La sonde à oxygène de type ampérométrique

Description détaillée
Méthodes et pratiques
Impact sur les compétences en atelier
Exemple d’outillage approprié

Innovation créatrice de nouvelles compétences: Oui
Innovation génératrice de nouvelles activités: Non
Phase de développement de l'innovation: Commercialisé depuis plusieurs années

Date de création: 14 octobre 2019
Date de mise à jour: 14 octobre 2019

En bref

La mise en place des nouvelles normes antipollution (Euro 6d-Temp et Euro 6d) oblige les constructeurs à réduire les émissions polluantes et la consommation de leurs moteurs. De nouveaux capteurs plus performants peuvent être nécessaire pour limiter le rejet des produits les plus nocifs. La sonde à oxygène traditionnelle à saut de tension ne permet plus de surveiller correctement les gaz d'échappement.

La sonde à oxygène à large bande est particulièrement adaptée au contrôle des gaz d'échappement sur des plages de fonctionnement étendues. Ce type de sonde devient donc indispensable pour le contrôle des moteurs de dernière génération. Grace à sa simplicité de fonctionnement, la sonde à oxygène à large bande de type ampérométrique peut être une alternative à la sonde à large bande universelle.

Innovation créatrice de nouvelles compétences: Oui
Innovation génératrice de nouvelles activités: Non
Phase de développement de l'innovation: Commercialisé depuis plusieurs années

Date de création: 14 octobre 2019
Date de mise à jour: 14 octobre 2019

Description détaillée

Présentation de la sonde ampérométrique :

Il s'agit d'une sonde à oxygène à large bande, elle possède 4 fils. Elle mesure la valeur Lambda (λ) sur une plage moins étendue que la sonde universelle (LSU).
Ses différents noms :

Sonde à courant limite.
Sonde large bande à 4 fils.
Sonde linéaire à 4 fils.
Sonde large bande mono-cellule.

Ses caractéristiques :

Sa constitution de base est identique à celle d'une sonde à oxygène à saut de tension. Elle est "l'ancêtre" de la sonde à large bande universelle (LSU).
Elle est constituée :

D'une cellule en céramique (cellule de Nernst au dioxyde de Zirconium) ;
D'un système de chauffage électrique identique aux sondes classiques à saut de tension.

Il existe 2 architectures de sonde :

Les sondes dotées d'un orifice de diffusion calibré.
Les sondes dotées d'une couche poreuse de diffusion.

Son fonctionnement :

Le calculateur applique une différence de potentiel d'environ 0,45 V sur les 2 électrodes de la sonde.

Le fonctionnement à Lambda > 1 :

Lorsque le mélange admis s'appauvrit, la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement augmente. La tension de Nernst aux bornes de la cellule de référence chute (exemple : U < 450 mV).
Ce déséquilibre électrique génère un courant "I" positif.
Exemple :

I = + 0.50 mA
Lambda = 1.2

Le fonctionnement à Lambda < 1 :

Lorsque le mélange admis s'enrichit, la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement diminue. La tension de Nernst aux bornes de la cellule de référence augmente (exemple : U > 450 mV).
Ce déséquilibre électrique génère un courant "I" négatif.
Exemple :

I = - 0.50 mA
Lambda = 0.8

Le principe de mesure du Lambda :

Lorsque le moteur fonctionne à chaud, la tension de Nernst aux bornes de la cellule de référence est maintenue par le calculateur à une valeur fixe (exemple 450 mV). Le courant "I" circulant aux bornes de la cellule de référence est représentatif de la quantité d'oxygène contenue dans les gaz d'échappement, donc du dosage admis par le moteur. Pour effectuer la lecture du dosage (Lambda ou richesse), le calculateur interprète la valeur et le sens du courant "I". Cette intensité "I" est convertie en tension Us qui correspond au dosage. La tension Us est visible dans l'outil de diagnostic dans le menu « Mesure des paramètres ».

Nota : Sur certains systèmes de gestion moteur, la tension aux bornes de la cellule de référence peut être maintenue à 400 mV.

