Mercedes-Benz Sprinter / Dodge Sprinter. Manual - part 422

INSTALLATION

(1) Position the MAF sensor to air cleaner housing

and install the retaining screws (Fig. 24).

(2) Connect the air intake hose to the MAF sensor

and tighten clamp.

(3) connect the MAF wiring harness connector.
(4) Connect negative battery cable.

O2 SENSOR

DESCRIPTION

The wide band oxygen sensor measures the oxygen

content in the exhaust gas to monitor EGR. The sen-
sor is mounted in the exhaust pipe at a 30 degree
angle to prevent the collection of moisture between
the sensor housing and element. The sensor is
located close to the turbocharger for a quicker
response time.

The oxygen sensor has five wires (heater power

and ground, reference voltage, and 2 wires for a
pump cell). The oxygen sensor connects to a six wire
harness connector. A non serviceable trimming resis-
tor is built into the sensor connector. The resistance
is dependent on the over all length and type of sen-
sor.

OPERATION

The O2 sensor is a planar zirconium dioxide (ZrO2)

dual cell limiting current probe with a integral

heater. The term wide ban, refers to the ability of the
O2 sensor to generate a clear signal over a wide air-
fuel ratio measuring range. As a dual sensor, it incor-
porates a second O2 chamber (oxygen pump cell),
which requires a separate voltage supply.

The sensor element combines a sensor cell (8) and

an oxygen pump cell (9). Both cells are made of zir-
conium-dioxide (ZrO2) and are coated with porous
platinum electrodes. The sensor cell operates just
like a typical O2 sensor. The oxygen pump cell trans-
port oxygen ions when voltage is applied.

A gas sample chamber (5) is sandwiched between

the oxygen pump cell and the sensor cell. A pump
electrode and sensor cell electrode are located in the
sample chamber. A sample passage (10) connects the
sample chamber to the surrounding exhaust gas. A
sensor cell electrode is located in the reference air
channel (6), which connects to the outside air (Fig.
25).

Fig. 24 MANIFOLD AIR FLOW SENSOR

1 - WIRING HARNESS
2 - AIR INTAKE HOSE
3 - CLAMP
4 - MAF SENSOR
5 - AIR CLEANER HOUSING

VA

FUEL INJECTION

14 - 45

At high temperatures, certain ceramic materials,

such as zirconium-dioxide (ZrO2) become oxygen ion
conductors. In a typical O2 sensor, the ZrO2 is used
as a solid electrolyte, which conducts oxygen ions.
The solid electrolyte is sandwiched between two plat-
inum electrodes. The sensor generates a small volt-
age when oxygen moves from the high concentration
side to the low concentration side.

The same hold true if the process is reversed. If

voltage is applied to the platinum electrodes, oxygen
can be pumped from one side of the solid electrolyte
to the other (from cathode to anode), becoming an
oxygen pump. The amount of current flow is directly
proportional to the amount of oxygen pumped by the
sensor. When the oxygen level on the supply side
reaches zero, the current stops.

The ECM activates the integral heater element to

raise the temperature of the sensor to 700C (192°F)
for the ZrO2 to become conductive. The heater ele-
ment is designed to reach this temperature within 8

seconds and maintaining it at this level. In cold tem-
peratures, this can be delayed up to 5 minutes to
prevent damaging the ceramic coating of the sensor
from water condensation. Once the sensor is heated,
the exhaust gas components diffuse through the gas
sample chamber. Upon reaching the electrodes on the
oxygen pump and concentration cells they reach state
of thermodynamic balance (Fig. 26).

Fig. 25 O2 CONSTRUCTION

1 - EXHAUST PIPE

6 - REFERENCE AIR CHANNEL

2 - EXHAUST GAS FLOW

7 - HEATER ELEMENT

3 - O2 SENSOR CONNECTOR

8 - SENSOR CELL

4 - TRIMMING RESISTOR

9 - OXYGEN PUMP CELL

5 - GAS SAMPLE CHAMBER

10 - SAMPLE PASSAGE

14 - 46

FUEL INJECTION

VA

The sensor cell measures the difference between

the oxygen concentration in the gas sample chamber
and the oxygen concentration in the outside air from
the reference air channel. A small voltage is gener-
ated across the sensor, which is proportional to the
air-fuel ratio in the sample chamber. At stoichiomet-
ric ratio (14.7 lbs. of dry air to 1 part fuel), the cor-
responding open circuit voltage at the sensor cell is
450 mV. If the stoichiometric ratio in the sampler
chamber is higher than 1 (excess air) a lower voltage
is produced. If the stoichometric ratio is lower than 1
(insufficient air) a higher voltage is produced (Fig.
26).

The ECM uses this voltage signal to determine

how and when to run the oxygen pump cell. The goal
of the ECM is to modulate the pumping current
through the pump cell to always maintain stoichio-
metric air-fuel ratio (14.7 to 1) in the gas sample
chamber. When stoichiometry is reached, there is no
current flowing to the oxygen pump.

High Excess Air Mode When the exhaust gas is too

lean, the oxygen concentration in the gas sample
chamber is high. The sensor cell measures the differ-

ence between the oxygen concentrations in the sam-
pler chamber and the reference air channel. A voltage
lower than 450mV is generated across the sensor
cell, which is proportional to the air-fuel ratio in the
sample chamber. The ECM compares the sensor cell
voltage with the reference voltage (V Ref), which cor-
responds to the stoichiometric point voltage. Since
sensor cell voltage is lower than V Ref, the ECM
determines a lean condition exists. Am amplifier
applies an appropriate voltage to the pump cell to
transfer oxygen from the gas sample chamber

Low Excess Air Mode With low excess air mode,

the oxygen concentration in the gas sample chamber
is low. The sensor cell measures the difference
between oxygen concentrations in the gas sample
chamber and the reference air channel. A voltage
higher than 450 mV is generated across the sensor
cell, which is proportional to the air-fuel ratio in the
sample chamber. The ECM determines a low excess
air condition exists. The polarity of the pump cell is
reversed and so is the direction of the current flow.

Fig. 26 WIDE BAND OPERATION

1 - OXYGEN PUMP CELL CIRCUIT

2 - SENSOR CELL CIRCUIT

VA

FUEL INJECTION

14 - 47

REMOVAL

(1) Disconnect the negative battery cable.
(2) Remove the exhaust heat shield (Fig. 27).
(3) Disconnect the O2 sensor harness connector

(Fig. 27)

(4) Remove the O2 sensor (Fig. 28).

INSTALLATION

(1) Install the oxygen sensor (Fig. 28).
(2) Install the heatshield and tighen fasteners to

9N·m (80 lbs. in.) (Fig. 27).

(3) Properly position the oxygen sensor wiring har-

ness and connect the electrical connector (Fig. 27)

(4) Connect the negative battery cable.

Fig. 27 HEAT SHIELD

1 - FASTENERS
2 - SHIELD
3 - O2 SENSOR HARNESS CONNECTOR

Fig. 28 OXYGEN SENSOR

1 - OXYGEN SENSOR

14 - 48

FUEL INJECTION

VA