Sondes Lambda

03-04-2019 - Reportages

 Sondes Lambda: La haute technologie au service du client.


PARTIE I | Évolution et types.

 

1. Introduction 
2. Composants du sondes lambda
3. Evolution des sondes lambda
4. Types de sondes lambda
     4.1 Sondes lambda de zircone
     4.2 Sondes lambda en titane
     4.3 Sondes lambda large bande

 

1. INTRODUCTION

Le pétrole commence à se faire rare et nous nous dirigeons, à pas de géant, vers le véhicule électrique. Mais cette transition vers le véhicule 100% propre doit se faire en améliorant l'efficacité et l'écologie des véhicules à combustion actuels, qui seront encore présents pendant de nombreuses années sur le marché. Et, s'il semble paradoxal de parler d'écologie pour parler de véhicules polluants, on peut affirmer que les avancées technologiques de ces dernières années contribuent à réduire drastiquement les émissions de gaz nocifs dans l'atmosphère, qui sont responsables de l'effet de serre. Selon une étude récente de l’AMB (Área Metropolitana de Barcelone), concernant les PM (particules en suspension), une voiture d'il y a 20 ans pollue comme 36 voitures modernes et, en ce qui concerne la quantité de NOx (oxydes d'azote) elle pollue comme 5 voitures modernes. Si nous examinons les statistiques pour les motos, le rapport est de 1:17. C'est pourquoi les autorités européennes qui réglementent les émissions de gaz polluants ont mis en place des politiques de plus en plus restrictives. Depuis les années 1990 jusqu'à nos jours, les règles de l'UE ont été de plus en plus strictes, et d’autant plus avec l'entrée en vigueur des Euro 2 et Euro 3 successifs, jusqu'à l'Euro 6c actuel. Certains fabricants ont rencontré des problèmes et n'ont pas passé les tests. Cela a constitué un grand défi pour les ingénieurs des moteurs, des systèmes de postcombustion et de conception des sondes lambda. Le contrôle de l'émission de gaz est effectué par un logiciel qui gère l'UCE, le cerveau du véhicule. Mais, de la même manière que notre cerveau prend la décision de retirer la main en cas de brûlure, toute décision prise par l’UCE dépend directement de ce que les capteurs distribués dans le véhicule lui “transmettent”. L'un de ces capteurs, qui est placé dans le tuyau d'échappement et qui est précisément responsable de réduire l'émission de gaz nocifs dans l'atmosphère, est la célèbre sonde lambda (également appelée sonde d'oxygène) qui détecte en permanence la valeur de l'oxygène résiduel de combustion, dans les gaz de combustion, afin que l'UCE règle le mélange dans l'injection à la valeur optimale. Tous les véhicules équipés d'un catalyseur sont équipés d'au moins une sonde lambda (régulateur) placée avant le catalyseur. Toutefois, les véhicules qui utilisent l'OBD (On-Board Diagnostic), sont équipés d'une deuxième sonde lambda (diagnostic) située à l'arrière du catalyseur et qui informe du bon fonctionnement de la sonde lambda de réglage, corrigeant tout écart. Ils contrôlent également le cycle de vie du catalyseur et ils avertissent quand il est épuisé et doit être remplacé. Et pourquoi l'appelle-t-on sonde lambda ? Le facteur lambda (ƛ) est celui qui marque le rapport air-carburant par rapport au rapport stœchiométrique idéal qui est de 14,7 parties d'air pour 1 partie de carburant (en poids). Si cette comparaison donne un facteur lambda supérieur à 1, alors nous avons un mélange pauvre en carburant. Si le résultat du facteur lambda est inférieur à 1, nous avons un mélange riche en carburant.

 

2. COMPOSANTS DU SONDES LAMBDA


 
 
































3.  ÉVOLUTION DE SONDES LAMBDA



Il est important de savoir que les premières sondes lambda datent des années 1970, lorsque les sondes EGO de l'époque n'étaient pas chauffantes et avaient un temps de réponse utile supérieur à 120 secondes. Cela signifie qu'il fallait attendre plus de 2 minutes après le démarrage du véhicule pour que l’UCE reçoive une lecture claire, c'est-à-dire lorsque le moteur froid pollue davantage. De manière générale, on peut dire que pendant toutes ces années, l'objectif a été d'améliorer la vitesse, la stabilité et la précision de la réponse de la sonde, quel que soit le régime moteur, et de réduire le temps de mise en service, c'est-à-dire le temps nécessaire au capteur pour atteindre la température de travail, ainsi que sa résistance et sa durabilité. Les sondes ont considérablement évolué, notamment avec l'introduction de sondes chauffantes, l'émergence de sondes à réponse proportionnelle au paramètre lambda, également connues sous le nom de large bande ou AFR “air fuel ratio” et le développement de la technologie planaire, sur laquelle la société espagnole FAE, Francisco Albero, S.A.U., a beaucoup misé. En effet, depuis des années, elle a développé sa propre technologie planaire, en créant une salle blanche de plus de 700 m2 pour développer et fabriquer des milliers de capteurs et sondes haute technologie et de grande qualité pour ses clients dans le monde entier.
 

