Capteur d'oxygène automobile.
Le capteur d'oxygène automobile est le capteur de rétroaction clé du système de contrôle du moteur EFI ; il constitue l'élément essentiel pour contrôler les émissions d'échappement des automobiles, réduire la pollution environnementale automobile et améliorer la qualité de la combustion du carburant du moteur automobile.
Il existe deux types de capteurs d'oxygène : à base de zircone et à base de dioxyde de titane.
Le capteur d'oxygène utilise des éléments sensibles en céramique pour mesurer le potentiel d'oxygène dans divers fours de chauffage ou tuyaux d'échappement, calculer la concentration d'oxygène correspondante selon le principe de l'équilibre chimique, surveiller et contrôler le rapport air-combustible de combustion dans le four, garantir la qualité du produit et les normes d'émission des gaz d'échappement des éléments de mesure, largement utilisé dans tous les types de combustion de charbon, de pétrole, de gaz et autres contrôles d'atmosphère de four.
Le capteur d'oxygène est utilisé pour contrôler électroniquement le système de contrôle de rétroaction du dispositif d'injection de carburant afin de détecter la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement et la densité du rapport air-carburant, de surveiller la combustion théorique du rapport air-carburant (14,7:1) dans le moteur et d'envoyer des signaux de rétroaction à l'ordinateur.
Principe de fonctionnement
Le capteur d'oxygène fonctionne de manière similaire à une pile, l'oxyde de zirconium qui le compose jouant le rôle d'électrolyte. Son principe de fonctionnement est le suivant : dans certaines conditions (haute température et catalyse au platine), la différence de concentration en oxygène entre l'intérieur et l'extérieur de l'oxyde de zirconium génère une différence de potentiel ; plus cette différence est importante, plus la différence de potentiel est élevée. L'oxygène présent dans l'atmosphère représente 21 %. Les gaz d'échappement issus d'une combustion concentrée ne contiennent pas d'oxygène, tandis que ceux issus d'une combustion partielle ou d'une combustion incomplète en contiennent davantage, mais toujours bien moins que dans l'atmosphère.
Sous l'effet catalytique de la haute température et du platine, l'oxygène fixé à la sonde lambda est consommé, générant ainsi une différence de potentiel. La tension de sortie du mélange concentré est proche de 1 V, tandis que celle du mélange dilué est proche de 0 V. Le rapport air-carburant est contrôlé en fonction du signal de la sonde lambda afin d'ajuster la durée d'injection. La commande électronique de la sonde lambda est donc essentielle au dosage du carburant. La sonde lambda ne peut fonctionner de manière optimale et ne génère une tension de sortie qu'à haute température (au-delà de 300 °C). Sa réponse aux variations du mélange est maximale aux alentours de 800 °C.
Conseils
La sonde à oxygène à dioxyde de zirconium reflète la variation de concentration du mélange combustible par une variation de tension, tandis que la sonde à oxygène à dioxyde de titane la reflète par une variation de résistance. Le système de contrôle électronique utilisant la sonde à oxygène à dioxyde de zirconium ne parvient pas à maintenir le rapport air/carburant réel proche du rapport air/carburant théorique lorsque les conditions de fonctionnement du moteur se dégradent, contrairement à la sonde à oxygène à dioxyde de titane qui permet de maintenir ce rapport proche du rapport air/carburant théorique même dans ces conditions.
Le volume d'injection (largeur d'impulsion d'injection) ajusté par l'unité de commande sur une courte période de temps en fonction du signal du capteur d'oxygène est appelé correction de carburant à court terme, qui est contrôlée par la tension de sortie du capteur d'oxygène.
La correction de carburant à long terme est la valeur déterminée par la modification, par l'unité de contrôle, de la structure des données de fonctionnement de cette dernière en fonction de la variation du coefficient de correction de carburant à court terme.
Défaut commun
En cas de défaillance de la sonde lambda, le calculateur du système d'injection électronique ne reçoit plus d'information sur la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement. Il ne peut donc plus réguler le rapport air/carburant, ce qui entraîne une augmentation de la consommation de carburant et des émissions polluantes. Le moteur peut alors présenter un ralenti instable, des ratés d'allumage, des à-coups et d'autres dysfonctionnements. Il est donc impératif de remédier à cette défaillance ou de remplacer la sonde sans délai [1].
Faute d'empoisonnement
L'encrassement des sondes lambda est une panne fréquente et difficile à prévenir, notamment avec l'utilisation régulière d'essence au plomb. Même une sonde neuve a une durée de vie limitée à quelques milliers de kilomètres. En cas d'encrassement mineur, un plein d'essence sans plomb permet d'éliminer le plomb présent à la surface de la sonde et de rétablir son fonctionnement normal. Cependant, la température élevée des gaz d'échappement provoque souvent la pénétration du plomb à l'intérieur de la sonde, entravant la diffusion des ions oxygène et la rendant inopérante. Il est alors impératif de la remplacer.
De plus, l'empoisonnement des sondes à oxygène par le silicium est un phénomène courant. En général, la silice générée par la combustion des composés de silicium contenus dans l'essence et l'huile de lubrification, ainsi que les gaz de silicone émis par une utilisation inappropriée des joints d'étanchéité en caoutchouc silicone, peuvent entraîner la défaillance de la sonde à oxygène. Il est donc essentiel d'utiliser un carburant et une huile de lubrification de bonne qualité.
