Normes anti-pollution/Sonde Lambda

7 février 2015 6 07 /02 /février /2015 22:00

3.2-Sonde Lambda

La sonde oxygène dite sonde Lambda a été créé par Bosch en 1976 puis a connu des évolutions, notamment en 1982, où une bobine chauffante lui a été intégrée.

A : Rôle et différents types de sondes Lambda
B : Sonde oxygène bande étroite au Zirconium (LU2-Jetronic)
C : Sonde oxygène bande étroite au Titane
D : Sonde oxygène linéaire large bande (UEGO)

A - Rôle et différents types de sondes Lambda

La sonde Lambda (ou sonde oxygène) est implantée sur le système d'échappement en amont du catalyseur. Elle informe le boîtier de gestion du moteur de la teneur en oxygène des gaz brulés issus de la combustion. Son rôle est de permettre au calculateur de connaitre le coefficient d'air du dosage en temps réel.

Elle est indispensable afin de préserver le pot catalytique dont les matériaux le composant sont sensibles aux hydrocarbures.

Note: Depuis la norme Euro 3 (GTi non concernées), en complément de la sonde en amont du catalyseur, une seconde sonde est placée en aval du pot catalytique Elle n'a qu'un rôle de vérification permettant de s'assurer de la bonne efficacité de la catalyse.

Pour un usage compétition, en cas de suppression du catalyseur, il est possible de rajouter un leurre sur la seconde sonde oxygène (aval) afin d'éviter l'allumage du voyant d'alerte diagnostique.

Cette sonde à subit des évolutions afin d'améliorer son fonctionnement, il existe deux familles:

Sonde Lambda bande étroite (LU2-Jetronic).
Sonde Lambda bande large (appelée parfois UEGO pour Universal Exhaust Gas Oxygen sensor).

Type de sonde	Avantage	Inconvénient
Bande étroite (Zirconium ou Titane)	Faible coût	Moins précise
Bande large (Zirconium, adaptée aux injections directes et diesel)	Précision	Coût plus élevé

Elles ne sont pas interchangeables car elles peuvent différer par leurs dimensions, mais surtout par les stratégies de contrôle utilisées pour évaluer leur signal.

L'injection LU2-Jetronic est équipée d'un modèle type bande étroite à saut de tension au Zirconium.

B - Sonde oxygène bande étroite au Zirconium (LU2-Jetronic)

La sonde oxygène bande étroite au Zirconium, type à saut de tension, équipe la majorité des premiers véhicules à injection avec catalyseur, dont le LU2-Jetronic, du fait qu'il n'y avait pas d'autre modèle disponible. Cependant, elle se distingue maintenant par un coût moindre que la large bande. En revanche, elle n'est pas linéaire et possède un fonctionnement proche du binaire (riche ou pauvre). La régulation est donc instable et peu précise car varie autour de Lambda λ=1.

Elle compare la teneur en oxygène entre les gaz d’échappement et l'air ambiant. En effet, elle est soumise à l'air ambiant d'un coté et aux flux du gaz d’échappement de l'autre.
Si la teneur en oxygène est différente des 2 cotés des électrodes, une tension électrique est engendrée.

La sonde génère une tension électrique comprise entre 25mV et 900mV en fonction de la teneur en oxygène des gaz d'échappement.

Plage de fonctionnement: λ=0.65 à λ=1.35

Le signal de tension fournit est influencé par la température de la sonde. Cette courbe est donnée pour une température d'exploitation de 600°C.

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. On peut considérer que son fonctionnement n'est optimum que lorsque sa température est au moins de 350°C. De ce fait, elle doit être placée proche de la chambre de combustion sans être soumise à une température excessive car il y a risque de détérioration, dans le cas contraire, elle devra être réchauffée par une bobine chauffante (400°). 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 différence de concentration en oxygène des deux côtés entraîne une migration des ions grâce aux propriétés de la céramique, ceux-ci générant à leur tour une tension.

Ce type de sonde Lambda est très fragile et supporte mal les produits de nettoyage. Sa face externe doit rester propre et à l’abri des projections.

Son intervalle de remplacement se situe entre 80 000km et 160 000km. Bosch recommande son remplacement tout les 100 000km.

En règle général les couleurs des branchements d'une sonde Zirconium sont:

Type de sonde	Partie sonde de mesure	Partie élément chauffant
Sondes 1+2 fils (LU2-Jetronic)	Noir ou gris	Blanc + Blanc
Sondes 2+2 fils (Motronic)	Noir + gris	Blanc + Blanc
Prises mesure et chauffage	Bleu	Noir

Type de sonde	Partie sonde de mesure	Partie élément chauffant
Sondes 1+2 fils (LU2-Jetronic)	Bleu ou Blanc	Noir + Noir
Sondes 2+2 fils (Motronic)	Bleu + Blanc	Noir + Noir
Prises mesure et chauffage	Bleu	Noir

C - Sonde oxygène bande étroite au Titane

La sonde oxygène bande étroite, type à saut de résistance, ne fournit pas de tension mais une variation de résistance.

Sur 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, ce qui limite ses dimensions, 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.

D - Sonde oxygène linéaire large bande (UEGO)

Type BOSCH: LSU 4.2 & LSU4.9

Cette sonde Lambda, appelée aussi sonde oxygène linéaire ou UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen sensor), est une évolution technique de la sonde au Zirconium. Elle est plus précise et son amélioration permet de rendre sa courbe linéaire. Elle permet, de par sa précision, de mieux contrôler la gestion carburant.

Initialement surtout employée en compétition de manière à travailler sur une plage riche, elle équipe maintenant de nombreux véhicules de série et est particulièrement adaptée aux injections directes et diesel.

De plus, elle est recommandée pour les indicateurs de richesse car, à l'inverse de la sonde bande étroite, réagit très rapidement aux variations de richesse.

Tout comme la sonde au Zirconium à saut de tension, elle est soumise à l'air ambiant d'un coté et aux flux du gaz d’échappement de l'autre.
Si la teneur en oxygène entre les deux gaz, une intensité est générée par la régulation de tension interne.

La sonde génère, au niveau du signal de contrôle, un courant électrique compris entre -2mA et +3mA en fonction de la teneur en oxygène des gaz d'échappement.

Plage de fonctionnement: λ=0.65 à λ=infini

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 à la concentration en oxygène de l'air de référence. 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.