Sondes Lambda

FAE fabrique trois types de sondes Lambda pour le contrôle de la combustion : les sondes Lambda binaires en titane, les sondes Lambda binaires en zircone et les sondes à large bande. Ces trois types de sondes Lambda ne sont pas interchangeables car elles fonctionnent différemment.

Sondes Lambda Planaires

Les sondes Lambda FAE sont basées sur la technologie céramique planaire multicouche la plus moderne, ce qui les distingue des sondes Lambda conventionnelles de type « dé à coudre » ou de type dé à thimble. Grâce à la technologie Planar Multilayer Ceramic de FAE, l’élément capteur et son élément chauffant ont été intégrés dans un seul solide et leur taille a été réduite par rapport aux sondes Lambda conventionnelles. Ces améliorations nous permettent de réduire la puissance de chauffage et le temps nécessaire pour atteindre la température de fonctionnement (700 ºC).

Tant l’application d’une législation sur les émissions de plus en plus restrictives que les nouvelles stratégies de gestion des moteurs, les moteurs à mélange pauvre, à injection directe, etc., ont mis en évidence certaines des limites des sondes lambda conventionnelles. Pour atteindre des limites d’émissions plus basses, des sondes Lambda avec une réponse « ultra-rapide » sont nécessaires, évitant ainsi la contamination au démarrage du moteur. Ces améliorations ont été obtenues grâce à l’application de la technologie Planar Multilayer Ceramic que FAE applique pour la fabrication de ses sondes Planar Lambda.

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)
• Ne pas endommager le catalyseur.

*Veuillez réviser le fonctionnement correct de la sonde tous les 30.000 km.

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.

Fonctionnement et types de sonde Lambda

Il existe plusieurs types de sondes Lambda, que nous pouvons classer en fonction de leur matériau sensible et de leur principe de fonctionnement : les sondes Lambda en Zircone Binaire (Zr), les sondes Lambda en Titane (Ti) et les sondes à large bande.

Comment fonctionnent les sondes Lambda binaires avec élément capteur ZIRCONA :

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 Sndes Lambda zirconium binaires, on peut distinguer différentes évolutions :

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.

Les Sondes Lambda chauffées : 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 100.000-160.000 km. 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. La durée de vie est d’environ 160.000km.

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, 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. 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.

Comment fonctionne la sonde Lambda BROADBAND :

À la différence des Sondes Lambda au zirconium, les Sondes Lambda à Large Bande fournissent une réponse continue, 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.

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 stoechiométrique.

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 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.

– 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.

TYPES DE SONDE LAMBDA À LARGE BANDE

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. 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.

SONDES LAMBDA RAPPORT AIR/CARBURANT A/F

Il s’agit de sondes large bande à 4 fils, qui fournissent un signal proportionnel (figure 11) par rapport à la valeur lambda détectée, mais avec une seule cellule électrochimique. Cette cellule est régulée par l’électronique du véhicule et réagit en fonction de la quantité d’oxygène présente dans les gaz de combustion simultanément. L’opération combinée fournit un courant caractéristique correspondant aux différentes compositions de gaz dans le tuyau d’échappement sans qu’il soit nécessaire de procéder à un étalonnage individuel préalable. Le courant généré est positif pour les mélanges pauvres où il est capable de mesurer la composition des gaz avec une grande précision et, à son tour, grâce à son canal de référence non limitatif, il est sensible aux mélanges riches et sans oxygène en étant capable de générer un courant dans la direction opposée ; ceci le rend approprié non seulement pour les moteurs diesel, mais aussi pour les moteurs à essence.

Cette sonde a une réponse équivalente à celle d’une large bande à 5 fils, car le signal qu’elle donne est proportionnel à la lambda, ce qui conduit à un contrôle plus efficace des émissions, mais contrairement à la 5 fils, cette sonde ne nécessite qu’une seule cellule d’électrode.

Rappelons que le trim du signal est une résistance qui ajuste le signal de courant que donne le capteur en large bande de sorte que les variations de production soient corrigées pour que tous les capteurs fabriqués donnent le même signal. Il ne possède qu’une seule cellule électrochimique, ce qui signifie une utilisation moindre de platine et, par conséquent, un canal de référence très volumineux, de sorte qu’il ne constitue pas un facteur limitant du signal des mélanges riches. Par exemple, pour un diesel, cela ne serait pas nécessaire, car les lambdas riches ne peuvent être lus avec ce type de carburant. Les matériaux sont un élément très important, car à FAE nous concevons et fabriquons nos propres matériaux, et dans la fabrication de ce nouveau capteur nous avons dû incorporer de nouveaux matériaux, il est donc essentiel de reproduire les mêmes matériaux lot après lot sans modifier aucune de leurs caractéristiques.

Après avoir ajusté la conception du capteur et grâce à une conception robuste et fiable, nous soumettons les capteurs à des tests très exigeants, tels que le choc thermique avec des changements de température drastiques, la fatigue du chauffage avec des allumages et extinctions continus et le test de durée de vie avec des conditions de fonctionnement extrêmes. Test fonctionnel, test de courant et de signal, test d’isolation électrique, test de stabilité du signal, etc. Nous effectuons une caractérisation de la résistance thermique, avec et sans condensation d’eau, des tests de durée de vie des différents composants du capteur, reproduisant le fonctionnement du capteur dans une voiture, ainsi que des tests de contamination, soit par un agent chimique, soit par le fait d’être dans un environnement salin, des tests d’étanchéité, etc.

Par la suite, et une fois que le capteur est monté sur une sonde complète, nous effectuons des tests de durée de vie dans un banc moteur, où les sondes fonctionnent pendant des milliers d’heures, ainsi que dans des véhicules réels qui accumulent des milliers de kilomètres. Les tests de laboratoire sont supérieurs à 2000 heures. Le kilométrage dans les applications réelles est d’environ plus de 200.000 Km dans différents véhicules pour assurer la compatibilité du capteur avec les applications du véhicule, pour offrir au marché un produit 100% fiable avec une grande résistance.

Cause de panne d’une sonde lambda

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

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Installation des sondes Lambda FAE

L’installation des Sondes Lambda FAE 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 (35-45 Nm)
• 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 (18-23 Nm)

Comment installer une Sonde Lambda Universelle?

Il est recommandé qu’après une collision majeure, les Sondes Lambda soient vérifiées ou remplacées. Pour installer la Sonde Lambda Universelle FAE, veuillez suivre les indications suivantes :

• Avant d’installer la Sonde Lambda assurez-vous que celle-ci est brei la référence adéquate conecte indiquée pour le fabricant de votre véhicule.
• N’installez pas la Sonde Lambda si celle-ci semble endommagée.

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?

Il est recommandé, après une collision majeure, de vérifier les sondes lambda ou de les remplacer. Pour installer la sonde Lambda spécifique FAE, vous devez suivre les étapes suivantes :

• Avant d’installer la Sonde Lambda assurez-vous que celle-ci est brei la référence adéquate conecte indiquée pour le fabricant de votre véhicule.
• N’installez pas la Sonde Lambda si celle-ci semble endommagée.

1. Débranchez la batterie.
2. Débranchez le connecteur de la Sonde Lambda à remplacer (celle qui se trouve dans la voiture).
3. Placez en premier lieu la sonde à son emplacement en veillant à ce que le câble ne soit pas tordu, plié ni coincé.
4. 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 (35-45 Nm).
   • Sonde Lambda M12: Enfoncez la Sonde avec les doigts jusqu’au bout, puis serrez fort avec la clé appropriée. Serrez 1/2-1 tour (18-23 Nm).
5. 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.