Lors de la réparation, il est essentiel de sélectionner et d'installer correctement les joints en caoutchouc, de ne pas appliquer de solvants ni d'agents antiadhésifs autres que ceux spécifiés par le fabricant sur le capteur, etc. Une mauvaise combustion du moteur peut entraîner la formation de dépôts de carbone à la surface du capteur d'oxygène, ou l'infiltration d'huile, de poussière et d'autres sédiments à l'intérieur de celui-ci. Ceci peut entraver ou bloquer l'arrivée d'air extérieur et perturber le signal de sortie du capteur. Le calculateur moteur ne peut alors plus corriger le rapport air/carburant à temps. La formation de dépôts de carbone se traduit principalement par une augmentation de la consommation de carburant et une hausse significative des émissions polluantes. Dans ce cas, l'élimination des sédiments permet un retour à un fonctionnement normal.
Fissuration de la céramique
La céramique de la sonde à oxygène est dure et fragile ; un choc avec un objet dur ou un souffle d'air puissant peut la briser et la rendre inutilisable. Il est donc essentiel d'être particulièrement prudent lors de toute intervention et de la remplacer rapidement.
Le fil de bloc est brûlé
Le fil de résistance chauffant est brûlé. Dans le cas d'une sonde à oxygène chauffée, si ce fil est brûlé, la sonde aura du mal à atteindre sa température de fonctionnement normale et deviendra inutilisable.
Déconnexion de la ligne
Le circuit interne du capteur d'oxygène est déconnecté.
Méthode d'inspection
vérification de la résistance du chauffage
Débranchez le connecteur du capteur d'oxygène et mesurez la résistance entre la borne chauffante et la borne métallique du capteur à l'aide d'un multimètre. La valeur de résistance doit être comprise entre 4 et 40 Ω (reportez-vous aux instructions du modèle). Si elle est hors norme, remplacez le capteur d'oxygène.
Mesure de la tension de rétroaction
Pour mesurer la tension de retour de la sonde lambda, débranchez le connecteur de la sonde. Un fil fin doit être raccordé à la borne de sortie de la tension de retour de la sonde, conformément au schéma électrique du modèle, puis reconnecté au connecteur. La tension de retour peut être mesurée sur ce fil pendant le fonctionnement du moteur (sur certains modèles, la mesure peut également se faire via la prise de diagnostic). Par exemple, sur certains véhicules Toyota, cette mesure peut être effectuée directement sur les bornes OX1 ou OX2 de la prise de diagnostic.
Pour mesurer la tension de retour du capteur d'oxygène, il est préférable d'utiliser un multimètre à aiguille de faible calibre (généralement 2 V) et à haute impédance (résistance interne supérieure à 10 MΩ). Les méthodes de détection spécifiques sont les suivantes :
1. Faire chauffer le moteur jusqu'à sa température de fonctionnement normale (ou le faire tourner à 2500 tr/min après le démarrage pendant 2 min) ;
2. Connectez la borne négative du multimètre à E1 ou à l'électrode négative de la batterie dans la prise de détection des défauts, et la borne positive à la prise OX1 ou OX2 dans la prise de détection des défauts, ou au numéro | sur la prise du faisceau de câbles du capteur d'oxygène.
3. Laissez le moteur tourner à environ 2 500 tr/min et vérifiez si l’aiguille du voltmètre oscille entre 0 et 1 V. Notez le nombre d’oscillations en 10 s. En conditions normales, avec le fonctionnement du régulateur, la tension de retour du capteur d’oxygène oscillera constamment autour de 0,45 V, et cette tension devrait varier au moins 8 fois en 10 s.
Si la valeur est inférieure à 8, cela signifie que la sonde lambda ou le système de régulation ne fonctionne pas correctement. Ceci peut être dû à une accumulation de carbone sur la surface de la sonde, réduisant ainsi sa sensibilité. Pour y remédier, faites tourner le moteur à 2 500 tr/min pendant environ 2 minutes afin de dissoudre les dépôts de carbone, puis vérifiez la tension de retour. Si l'aiguille du voltmètre continue de varier lentement après le décapage, cela indique que la sonde lambda est endommagée ou que le circuit de régulation du calculateur présente un dysfonctionnement.
4. Inspection de la couleur d'aspect du capteur d'oxygène
Retirez la sonde lambda du pot d'échappement et vérifiez si l'orifice de ventilation du boîtier est obstrué et si le noyau en céramique est endommagé. Si c'est le cas, remplacez la sonde lambda.
Les défauts peuvent également être déterminés en observant la couleur de la partie supérieure du capteur d'oxygène :
1, partie supérieure gris clair : il s'agit de la couleur normale du capteur d'oxygène ;
2, dessus blanc : causé par une pollution au silicium, le capteur d'oxygène doit être remplacé à ce moment-là ;
3, dessus brun (comme indiqué sur la figure 1) : causé par une pollution au plomb, si grave, il faut également remplacer le capteur d'oxygène ;
(4) Couche noire : causée par un dépôt de carbone, après avoir éliminé le défaut de dépôt de carbone du moteur, le dépôt de carbone sur le capteur d'oxygène peut généralement être éliminé automatiquement.
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