Jeep Grand Cherokee WJ. Manual - part 379

upon intake manifold temperature. At key-on, a
5–volt power circuit is supplied to the sensor from
the PCM. The sensor is grounded at the PCM
through a low-noise, sensor-return circuit.

The PCM uses this input to calculate the following:
• Injector pulse-width

• Adjustment of spark timing (to help prevent

spark knock with high intake manifold air-charge
temperatures)

The resistance values of the IAT sensor is the same

as for the Engine Coolant Temperature (ECT) sensor.

MANIFOLD ABSOLUTE PRESSURE (MAP)
SENSOR—PCM INPUT

DESCRIPTION

On the 4.0L six-cylinder engine the MAP sensor is

mounted to the engine throttle body. On the 4.7L V-8
engine the MAP sensor is mounted to front of the
intake manifold.

OPERATION

The MAP sensor is used as an input to the Power-

train Control Module (PCM). It contains a silicon
based sensing unit to provide data on the manifold
vacuum that draws the air/fuel mixture into the com-
bustion chamber. The PCM requires this information
to determine injector pulse width and spark advance.
When manifold absolute pressure (MAP) equals
Barometric pressure, the pulse width will be at max-
imum.

A 5 volt reference is supplied from the PCM and

returns a voltage signal to the PCM that reflects
manifold pressure. The zero pressure reading is 0.5V
and full scale is 4.5V. For a pressure swing of 0–15
psi, the voltage changes 4.0V. To operate the sensor,
it is supplied a regulated 4.8 to 5.1 volts. Ground is
provided through the low-noise, sensor return circuit
at the PCM.

The MAP sensor input is the number one contrib-

utor to fuel injector pulse width. The most important
function of the MAP sensor is to determine baromet-
ric pressure. The PCM needs to know if the vehicle is
at sea level or at a higher altitude, because the air
density changes with altitude. It will also help to cor-
rect for varying barometric pressure. Barometric
pressure and altitude have a direct inverse correla-
tion; as altitude goes up, barometric goes down. At
key-on, the PCM powers up and looks at MAP volt-
age, and based upon the voltage it sees, it knows the
current barometric pressure (relative to altitude).
Once the engine starts, the PCM looks at the voltage
again, continuously every 12 milliseconds, and com-
pares the current voltage to what it was at key-on.
The difference between current voltage and what it
was at key-on, is manifold vacuum.

During key-on (engine not running) the sensor

reads (updates) barometric pressure. A normal range
can be obtained by monitoring a known good sensor.

As the altitude increases, the air becomes thinner

(less oxygen). If a vehicle is started and driven to a
very different altitude than where it was at key-on,
the barometric pressure needs to be updated. Any
time the PCM sees Wide Open Throttle (WOT), based
upon Throttle Position Sensor (TPS) angle and RPM,
it will update barometric pressure in the MAP mem-
ory cell. With periodic updates, the PCM can make
its calculations more effectively.

The PCM uses the MAP sensor input to aid in cal-

culating the following:

• Manifold pressure

• Barometric pressure

• Engine load

• Injector pulse-width

• Spark-advance programs

• Shift-point strategies (certain automatic trans-

missions only)

• Idle speed

• Decel fuel shutoff
The MAP sensor signal is provided from a single

piezoresistive element located in the center of a dia-
phragm. The element and diaphragm are both made
of silicone. As manifold pressure changes, the dia-
phragm moves causing the element to deflect, which
stresses the silicone. When silicone is exposed to
stress, its resistance changes. As manifold vacuum
increases, the MAP sensor input voltage decreases
proportionally. The sensor also contains electronics
that condition the signal and provide temperature
compensation.

The PCM recognizes a decrease in manifold pres-

sure by monitoring a decrease in voltage from the
reading stored in the barometric pressure memory
cell. The MAP sensor is a linear sensor; meaning as
pressure changes, voltage changes proportionately.
The range of voltage output from the sensor is usu-
ally between 4.6 volts at sea level to as low as 0.3
volts at 26 in. of Hg. Barometric pressure is the pres-
sure exerted by the atmosphere upon an object. At
sea level on a standard day, no storm, barometric
pressure is approximately 29.92 in Hg. For every 100
feet of altitude, barometric pressure drops.10 in. Hg.
If a storm goes through it can change barometric
pressure from what should be present for that alti-
tude. You should know what the average pressure
and corresponding barometric pressure is for your
area.

