LA TECHNOLOGIE DE CAPTEUR OFFRE UN PARFAIT RAPPORT AIR-CARBURANT

La sonde lambda, gardienne de moteurs plus propres et plus efficaces

Au 21e siècle, la question environnementale n'est jamais apparue aussi préoccupante qu'aujourd'hui. Les moteurs polluants sont bannis des villes sous le couvert de l'euronorme la plus récente, et la chasse au moteur diesel incite de plus en plus souvent le consommateur à envisager la voiture électrique. Grâce au développement de technologies innovantes et de vastes recherches, la réduction des émissions nocives est toutefois un fait. Une réalité obtenue notamment grâce à un rapport idéal entre l'air et le carburant, et qui exige donc une sonde lambda qui fonctionne bien. Avec les sondes lambda NTK, NGK Spark Plug met tout en œuvre pour mesurer de façon plus précise dans le but de satisfaire aux euronormes de plus en plus strictes via des moteurs plus propres et plus efficaces.

CONTROLE IRREPROCHABLE DES EMISSIONS

Afin de diminuer l'émission nocive du moteur à combustion interne, la sonde lambda ou sonde à oxygène est devenue un outil technique important. Fournisseur leader de sondes à oxygène pour OEM et pour l'après-vente, NGK Spark Plug améliore constamment ses sondes à oxygène pour rendre les moteurs plus propres et plus efficaces. Afin de satisfaire avec plus de précision aux euronormes de plus en plus sévères, le producteur consent d'énormes efforts pour améliorer sans cesse les composants céramiques dans ses technologies. C'est ainsi que les éléments chauffants céramiques très efficaces dans les sondes lambda font par exemple en sorte que les sondes commencent à mesurer plus vite et à réagir plus vite. Par ailleurs, NGK Spark Plug a développé divers types de sonde pour des applications spécifiques. Le fabricant propose des sondes à large bande dont la résistance électrique change, en fonction du rapport air-carburant.

SONDES LAMBDA

Les sondes lambda ou sondes à oxygène mesurent la part d'oxygène dans les gaz d'échappement et pilotent l'ECU du véhicule pour adapter le rapport air-carburant. Tout ce processus contribue à réduire effectivement les émissions nocives, mais optimise aussi la consommation de carburant et garantit une longue durée de vie du catalyseur. Les voitures modernes sont d'ordinaire équipées d'au moins deux sondes lambda, à savoir une sonde avant ou sonde régulatrice installée devant le catalyseur et une sonde arrière ou sonde de diagnostic montée derrière le catalyseur.

SORTES DE SONDES

Les sondes lambda existent dans trois types différents. On distingue les sondes pour lesquelles le signal évolue entre deux valeurs, les dénommées sondes lambda au dioxyde de zirconium et les sondes au dioxyde de titane, et les sondes qui peuvent mesurer et restituer une transition fluide entre différents rapports de mélange, les dénommées sondes lambda à large bande ou linéaires.

Sonde au zirconium

La sonde lambda au dioxyde de zirconium est la plus fréquente dans l'actuel parc de véhicules et est utilisée, en fonction du type de véhicule, comme sonde de régulation et/ou sonde de diagnostic. A partir d'une température de fonctionnement de 350 °C, obtenue par un réchauffeur intégré dans l'élément, la pièce-clé de la sonde est un élément digitiforme et creux en céramique, perméable aux ions d'oxygène. Dans un processus complexe, il se crée, en fonction de la teneur en oxygène résiduelle dans les gaz d'échappement, une tension électrique élevée ou basse qui est ensuite enregistrée par des électrodes et traitée par l'ECU.

Sonde au titane

Alors que, dans la sonde au zirconium, la tension détectable par l'ECU est générée par une différence dans la concentration d'oxygène, la résistance électrique du dioxyde de titane change proportionnellement à la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement. Des concentrations d'O2 élevées induisent une haute résistance dans le matériau de la sonde et la conduction augmente, au fur et à mesure que le mélange s'enrichit. Bien que cette technologie ne soit plus utilisée aujourd'hui dans l'équipement original, NGK Spark Plug la propose encore dans l'après-vente. 

