Info Technique - Sonde Lambda

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SONDES LAMBDA FAE
FAE fabrique trois types de Sondes Lambda pour contrôler la combustion: Sondes Lambda binaires au Titane, sondes Lambda binaires au Zirconium et Sondes à
Large Bande. Ces trois types de Sondes Lambda ne sont pas interchangeables entre elles puisqu’elles travaillent différemment.
Les Sondes Lambda de FAE se fondent sur la technologie la plus moderne, Céramique Multicouche Planaire, qui les distingue des Sondes Lambda conventionnelles de type « dé à coudre » ou « thimble ». Grâce à la technologie céramique Multicouche Planaire, FAE a réussi à intégrer dans une seule et solide pièce l’élément
capteur et son radiateur; tout en réduisant sa taille par rapport à celle des Sondes Lambda conventionnelles. Ces améliorations nous permettent de réduire la
puissance de caléfaction et le temps nécessaire pour atteindre la température opérationnelle (700 ºC).
La mise en place de législations toujours plus sévères en matière d’émissions et les nouvelles stratégies de gestion
du moteur, moteurs à mélange pauvre, à injection directe, etc; ont mis en évidence les limites des Sondes Lambda
conventionnelles. Afin de réduire au maximum les émissions il est nécessaire d’avoir recours aux Sondes Lambda à
réponse “ultra rapide“ dans le but d’éviter la pollution lors du démarrage du moteur. FAE a obtenu ces améliorations
grâce à l’application de la technologie céramique multicouche dans la fabrication de ses Sondes Lambda Planaires.
Le temps d’allumage ou “Light-off” ”:” est le temps que la Sonde Lambda nécessite pour atteindre la température afin
d’informer l’ECU de la composition des gaz d’échappement.
L’utilisation d’une Sonde Lambda en parfait état assure:
- Une réduction de la pollution.
- Un meilleur fonctionnement et rendement du moteur.
- Une consommation réduite de carburant (Les Sondes Lambda en mauvais état peuvent augmenter jusqu’à 15 % de
la consommation).
- De ne pas abîmer le catalyseur.
Veuillez réviser le fonctionnement correct de la sonde tous les 30.000 km.
FONCTION DE LA SONDE LAMBDA
Aujourd’hui le contrôle des émissions polluantes, et notamment de celles rejetées par les automobiles, est un problème
de premier ordre. Une société de plus en plus sensibilisés à la pollution a favorisé l’apparition de législations de plus en
plus restrictives, en Europe comme en Amérique et d’autres, comme le montre la Figure 1.
Le secteur de l’automobile a évolué ses stratégies pour réduire la pollution des véhicules et respecter la législation,
alors que la technologie a amélioré l’efficacité des moteurs et l’installation d’éléments réduisant progressivement les
émissions polluantes.
Le catalyseur à trois voies est celui dont l’usage est le plus répandu, et est installé sur tous les véhicules essence
depuis 1992 En Europe. La principale caractéristique de ce catalyseur est la possibilité de réaliser l’oxydation du
monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures non brûlés et de réduire, simultanément, les oxydes d’azote (NOx). Il
existe un rapport entre la quantité d’air et celle de carburant qui permet d’obtenir l’efficacité maximale du catalyseur.
Ce rapport optimal - catalyseur (le « mélange stœchiométrique ») se caractérise par une valeur de Lambda égale à 1.
À travers le signal de la Sonde Lambda, l’unité de contrôle reconnaît la composition du mélange.
La Sonde Lambda contrôle le ratio du mélange essence-air et s’assurer que le moteur fonctionne dans le mélange optimal, Lambda 1. Dans les mélanges riches
ou avec un excès de carburant, Lambda <1, l’injection de celui-ci se réduit, alors que dans les mélanges pauvres ou à faible, Lambda> 1, la quantité de carburant
injectée augmente jusqu’à obtenir un niveau optimal.