14 - 36

FUEL SYSTEM

WJ

DESCRIPTION AND OPERATION (Continued)

OIL PRESSURE SENSOR—PCM INPUT

DESCRIPTION

The 3–wire, solid-state engine oil pressure sensor

(sending unit) is located in an engine oil pressure
gallery.

OPERATION

The oil pressure sensor uses three circuits. They

are:

• A 5–volt power supply from the Powertrain Con-

trol Module (PCM)

• A sensor ground through the PCM’s sensor

return

• A signal to the PCM relating to engine oil pres-

sure

The oil pressure sensor has a 3–wire electrical

function very much like the Manifold Absolute Pres-
sure (MAP) sensor. Meaning different pressures
relate to different output voltages.

A 5–volt supply is sent to the sensor from the PCM

to power up the sensor. The sensor returns a voltage
signal back to the PCM relating to engine oil pres-
sure. This signal is then transferred (bussed) to the
instrument panel on either a CCD or PCI bus circuit
(depending on vehicle line) to operate the oil pressure
gauge and the check gauges lamp. Ground for the
sensor is provided by the PCM through a low-noise
sensor return.

OXYGEN SENSOR—PCM INPUT

DESCRIPTION

The Oxygen Sensors (O2S) are attached to, and

protrude into the vehicle exhaust system. Depending
on the emission package, the vehicle may use a total
of either 2 or 4 sensors.

Federal Emissions Package: Two sensors are

used: upstream (referred to as 1/1) and downstream
(referred to as 1/2). With this emission package, the
upstream sensor (1/1) is located just before the main
catalytic convertor. The downstream sensor (1/2) is
located just after the main catalytic convertor.

4.7L V-8 With California Emissions Package:

On this emissions package, 4 sensors are used: 2
upstream (referred to as 1/1 and 2/1) and 2 down-
stream (referred to as 1/2 and 2/2). With this emis-
sion package, the right upstream sensor (2/1) is
located in the right exhaust downpipe just before the
mini-catalytic convertor. The left upstream sensor
(1/1) is located in the left exhaust downpipe just
before the mini-catalytic convertor. The right down-
stream sensor (2/2) is located in the right exhaust
downpipe just after the mini-catalytic convertor, and
before the main catalytic convertor. The left down-
stream sensor (1/2) is located in the left exhaust

downpipe just after the mini-catalytic convertor, and
before the main catalytic convertor.

4.0L 6–Cylinder With California Emissions

Package: On this emissions package, 4 sensors are
used: 2 upstream (referred to as 1/1 and 2/1) and 2
downstream (referred to as 1/2 and 2/2). With this
emission package, the rear/upper upstream sensor
(2/1) is located in the exhaust downpipe just before
the rear mini-catalytic convertor. The front/upper
upstream sensor (1/1) is located in the exhaust down-
pipe just before the front mini-catalytic convertor.
The rear/lower downstream sensor (2/2) is located in
the exhaust downpipe just after the rear mini-cata-
lytic convertor, and before the main catalytic conver-
tor. The front/lower downstream sensor (1/2) is
located in the exhaust downpipe just after the front
mini-catalytic convertor, and before the main cata-
lytic convertor.

OPERATION

An O2 sensor is a galvanic battery that provides

the PCM with a voltage signal (0-1 volt) inversely
proportional to the amount of oxygen in the exhaust.
In other words, if the oxygen content is low, the volt-
age output is high; if the oxygen content is high the
output voltage is low. The PCM uses this information
to

adjust

injector

pulse-width

to

achieve

the

14.7–to–1 air/fuel ratio necessary for proper engine
operation and to control emissions.

The O2 sensor must have a source of oxygen from

outside of the exhaust stream for comparison. Cur-
rent O2 sensors receive their fresh oxygen (outside
air) supply through the wire harness. This is why it
is important to never solder an O2 sensor connector,
or pack the connector with grease.

Four wires (circuits) are used on each O2 sensor: a

12–volt feed circuit for the sensor heating element; a
ground circuit for the heater element; a low-noise
sensor return circuit to the PCM, and an input cir-
cuit from the sensor back to the PCM to detect sen-
sor operation.

Oxygen

Sensor

Heaters/Heater

Relays:

Depending on the emissions package, the heating ele-
ments within the sensors will be supplied voltage
from either the ASD relay, or 2 separate oxygen sen-
sor relays. Refer to Wiring Diagrams to determine
which relays are used.