Sonde linéaire ou à large bande

Les sondes lambda à large bande sont en mesure de donner un signal qui est proportionnel à la teneur en air résiduelle dans l'air d'échappement et peut dès lors régler des valeurs aléatoires désirées. Ces sondes sont utilisées comme sondes de réglage et de diagnostic pour moteurs à essence ou diesel.

FONCTIONNEMENT

Sonde au zirconium

L'élément sonde de la sonde lambda au zirconium est digitiforme et creux, l'intérieur étant en contact avec l'air ambiant et l'extérieur se situant dans le flux des gaz d'échappement. Les deux côtés sont pourvus d'une mince couche poreuse de platine qui agit comme une électrode. Lorsque la sonde lambda atteint la température de fonctionnement, les différentes concentrations d'oxygène entraînent le déplacement d'ions d'oxygène, ceci en guise de compensation, de l'air extérieur vers les gaz d'échappement. La différence de potentiel ainsi créée provoque une tension électrique sur les électrodes en platine.

Sonde au titane

Contrairement aux sondes lambda au dioxyde de zirconium, les sondes lambda au dioxyde de titane ne produisent pas de tension. A la place, un élément en dioxyde de titane change sa résistance électrique proportionnellement par rapport à la pression d'oxygène partielle dans le mélange de gaz. La conductivité du dioxyde de titane est plus faible avec une part d'oxygène élevée et fort logiquement plus grande avec une faible part d'oxygène. Quand une tension survient sur l'élément, la tension de sortie change conformément à la concentration d'oxygène des gaz d'échappement.

Sonde linéaire ou à large bande

Les sondes à large bande ont une cellule de mesure et une cellule de pompage. Dans la cellule de mesure, la teneur en oxygène des gaz d'échappement est comparée à la valeur souhaitée (450 mV). Lorsque cette valeur s'écarte de la valeur souhaitée, on pompe juste autant d'ions d'oxygène dans ou hors de la chambre de mesure à l'aide du courant de pompage. Ceci jusqu'à créer la valeur de tension souhaitée entre l'électrode du côté de l'air de référence et l'électrode de la chambre de mesure.

DIAGNOSTIC SUR LES SONDES LAMBDA

En raison de leur position intégrée, les sondes lambda sont exposées à des températures élevées, des produits chimiques agressifs et des vibrations, et subissent donc aussi une forte usure et un fort vieillissement. La conséquence est souvent un signal de sonde faible ou trop lent. Lorsque le réglage du moteur reçoit de tels signaux, il ne peut pas constater quelle est la composition du mélange brûlé à ce moment-là. Dès lors, un mélange 'gras' est automatiquement produit, d'où une plus grande consommation de carburant que nécessaire. De cette manière, le réglage du moteur garantit la puissance requise et les composants sont protégés de la surchauffe, mais une consommation de carburant accrue est également observée. Le catalyseur ne fonctionne plus comme il se doit, si bien que des substances nocives peuvent quand même aboutir dans l'environnement. Pour observer à temps des défectuosités, il est dès lors conseillé de faire subir un contrôle à la sonde lambda tous les 30.000 km.

CAUSES POSSIBLES D'UNE DEFECTUOSITE

Un fonctionnement perturbé du moteur, une consommation de carburant accrue ou une perte de puissance? Une sonde lambda défectueuse est souvent la cause des maux précités. Outre une usure naturelle, la présence d'huile, de silicone et d'eau est souvent à la base du mauvais fonctionnement d'une sonde à oxygène.

Huile

L'huile se fraie un chemin vers la sonde lambda le long du côté câblage et endommage la sonde de l'intérieur. Par l'effet dit de capillarité, l'huile, provenant d'une fuite sur un capteur de pression d'huile ou d'un actionneur d'arbre à cames, traverse le câblage, d'où elle pénètre dans l'air de référence dans la sonde, s'évapore et fait baisser la part d'oxygène dans l'air de référence. Dans un tel diagnostic, il est crucial de trouver l'origine de l'huile et de remédier à la fuite avant de remplacer la sonde.

