Memahami Wideband O2 Sensor Dan Air/Fuel (A/F) Sensor

Wideband O2 Sensor Dan Air/Fuel (A/F) Sensor

Pada mobil-mobil keluaran terbaru oksigen sensor konvensional mulai digantikan oleh Wideband Oxygen sensor (atau sering disebut Wide Range Air Fuel (WRAF) sensor) dan  Air/Fuel (A/F) Sensor.


Pada prinsipnya wideband O2 sensor atau A/F sensor  merupakan oksigen sensor yang lebih "pintar" dengan beberapa sirkuit tambahan yang memungkinkan sensor untuk menentukan campuran bahan bakar lebih akurat.

Sistem kerja wideband O2 sensor atau A/F sensor serupa dengan oksigen sensor pada umumnya yang akan bereaksi terhadap kandungan oksigen di dalam gas buang, namun mempunyai sedikit perbedaan karakteristik dimana sinyal output yang dihasilkan wideband O2 sensor atau A/F sensor tidak akan berubah secara mendadak saat campuran bahan bakar dan udara menjadi kaya atau kurus. Hal ini sangat cocok diterapkan pada mesin-mesin rendah emisi saat ini dan pada mesin-mesin modifikasi performa tinggi.

Oksigen sensor konvensional tampak lebih seperti indikator campuran bahan bakar kaya atau kurus karena  tegangan yang dihasilkannya dapat melonjak sampai 0,8 sampai 0,9 Volt saat campuran bahan bakar dan udara kaya dan akan turun ke angka 0,3 Volt saat campuran bahan bakar dan udara kurus.

Sebagai perbandingan wideband O2 sensor atau A/F sensor akan memberikan perubahan sinyal listrik secara bertahap sesuai dengan perubahan campuran bahan bakar dan udara secara riil.

Perbedaan lainnya adalah sinyal tegangan output yang dihasilkan oleh sensor dirubah oleh sirkuit internalnya menjadi sinyal arus listrik yang bervariasi, yaitu dapat mengalir pada satu arah atau dua arah (Positif atau negatif). Sinyal arus listrik akan meningkat secara bertahap pada arah positif ketika campuran bahan bakar dan udara menjadi lebih kurus. Saat campuran bahan bakar dan udara berada pada nilai yang ideal ("stoichiometric") arus listrik yang mengalir dari sensor akan berhenti dan tidak ada arus yang mengalir pada kedua arah. Ketika campuran bahan bakar dan udara berangsur-angsur menjadi kaya sensor menghasilkan arus listrik negatif.

ECM mengirimkan tegangan referensi melalui dua buah kabel menuju ke sensor (antara 3,3 Volt pada Toyota dan 2,6 Volt pada Bosch dan GM). Dua buah kabel lagi digunakan oleh sensor untuk memonitor output arus listrik yang dihasilkan sensor.

Sinyal output yang dihasilkan oleh sensor kemudian diproses oleh ECM yang datanya dapat ditampilkan pada scantool sebagai nilai campuran bahan bakar dan udara nilai fuel trim atau nilai tegangan listrik tergantung aplikasi dan kemampuan scantool.

Pada scantool yang menampilkan output sensor sebagai tegangan listrik dapat disimpulkan jika tegangan yang dihasilkan oleh sensor lebih kecil dari tegangan referensi yang diberikan ECU berarti campuran bahan bakar dan udara terlalu kaya, sedangkan jika tegangan yang dihasilkan di atas tegangan referensi berarti campuran terlalu kurus.

Pada sistem OBD II Toyota yang terdahulu, ECM merubah tegangan A/F sensor menjadi tampak seperti nilai yang dihasilkan oksigen sensor konvensional (hal ini dilakukan untuk memenuhi standard tampilan pada persyaratan OBD yang lama)

Bagaimana Cara Kerja Wideband O2 Sensor

Wideband and O2 sensor mempunyai konstruksi yang tampak sama dengan oksigen sensor konvensional, terdapat sebuah batang keramik yang dilindungi penutup dari logam yang berbentuk silinder pada bagian ujung sensor.

Batang keramik merupakan dua buah elemen sensor yang menggabungkan  "Nerst effect" oxygen pump dan "diffusion gap" dengan elemen penginderaan oksigen.

Gas buang masuk ke dalam sensor melalui lubang pada logam pelindung yang terdapat pada ujung sensor dan kemudian bereaksi dengan dual elements sensor.

Oksigen kemudian menyebar ke seluruh permukaan keramik pada elemen sensor. Hal ini menimbulkan reaksi yang membuat Nets Cell membangkitkan tegangan listrik seperti oksigen sensor konvensional.

Apakah perbedaan antara wideband O2 sensor dengan  A/F sensor ?. Secara fisik dapat dilihat Wideband O2 sensor mempunyai 5 buah kabel sedangkan  A/F sensor mempunyai 4 kabel.

O2 SENSOR HEATER CIRCUIT

Sama halnya dengan oksigen Sensor konvensional, wideband O2 sensor dan A/F sensor juga mempunyai elemen heater di dalamnya yang  berfungsi untuk mempercepat sensor mencapai temperatur kerjanya.

Wideband dan A/F sensor harus mencapai temperatur kerja agar dapat bekerja dengan sempurna, wideband sensor membutuhkan temperatur kerja yang lebih tinggi dibandingkan oksigen sensor konvensional, Sekitar 1292 sampai 1472 F dibandingkan oksigen sensor biasa yang berkisar 600 F.

Jika sirkuit heater tidak bekerja maka sensor tidak dapat memberikan sinyal yang akurat.

