Testeur de sonde lambda – Comment contrôler l’exactitude du mélange ?

De quoi servirait le meilleur pot catalytique si ses constituants ne fonctionnent pas correctement ?

Parce qu’à côté du catalyseur proprement dit, dont la durée de vie est limitée, le capteur peut, lui aussi, être défaillant ou en panne. Mais un montage simple vous dira tout à son propos.

 

Capture

Le système actuel le plus efficace pour réduire considérablement l’émission de gaz nocif par les automobiles, c’est le catalyseur à trois voies équipé d’une sonde lambda. Le système joue sur la relation entre la richesse du mélange air-carburant qui alimente le moteur et la composition des gaz d’échappement.

Le catalyseur G, à réglage, se compose de plusieurs parties. Le pot catalytique inséré dans l’échappement modifie la composition des gaz par un genre de postcombustion, une oxydation, mais aussi par rupture de certaines liaisons chimiques, celles d’avec l’oxygène, produisant donc une réduction, sans pour autant consommer sa propre substance.

Le catalyseur G transforme ainsi les émanations nocives en gaz non polluants pour l’environnement.

La combustion des matières fossiles s’accompagne d’émission de radicaux HC (du carburant non brûlé), NOx (les oxydes d’azote) et CO (le monoxyde de carbone). Aussi longtemps que le rapport de 14 à 1 entre air et carburant est maintenu dans le mélange, le catalyseur est en mesure de convertir la plus grosse part des gaz nocifs.

Il réduit NOx en N2, (l’azote), séparé de O2 (l’oxygène) ; à l’inverse, il oxyde HC et CO en H2O (l’eau) et CO2 (le dioxyde de carbone). Ce sont des constituants naturels de notre environnement, en principe dénués de toxicité, sauf l’éventuel effet de serre que peut causer l’excès de CO2 dans l’atmosphère.

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Figure 1. La sonde lambda planar à large bande de Bosch.

Un capteur chaud :

La sonde lambda (figure 1), le cœur du dispositif régulateur, analyse la composition des gaz d’échappement de manière à optimiser le réglage électronique du mélange d’air et de carburant à l’admission. Le rapport entre le mélange gazeux issu de la combustion et celui qui a été consommé s’appelle, comme la onzième lettre de l’alphabet grec, lambda, à ne pas confondre avec la lambada, il y aurait de la java dans l’air !

À la proportion optimale de 14 à 1 correspond une valeur lambda de 1. Une sonde lambda se compose habituellement d’un récipient en céramique au dioxyde de zirconium (ZrO2), disposé dans l’échappement, garni d’une couche de platine perméable aux gaz et d’une céramique poreuse inusable.

L’intérieur du récipient est mis en communication avec l’air ambiant. Le fonctionnement de la sonde repose sur le fait qu’à une  température de la céramique supérieure à 600 ϒC, elle laisse passer les ions oxygène.

Il lui faut dès lors un élément chauffant interne supplémentaire pour l’amener à cette température. Si la teneur en O2 des gaz brûlés diffère sensiblement de celle de l’air, d’une paroi à l’autre de la céramique, une tension électrique apparaît aux électrodes,  proportionnelle à la valeur de lambda.

Ni trop pauvre, ni trop riche :

Pour un rapport idéal du mélange correspondant à un lambda de 14 à 1, on observe une tension pulsée de 0,5 V, la fréquence dépend de la constante de temps du circuit de réglage. Si la tension se maintient à 0,5 V, sans fluctuation, c’est le signe d’une panne dans le circuit de réglage, ou encore que la sonde est inactive ou froide.

Une tension qui se maintient durablement à une valeur plus grande indique un mélange trop riche, c’est-à-dire qu’il contient trop
peu d’air, une situation qui n’est tolérable que si le moteur est froid ou qu’il est à pleine charge, dans certains cas.

Sinon, il faudra contrôler le dispositif d’injection ou encore la température du capteur.

Pour un mélange trop pauvre, la tension chute sous les 0,5 V. Il peut s’agir également d’une situation acceptable, lors de la décélération active qui se produit quand on lève le pied à haut régime pour profiter du frein moteur.

Si tel n’est pas le cas, il y a lieu d’envisager un problème d’alimentation, une admission trop réduite de carburant.

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Figure 2. Le testeur de sonde lambda se résume à un voltmètre et une source de tension de référence commutable.

Une rangée de LED :

Ainsi donc, d’un point de vue d’électronicien, tout ce dont nous avons besoin pour contrôler le fonctionnement de la sonde lambda, c’est d’un simple voltmètre et très peu d’accessoires, comme le laisse présager la figure 2.