Tous les véhicules avec catalyseur ont au moins une Sonde Lambda, la Sonde Lambda de régulation est située avant le catalyseur. Cependant, les véhicules qui
appliquent l’OBD-II (on-board diagnostic), la deuxième version du standard de diagnostic, sont équipés d’une deuxième Sonde Lambda, la Sonde de diagnostic,
placée dans la partie postérieure du catalyseur. Sa fonction est d’informer le bon fonctionnement de la Sonde de régulation, en corrigeant toute déviation, et
alertant du moment de substitution.
Figure 1. Législation sur les émissions.
Figure 2. Contröl moteur.
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TYPES DE SONDE LAMBDA
Il existe différents types de Sondes Lambda, que nous pouvons classer en fonction de leur matériel sensible et de leur principe de fonctionnement: Sondes Lambda binaires au zirconium (Zr), Sondes Lambda au titane (Ti) et Sondes à Large Bande. Le Tableau 1 résume les caractéristiques de chaque type de Sonde Lambda.
Sonde Lambda binaire au Titane
Sonde Lambda binaire au Zirconium
Sonde Lambda à Large Bande
MATÉRIEL CAPTEUR
Dioxyde de Titane (TiO2)
Dioxyde de Zirconium (ZrO2)
Dioxyde de Zirconium (ZrO2)
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Résistif
Électrochimique
Électrochimique
SIGNAL DE SORTIE
Tension
(circuit diviseur de tension)
Tension
(comparaison entre deux atmosphères)
Courant
TAILLE
Standard
RÉFÉRENCE D’AIR EXTÉRIEUR
Non
NOMBRE DE CÂBLES
4
1 ou 2
3 ou 4
RÉCHAUFFEUR
Oui
Non
Oui
Oui
Oui
TYPE DE CAPTEUR
Standard
Oui
Mini
Standard
Non
Parfois
1 ou 4
5
- Fonctionnement des Sondas Lambda binaires avec l’élément senseur de ZIRCONIUM:
Les sondes lambda binaires de zirconium sont basées de dioxyde de zirconium (Figure 3, 4) et
contient un électrolyte solide qui fournit une tension électrique. Cette tension est obtenue par comparaison de deux atmosphères, (Les gaz d’échappement d’un côté et l’air extérieur de l’autre), et est
sensible à la concentration en oxygène dans les gaz d’échappement. Les mélanges de carburant
riches produisent une haute tension et les mélanges pauvres une faible tension. Une réponse onoff ou 0-1 facile à interpréter électronique. Le capteur s’active chaque fois dès que la température
dépasse à 350 °C.
Entre les sondes Lambda zirconium binaires, on peut distinguer différentes évolutions:
Figure 3. Vue en section du capteur et mode de fonctionnement.
Les Sondes Lambda non chauffées: Ces Sondes Lambda ont été les premières à être montés dans
les véhicules. Elles atteignent leur température de travail (> 350 ºC) grâce à la chaleur des gaz
d’échappement. Pour cette raison elles sont placées près du moteur. Le temps d’allumage ou “Lightoff” est supérieur à 2 minutes. Peuvent être un ou deux câbles avec le boîtier isolé ou de la masse en
fonction de l’application. La durée de vie est d’environ 50.000 à 80.000 Km.
Figure 4. Aspect schématique de l’élément capteur.
ÉLECTRODE DE MESURE
SONDE LAMBDA SENSEUR ZIRCONIUM - CHAUFFAGE 13V
ÉLECTRODE DE REFERENCE
Figure 5. Aspect schématique de l’élément capteur.
Les Sondes Lambda chauffées (Figure 5): Ces Sondes Lambda incorporent déjà un élément radiateur qui leur permet d’atteindre la température de travail indépendamment de celle des gaz
d’échappement. Elles peuvent être de trois ou quatre câbles (deux câbles pour le radiateur, et un ou
deux câble pour la tension de sortie, avec le boîtier isolé ou la masse en fonction de l’application.).La
durée de vie est 100.000-160.000km. Les Sondes Lambda de FAE possèdent l’élément radiateur
intégré dans le composant senseur, tout en ayant une taille réduite, elles atteignent la températures
de travail en 10 secondes. Elles réussissent à réduire de moitié les émissions de la phase critique de
démarrage à froid (Figura 6). La durée de vie est d’environ 160.000km.