Exemple de paramètres relevés sur véhicule Renault :

Les contrôles à l'atelier :

Pour valider le bon fonctionnement d'une sonde O2 ampérométrique, il faut comparer la valeur "Lambda" lue à l'analyseur de gaz avec la valeur "Lambda" communiquée par l'outil de diagnostic (Us, Lambda ou richesse).

La tension de Nernst peut être mesurée à l'aide d'un multimètre.
Le contrôle du courant circulant aux bornes de la cellule de référence est très difficile à mettre en œuvre, l'intensité est difficile à interpréter.

Diffusion sur le marché	Cette sonde ampérométrique équipe principalement des véhicules asiatiques. On peut la rencontrer également sur certains véhicules européens. Elle peut être utilisée sur les motorisations essence et diesel. Grace à sa prise de
Constructeurs concernés	Cette sonde équipe les véhicules des marques : Toyota, Lexus, Nissan, Mazda, Subaru, Renault, Dacia…<br />Elle est référencée chez les équipementiers : Denso et NTK.
Innovation engendrant des entretiens	Non
Innovation engendrant des réparations	Oui
Types de réparations	Remplacement de la sonde à oxygène.
Dispositif législatif en rapport avec l'innovation	Règlements de dépollution Euro 5, Euro 6b, Euro 6c, Euro 6d-Temp et Euro 6d, arrêté du 18 juin 1991, Instruction technique de l'OTC IT F8..
Contrôle technique	Une analyse des émissions polluantes est systématiquement réalisée sur tous les véhicules essence concernés par le contrôle technique, y compris pour les véhicules fonctionnant en mono énergie Gaz naturel ou GPL, ainsi que pour les véhicules hybrides. A ce jour, seuls sont concernés les niveaux de CO au ralenti et au ralenti accéléré et la valeur lambda : Pour les véhicules mis pour la première fois en circulation entre le 1er octobre 1972 et le 30 septembre 1986, la teneur en CO au ralenti ne doit pas excéder 4,5 %. Pour les véhicules de catégorie M1 mis pour la première fois en circulation entre le 1er octobre 1986 et le 31 décembre 1993, la teneur en CO ne doit pas excéder 3,5 %. Pour les véhicules de catégorie M1 dont les émissions ne sont pas régulées par un système de dépollution comprenant un catalyseur et mis pour la première fois en circulation entre le 1er janvier 1994 et le 31 décembre 1995, la teneur en CO ne doit pas excéder 3,5 %. Pour les véhicules de catégorie M1 mis en circulation pour la première fois entre le 1er janvier 1994 et le 31 décembre 1995 et dont les émissions sont régulées par un système de dépollution comprenant un catalyseur, la teneur en CO ne doit pas excéder la valeur spécifiée par le constructeur lorsqu'elle existe, ou à défaut les valeurs de 0,5 % au ralenti et 0,3 % au ralenti accéléré. Pour les véhicules de catégorie M1 mis pour la première fois en circulation entre le 1er janvier 1996 et le 1er juillet 2002 et dont les émissions sont régulées par un système de dépollution comprenant un catalyseur, la teneur en CO ne doit pas excéder la valeur spécifiée par le constructeur lorsqu'elle existe, ou à défaut les valeurs de 0,5 % au ralenti et 0,3 % au ralenti accéléré. Pour les véhicules de catégorie N1 mis pour la première fois en circulation entre le 1er octobre 1986 et le 31 décembre 1996, la teneur en CO ne doit pas dépasser 3,5 % Pour les véhicules de catégorie N1 mis pour la première fois en circulation entre le 1er janvier 1997 et le 1er juillet 2002 et dont les émissions sont régulées par un système de dépollution comprenant un catalyseur, la teneur en CO ne doit pas excéder la valeur spécifiée par le constructeur lorsqu'elle existe, ou à défaut les valeurs de 0,5 % au ralenti et 0,3 % au ralenti accéléré. Pour les véhicules mis pour la première fois en circulation à partir du 2 juillet 2002 et dont les émissions sont régulées par un système de dépollution comprenant un catalyseur, la teneur en CO ne doit pas excéder la valeur spécifiée par le constructeur lorsqu'elle existe, ou à défaut les valeurs de 0,3 % au ralenti et 0,2 % au ralenti accéléré. Ces valeurs sont amenées à évoluer dans un avenir pas si lointain puisqu'en 2022, une nouvelle génération d'analyseurs de gaz devrait être déployée dans les centres de contrôles avec des capacités de mesures étendues au pourcentage d'O2, aux Hydrocarbures imbrûlés et aux oxydes d'azote, contenus dans les gaz d'échappement. A ce jour, ni le format des appareils, ni les process permettant de réaliser ces mesures ne sont encore arrêtés définitivement.
Mots-clés	Sonde Lambda, sonde O2, Sonde linéaire, sonde à large bande, sonde ampérométrique, sonde mono-cellule, AFR Sensor.