The O2 sensor uses a Positive Thermal Co-efficient

(PTC) heater element. As temperature increases,
resistance

increases.

At

ambient

temperatures

around 70°F, the resistance of the heating element is
approximately 4.5 ohms on 4.0L engines. It is
approximately 13.5 ohms on the 4.7L engine. As the
sensor’s temperature increases, resistance in the
heater element increases. This allows the heater to
maintain the optimum operating temperature of

WJ

FUEL SYSTEM

14 - 37

DESCRIPTION AND OPERATION (Continued)

approximately 930°-1100°F (500°-600° C). Although
the sensors operate the same, there are physical dif-
ferences, due to the environment that they operate
in, that keep them from being interchangeable.

Maintaining correct sensor temperature at all

times allows the system to enter into closed loop
operation sooner. Also, it allows the system to remain
in closed loop operation during periods of extended
idle.

In Closed Loop operation, the PCM monitors cer-

tain O2 sensor input(s) along with other inputs, and
adjusts the injector pulse width accordingly. During
Open Loop operation, the PCM ignores the O2 sensor
input. The PCM adjusts injector pulse width based
on preprogrammed (fixed) values and inputs from
other sensors.

Upstream Sensor (Non-California Emissions):

The upstream sensor (1/1) provides an input voltage
to the PCM. The input tells the PCM the oxygen con-
tent of the exhaust gas. The PCM uses this informa-
tion to fine tune fuel delivery to maintain the correct
oxygen content at the downstream oxygen sensor.
The PCM will change the air/fuel ratio until the
upstream sensor inputs a voltage that the PCM has
determined will make the downstream sensor output
(oxygen content) correct.

The upstream oxygen sensor also provides an input

to determine catalytic convertor efficiency.

Downstream

Sensor

(Non-California

Emis-

sions): The downstream oxygen sensor (1/2) is also
used to determine the correct air-fuel ratio. As the
oxygen content changes at the downstream sensor,
the PCM calculates how much air-fuel ratio change is
required. The PCM then looks at the upstream oxy-
gen sensor voltage and changes fuel delivery until
the upstream sensor voltage changes enough to cor-
rect the downstream sensor voltage (oxygen content).

The downstream oxygen sensor also provides an

input to determine catalytic convertor efficiency.

Upstream Sensors (California Engines): Two

upstream sensors are used (1/1 and 2/1). The 1/1 sen-
sor is the first sensor to receive exhaust gases from
the #1 cylinder. They provide an input voltage to the
PCM. The input tells the PCM the oxygen content of
the exhaust gas. The PCM uses this information to
fine tune fuel delivery to maintain the correct oxygen
content at the downstream oxygen sensors. The PCM
will change the air/fuel ratio until the upstream sen-
sors input a voltage that the PCM has determined
will make the downstream sensors output (oxygen
content) correct.

The upstream oxygen sensors also provide an input

to determine mini-catalyst efficiency. Main catalytic
convertor efficiency is not calculated with this pack-
age.

Downstream

Sensors

(California

Engines):

Two downstream sensors are used (1/2 and 2/2). The
downstream sensors are used to determine the cor-
rect air-fuel ratio. As the oxygen content changes at
the downstream sensor, the PCM calculates how
much air-fuel ratio change is required. The PCM
then looks at the upstream oxygen sensor voltage,
and changes fuel delivery until the upstream sensor
voltage changes enough to correct the downstream
sensor voltage (oxygen content).

The downstream oxygen sensors also provide an

input to determine mini-catalyst efficiency. Main cat-
alytic convertor efficiency is not calculated with this
package.

Engines equipped with either a downstream sen-

sor(s), or a post-catalytic sensor, will monitor cata-
lytic

convertor

efficiency.

If

efficiency

is

below

emission standards, the Malfunction Indicator Lamp
(MIL) will be illuminated and a Diagnostic Trouble
Code (DTC) will be set. Refer to Monitored Systems
in Emission Control Systems for additional informa-
tion.

POWER GROUNDS

OPERATION

The Powertrain Control Module (PCM) has 2 main

grounds. Both of these grounds are referred to as
power grounds. All of the high-current, noisy, electri-
cal devices are connected to these grounds as well as
all of the sensor returns. Sensor return is a low-
noise, low-current, dedicated ground.

The power ground is used to control ground cir-

cuits for the following PCM loads:

• Generator field winding

• Fuel injectors

• Ignition coil(s)

• Certain relays/solenoids

• Certain sensors

SENSOR RETURN—PCM INPUT

OPERATION

The Sensor Return circuits are internal to the Pow-

ertrain Control Module (PCM).