V (mV)
RÉCHAUFFEUR
COMBUSTION PARAMETER λ
Figure 6. Réponse électrique en fonction du paramètre lambda.
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TYPES DE SONDE LAMBDA
En plus des Sondes Lambda de taille standard, il existe également des Sondes Lambda binaires
à réchauffeur de petites dimensions (“Sondes Mini”). Les Sondes Lambda Mini présentent la
même structure de cellule électrochimique que les Sondes Lambda de taille conventionnelle et,
par conséquent, elles fournissent aussi comme sortie une tension en circuit ouvert. Les principaux avantages de ces Sondes résident dans une moindre consommation de puissance de
réchauffeur et un moindre volume, ce qui les rend idéales pour des applications sur des motocyclettes. Pour faciliter leur réchauffement et en raison de leur moindre taille, les Sondes Lambda
Mini n’incorporent pas de référence d’air extérieur, elles doivent donc suppléer cette référence
atmosphérique moyennant un courant externe superposé à son signal électrique (Figure 7). Ce
courant externe est fourni par l’unité de contrôle électronique du véhicule. Les Sondes Lambda
Mini ont les mêmes caractéristiques de sensibilité, temps de réponse, résistance aux agents
contaminants, etc., que les Sondes Lambda de taille standard.
Figure 7. Vue en section du capteur et mode de fonctionnement.
-Fonctionnement des Sondes Lambda binaires avec élément senseur de TITANE :
Cette Sonde Lambda est constituée, élémentairement, par un élément céramique en Dioxyde de
Titane. À la différence des Sondes Lambda binaires conçues en Dioxyde de Zirconium (Figure 8),
son principe de fonctionnement n’est pas électrochimique mais résistif. C’est pourquoi le matériel capteur est submergé dans les gaz d’échappement, sans avoir besoin de la présence d‘air
extérieur pour fournir un signal par comparaison (Figure 9).
Les sondes Lambda titane comprennent toujours un radiateur. -A haute température, la résistance de ce matériel est sensible à la variation de la concentration en oxygène dans les gaz
d’échappement. Pour un mélange riche, la résistance baisse à des valeurs minimales et pour
un mélange faible, elle atteint les valeurs maximales. L’ECU alimente la Sonde Lambda avec
une tension fixe et lit la réponse de la Sonde Lambda à l’aide d’un circuit séparateur de tension.
Figure 8. Vue en section du capteur et mode de fonctionnement.
SONDE LAMBDA SENSEUR TITANE - CHAUFFAGE 12V
1000000
- Comment fonctionnent les Sondes Lambda à LARGE BANDE :
Les Sondes Lambda à Large Bande contiennent deux cellules électrochimiques qui travaillent
de manière simultanée. L’une d’elles mesure le caractère riche ou pauvre du mélange de gaz,
similairement aux Sondes Lambda binaires. L’autre cellule électrochimique réagit, conditionnée
par le signal de la première cellule et de la quantité d’oxygène dans le gaz de combustion. Le
fonctionnement conjoint des deux cellules fournit un courant électrique positif pour des mélanges
pauvres, négatif pour des mélanges riches et nul dans le cas d’un mélange stœchiométrique.
10000
R (Ω)
À la différence des Sondes Lambda au zirconium, les Sondes Lambda à Large Bande (Figure
10) fournissent une réponse continue (Figure 11), et non pas binaire, face à la valeur de lambda
détectée. C’est pourquoi elles mesurent avec une grande exactitude la composition des gaz
d’échappement, ce qui les rend aptes également pour des moteurs diésel et essence.
100000
1000
100
10
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
COMBUSTION PARAMETER λ
Figure 9. Réponse électrique en fonction du paramètre lambda.
À la différence de ce qui se produit avec les Sondes Lambda binaires, le courant généré par
chaque Sonde Lambda à Large Bande est différent. Par conséquent, il faut échelonner ou calibrer
ce courant. Il existe trois stratégies pour calibrer le courant de ces dispositifs :
- Sondes à Large Bande à résistance de calibrage dans le connecteur. En fonction de la valeur de
courant total pompé par la Sonde, une résistance est incorporée entre deux de ses terminaux de
sortie. Cette résistance est ajustée pour chaque Sonde et sa valeur module le courant réellement
lu par l’ECU. En connectant la Sonde au véhicule se ferme un circuit électrique qui inclut deux
résistances en parallèle, une étant fixe et l’autre étant celle incorporée par la Sonde. La valeur de
la résistance de calibrage est généralement comprise entre 30 et 300 Ω.
