangkaian pemanas membawa arus yang banyak, dia sangat kritis pada setiap titik sambungannya harus dijaga agar tetap dalam kondisi yang baik dan tanpa hambatan.

Elemen Sensor Oxygen jenis Titania Sensor ini berisi sebuah elemen semiconductor yang terbuat dari bahan Titanium dioxide (TiO2, yang mana seperti halnya ZrO2, dia merupakan jenis keramik). Sensor ini memakai sebuah elemen titania lapisan tebal yang dibentuk pada pelindung depan dari lapisan substratnya untuk mendeteksi konsentrasi oxygen dalam gas buangnya.

Cara Kerja: The properties of titania are such that its resistance changes in accordance with the oxygen concentration of the exhaust gas. This resistance changes abruptly at

the boundary between a lean and a rich theoretical air/fuel ratio, as shown in the graph. The resistance of titania also changes greatly in response to changes in temperature. A heater is, thus built into the laminated substrate to keep the temperature of the element constant

This sensor is connected to the ECM as shown in the following circuit diagram. A 1.0 volt potential is supplied at all times to the 0" positive (+) terminal by the ECM. The ECM has a builtin comparator that compares the voltage drop at the Ox terminal (due to the change in resistance of the titania) to a reference voltage (0.45 volts). If the result shows that the Ox voltage is greater than 0.45 volts (that is, if the oxygen sensor resistance is low), the

ECM judges that the air/fuel ratio is rich. If the 0, voltage is lower than 0.45 volts (oxygen sensor resistance high), it judges that the air/fuel ratio is lean

TUGAS NAME: ___________________________

1. What is the purpose and function of an Oxygen Sensor?

2. Explain in detail the operation of the Zirconium Oxygen Sensor

3. Explain in detail how the PCM (ECM) uses the O2 sensor information.

4. Draw an scope pattern of a properly functioning O2 sensor.

5. Explain in detail the test procedure for an zirconium O2 Sensor.

6. Explain in detail the operation of the Air Fuel Ration Sensor.

7. Explain in detail the test procedure for an Air Fuel Ration Sensor.

8. Explain how the heater circuit is controlled in an Air Fuel Ratio Sensor

9. Explain in detail the operation of the Titania Oxygen Sensor.