Fonctionnement de la sonde lambda
Sonde lambda - Fonctionnement, contrôle, dépannage et remplacement
La sonde lambda détermine la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement et transmet un signal électrique à la commande moteur pour réguler la composition du mélange. Faites défiler la page à l'écran et informez-vous au sujet des variantes, leur fonctionnement, les méthodes de mesure et des remarques importantes pour le remplacement correct de sondes lambda.
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SOMMAIRE
FONCTIONNEMENT DE LA SONDE LAMBDA: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Afin de garantir un taux de conversion idéal du catalyseur, il est nécessaire d'avoir une combustion optimale. Celle-ci est obtenue sur un moteur essence avec une composition de mélange de 14,7 kg d'air pour 1 kg de carburant (mélange stœchiométrique). Ce mélange optimal est désigné par la lettre grecque λ (lambda). Lambda indique le rapport d'air entre le besoin théorique en air et la masse d'air réellement admise :
λ = quantité d'air admise : quantité d'air théorique = 14,7 kg : 14,7 kg = 1
Le principe de la sonde lambda est basé sur une mesure comparative d'oxygène. Cela signifie que la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement (env. 0,3 - 3 %) est comparée avec la teneur en oxygène de l'air ambiant (env. 20,8 %).
Si la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement est de 3 % (mélange maigre), une tension de 0,1 V est générée en raison de la différence avec la teneur en oxygène de l'air ambiant.
Si la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement est inférieure à 3 % (mélange riche), la tension de la sonde passe à 0,9 V par rapport à l'augmentation de la différence. La teneur résiduelle en oxygène est mesurée avec différentes sondes lambda.
En règle générale, le fonctionnement de la sonde lambda est contrôlé lors de l'analyse des gaz d'échappement de routine. Mais comme elle est soumise à l'usure, il est conseillé de la faire contrôler régulièrement (env. tous les 30 000 km), par exemple dans le cadre de l'entretien périodique, pour vérifier qu'elle fonctionne correctement.
Compte tenu du renforcement de la législation concernant la réduction des gaz d'échappement des véhicules, les techniques de post-traitement des gaz d'échappement ont également été améliorées.
Sonde de saut de tension
Cette sonde se compose d'un corps céramique creux en dioxyde de zirconium en forme de doigt. La particularité de cette électrode solide réside dans le fait qu'elle est perméable aux ions oxygène à partir d'une température d'env. 300°C. Les deux côtés du corps céramique sont recouverts d'une fiche couche poreuse de platine qui sert d'électrode. Les gaz d'échappement sont en contact avec la face extérieure du corps en céramique tandis que l'air de référence est à l'intérieur.
La concentration en oxygène différente des deux côtés entraîne une migration des ions grâce aux propriétés de la céramique, ceux-ci générant à leur tour une tension. Cette tension est utilisée en tant que signal pour le calculateur qui modifie la composition du mélange en fonction de la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement.
Ce processus - la mesure de la teneur résiduelle en oxygène et l'enrichissement ou l'appauvrissement du mélange - se répète plusieurs fois par seconde afin de produire un mélange stœchiométrique adapté (λ = 1).
Sonde de saut de tension
Sonde de saut de résistance
Avec ce type de sonde, l'élément en céramique est composé de dioxyde de titane, en technologie multicouche épaisse. Le dioxyde de titane a la propriété de modifier sa résistance de manière proportionnelle à la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement. Si la teneur en oxygène est élevée (mélange maigre λ > 1, il devient moins conducteur, si la teneur en oxygène est faible (mélange riche λ < 1), il devient plus conducteur. Cette sonde n'a pas besoin d'air de référence mais elle doit être alimentée par le calculateur avec une tension de 5 V via une combinaison de résistances. Le signal requis pour le calculateur est généré via la chute de tension sur les résistances.
Les deux cellules de mesure sont montées dans un boîtier similaire. Un tube protecteur empêche l'endommagement des cellules de mesure qui entrent en contact avec le courant de gaz d'échappement.
