Buick Workshop Service and Repair Manuals

Fuel Controlled Heated Oxygen Sensor (H02S 1)

PURPOSE

The Heated Oxygen Sensor (HO2S) is essentially a small variable battery; it has the ability to produce a low voltage signal that feeds information
on engine exhaust oxygen content to the Powertrain Control Module (PCM). The electric heater in the HO2S decreases warm-up time and helps
maintain operating temperature at idle. The HO2S provides the feedback information for the "Closed Loop" operating mode of the fuel delivery
system. The heated oxygen sensor indicates to the PCM what is happening in the exhaust. It does not cause things to happen. It is a type of gage:
Low voltage output = lean mixture = high oxygen content in the exhaust; high voltage output = rich mixture = low oxygen content in the exhaust.

OPERATION

A rich exhaust (excessive fuel) has almost no oxygen. When there is a large (difference in the amount of oxygen touching the inside and outside
surfaces, there is more conduction, and the sensor puts out a voltage signal above 0.6 volt. When lean exhaust (excessive oxygen) there is about
two percent oxygen in the exhaust. This is a smaller difference in oxygen from the outside surfaces which results in less conduction and a voltage
signal below 0.3 volt. The voltages are monitored and used by the PCM to "fine tune" the air fuel ratio to achieve the ideal mixture desired. The
PCM puts out a reference signal of 0.45 volt. The reference signal serves two purposes. The first is to run the engine when it is in "Open Loop"
mode of operation. When the air / fuel ratio is correct the PCM "senses" 0.45 volt. When the engine is operating with a rich air / fuel ratio there is
a reduction of free oxygen in the exhaust stream and the HO2S voltage rises above the reference voltage. When the engine is run lean, the voltage
drops below the reference voltage due to excess oxygen in the exhaust stream.
An open HO2S circuit should set a Diagnostic Trouble Code (DTC) 13. A constant low voltage in the HO2S circuit should set a DTC 44.

CONSTRUCTION

The HO2S is constructed from a zirconia / platinum electrolytic element. Zirconia is an electrolyte that conducts electricity under certain chemical
conditions. The element is made of a ceramic material. The element is an insulator when cold. At operating temperature 315° C (600° F), the
element becomes a semiconductor. A platinum coating on the outer surface of the element stimulates further combustion of the exhaust gases right
at the surface and this helps maintain a high operating temperature at the element. The heated oxygen sensor has an inner cavity which is filled
with atmospheric (reference) air. The atmosphere has approximately 21% oxygen in it. In the electrical circuit this inner cavity is the positive (+)
terminal. The outer surface of the element is exposed to the exhaust gas stream. It is the negative (-) or ground terminal. Due to the electrolytic
properties of the element the oxygen concentration differences between the reference air and exhaust gases produce small voltages.