sondes lambda

Information
technique
n° 03
Tout ce qu’il faut savoir
sur les sondes lambda
Perfection
Intégrée
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Table des matières
Introduction
Principe de la mesure comparative de l’oxygène
Structure et fonctionnement d’une sonde lambda
Chauffage et câblage de la sonde
Principe général de la régulation par sonde lambda
Vérification de la sonde lambda
La boucle de régulation
Contrôle de la sonde Lambda
Détection des défaillances de la régulation par sonde lambda
Vérification de la régulation par sonde lambda dans un
circuit de régulation ouvert
Comparaison d’une sonde neuve avec une sonde usagée
Conversion des substances nocives
Surveillance et analyse de l’état du pot catalytique
Défauts typiques des sondes lambda
Testez vos connaissances
Réponses au test
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Vue en coupe d’une
sonde lambda Introduction
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Pour brûler parfaitement 1 kg d’essence dans un moteur
thermique, il faut 14 kg d’air, soit environ 11 mètres cubes.
Le rapport entre la quantité d’air réellement requise et les
besoins théoriques en air s’appelle l’indice lambda (symbole
de la formule: λ). Un indice „λ=1“ signifie l’arrivée au
moteur d’une quantité d’air, la plus adaptée à la combustion.
Il faut toutefois se rappeler que le moteur thermique
atteint sa puissance maximale avec une carence de 0 à 10 %
en air (donc entre λ=0,9 et λ=1,0), et que la moindre
consommation d’essence s’obtient avec un excédent d’air
d’environ 10 % (soit λ ≈ 1,1).
En matière de mélange air/carburant, il faut faire la
différence entre un „mélange riche“ (part de carburant
relativement élevée) et un „mélange pauvre“ (part d’air
relativement élevée). Dans les gaz d’échappement d’un
mélange très riche, la part de monoxyde de carbone et
d’hydrocarbures est très élevée et baisse au fur et à mesure
que l’indice lambda augmente. Dans un mélange riche, la
part d’azote est relativement faible et atteint son maxi-
mum à λ=1. Dans un mélange pauvre par contre, la part
d’air dans les gaz d’échappement, donc la part d’oxygène,
est relativement élevée.
Avec un pot catalytique fonctionnant optimalement, la
part de monoxyde de carbone se transforme en gaz carbo-
nique par oxydation avec l’oxygène. De la sorte, il resterait
cependant trop peu de CO pour convertir le monoxyde
d’azote en azote élémentaire. L’épuration catalytique des
gaz d’échappement ne dépend donc pas que de l’adéquation
du pot catalytique, il faut aussi que la composition des gaz
d’échappement soit optimale dans chaque cas.
C’est dans ce but que le catalyseur à trois voies a été déve-
loppé. Faisant office de réacteur, il transforme simultané-
ment le monoxyde de carbone, les hydrocarbures et les
oxydes d’azote. La composition des gaz d’échappement
requise à cette fin lui est fournie par le traitement, à régula-
tion électronique, du mélange air/carburant.
Opération préalable: il faut mesurer en permanence la
teneur des gaz d’échappement en oxygène. Le capteur
chargé de cette fonction est la sonde lambda.
La valeur mesurée indique le rapport du mélange air/car-
burant.
La sonde lambda détermine la concentration des gaz
d’échappement par une mesure comparative de l’oxygène :
elle compare la teneur en oxygène de l’air atmosphérique
avec l’oxygène résiduel présent dans les gaz d’échappe-
ment. Elle communique les différences à l’appareil de com-
mande sous la forme d’un signal électrique. L’appareil de
commande corrige ensuite l’allumage et l’injection en
conséquence.
Vu les fortes contraintes auxquelles la sonde lambda est
exposée dans le flux des gaz d’échappement, elle est sujette
à une usure naturelle.
Lors des contrôles périodiques des gaz d’échappement, le
technicien vérifie le fonctionnement de la sonde lambda et
détermine une usure éventuelle. Le remplacement d’une
sonde lambda doit s’effectuer entre 60 000 et 80 000 km
maximum.
Câble de branchement de la
tension de la sonde et de la
résistance chauffante
Couche électro-
conductrice (-)
Couche électro-
conductrice (+)
Côté gaz
d’échappement
Contact
pour la
tension de
la sonde
Résistance
chauffante
Corps isolant
Douille de
protection
Tube support
en céramique
Corps (-)
Tuyau
d’échappement
Corps en
céramique
Tube protecteur
à fentes
Gaz
d’échappement
Côté air