Sonde de saut de résistance
Chauffage de la sonde lambda
Les premières sondes lambda n'étaient pas chauffées et devaient donc être installées près du moteur pour atteindre leur température de service aussi vite que possible. Aujourd'hui, les sondes lambda sont équipées d'un chauffage de sonde. Elles peuvent ainsi également être installées loin du moteur.
Avantage :
Elles ne sont plus soumises à la haute contrainte thermique. Grâce au chauffage de sonde, elles atteignent leur température de service en peu de temps ce qui fait que la période dans laquelle la régulation lambda n'est pas active est très courte. Un refroidissement trop important pendant le fonctionnement au ralenti, pendant lequel la température des gaz d'échappement n'est pas aussi élevée, est évité. Les sondes lambda chauffées ont un temps de réponse plus court ce qui a des effets positifs sur la vitesse de régulation.
Sonde lambda à large bande
La sonde lambda indique un mélange riche ou pauvre dans la plage λ = 1. La sonde lambda à large bande offre la possibilité de mesurer un indice d'air précis dans la plage maigre (λ > 1) aussi bien que dans la plage riche (λ < 1). Elle fournit un signal électrique exact et peut ainsi réguler n'importe quelles valeurs de consignes - p. ex. pour les moteurs diesel, les moteurs essence avec concepts maigres, les moteurs à gaz et les chaudières à gaz. La sonde lambda à large bande est conçue comme une sonde traditionnelle avec de l'air de référence. Elle comporte de surcroît une deuxième cellule électrochimique (cellule de pompage).
Les gaz d'échappement accèdent à la chambre de mesure via un petit trou dans la cellule de pompage, la fente de diffusion. La concentration en oxygène est comparée ici à la concentration en oxygène de l'air de référence afin de régler l'indice d'air (λ). Pour obtenir un signal mesurable pour le calculateur, une tension est générée sur la cellule de pompage. Cette tension permet d'injecter ou de pomper de l'oxygène en provenance des gaz d'échappement dans la fente de diffusion. Le calculateur régule la tension de pompage de façon à ce que la composition du gaz soit à un niveau constant de λ = 1 dans la fente de diffusion. Si le mélange est maigre, la cellule de pompage pompe l'oxygène vers l'extérieur. Il en résulte un courant de pompage positif. Si le mélange est riche, l'oxygène est injecté à partir de l'air de référence. Il en résulte un courant de pompage négatif. Si λ = 1 dans la fente de diffusion, aucun oxygène n'est acheminé, le courant de pompage est nul. Ce courant de pompage est analysé par le calculateur et lui fournit l'indice d'air et ainsi les informations relatives à la composition du mélange.
Utilisation de plusieurs sondes lambda
Depuis l'introduction de l'EOBD, il est également nécessaire de surveiller le fonctionnement du catalyseur. Pour ce faire, une sonde lambda supplémentaire est installée derrière le catalyseur. Elle permet de déterminer la capacité de stockage d'oxygène du catalyseur.
Le fonctionnement de la sonde après catalyseur est identique à celui de la sonde avant catalyseur. Les amplitudes des sondes lambda sont comparées dans le calculateur. Grâce à la capacité de stockage d'oxygène du catalyseur, les amplitudes de tension de la sonde après catalyseur sont très petites. Lorsque la capacité de stockage du catalyseur augmente, les amplitudes de tension de la sonde après catalyseur augmentent à cause de l'augmentation de la teneur en oxygène.
La hauteur des amplitudes qui apparaissent au niveau de la sonde après catalyseur dépend de la capacité de stockage actuelle du catalyseur qui varie en fonction de la charge et du régime. C'est la raison pour laquelle l'état de charge et le régime sont pris en compte lors de la comparaison des amplitudes des sondes. Si les amplitudes de tension des deux sondes sont quand même à peu près identiques, la capacité de stockage du catalyseur est atteinte, p. ex. à cause du vieillissement.