Silicone

Le silicone peut être responsable du mauvais fonctionnement d'une sonde lambda. Comme de nombreux types d'huile dégrippante et de graisse contiennent des silicones, il n'est pas inhabituel que cette substance se fraie un chemin vers la sonde à oxygène. Le moteur peut aspirer l'huile dégrippante ou la graisse, par exemple après le remplacement de la tête de cylindre ou du turbocompresseur, ou l'échauffement du moteur fait en sorte que les silicones atteignent la sonde lambda. Comme le silicone obture la surface céramique poreuse de la sonde lambda, les ions ne peuvent plus passer et aucune tension n'est générée. Il est évident que ce défaut peut être évité par l'utilisation de produits sans silicone.

Choc thermique

La présence d'eau dans les gaz d'échappement peut aussi avoir des conséquences fâcheuses pour le fonctionnement de la sonde lambda. Dans ce qu'on appelle un choc thermique, l'eau froide entre en contact avec l'élément chaud, qui se fendille. Le plus souvent, il s'agit d'eau de condensation qui se forme par les incessants démarrages à froid, ou de fuites d'eau dans le moteur. Pour protéger la sonde, les éléments de chauffage actuels ne sont activés que quelques secondes après le démarrage du moteur. De plus, NTK va plus loin et développe des éléments de sonde qui résistent à un choc thermique causé par l'eau. 

TROUBLESHOOTING

Avant de procéder au remplacement de la sonde lambda, un contrôle visuel peut aussi apporter le remède:

• Sonde déformée:
  Une sonde déformée induit souvent un transfert erroné du signal. La cause est souvent un montage incorrect et le seul remède consiste à remplacer la sonde en question.
• Câble ou fiche qui a fondu:
  Ce genre de dégât indique quasi toujours un contact involontaire avec l'installation de gaz d'échappement et résulte dans le remplacement de la sonde.
• Dépôt de suie:
  Des fonctions incorrectes de la sonde lambda peuvent aussi être provoquées par un dépôt de suie sur l'enveloppe protectrice de la sonde. Un mélange trop gras, l'usure du moteur et des soupapes, ou des fuites dans le système des gaz d'échappement entraînent un dépôt de suie sur les ouvertures dans l'enveloppe protectrice, si bien que la sonde perd son fonctionnement optimal.
• Contacts rouillés:
  L'eau dans la fiche entraîne la corrosion des contacts. Lors du remplacement conseillé, l'assise de la fiche et toutes les connexions entre la sonde et l'ECU doivent être contrôlées avec précision.
• Câbles effilochés ou cassés:
  Si la sonde lambda est exposée à de fortes forces de traction, des câbles effilochés ou cassés peuvent en être la conséquence. Lors du remplacement de la sonde, on doit veiller à ne pas trop tendre le câble.
• Joint de câble détaché:
  Lorsque la sonde est intégrée trop serrée, le faisceau de câbles peut se détacher, si bien que l'eau peut pénétrer dans le capteur.
• Dépôt blanc ou gris:
  Un tel dépôt peut indiquer l'usage d'additifs ou le fait que le moteur brûle de l'huile. Il s'agit d'éliminer en premier la cause du problème avant de remplacer la sonde.

REMPLACER LA SONDE LAMBDA

Les symptômes ci-dessus entraînent à chaque fois le remplacement de la sonde à oxygène. Comme l'utilisation d'une boulonneuse peut endommager l'élément céramique, il est extrêmement important d'installer la nouvelle sonde à l'aide d'une clé pour sonde lambda spéciale. Il s'agit également d'installer la sonde avec prudence, ceci pour éviter de déchirer les fils ou de les entremêler. L'utilisation du couple de serrage recommandé par le constructeur automobile lors de l'installation est une condition indispensable, faut-il encore le souligner.