Sirkuit heater mendapatkan suplai listrik dari sebuah relay yang akan aktif saat mesin di starting dan relay EFI aktif.

Sirkuit heater dapat menarik arus listrik sebesar 8 amp dalam bentuk pulse width modulated (PWM) agar dapat mengatur besarnya panas yang dihasilkan tergantung pada temperatur mesin untuk mencegah heater terlalu panas dan terbakar.

Saat mesin dalam keadaan dingin waktu kerja heater lebih lama jika dibandingkan dengan kondisi mesin panas.

Kerusakan atau gangguan pada sirkuit heater biasanya akan membuat lampu MIL menyala dan muncul kode DTC P0125.

Masalah Pada Oxygen Sensor

Wideband O2 sensor dan A/F sensor rentan terhadap kontaminasi yang membuat Sensor menjadi  lambat merespons  perubahan campuran bahan bakar dan udara saat elemen sensor terkontaminasi oleh kotoran.

Oksigen sensor dapat terkontaminasi bahan-bahan seperti fosfor yang berasal dari oli mesin (bahan ini bisa masuk ke mesin dari keausan valve guide dan ring piston, silikat yang terdapat pada coolant radiator (kebocoran coolant yang masuk kedalam mesin melalui gasket cyilinder head atau ruang bakar yang retak, sulfur dan zat aditif lain yang terdapat pada bahan bakar. Oksigen sensor dirancang mampu bertahan sampai 200.000 km namun terkadang hal tersebut tidak tercapai jika ada oli dan coolant yang ikut terbakar di ruang bakar dan karena kualitas bahan bakar yang buruk.

Sinyal yang dihasilkan oleh Wideband 2 sensor dan  A/F sensor juga bisa kacau jika terjadi kebocoran pada saluran ekshaust (gasket exhaust manifold bocor). 

Memeriksa Wideband A/F Sensor 

Sistem OBD II akan mendeteksi setiap masalah yang mempengaruhi kerja oksigen sensor dan akan memunculkan kode DTC sesuai dengan kerusakan yang terjadi.

Berikut beberapa kode DTCyang akan muncul jika terjadi masalah pada sirkuit heater  O2 atau A/F sensor : P0036, P0037, P0038, P0042, P0043, P0044, P0050, P0051, P0052, P0056, P0057, P0058, P0062, P0063, P0064.

Sedangkan kode DTC yang menunjukkan kerusakan oksigen sensor terdiri dari kode DTC  P0130 sampai P0167. 

Gejala yang timbul akibat kerusakan  wideband O2 sensor atau  A/F sensor pada dasarnya sama saja dengan oksigen sensor konvensional yaitu mesin bekerja dengan campuran terlalu kaya, bahan bakar boros, kandungan CO pada gas buang menjadi tinggi.

Apa Yang Harus Diperiksa

Periksa respon oksigen sensor terhadap perubahan campuran bahan bakar dan udara.

Hubungkan scantool pada socket diagnostic, hidupkan mesin simulasikan perubahan campuran bahan bakar dan udara dengan menginjak pedal gas penuh atau semprotkan carburettor spary cleaner melalui throttle body dan perhatikan respon yang diberikan wideband O2 sensor atau A/F sensor. Jika pada scantool  tidak menunjukkan  perubahan nilai -nilai seperti air/fuel ratio, Lambda value, sensor voltage value atau short term fuel trim number hal tersebut mengindikasikan oksigen sensor rusak dan perlu diganti. 

Cara lain untuk memeriksa output dari  wideband O2 sensor or A/F sensor dengan menghubungkan   digital voltmeter atau  graphing multimeter secara seri dengan kabel sinyal tegangan referensi dari sensor ( lihat wiring diagram). Hubungkan konektor negatif berwarna hitam dengan bagian ujung kabel tegangan referensi sensor dan konektor merah dengan ujung kabel pada PCM. Jika campuran udara bahan bakar kurus maka Digital Multi Meter akan menampilkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan referensi. Sebaliknya cika campuran bahan bakar dalam kondisi yang gemuk maka tegangan yang ditampilkan akan berada di bawah tegangan referensi. 

Output dari wideband O2 sensor dapat juga diperiksa menggunakan osiloskop dengan menghubungkan satu kabelnya ke sirkuit tegangan referensi dan satu lagi dihubungkan ke sirkuit kontrol. Digital osiloskop akan menampilkan bentuk gelombang yang berubah-ubah sesuai dengan perubahan campuran bahan bakar dan udara. Osiloskop juga dapat dihubungkan ke kabael heater dari oksigen sensor untuk memeriksa duty cycle sirkuit heater. Anda akan melihat bentuk gelombang square wave yang nilainya akan terus turun saat mesin mulai panas. 

Tips Wideband Oxygen Sensor 

• Pada  5-wire "Lean Air Fuel" (LAF) sensor yang digunakan Honda, konektor 8 pin yang digunakan pada sensor mempunyai resistor khusus "calibration". Nilai resistor ini dapat diketahui dengan mengukur tahanan anatara terminal 3 dan 4. Nilainya antara 2,4 Kohm, 10 K ohm dan 15 K ohm tergantung aplikasinya. Jika konektor tersebut rusak maka harus diganti dengan konektor yang nilainya sama dengan aslinya. Tegangan referensi yaang dikeluarkan PCM ke sensor sebesar 2,7 Volt.
•  Jika O2 sensor, wideband O2 sensor atau A/F sensorrusak akibat terkontaminasi oleh radiator coolant maka sangat disarankan untuk memperbaiki terlebih dahulu penyebab kebocoran coolant sebelum melakukan penggantian sensor, karena jika tidak sensor akan segera rusak kembali.