OXYGEN SENSOR

02 SENSOR

Pada mesin yang dilengkapi dengan TWC (Three Way Catalytic Converter) untuk menghasilkan asap yang sebersih mungkin, yang diperlukan untuk perbandingan udara – bahan bakar perlu dijaga agar mendekati perbandingan teoritis (stoichiometric).

Sensor oxygen mendeteksi apakah perbandingan udara – bahan bakar terlalu gemuk atau kurus. Sensor ini terletak di dalam exhaust manifold di bagian depan pipa gas buang (mungkin berbeda tergantung model mesinnya). Tipe sensor oksigen yang digunakan dapat dibedakan berdasarkan material/elemen yang digunakan, dapat dibagi menjadi dua yaitu tipe elemen Zirconia dan tipe elemen Titania.

A.      Tipe Elemen Zirconia

Sensor oksigen terdiri dari elemen konduktor yang dibuat dari zirkonium dioxide (ZrO₂) sejenis keramik. Elemen ini dilapisi platinum pada kedua sisinya bagian dalam dan luar. Udara berhubungan dengan sisi dalam sensor, dan sisi luar sensor berhubungan dengan gas buang. Platinum (yang dilapisi elemen) bekerja sebagai katalis, menyebabkan oksigen dan CO dalam gas buang beraksi. Hal ini mengurangi volume oksigen dan menambah sensitifitas sensor.

Bila konsentrasi oksigen pada permukaan dalam elemen zirconia berbeda banyak dengan konsentrasi pada permukaan luar saat temperatur tinggi (400^oC atau lebih), elemen zirconia membangkitkan tegangan, yang bekerja sebagai sinyal OX ke engine ECU, demikian menginformasikan tentang konsentrasi oksigen di dalam gas buang.

Bila perbandingan campuran udara – bahan bakar kurus, pada gas buang terdapat banyak oksigen. Karena itu kecil sekali perbedaannya antara konsentrasi oksigen di sisi dalam dan luar sensor. Karena itu, tegangan dari elemen zirconia rendah (mendekati 0 volt). Sebaliknya bila campuran gemuk, oksigen dalam gas buang hampir tidak ada. Hal ini menghasilkan perbedaaan besar antara konsentrasi di dalam dan di luar sensor, dan tegangan yang dihasilkan elemen zirconia besar (kira-kira 1 volt).

Berdasarkan sinyal dari sensor ini, engine ECU menambah atau mengurangi volume penginjeksian agar perbandingan udara – bahan bakar konstan (mendekati perbandingan teoritis).

Sensor oksigen zirconia ada yang menggunakan pemanas yang memanaskan elemen zirconia. Pemanas ini di kontrol oleh ECU. Bila volume udara masuk rendah (yaitu bila temperatur gas buang rendah, maka arus listrik mengalir ke pemanas untuk memanaskan sensor). Untuk lebih rinci, lihat sirkuit kelistrikan berikut:

B.      Tipe Elemen Titania

Sensor oksigen terdiri dari elemen semi konduktor yang dibuat dari titanium dioxide (TiO₂, yaitu seperti ZrO₂, sejenis keramik). Sensor ini menggunakan tipe elemen titania setebal film yang di bentuk di ujung depan lapisan untuk mendeteksi konsentrasi oksigen dalam gas buang.

Sifat titania ialah bahwa tahanannya akan berubah sesuai dengan konsentrasi oksigen pada gas buang. Tahanan ini berubah secara tiba-tiba pada batas antara perbandingan teoritis gemuk dan kurus, seperti pada gambar. Tahanan titania juga berubah banyak bila temperatur berubah. Karena itu pemanas dibuat dalam pemanas agar temperatur elemen konstan

Sensor ini dihubungkan ke engine ECU, seperti diperlihatkan pada diagram sirkuit berikut. Engine ECU selalu mensuplai tegangan 1V ke terminal OX +. Di dalam engine ECU terdapat komparator yang membandingkan voltage drop pada terminal OX (karena perubahan tahanan titania) terhadap tegangan referensi (0,45 V). Bila hasilnya menunjukkan bahwa tegangan OX lebih besar dari 0,45 V (yaitu, bila tahanan sensor oksigen rendah), Engine ECU menyimpulkan bahwa perbandingan campuran adalah kaya. Bila tegangan OX kurang dari 0,45 V (tahanan sensor oksigen besar), engine ECU menyimpulkan bahwa perbandingan campurannya kurus.

Sirkuit Pemanas Oxygen Sensor

Sensor oksigen bekerja sangat efisien bila suhu elemen sensor di atas 750'F (400'C). Pada saat kendaraan panas, tidak sulit menjaga suhu sensor oksigen pada atau di atas titik ini. Namun, saat mesin pertama kali dimulai atau saat mengemudi dengan beban yang sangat ringan, sensor oksigen bisa mendingin, memaksa sistem bahan bakar untuk kembali ke kerja open loop.

Selama kerja open loop, ECU mengabaikan informasi dari oxygen sensor. Sedangkan ketika ECU menggunakan informasi dari oxygen sensor untuk mengatur campuran udara bahan bakar, sistem dikatakan dalam kerja close loop. Guna mencegah overheating pada catalis dan menjamin pengemudian, kerja open loop dibutuhkan saat kondisi mesin start, saat mesin dingin, selama beban kerja sedang dan tinggi, dan selama akselerasi dan deselerasi.

Sistem kontrol pemanas oxygen sensor menjaga akurasi sensor dengan menyalakan elemen pemanas setiap kali volume udara rendah (suhu knalpot rendah pada kondisi ini). Dengan memanaskan sensor secara elektrik, kinerja sensor deteksi ditingkatkan.

Pemanas oxygen sensor dan ECU dihubungkan seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas. Kapan pun kondisi yang telah disebutkan di atas terpenuhi, ECU menyalakan transistor untuk memasok jalur massa bagi arus pemanas.

DAFTAR PUSTAKA

Konrad Reif. (2015). Gasoline Engine Management: System and Component. Friedrichshafen: Springer Vieweg.

Toyota. (2001). ECU - Input. USA. Toyota Motor Sales.

Toyota. (2004). Training Manual TCCS Step 3. Jakarta: PT. Toyota Astra Motor.