- Sondes à Large Bande sans résistance. Pendant les premières secondes d’opération, l’ECU est
capable de calibrer le courant pompé moyennant des procédures électroniques.
Aussi bien dans le cas de résistances de calibrage que dans celui de résistances d’identification,
la fonction de ce composant est de permettre la lecture du courant pompé, c’est pourquoi, en
règle générale, deux Sondes d’une même référence n’ont pas à inclure la même résistance. Ainsi,
il ne faut donc jamais remplacer une Sonde Lambda par une autre en coupant les câbles.
Figure 10. Vue en section du capteur et mode de fonctionnement.
SONDE LAMBDA À LARGE BANDE
Pompe de courant (mA)
- Sondes à Large Bande à résistance d’identification. Contrairement aux Sondes à résistance de
calibrage, dans ce cas les résistances ne peuvent pas prendre n’importe quelle valeur de manière continue, elles sont discrétisées conformément à 23 plages différentes permises de courants
pompés. En connectant la Sonde au véhicule, cette résistance incluse dans la Sonde ne ferme
aucun circuit ni module le courant de l’élément capteur, simplement elles est lue par l’ECU. En
identifiant la valeur de la résistance, l’ECU connaît l’échelle à laquelle il doit travailler pour lire
correctement les courants pompés par la Sonde. La valeur de résistance d’identification peut
prendre des ordres de grandeur très divers, de centaines d’ohms à des dizaines de kΩ.
Figure 11. Réponse électrique en fonction du paramètre lambda.
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TYPES DE SONDE LAMBDA
En plus de la résistance incluse dans le connecteur des Sondes, nous pouvons les classer aussi en fonction de la présence ou de l’absence d’un canal de référence:
Le courant généré par les Sondes Lambda à Large Bande est calibré et, de plus, il doit être transformé en tension pour être lu par l’ECU du véhicule. C’est pour
cette raison que la Sonde incorpore une résistance de calibrage sur le connecteur. Cette résistance est différente pour chaque sonde, c’est pourquoi il ne faut
jamais remplacer une Sonde Lambda par une autre en coupant les câbles.
Il existe deux types de Sondes à Large Bande.
-Les Sondes à Large Bande de première génération contiennent un canal de référence d’air extérieur similaire à celui des Sondes Lambda binaires au zirconium.
Toutes les Sondes de première génération incorporent une résistance de calibrage dans le connecteur.
-Les Sondes à Large Bande de seconde génération n’ont plus besoin de ce canal de référence pour fonctionner. Par rapport à celles de première génération,
l’absence de canal permet une économie de puissance consommée par ces sondes, le temps de chauffage initial est inférieur et la stabilité du signal au fil de
leur vie utile est supérieure. Les Sondes de seconde génération peuvent inclure des résistances de calibrage ou d’identification dans le connecteur, ou n’en
incorporer aucune.
En fonction de l’application de chaque véhicule, une Sonde à Large Bande de première ou de seconde génération est nécessaire, avec ou sans résistance dans
le connecteur, sans qu’elles puissent être échangées entre elles. L’intervalle de changement est tous les 160 000 km.
INSTALLATION DES NOUVELLES SONDES LAMBDA
L’installation des Sondes Lambda est rapide et très simple. Rappelez-vous que, pour effectuer cette opération, vous devez attendre que le moteur soit complètement froid ou bien prendre davantage de précautions dans la mesure où les Sondes Lambda atteignent des températures très élevées et où vous encourez le
risque des brûlure. L’installation demande l’imprégnation du filet avec une graisse spéciale. Cette graisse facilitera le démontage et empêchera que la Sonde
Lambda reste soudée au tube d’échappement à cause des conditions extrêmes de travail. Les Sondes Lambda FAE portent déjà la graisse distribuée par le filet,
cependant il est convenable de s’en assurer.
