L'appareil et le principe de fonctionnement du capteur d'oxygène

Capteur d'oxygène - un appareil conçu pour enregistrer la quantité d'oxygène restant dans les gaz d'échappement d'un moteur de voiture. Il est situé dans le système d'échappement près du catalyseur. Sur la base des données reçues par le générateur d'oxygène, le calculateur électronique du moteur (ECU) corrige le calcul de la proportion optimale du mélange air-carburant. Le rapport d'air en excès dans sa composition est indiqué dans l'industrie automobile par la lettre grecque lambda (λ), en raison de laquelle le capteur a reçu un deuxième nom - sonde lambda.

Facteur d'air excédentaire λ

Avant de démonter la conception du capteur d'oxygène et le principe de son fonctionnement, il est nécessaire de déterminer un paramètre aussi important que le rapport d'air en excès du mélange air-carburant: ce que c'est, ce qu'il affecte et pourquoi il est mesuré par le capteur.

Dans la théorie du fonctionnement de l'ICE, il existe un concept tel que rapport stoechiométrique - c'est la proportion idéale d'air et de carburant, à laquelle la combustion complète du carburant se produit dans la chambre de combustion du cylindre du moteur. C'est un paramètre très important sur la base duquel le débit de carburant et les modes de fonctionnement du moteur sont calculés. Cela équivaut à 14,7 kg d'air pour 1 kg de carburant (14,7: 1). Naturellement, une telle quantité de mélange air-carburant n'entre pas dans le cylindre à un moment donné, c'est juste une proportion qui est recalculée pour des conditions réelles.

Rapport d'air excédentaire (λ) Est le rapport entre la quantité réelle d'air entrant dans le moteur et la quantité théoriquement nécessaire (stoechiométrique) pour une combustion complète du carburant. En termes simples, il s'agit de «combien plus (moins) d'air est entré dans le cylindre qu'il n'aurait dû».

En fonction de la valeur de λ, il existe trois types de mélange air-carburant:

• λ = 1 - mélange stoechiométrique;
• λ <1 - mélange «riche» (excrétion - soluble; carence - air);
• λ> 1 - mélange «pauvre» (excès - air; manque - carburant).

Les moteurs modernes peuvent fonctionner avec les trois types de mélange, en fonction des tâches actuelles (économie de carburant, accélération intensive, réduction de la concentration de substances nocives dans les gaz d'échappement). Du point de vue des valeurs optimales de la puissance du moteur, le coefficient lambda doit avoir une valeur d'environ 0,9 (mélange «riche»), la consommation minimale de carburant correspondra au mélange stoechiométrique (λ = 1). Les meilleurs résultats pour le nettoyage des gaz d'échappement seront également observés à λ = 1, car le fonctionnement efficace du pot catalytique se produit avec une composition stoechiométrique du mélange air-carburant.

Objectif des capteurs d'oxygène

Deux capteurs d'oxygène sont utilisés en standard dans les voitures modernes (pour un moteur en ligne). Un devant le catalyseur (sonde lambda supérieure), et le second après (sonde lambda inférieure). Il n'y a pas de différences dans la conception des capteurs supérieur et inférieur, ils peuvent être identiques, mais ils remplissent des fonctions différentes.

Le capteur d'oxygène supérieur ou avant détecte l'oxygène restant dans les gaz d'échappement. Sur la base du signal de ce capteur, le calculateur moteur «comprend» le type de mélange air-carburant sur lequel tourne le moteur (stoechiométrique, riche ou pauvre). En fonction des lectures de l'oxygénateur et du mode de fonctionnement requis, l'ECU ajuste la quantité de carburant fournie aux bouteilles. Typiquement, le débit de carburant est ajusté vers le mélange stoechiométrique. Il convient de noter que lorsque le moteur chauffe, les signaux du capteur sont ignorés par l'ECU du moteur jusqu'à ce qu'il atteigne sa température de fonctionnement. La sonde lambda inférieure ou arrière est utilisée pour ajuster davantage la composition du mélange et surveiller l'aptitude au service du convertisseur catalytique.

La conception et le principe de fonctionnement du capteur d'oxygène

Il existe plusieurs types de sondes lambda utilisées dans les voitures modernes. Considérons la conception et le principe de fonctionnement du plus populaire d'entre eux - un capteur d'oxygène à base de dioxyde de zirconium (ZrO2). Le capteur se compose des principaux éléments suivants:

• Electrode externe - entre en contact avec les gaz d'échappement.
• Electrode interne - en contact avec l'atmosphère.
• Élément chauffant - utilisé pour chauffer le capteur d'oxygène et l'amener à la température de fonctionnement plus rapidement (environ 300 ° C).
• Electrolyte solide - situé entre deux électrodes (zircone).
• Logement
• Protection de pointe - a des trous spéciaux (perforations) pour la pénétration des gaz d'échappement.

