Pour mesurer la richesse du mélange, on a recours à la sonde à oxygène ou Lambda implantée en amont du pot catalytique. Son emplacement est précis car il conditionne l'efficacité de la mesure réalisée par la sonde. La sonde ne transmet un signal correct qu'à partir de 350 °C pour une sonde non chauffée et de 200 °C pour une sonde chauffée. (donc 350° dans notre cas). De plus, exposée à une température trop importante, il y a risque de détérioration de la liaison électrique de la sonde.
L'élément de mesure est réalisée par un tube en céramique (dioxyde de zirconium) qui constitue un électrolyte solide et offre une certaine conductibilité. C'est le déplacement des ions d'oxygène d'une face vers l'autre du tube poreux qui créé une faible tension électrique mesurable entre les deux faces. Cette tension de sonde varie entre 100 et 800 millivolts (mV) soit une valeur inférieure à 1 volt. Cette variation de tension ou tension de sonde est exploitée pour déterminer la richesse du mélange et induire une correction.
La tension fournie par la sonde n'est pas constante, elle oscille entre deux seuils et le calculateur la compare à une tension de référence. La forme globale du signal est une sinusoïde. Si la tension de sonde se trouve au-dessus de la tension de référence, le mélange est considéré comme riche et le calculateur doit réduire le temps d'ouverture du ou des injecteurs pour abaisser la richesse du mélange. Avec une tension plus basse que la tension de référence, c'est l'effet inverse. C'est l'augmentation de la proportion d'oxygène dans le mélange qui produit une chute de tension de sonde interprétée par le calculateur qui augmente le temps d'ouverture des injecteurs. Le taux du mélange remonte et le cycle de régulation se renouvelle selon une certaine fréquence qui doit être aussi régulière et stable que possible.
La courbe de réponse
Une déstabilisation de cette fréquence traduit une anomalie de la sonde. Le mot fréquence introduit la notion de temps. Il faut un certain temps à la sonde pour transmettre un signal correct approprié dans le sens enrichissement (montée en tension) ou un signal dans le sens appauvrissement (baisse de tension). L'ensemble de ces données constitue la courbe de réponse de la sonde. Cette courbe dépend du type de la sonde, de son vieillissement, de son état ainsi que de la température des gaz d'échappement.
Pour donner une idée de la finesse du signal à transmettre, il faut savoir qu'entre les deux seuils de tension de sonde mini et maxi, la plage totale et réellement exploitée est de 0,7 volts. Sachant que la valeur de référence se situe environ au milieu (soit 0,45 V), on peut donc apprécier la faible marge de part et d'autre de cette valeur, soit 3,5 dixièmes de volts.
Toutefois, la régulation n'est pas active dans certains cas, soit :
- pendant le démarrage,
- tant que le moteur est en phase de réchauffage,
- en phase d'accélération ou à pleine charge du moteur,
- en décélération moteur.
- lorsque la sonde Lambda n'est pas à sa température normale de service.
En dehors du dernier cas, la mise hors fonction de la régulation et son rétablissement est gérée automatiquement par le calculateur d'injection. En cas d'anomalie du système de régulation y compris de la sonde, le témoin d'autodiagnostic au tableau de bord est allumé et l'origine de l'anomalie est mémorisée sous forme de code numérique dans le calculateur.
Anomalies des sondes
Une sonde Lambda peut perdre son aptitude à produire un signal significatif. Les causes peuvent être diverses : vieillissement normal ou prématuré, interventions sur le véhicule, pannes accidentelles.
Les pores de la céramique de la sonde sont obstrués par des dépôts. La sonde manque de sensibilité ou donne un signal avec une courbe de réponse trop lente.
L'origine peut être due à une contamination par :
- Le plomb, d'où l'utilité de disposer d'orifices de remplissage de réservoir différents pour réduira les risques. Il faut savoir que deux ou trois pleins faits avec de l'essence plombée suffisent à détruire la sonde et aussi le catalyseur. Ce sont les composés gazeux du plomb transformés en sulfate de plomb solide qui bouchent les pores de la céramique. Ceci, allié à une température dépassant temporairement 800 °C suffit à créer une vitrification de la surface de la sonde
- Le silicium. Il peut être introduit dans le moteur soit par aspiration de très fins grains de sable par l'admission d'air en atmosphère très poussiéreuse, soit par l'utilisation de joints à composants de silicone dans les circuits d'alimentation en carburant. La première cause peut être réduite en accordant une attention particulière à la filtration d'air, au niveau de l'utilisateur (remplacement du filtre en respectant la périodicité préconisée par le constructeur). La seconde cause concerne le constructeur et les équipementiers. Comme pour le plomb, c'est l'oxydation des composés du silicium qui vitrifie la céramique de la sonde. Le résultat est un manque de sensibilité qui conduit à un mélange trop pauvre se traduisant par des à-coups dans la conduite. Toutefois des sondes Lambda ayant subi un traitement renforcé, par couche de protection supplémentaire pour résister au silicium, sont proposées par les équipementiers. De plus une sonde à chauffage 18 watts résiste mieux à l'empoisonnement au silicium.
- Les autres dépôts. Les dépôts de carbone résultant d'un fonctionnement avec un mélange enrichi après un départ à froid ne présentent pas trop d'inconvénients. En principe, la régulation Lambda est inactive pendant cette phase et ces dépôts sont brûlés entre 200 et 600 °C. Toutefois il existe des dépôts d'une autre nature comme ceux qui sont dus à une consommation d'huile excessive pouvant vitrifier la surface de la céramique de la sonde. On estime la quantité d'huile maxi admissible à 0,4 litre pour 1 000 kilomètres (0,7 I / 1 000 km avec une sonde traitée renforcée). Au delà de cette quantité, les durées de vie de la sonde Lambda et du catalyseur sont fortement écourtées.