SONDE LAMBDA DÉFECTUEUSE: SYMPTÔMES
En cas de défaillance de la sonde lambda, les symptômes suivants peuvent apparaître :
- Haute consommation de carburant
- Puissance insuffisante du moteur
- Émissions de gaz d'échappement importantes (analyse des gaz d'échappement)
- Allumage du voyant moteur
- Enregistrement d'un code défaut
SONDE LAMBDA DÉFECTUEUSE CONSÉQUENCES: CAUSE DE DÉFAILLANCE
Une défaillance peut avoir plusieurs causes :
- Courts-circuits internes et externes
- Absence de masse/d’alimentation
- Surchauffe
- Dépôts/encrassement
- Endommagement mécanique
- Utilisation de carburant/additifs contenants du plomb
Il existe un certain nombre de défauts sur les sondes lambda qui apparaissent très souvent. La liste suivante indique quelle est la cause des erreurs diagnostiquées :
Sondes non chauffées
| Erreur diagnostiquée | Cause |
|---|---|
| Tube protecteur ou corps de sonde bouché par des résidus d'huile | De l'huile non brûlée a pénétré dans le système d'échappement, p. ex. par des bagues de piston ou des garnitures de tige de soupape défectueuses. |
| Aspiration d'air parasite, manque d'air de référence | Sonde montée incorrectement, ouverture d'air de référence bouchée |
| Dommages dus à une surchauffe | Températures au-dessus de 950 °C à cause d'un mauvais point d'allumage ou d'un jeu de soupape |
| Mauvais raccordement au niveau des connecteurs | Oxydation |
| Connexions de câble interrompus | Câbles mal posés, points de friction, morsures de mustélidés |
| Absence de mise à la masse | Oxydation, corrosion au niveau du système d'échappement |
| Endommagements mécaniques | Couple de serrage trop élevé |
| Vieillissement chimique | Trajets cours très fréquents |
| Dépôts de plomb | Utilisation de carburant contenant du plomb |
LE DIAGNOSTIC DES DÉFAUTS DE LA SONDE LAMBDA: PRINCIPES
Les véhicules équipés d'un autodiagnostic peuvent détecter les erreurs qui surviennent dans le circuit de régulation et les sauvegarder dans la mémoire des défauts. Ceci est en règle générale indiqué par le voyant moteur. Pour effectuer le diagnostic des défauts, la mémoire des défaut peut alors être interrogée avec un outil de diagnostic. Les systèmes plus anciens ne sont cependant pas en mesure de reconnaitre si cette erreur vient d'un composant défectueux ou p. ex. d'un câble défectueux. Dans ce cas, le mécanicien doit effectuer des tests supplémentaires.
Dans le contexte de l'EOBD, la surveillance des sondes lambda a été complétée par les points suivants :
- Jonction des conduites
- Disponibilité opérationnelle
- Court-circuit après la masse du calculateur
- Court-circuit après plus
- Rupture de câble et vieillissement de la sonde lambda
Pour diagnostiquer les signaux de la sonde lambda, le calculateur utilise la forme de fréquence du signal.
Pour ce faire, le calculateur prend en compte les données suivantes :
- La valeur de tension de la sonde maximale et minimale détectée
- La durée entre le flanc positif et le flanc négatif
- La grandeur de réglage du régulateur lambda après riche et maigre
- La limite de réglage de la régulation lambda
- La tension de sonde et la durée des impulsions
CONTRÔLE DE LA SONDE LAMBDA AVEC UN OSCILLOSCOPE, UN MULTIMÈTRE, UN TESTEUR DE SONDE LAMBDA, UN APPAREIL DE MESURE DE GAZ D'ÉCHAPPEMENT: DÉPANNAGE
Avant chaque contrôle, il est important d'effectuer un contrôle visuel pour vérifier que les câbles et le connecteur ne sont pas endommagés. Le système d'échappement ne doit pas présenter de fuites.
Un câble adaptateur est recommandé pour le raccordement de l'appareil de mesure. Il convient également de noter que la régulation lambda n'est pas activée dans certains états de fonctionnement, p. ex. lors du démarrage à froid jusqu'à ce que la température de service soit atteinte et à charge maximale.
