GMC Workshop Service and Repair Manuals

Oxygen Sensor: Description and Operation

Exhaust Oxygen Sensor (02)

DESCRIPTION

The Oxygen Sensor (02S) 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 control module.

OPERATION

The Oxygen Sensor (02S) 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 and is an insulator when cold. At operating temperature, 315°C (6OO°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 keep the element up to the desired temperature. The Oxygen Sensor (O2S) has an inter cavity which is filled with
atmospheric (reference) air. The atmosphere has approximately 21% oxygen in it. In the electrical circuit this inter 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. 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 (600 mV). With 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 (300 mV). The voltages are monitored and used by the control module to "fine tune" the air/fuel ratio to
achieve the ideal mixture desired.

The control module puts out a reference signal of 0.45 volt (450 mV). 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 control module "senses" 450 mV When the engine is operating
with a rich air/fuel ratio there is a reduction of free oxygen in the exhaust stream and the 025 voltage rises above the reference voltage.

When the engine is running lean the voltage drops below the reference voltage due to excess oxygen in the exhaust stream. The oxygen sensor
provides the feedback information for the "Closed Loop" operation mode of the fuel delivery system. The Oxygen Sensor (025) indicates to the
control module 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 exhaust; high voltage output = rich mixture = low oxygen content in the exhaust.

An open Oxygen Sensor (025), should set a Diagnostic Trouble Code (DTC). A constant low voltage in the Oxygen Sensor (025) circuit should
also set a DTC. A constant high voltage in the circuit should also set a DTC. DTC(s) could also be set as a result of fuel system problems. Refer to
DTC Charts for conditions that can cause a lean or rich system. See: Testing and Inspection