Sensor Return provides a low–noise ground refer-

ence for all engine control system sensors. Refer to
Power Grounds for more information.

THROTTLE POSITION SENSOR (TPS)—PCM
INPUT

DESCRIPTION

The 3–wire Throttle Position Sensor (TPS) is

mounted on the throttle body and is connected to the
throttle blade.

14 - 38

FUEL SYSTEM

WJ

DESCRIPTION AND OPERATION (Continued)

OPERATION

The TPS is a 3–wire variable resistor that provides

the Powertrain Control Module (PCM) with an input
signal (voltage) that represents the throttle blade
position of the throttle body. The sensor is connected
to the throttle blade shaft. As the position of the
throttle blade changes, the resistance (output volt-
age) of the TPS changes.

The PCM supplies approximately 5 volts to the

TPS. The TPS output voltage (input signal to the
PCM) represents the throttle blade position. The
PCM receives an input signal voltage from the TPS.
This will vary in an approximate range of from.26
volts at minimum throttle opening (idle), to 4.49 volts
at wide open throttle. Along with inputs from other
sensors, the PCM uses the TPS input to determine
current engine operating conditions. In response to
engine operating conditions, the PCM will adjust fuel
injector pulse width and ignition timing.

The PCM needs to identify the actions and position

of the throttle blade at all times. This information is
needed to assist in performing the following calcula-
tions:

• Ignition timing advance

• Fuel injection pulse-width

• Idle (learned value or minimum TPS)

• Off-idle (0.06 volt)

• Wide Open Throttle (WOT) open loop (2.608

volts above learned idle voltage)

• Deceleration fuel lean out

• Fuel cutoff during cranking at WOT (2.608 volts

above learned idle voltage)

• A/C WOT cutoff (certain automatic transmis-

sions only)

VEHICLE SPEED AND DISTANCE—PCM INPUT

OPERATION

Vehicle speed and distance covered are measured

by the Rear Wheel Speed Sensor. The sensor is
mounted to the rear axle. A signal is sent from this
sensor to the Controller Antilock Brake (CAB) com-
puter. A signal is then sent from the CAB to the Pow-
ertrain Control Module (PCM) to determine vehicle
speed and distance covered. The PCM will then
determine strategies for fuel system and speed con-
trol system operation.

Refer to Odometer and Trip Odometer in Group

8E, Instrument Panel for additional information.

AUTO SHUTDOWN (ASD) RELAY—PCM
OUTPUT

DESCRIPTION

The 5–pin, 12–volt, Automatic Shutdown (ASD)

relay is located in the Power Distribution Center
(PDC). Refer to label on PDC cover for relay location.

OPERATION

The ASD relay supplies battery voltage (12+ volts)

to the fuel injectors and ignition coil(s). With certain
emissions packages it also supplies 12–volts to the
oxygen sensor heating elements.

The ground circuit for the coil within the ASD

relay is controlled by the Powertrain Control Module
(PCM). The PCM operates the ASD relay by switch-
ing its ground circuit on and off.

The ASD relay will be shut–down, meaning the

12–volt power supply to the ASD relay will be de-ac-
tivated by the PCM if:

• the ignition key is left in the ON position. This

is if the engine has not been running for approxi-
mately 1.8 seconds.

• there is a crankshaft position sensor signal to

the PCM that is lower than pre-determined values.

The PCM will sense if or when the ASD relay has

been activated through a “sense circuit”. Refer to
Automatic Shut-Down (ASD) Relay Sense-PCM Input
for additional information.

J1850—PCM INPUTS/OUTPUTS

OPERATION

The Powertrain Control Module (PCM) sends cer-

tain output signals through the J1850 bus circuits.
These signals are used to control certain instrument
panel located items and to determine certain identi-
fication numbers.

Refer to Instrument Panel and Gauges for addi-

tional information.

DATA LINK CONNECTOR—PCM INPUT AND
OUTPUT

DESCRIPTION

The data link connector is located at the lower

edge of the instrument panel near the steering col-
umn.

OPERATION

The 16–way data link connector (diagnostic scan

tool connector) links the Diagnostic Readout Box
(DRB) scan tool or the Mopar Diagnostic System
(MDS) with the Powertrain Control Module (PCM).

WJ

FUEL SYSTEM

14 - 39

DESCRIPTION AND OPERATION (Continued)