Les électrodes extérieure et intérieure sont recouvertes de platine. Le principe de fonctionnement d'une telle sonde lambda repose sur l'apparition d'une différence de potentiel entre des couches de platine (électrodes), sensibles à l'oxygène. Cela se produit lorsque l'électrolyte est chauffé, lorsque les ions oxygène le traversent de l'air atmosphérique et des gaz d'échappement. La tension aux électrodes du capteur dépend de la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement. Plus il est élevé, plus la tension est basse. La plage de tension du signal du capteur d'oxygène est comprise entre 100 et 900 mV. Le signal a une forme sinusoïdale, dans laquelle trois régions sont distinguées: de 100 à 450 mV - mélange pauvre, de 450 à 900 mV - mélange riche, 450 mV correspond à la composition stœchiométrique du mélange air-carburant.

Ressource oxygénateur et ses dysfonctionnements

La sonde lambda est l'un des capteurs les plus rapidement usés. Cela est dû au fait qu'il est constamment en contact avec les gaz d'échappement et que sa ressource dépend directement de la qualité du carburant et de l'aptitude au service du moteur. Par exemple, un réservoir d'oxygène en zirconium a une ressource d'environ 70 à 130 XNUMX kilomètres.

Étant donné que le fonctionnement des deux capteurs d'oxygène (supérieur et inférieur) est surveillé par le système de diagnostic embarqué OBD-II, si l'un d'entre eux échoue, une erreur correspondante sera enregistrée et le témoin lumineux «Check Engine» sur le tableau de bord s'allumera. Dans ce cas, vous pouvez diagnostiquer un dysfonctionnement à l'aide d'un scanner de diagnostic spécial. Parmi les options budgétaires, vous devez faire attention à Scan Tool Pro Black Edition.

Ce scanner fabriqué en Corée diffère des analogues par sa haute qualité de construction et sa capacité à diagnostiquer tous les composants et assemblages d'une voiture, et pas seulement le moteur. Il est également capable de suivre les lectures de tous les capteurs (y compris l'oxygène) en temps réel. Le scanner est compatible avec tous les programmes de diagnostic courants et, connaissant les valeurs de tension admissibles, on peut juger de la santé du capteur.

Lorsque le capteur d'oxygène fonctionne correctement, la caractéristique du signal est une sinusoïde régulière, affichant une fréquence de commutation d'au moins 8 fois en 10 secondes. Si le capteur est en panne, alors la forme du signal sera différente de celle de référence, ou sa réponse à un changement dans la composition du mélange sera considérablement ralentie.

Les principaux dysfonctionnements du capteur d'oxygène:

• usure pendant le fonctionnement («vieillissement» du capteur);
• circuit ouvert de l'élément chauffant;
• la pollution.

Tous ces types de problèmes peuvent être déclenchés par l'utilisation de carburant de mauvaise qualité, la surchauffe, l'ajout de divers additifs, la pénétration d'huiles et d'agents de nettoyage dans la zone de fonctionnement du capteur.

Signes de dysfonctionnement de l'oxygénateur:

• Indication du témoin de dysfonctionnement sur le tableau de bord.
• Perte de puissance.
• Mauvaise réponse à la pédale d'accélérateur.
• Moteur au ralenti irrégulier.

Types de sondes lambda

En plus de la zircone, du titane et des capteurs d'oxygène à large bande sont également utilisés.

• Titane. Ce type de chambre à oxygène comporte un élément sensible au dioxyde de titane. La température de fonctionnement d'un tel capteur commence à 700 ° C. Les sondes lambda en titane ne nécessitent pas d'air atmosphérique, car leur principe de fonctionnement est basé sur une modification de la tension de sortie, en fonction de la concentration d'oxygène dans l'échappement.
• La sonde lambda large bande est un modèle amélioré. Il se compose d'un capteur cyclone et d'un élément de pompage. Le premier mesure la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement, enregistrant la tension causée par la différence de potentiel. Ensuite, la lecture est comparée à la valeur de référence (450 mV), et, en cas d'écart, un courant est appliqué, provoquant l'injection d'ions oxygène de l'échappement. Cela se produit jusqu'à ce que la tension devienne égale à celle donnée.

La sonde lambda est un élément très important du système de gestion du moteur, et son dysfonctionnement peut entraîner des difficultés de conduite et provoquer une usure accrue des autres pièces du moteur. Et comme il ne peut pas être réparé, il doit être immédiatement remplacé par un neuf.