Jaguar Workshop Service and Repair Manuals

Oxygen Sensor: Description and Operation

Electronic Engine Controls

Oxygen Sensors

There are four oxygen sensors located in the exhaust system. Two upstream before the catalytic converter and two down stream after the catalytic
converter. The sensor monitors the level of oxygen in the exhaust gases and is used to control the fuel/air mixture. Positioning a sensor in the stream of
exhaust gasses from each bank enables the ECM to control the fueling on each bank independently of the other, allowing much closer control of the air /
fuel ratio and catalyst conversion efficiency.

Oxygen Sensors

The oxygen sensors need to operate at high temperatures in order to function correctly. To achieve the high temperatures required, the sensors are fitted
with heater elements that are controlled by a PWM signal from the ECM. The heater elements are operated immediately following engine start and also
during low load conditions when the temperature of the exhaust gases is insufficient to maintain the required sensor temperatures. A non-functioning
heater delays the sensor's readiness for closed loop control and influences emissions. The PWM duty cycle is carefully controlled to prevent thermal
shock to cold sensors.

UHEGO (Universal Heated Exhaust Gas Oxygen) sensors also known as Linear or "Wide Band" sensors produces a constant voltage, with a variable
current that is proportional to the oxygen content. This allows closed loop fueling control to a target lambda, i.e. during engine warm up (after the sensor
has reached operating temperature and is ready for operation). This improves emission control.

The HEGO sensor uses Zirconium technology that produces an output voltage dependant upon the ratio of exhaust gas oxygen to the ambient oxygen.
The device contains a Galvanic cell surrounded by a gas permeable ceramic, the voltage of which depends upon the level of O2 defusing through.
Nominal output voltage of the device for l =1 is 300 to 500m volts. As the fuel mixture becomes richer (l<1) the voltage tends towards 900m volts and
as it becomes leaner (l>1) the voltage tends towards 0 volts.

Sensors age with mileage, increasing their response time to switch from rich to lean and lean to rich. This increase in response time influences the ECM
closed loop control and leads to progressively increased emissions. Measuring the period of rich to lean and lean to rich switching monitors the response
rate of the upstream sensors.

Diagnosis of electrical faults is continually monitored in both the upstream and downstream sensors. This is achieved by checking the signal against
maximum and minimum threshold, for open and short circuit conditions.

Oxygen sensors must be treated with the utmost care before and during the fitting process. The sensors have ceramic material within them that can easily
crack if dropped / banged or over-torqued. The sensors must be torqued to the required figure, (40-50Nm), with a calibrated torque wrench. Care should
be taken not to contaminate the sensor tip when anti-seize compound is used on the thread. The heater pins of HEGO and UHEGO sensor electrical
connections are tinned and the signal pins are gold plated. Mixing up sensors could contaminate the connectors and affect system performance.

Failure Modes

-

Mechanical fitting & integrity of the sensor.

-

Sensor open circuit / disconnected.

-

Short circuit to vehicle supply or ground.

-

Lambda ratio outside operating band.

-

Crossed sensors bank A & B.

-

Contamination from leaded fuel or other sources.

-

Change in sensor characteristic.

-

Harness damage.

-

Air leak into exhaust system.

Failure Symptoms

-

Default to Open Loop fueling for the particular cylinder bank

-

High CO reading.

-

Strong smell of H02S (rotten eggs) till default condition.

-

Excess Emissions.