Le petit instrument de vérification, outre les raccords d’alimentation, présente deux points de contact avec le monde extérieur, pour le capteur repéré ici LAM et l’entrée de l’électronique de réglage, la borne CTR.

Le capteur se connecte à l’entrée signal d’une puce d’attaque d’une colonne de LED LM3914, bien connue de tout un chacun. Le réseau R2 et C5 constitue un filtre passe-bas destiné à éliminer les pics de tension parasites à l’entrée du signal.

La tension de référence du LM3914 est déterminée par R1 et R8 de manière telle que la fenêtre de tension observable se situe entre 0 V (D1) et 1 V (D10), par échelons de 0,1 V, et c’est D6 qui y figure la valeur idéale de 0,5 V.

La broche Mode reste en l’air, si bien que l’afficheur travaille à point unique, une seule LED s’éclaire à la fois. Le câble du véhicule qui assure le lien entre capteur et régulateur doit évidemment être débranché avant de mettre en service l’appareil de test.

On peut éventuellement le retirer de la prise pour le connecter sur le testeur.

Suivi et contrôle :

Le commutateur S1 autorise divers modes de fonctionnement. Dans la position médiane où il est représenté, Re1 établit la liaison entre CTR et LAM. La boucle de régulation est fermée, l’appareil travaille en surveillance, il ne fait qu’observer la sortie de la sonde et en affiche la tension instantanée.

Il peut donc rester en service au cours du fonctionnement normal de la voiture. Il faut toutefois mentionner qu’alors le véhicule peut ne
plus être conforme aux prescriptions concernant la garantie.

Dans les deux autres positions du commutateur, l’appareil fonctionne comme testeur, la boucle de régulation est ouverte, de sorte que le mélange d’alimentation peut être rendu trop riche si le commutateur est en position Test-Hi, ou trop pauvre, en face de Test-Lo.

La tension pulsée provient du diviseur de tension R3 à R5, commutée par Re2.

Les LED D15 et D16 indiquent la tension d’essai choisie, D15 pour la plus haute, D16 pour la plus basse. La commande de mélange d’injection s’efforce alors d’optimiser le rapport, tantôt de l’enrichir pour une basse tension, de l’appauvrir s’il est soumis à une tension
plus grande.

L’alimentation stabilisée s’obtient de la manière habituelle, à l’aide d’un 78L05. La diode D17 empêche que le montage ne soit endommagé lors d’une éventuelle inversion de polarité. En sortie, on trouve une tension continue stable et bien filtrée de +5 V.

Les relais se branchent directement sur le +12 V.

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Figure 3. Les LED, sur la platine, tracent une courbe de réglage.

Liste des composants :

Résistances :
R1 = 6kΩ81
R2 = 1 kΩ
R3 = 8kΩ2
R4 = 1kΩ5
R5 = 330 Ω
R6,R7 = 4kΩ7
R8 = 2kΩ49

Condensateurs :
C1,C2 = 10 nF
C3,C4 = 10 μF/63 V vertical
C5 = 1 nF

Semi-conducteurs :
D1 à D10 = LED 3 mm rouge
D11,D13 à D16,D19 = 1N4148
D17 = LED 3 mm jaune
D18 = LED 3 mm verte
IC1 = LM3914 (National Semiconductor)
IC2 = 78L05

Divers :
S1 = inverseur unipolaire à position médiane encastrable en équerre
Re1 à Re3 = relais LS (Reed) unipolaire tel que, par exemple, Siemens V23100-V4312C000

La courbe de réglage en point de mire :

Ainsi que vous pouvez le voir à la figure 3, les LED sur la platine du testeur de sonde lambda sont disposées en forme de courbe de réglage. Si les diodes s’éclairent dans la zone médiane délimitée, le catalyseur G a toutes les chances de fonctionner correctement.

Si le point lumineux se déplace du côté des LED D9 et D10, le mélange est trop riche, il est en revanche trop pauvre vers D1.

Les LED dans le mode de test se trouvent en regard de la courbe de réglage, de manière telle que le contrôle du mélange puisse être corrigé précisément pour la valeur de lambda correspondante.

L’assemblage des composants sur la platine et la mise en boîte ne devrait pas poser problème. La puce IC1 et les deux relais à lames souples doivent se loger dans des supports. Mieux vaut souder les LED en premier, question de s’assurer d’une parfaite coïncidence
avec les trous dans le boîtier.

Mais c’est au câblage qu’il faut accorder toute son attention. Il convient de prélever la tension du capteur sur un connecteur situé aussi près que possible de la sonde et transmettre le signal impérativement sous câble blindé au testeur.

La liaison au régulateur se réalise, elle aussi, en câble blindé.

Source : Elektor
Auteur : n/c

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