Le serrage de la Sonde Lambda est un autre aspect important, faites-le suivant les instructions à continuation. Veuillez noter que l’excès de serrage peut déformer le filet:
- Sonde Lambda M18: Enfoncez la Sonde Lambda avec les doigts jusqu’au bout, puis serrez fort avec la clé appropriée. Serrez 1/2 - 3/4 tour (35-45Nm).
- Sonde Lambda M12: Enfoncez la Sonde Lambda avec les doigts jusqu’au bout, puis serrez fort avec la clé appropriée. Serrez 1/2 -1 tour (18-23Nm).
Comment installer une Sonde Lambda Universelle?
Pour installer la Sonde Lambda Universelle FAE, veuillez suivre les indications suivantes:
1- Débranchez la batterie. Débranchez le connecteur de la Sonde Lambda à remplacer (celle qui se trouve dans la voiture).
2- Coupez les câbles de la Sonde Lambda que vous venez d’enlever, en séparant le connecteur du reste de la Sonde Lambda et en s’assurant de laisser suffisamment de câble pour réaliser l’épissure par la suite.
3- Enlevez l’isolant, selon la longueur indiquée et en prenant soin de ne pas abîmer le noyau métallique du câble.
4- Introduisez les câbles dénudés du connecteur à l’intérieur des douilles de la nouvelle Sonde Lambda FAE en faisant bien attention de bien respecter les
couleurs des câbles.
5- Aplatissez les douilles. Appliquez de la chaleur sur la gaine Thermo-rétractile de la douille afin que le raccordement entre le connecteur récupéré et la nouvelle
Sonde Lambda soit bien fixe, hermétique et étanche.
6- Une fois ces opérations terminées, vous pouvez installer la Sonde Lambda FAE sur votre véhicule.
Comment s’installe une Sonde Lambda Spécifique?
- Avant d’installer la Sonde Lambda, assurez-vous que la référence est celle appropriée à votre véhicule.
- N’installez pas la Sonde Lambda si celle-ci semble endommagée.
- Débranchez la batterie.
- Débranchez le connecteur de la Sonde Lambda à remplacer (celle qui se trouve dans la voiture).
- Placez en premier lieu la sonde à son emplacement en veillant à ce que le câble ne soit pas tordu, plié ni coincé.
- Serrez la Sonde Lambda en suivant les instructions suivantes:
Sonde Lambda M18: Enfoncez la Sonde avec les doigts jusqu’au bout, puis serrez fort avec la clé appropriée. Serrez 1/2-3/4 tour (35-45Nm).
Sonde Lambda M12: Enfoncez la Sonde avec les doigts jusqu’au bout, puis serrez fort avec la clé appropriée. Serrez 1/2-1 tour (18-23Nm).
-Branchez et placez le câble tel qu’il était installé à l’origine, en veillant à ce qu’il ne soit pas trop près du collecteur d’échappement ou de tout autre composant
chaud du moteur.
Comment tester les Sondes Lambda?
Pour vérifier le bon fonctionnement d’une Sonde Lambda sans la démonter du véhicule, vous devez disposer d’un oscilloscope. Veuillez-vous assurez que le
moteur a été réglé conformément aux indications du fabricant pour procéder au chauffage du moteur. Branchez la sortie du capteur à l’entrée de l’oscilloscope,
à l’aide du système de connexion approprié, sans débrancher la Sonde Lambda de l’ECU de la voiture. Une fois ces branchements effectués, si la Sonde Lambda
fonctionne correctement, le signal affiché par l’oscilloscope variera rapidement et de manière constante entre 0,2 V (mélange faible) et 0,8 V (mélange riche).
Un autre facteur très important, à bien de prendre en compte, est le temps écoulé entre le passage d’une tension à une autre, qui doit être d’environ 300 millisecondes. Le temps écoulé entre le passage de mélange faible à riche et le passage de mélange riche à faible doit être le même ou similaire. Si le signal produit
par le capteur est constant ou que le temps de réaction au changement de richesse du mélange est trop lent, cela signifie que vous devez remplacer la Sonde
Lambda. Il est conseillé de réviser le fonctionnement de celle-ci chaque fois que vous effectuez un réglage du moteur et toujours avant de réaliser les tests
d’émissions. Rappelons qu’un fonctionnement lent du capteur affecte directement la consommation de notre véhicule, par conséquent, le remplacement du
capteur usé par un nouveau sera rapidement amorti par la réduction de la consommation de carburant.