4. TYPES DE SONDES LAMBDA

 

 4.1 SONDE LAMBDA DE ZIRCONE

Les Sondes Lambda binaires, fabriquées avec de la céramique composée de dioxyde de zirconium ou zircone, contiennent un électrolyte solide qui fournit une tension électrique obtenue en comparant deux atmosphères (gaz d'échappement d'un côté et air extérieur de l'autre) et est sensible à la concentration en oxygène des gaz d'échappement. Les mélanges riches en carburant produisent une tension élevée et les mélanges pauvres une tension basse, donnant ainsi une réponse binaire on-off avec seulement deux valeurs : 0 ou 1, facilement interprétable par l'électronique.


 

4.2 SONDES LAMBDA EN TITANE

Le capteur de cette sonde est composé d'un élément céramique en dioxyde de titane. Contrairement aux sondes lambda à base de dioxyde de zirconium, celles-ci ne génèrent aucune tension et le matériau du capteur est immergé dans les gaz d'échappement, sans besoin d'air extérieur.
Ces sondes comportent toujours un élément chauffant et, à haute température, la résistance de ce matériau est sensible à la variation de la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement. Pour un mélange riche, la résistance descend à des valeurs minimales et pour un mélange pauvre, elle monte à des valeurs maximales. L’UCE alimente la sonde lambda avec une tension fixe et lit la réponse de la sonde lambda à travers un circuit diviseur de tension.

 

4.3 SONDES LAMBDA LARGE BANDE

Contrairement aux sondes lambda binaires en zircone, les sondes lambda large bande fournissent une réponse continue, et non binaire à la valeur lambda détectée. Pour cette raison, elles mesurent la composition des gaz d'échappement avec une grande précision, et peuvent être utilisées à la fois pour les moteurs diesel et essence.

Celles-ci contiennent deux cellules électrochimiques qui fonctionnent simultanément. L'une d'elles mesure le caractère riche ou pauvre du mélange de gaz, comme les sondes lambda binaires. L'autre cellule électrochimique réagit en fonction du signal de la première cellule et de la quantité d'oxygène dans les gaz de combustion. Le fonctionnement conjoint des deux cellules fournit un courant électrique positif pour les mélanges pauvres, négatif pour les mélanges riches et nul dans le cas d'un mélange parfait ou stœchiométrique.

 
Le courant généré par les sondes lambda à large bande est calibré et doit également être transformé en tension pour qu'il puisse être lu par l’UCE du véhicule. Pour ces raisons, la sonde incorpore une résistance d'étalonnage dans le connecteur. Cette résistance étant différente pour chaque sonde, il ne faut jamais remplacer une sonde lambda par une autre en coupant le câble.

 

Il existe deux types de sondes lambda à large bande: 

 

Les sondes à large bande de première génération contiennent un canal de référence d'air externe semblable à celui des sondes lambda binaires en zircone.


 

  • Les sondes à large bande de deuxième génération n'ont pas besoin de ce canal de référence pour fonctionner. Par rapport à la première génération, l'absence de canal permet d'économiser l'énergie consommée par ces sondes, le temps de chauffage initial est moindre et la stabilité du signal tout au long de sa vie utile est plus grande.

En fonction de l'application de chaque véhicule, une sonde large bande de première ou deuxième génération est nécessaire, sans être interchangeable entre elles.


 

. Différence de réponse entre une sonde lambda binaire en zircone et une sonde Air Fuel Ratio. La première fournit une réponse binaire (1 ou 0) mais celles de type Air Fuel Ratio fournissent une réponse progressive, ainsi, l’UCE peut mesurer avec précision, à tout moment, la composition des gaz d'échappement et agir avec plus de précision. En effet, la sonde lambda binaire en zircone indique uniquement si le mélange est riche ou pauvre, mais pas le niveau exact du mélange des gaz.