Contrôler la sonde lambda avec l'analyseur des gaz d'échappement
Analyseur des gaz d'échappement
Un des contrôles les plus rapides et simples est la mesure avec un analyseur des gaz d'échappement 4 gaz.
Le contrôle s'effectue comme l'analyse des gaz d'échappement obligatoire. Lorsque le moteur est à température de service, de l'air parasite est ajouté en tant que grandeur perturbatrice en enlevant un tuyau. Grâce à la modification des gaz d'échappement, la valeur lambda calculée et affichée par l'analyseur des gaz d'échappement est également modifiée. À partir d'une certaine valeur, le système de conditionnement de mélange doit détecter ceci et effectuer la régulation dans un délai déterminé (60 secondes comme lors de l'analyse des gaz d'échappement). Une fois la grandeur de perturbation éliminée, la valeur lambda doit être de nouveau régulée à la valeur d'origine.
En règle générale, les prescriptions relatives à l'ajout de grandeurs perturbatrices et les valeurs lambda du fabricant doivent être respectées.
Ce contrôle permet cependant uniquement de voir si la régulation lambda fonctionne. Un contrôle électrique n'est pas possible. Lors de ce procédé, il se peut que, malgré une régulation lambda qui ne fonctionne pas, les systèmes de gestion moteur modernes régulent, grâce à la détection précise de charge, le mélange de façon à ce que λ = 1.
Contrôler la sonde lambda avec le multimètre
Multimètre
Seuls des multimètres à valeur ohmique élevée avec afficheur numérique ou analogique doivent être utilisés pour le contrôle.
Avec des multimètres avec petite résistance interne (souvent dans le cas d'appareils analogiques), le signal de la sonde lambda est trop chargé et risque de s'effondrer. Grâce aux changements rapides de tension, un appareil analogique est le mieux adapté pour représenter le signal.
Le multimètre est raccordé en parallèle au câble du signal (câble noir, observer le schéma électrique) de la sonde lambda. La plage de mesure du multimètre est réglée sur 1 ou 2 V. Après le démarrage du moteur, l'afficheur indique une valeur entre 0,4 – 0,6 V (tension de référence). Lorsque la température de service du moteur ou bien de la sonde lambda est atteinte, la tension fixe commence à alterner entre 0,1 et 0,9 V.
Pour obtenir un résultat de mesure impeccable, le moteur doit être maintenu à un régime d'environ 2 500 tours. Cela assure que la température de service de la sonde est atteinte même s'il s'agit d'un système sans chauffage de la sonde lambda. À cause de la température insuffisante des gaz d'échappement au ralenti, la sonde non chauffée risque de refroidir et de ne plus émettre de signal.
Contrôler la sonde lambda avec l'oscilloscope
Représentation du signal de la sonde lambda
L'oscilloscope est le mieux adapté à représenter le signal de la sonde lambda. La condition de base est, tout comme pour la mesure avec le multimètre, la température de service du moteur ou bien de la sonde lambda.
L'oscilloscope est raccordé au câble du signal. La plage de mesure à régler dépend de l'oscilloscope utilisé. Si l'appareil dispose d'une détection automatique du signal, il est conseillé de l'utiliser. Lors du réglage manuel, régler une plage de tension de 1 – 5 V et un réglage de temps de 1 – 2 secondes.
Le régime moteur doit de nouveau être env. 2 500 tours.
La tension alternative s'affiche en courbe sinusoïdale sur l'afficheur. Ce signal permet d'analyser les paramètres suivants :
- la grandeur d'amplitude (tension maximale et minimale 0,1 – 0,9 V),
- le temps de réponse et la durée des impulsions (fréquence env. 0,5 – 4 Hz).
Contrôle de la sonde lambda avec le testeur de sonde lambda
Testeur de sonde lambda
Différents fabricants proposent des texteurs de sonde lambda pour le contrôle. Cet appareil affiche la fonction de la sonde lambda par des LED.