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VISUAL INSPECTION / FAILURE CAUSES
Verify that the connector and the cable are visually in good condition.
Also verify if the body of the Oxygen Sensor shows any dents or signs of being hit that could have caused damage.
It is necessary to consider, as a normal guideline, that a visual inspection is not enough to be certain that the Oxygen Sensor is working properly. Besides the
recommendations made above, we should also pay attention to the condition of the protection tube to have an indication of the possible problem.
1) Oxygen Sensor damaged by excess lead in the emission gases.
2) Oxygen Sensor damaged by coolant leaks.
3) Oxygen Sensor damaged due to an air / fuel mixture that is excessively rich.
4) Oxygen Sensor damaged by high engine oil usage.
5) Oxygen Sensor damaged due to contamination from silicon in the emissions gases.
Remember that anytime you encounter one of these situations you should replace the Oxygen Sensor.
Installation of a specific FAE Oxygen Sensor:
- Before installing the Oxygen Sensor make sure that you are using the appropriate reference indicated by your vehicle’s manufacturer.
INSPECCIÓN VISUAL / CAUSAS DE FALLO
Debe verificarse el conector y el cable asegurándose de su buen estado.
Compruebe también si el cuerpo de la Sonda Lambda muestra alguna abolladura o señal de algún golpe que pudieran haberla deteriorado.
Hay que tener en cuenta que, como norma general, una inspección visual no es suficiente para poder asegurarse del buen o mal funcionamiento de nuestra
Sonda Lambda, pero de todas formas, además de las recomendaciones comentadas con anterioridad, también podemos fijarnos en el aspecto del tubo protector
del elemento sensor, para tener alguna indicación del posible problema.
1) Sonda Lambda dañada por un exceso de plomo en las emisiones de gases.
2) Sonda Lambda dañada por contaminación con anticongelante.
3) Sonda Lambda dañada por una mezcla aire-combustible excesivamente rica.
4) Sonda Lambda dañada por un elevado consumo de aceite.
5) Sonda Lambda dañada por contaminación de silicio de las emisiones de gases.
Recuerde que, siempre que se encuentre con cualquiera de estas situaciones, debe reemplazar la Sonda Lambda.
Instalación de una Sonda Lambda FAE específica:
- Antes de instalar la Sonda Lambda, asegúrese de que está utilizando la referencia apropiada para su vehículo.
CONTRÔLE VISUEL / CAUSE DE LA DÉFAILLANCE
Vérifiez le connecteur et le câble et assurez-vous qu’ils sont en bon état.
Vérifiez également que le corps de la Sonde Lambda ne présente aucune bosse ou marque de choc qui pourrait l’avoir endommagé.
Il faut savoir qu’en général, un contrôle visuel n’est pas suffisant pour garantir le bon ou mauvais fonctionnement d’une Sonde Lambda. Toutefois, outre les
recommandations fournies ci-dessus, il est également possible d’inspecter l’aspect du tube protecteur du capteur afin d’obtenir une éventuelle indication du
problème.
1) Sonde Lambda endommagée par un excès de plomb dans les émissions de gaz.
2) Sonde Lambda endommagée par contamination avec le fluide anti glace.
3) Sonde Lambda endommagée par une mixture air-carburant trop riche.
4) Sonde Lambda endommagée par une consommation élevée d’huile.
5) Sonde Lambda endommagée par pollution au silice des émissions de gaz.
Souvenez-vous qu’à chaque fois que vous vous trouverez dans l’une ou l’autre de ces situations, vous devrez remplacer la Sonde Lambda.
Installation d’une application spécifique du Sonde Lambda FAE:
- Avant d’installer la Sonde Lambda assurez-vous que celle-ci est brei la référence adéquate conecte indiquée pour le fabricant de votre véhicule.