Méthodes et pratiques

Lors de toute intervention sur la sonde à oxygène, les règles d'hygiène et de sécurité énoncées par le constructeur doivent être respectées. Il faudra veiller :

A porter les E.P.I.
A intervenir moteur froid.

Le remplacement d'une sonde à oxygène de type ampérométrique se fera suite à une recherche de panne.

La recherche de panne :

La sonde à oxygène ampérométrique n'a pas de périodicité de remplacement. Avant de la remplacer, il faudra procéder à un diagnostic complet du système de gestion moteur et notamment de la boucle de régulation de richesse. Voici la liste des opérations qui pourront être mis en œuvre pour rechercher l'origine de la panne :

Lecture des défauts et mesure des paramètres dans le calculateur de gestion moteur à l'aide d'une valise de diagnostic.
Analyse des gaz d'échappement.
Interprétation de la tension de sonde Us ou de la valeur Lambda communiquée par le calculateur.
Interprétation de l'analyse de gaz, comparaison de la valeur Lambda lue sur l'analyseur de gaz avec la valeur Lambda lue à l'outil de diagnostic.
Contrôle de la tension de la cellule de référence (Tension fixe proche de 450mv).
Contrôle du faisceau de la cellule de référence à l'aide d'un multimètre.
Contrôle du système de chauffage de la sonde (contrôle des alimentations à l'oscilloscope, contrôle de la résistance et du faisceau au multimètre).

Exemple de paramètres relevés sur véhicule Dacia :

Plusieurs anomalies peuvent provoquer une destruction prématurée de la sonde :

Ratés de combustion (problème d'allumage ou d'étanchéité cylindre).
Présence d'huile moteur ou de liquide de refroidissement dans la ligne d'échappement (consommation d'huile, joint de culasse H.S, casse turbo...).
Excès de carburant.
Additif au carburant.
Erreur de carburant.
Modification sur la gestion moteur (reprogrammation).

Le remplacement des éléments :

L'opération consiste à déposer la pièce hors service et à reposer une sonde neuve.
Pour le desserrage et le serrage de la sonde utiliser une douille adaptée.
Lors de la repose de la sonde, ne pas graisser les filetages, reposer les protections thermiques (les remplacer si nécessaire), positionner et fixer le faisceau électrique à son emplacement d'origine.
Suite au remplacement effectuer si nécessaire une mise à zéro des auto-adaptatifs à l'aide d'un outil de diagnostic.

Entreprises concernées aujourd'hui	Centres auto, Spécialistes, MRA, RA2, RA1
Métiers concernés	Mécanicien-Technicien Auto

Impact sur les compétences en atelier

Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
Connaitre le fonctionnement de la boucle de régulation de richesse.
Connaitre le fonctionnement d'une sonde à oxygène à large bande de type ampérométrique.
Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
Savoir utiliser la fonction ScanTool d'un outil de diagnostic.
Savoir utiliser un multimètre.
Savoir utiliser un oscilloscope.
Savoir utiliser un analyseur de gaz.
Savoir interpréter une analyse de gaz.

Exemple d’outillage approprié

Outil de diagnostic,
Multimètre,
Oscilloscope,
Analyseur de gaz,
Douille spécifique pour sonde à oxygène.

Ci-dessous un exemple de douille pour sonde à oxygène :