Structure et fonctionnement d’une sonde lambda
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Principe de la mesure comparative de l’oxygène
La teneur en oxygène de l’air atmosphérique se situe
normalement à 20,8 %. Le système compare ce taux de
référence à la teneur résiduelle en oxygène du flux
baignant la sonde lambda.
Si dans le flux de gaz d’échappement cette teneur
s’élève à 2 % („mélange pauvre“), cette différence par
rapport au taux de l’air atmosphérique fait que la
sonde génère une tension d’env. 0,1 volt.
Si la teneur en oxygène s’élève à moins de 2 % („mélange
riche“), cette différence accrue par rapport au taux d’oxy-
gène de référence se manifeste par une tension d’env.
0,9 volt à la sonde.
La sonde lambda se compose essentiellement d’un
corps en céramique spéciale dont les surfaces présen-
tent des électrodes en platine perméables aux gaz.
L’action de la sonde se fonde sur deux types de facteurs
physiques : d’une part cette céramique est poreuse et
permet ainsi à l’oxygène de l’air de se diffuser, d’autre
part la céramique devient électroconductrice à partir
de 300°C env. Les teneurs en oxygène de l’air sont
mesurées des deux côtés des électrodes. La différence
variant entre les deux teneurs engendre une tension
électrique, de l’ordre de quelques milli-volts, au niveau
des électrodes. Les sondes lambda présentent différents
modes de fonctionnement : les sondes à l’oxyde de titane
présentent une résistance variable en fonction de la dif-
férence des taux, les sondes au zirconium font varier la
tension en fonction de cette différence. Vu que les sondes
au zirconium sont les plus employées, c’est sur elles que
porte la suite de ce descriptif.
Dans un corps en acier est logé un élément en céramique
(électrolyte solide). La partie extérieure du corps en céra-
mique baigne dans les gaz d’échappement, sa partie
intérieure baigne dans l’air atmosphérique.
La différence de taux mesurée aux extrémités des électro-
des provoque une hausse
brutale de la tension émise
par la sonde. Ce saut de
tension sert à la régulation
lambda.
L’électrode externe de la sonde lambda pénètre dans le flux des gaz
d’échappement, l’électrode interne est reliée à l’air atmosphérique.
0,5
V
0,1 0,9
Electrode
interne
Air atmosphérique
20,8 %
Mélange riche
(manque d'air) Mélange pauvre (excédent d'air)
Electrode
externe
Gaz d’échappement
Teneur résiduelle en oxygène, 2 % env.
Exemple : taux résiduel d’O2= 2%
Electrode externe de la sonde baignant dans le flux de gaz d’échappement
(teneur résiduelle d’O2= 2 %)
Electrode interne de la sonde baignant dans l’air atmosphérique (O2= 20,8 %)
Lambda < 1 = mélange riche
Tension lambda : 0,9 volt environ
Lambda > 1 = mélange pauvre
Tension lambda : env. 0,1 volt
mV
1.000
800
600
475
200
0,01
0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 Coefficient d'air λ

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Chauffage et câblage de la sonde
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Pour amener rapidement la sonde à température après
le démarrage du moteur, les constructeurs automobiles
emploient des sondes chauffées. Ces sondes présentent
non pas un, mais trois ou quatre fils électriques.
Les sondes à trois fils électriques comportent un fil de
raccordement à la masse de la résistance chauffante.
Les sondes à quatre fils séparent celui de raccordement
du signal voltmétrique à la masse et celui de raccorde-
ment du chauffage à la masse, dans le but de
contourner les perturbations que
peuvent provoquer la corrosion
et les joints au niveau des
jonctions à la masse.
■Sonde lambda à un fil
Couleur du fil :
noir = signal envoyé à l'appareil de commande
■Sonde lambda à 3 fils
Couleurs des fils :
noir = signal envoyé à l'appareil de commande
2 fils blancs = alimentation électrique de la résistance
chauffante
■Sonde lambda à 4 fils
Couleurs des fils
noir = signal envoyé à l'appareil de commande
2 fils blancs = alimentation électrique de la résistance
chauffante
1 fil gris = masse
Principe général de la régulation par sonde lambda
Afin que la composition du mélange se tienne dans le
"créneau lambda" (c.-à-d. dans la plage requise pour que le
pot catalytique fonctionne de façon optimale), la sonde
lambda se monte dans le conduit d'échappement en amont
du pot catalytique. La sonde indique à l'appareil de com-
mande si l'indice lambda, l'indice d'air, est supérieur ou
inférieur à 1. Par le biais du système d’injection, elle influe
sur la composition du mélange, donc sur l'indice lambda.
Lorsque la sonde lambda signale
un "mélange pauvre" à l'appareil
de commande, ce dernier ordonne
d'enrichir le mélange.
Lorsqu'elle signale un "mélange
riche", l'appareil de commande
ordonne d'appauvrir le mélange.
Appareil de commande
K
Carburateur Sonde lambda
Air
Pot catalytiqueFlux des gaz
d'échappement