Le raccordement se fait comme pour le multimètre et l'oscilloscope au câble du signal de la sonde. Dès que la sonde a atteint la température de service et commence à travailler, les LED commencent à s'allumer en alternance, en fonction de la composition du mélange et de la courbe de tension (0,1 - 0,9 V) de la sonde.
Toutes les indications relatives aux réglages de l'appareil de mesure pour la mesure de tension se réfèrent à des sondes au dioxyde de zirconium (sondes de saut de tension). Dans le cas de sondes au dioxyde de titane, la plage de mesure de tension à régler change à 0 - 10 V, les tensions mesurées alternent entre 0,1 - 5 V.
Contrôle de l'état du tube protecteur
Respecter toujours les consignes du fabricant. En plus du contrôle électronique, l'état du tube protecteur de l'élément de sonde peut donner des renseignements sur la fonctionnalité :
CONTRÔLE DU CHAUFFAGE DE LA SONDE LAMBDA: DÉPANNAGE
Il est possible de contrôler la résistance interne et l'alimentation en tension de l'élément de chauffage.
Pour ce faire, débrancher la prise vers la sonde lambda. Du côté de la sonde lambda, mesurer la résistance avec un ohmmètre sur les deux câbles pour l'élément de chauffage. Celle-ci doit se situer entre 2 et 14 ohms. Du côté du véhicule, mesurer l'alimentation en tension avec le voltmètre. Il doit y avoir une tension de > 10,5 V (tension de bord).
Différentes possibilités de raccordement et couleurs de câble
Sondes non chauffées
| Nombre de câbles | Couleur de câble | Raccordement |
|---|---|---|
| 1 | Noir | Signal (masse via le boîtier) |
| 2 | Noir | Signal Masse |
Sondes chauffées
| Nombre de câbles | Couleur de câble | Raccordement |
|---|---|---|
| 3 | Noir 2 x blanc | Signal (masse via le boîtier) élément de chauffage |
| 4 | Noir 2 x blanc Gris | Signal élément de chauffage masse |
Sondes au dioxyde de titane
| Nombre de câbles | Couleur de câble | Raccordement |
|---|---|---|
| 4 | Rouge Blanc Noir Orange | Élément de chauffage (+) Élément de chauffage (-) Signal (-) Signal (+) |
| 4 | Noir 2 x blanc Gris | Élément de chauffage (+) Élément de chauffage (-) Signal (-) Signal (+) |
(Les indications spécifiques au fabricant doivent être respectées.)
REMPLACEMENT DE LA SONDE LAMBDA: VIDÉO
Remplacement de la sonde lambda
Remplacement de la sonde lambda avec consignes de démontage et de montage
02.42 min
Les points suivants doivent être respectés lors du remplacement de la sonde lambda
Lors du remplacement d'une sonde lambda, les points suivants doivent être respectés lors du montage de la nouvelle sonde :
- Pour le démontage et le montage, utilisez uniquement un outil prévu à cet effet.
- Vérifiez la présence d'endommagement sur le filetage dans le système d'échappement.
- Utilisez uniquement la graisse fournie ou la graisse conçue spécialement pour les sondes lambda.
- Évitez de mettre l'élément de mesure de la sonde en contact avec l'eau, l'huile, la graisse, les produits de nettoyage et dissolvants de rouille.
- Veillez à respecter les différents couples de serrage prescrits par le fabricant de la sonde lambda et du véhicule !
- Lors de la pose du câble de raccordement, veillez à ce que ce dernier n'entre pas en contact avec des objets chauds ou mobiles et qu'il ne soit pas posé sur des bordes tranchants.
- Posez le câble de raccordement de la nouvelle sonde lambda en respectant autant que possible le modèle de la sonde d'origine montée.
- Veillez à ce que le câble de raccordement ait suffisamment de jeu pour que les vibrations et les mouvements du système d'échappement ne puissent pas l'arracher.
- Informez votre client de ne pas utiliser d'additifs à base de métal ni de carburants à base de plomb.
- N'utilisez pas une sonde lambda tombée au sol ou défectueuse.
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