Sonde Lambda, contrôle de la richesse en carburant à l'E85

Sonde Lambda et E85

Suite à ma découverte que le Tce 90 possède une sonde lambda à large bande (Sonde Lambda sur le TCe 90 H4BT ?), j'ai cherché à mieux comprendre son fonctionnement et à savoir si ce capteur permettait de rouler plus facilement à l'E85.

Le STEC-II de la Chevrolet Spark a une sonde lambda à bande étroite, comme mon ancien Scenic Renault K7M.

On lit beaucoup de raisonnements fantaisistes sur le net, notamment sur les sondes lambda à large bande et leur utilisation à l'E85.

Origine de la sonde Lambda (sonde à oxygène)

La sonde lambda a été mise au point par Volvo en 1976, qui a abandonné ses droits de brevet sur cette invention pour permettre une utilisation universelle.

• La sonde Lambda a été adoptée massivement en Europe en 1993 sur les véhicules essence, pour répondre à la norme européenne Euro 1 d'émission de pollution ;
• La sonde lambda joue un rôle décisif dans la dépollution des véhicules et le processus de régulation des émissions de gaz nocifs : elle permet au catalyseur de fonctionner de manière optimum ;
• Tout véhicule possédant un catalyseur régulé dispose au minimum d'une sonde lambda ;
• Depuis la norme Euro 3, en plus de la sonde  en amont du catalyseur, une seconde sonde est placée en aval du pot catalytique, permettant de garantir l'efficacité de ce pot en permanence.

Principe de fonctionnement des sondes lambda

Le ratio air / carburant est en permanence ajusté en fonction des informations des sondes situées en amont et en aval du pot catalytique.

Mélange idéal (stœchiométrique)

Le ratio idéal pour une combustion complète est un rapport de 14.7 fois la quantité d'air par rapport à la quantité d'essence pure E0 dans un moteur essence.

Ce rapport entre l'air et le carburant (AFR pour Air/Fuel Ratio) est indiqué par un lambda = 1.

Déjà, on perçoit que le rôle de la sonde lambda amont est primordial car le SP95, SP95-E10 et SP98 ne sont pas de l'essence pure (E0). cf J'ai mis du SP98 dans la Dacia Stepway

Mélange pauvre

Un mélange pauvre signifie que  l'AFR est élevé et  dispose de plus d'air par rapport au mélange idéal.

Un mélange pauvre

• abaisse la consommation
• provoque une augmentation des émissions des polluants  NOx
• augmente la chaleur produite
• abaisse la puissance
• favorise les cliquetis.

Un rapport Air / Essence de 16:1 est pauvre avec un lambda  d'environ 1.08

Mélange riche

Un mélange riche correspond à une quantité d'essence supérieur à celle du mélange idéal.
L'AFR est donc inférieur au rapport 14.7:1 avec un lambda < 1.

Un mélange riche

• permet  une augmentation de la puissance jusqu'à un certain point généralement situé aux alentours du rapport 12,5:1.
• augmente les émissions polluantes
• augmente la consommation
• provoque des dépôts sur les bougies et les sondes lambda.

Un rapport Air / Essence de 13:1 est riche avec un lambda  d'environ 0.88

E85 et lambda

Tout de suite tuons un mythe. L'E85 n'use pas les sondes lambda (ni le catalyseur), je reviendrais sur le sujet un jour.

Le capteur lambda à bande étroite

Il  a été conçu pour travailler autour du réglage stœchiométrique (ratio air/essence) ,soit 14,7:1

Au dessous de 13,5:1 et au dessus de 16:1 environ, la tension délivré par la sonde n'évolue plus. Ces sondes restent relativement bon marché et font partie aujourd'hui de l'essentiel du parc automobile d'avant 2010.

Ce type de capteur ne fournit pas de données très précises sur la quantité d’oxygène mesurée car il oscille en permanence entre trop riche et trop pauvre (presque binairement).

Le capteur lambda à large bande

Les sondes lambda proportionnelles, appelées également sondes linéaires ou sondes à large bande ont été développées pour diminuer la consommation de carburant et les émissions de gaz d’échappement.

Les sondes lambda proportionnelles permettent de maîtriser au mieux le dosage stœchiométrique. Le signal de sortie est proportionnel à la teneur en oxygène présente dans les gaz d’échappement et donne la valeur lambda sur une large bande.

En résumé

• Le logiciel du calculateur moteur est adapté au type de sonde, soit à bande étroite, soit à large bande ;
• Le type de sonde ne présage en rien de la capacité à fonctionner à l'E85 ;
• Le calculateur essaiera toujours d'injecter la quantité de carburant pour que la valeur lambda soit aux alentours de 1 ;
• L'ajustement des temps d'injection sera juste plus précis avec uns sonde à large bande ;
• Les bénéfices en terme de pollution et de consommation seront les mêmes qu'à l'essence avec de l'E85.

Comment ça marche ?

Le rapport stœchiométrique théorique de l'E85 contenant 15% de SP est de 9,76 au lieu de 14,7 en essence E0.

Une bonne combustion réclame 9.76 unités d'air pour 1 unité de carburant, soit 14.7 unités d'air pour 1.5 unité de carburant, +50% en masse.
Le rapport carburant/air doit être augmenté en volume seulement de 43% environ car l'éthanol est plus dense que l'essence. entre 735 et 754 g/l alors que celle de l' E85 est de 780 g/l.

Avec de E65, carburant Super-éthanol distribué l'hiver en France, l'enrichissement en masse est d'environ 33%, soit 25% en volume.

Ces volumes peuvent être inférieurs :

• grâce à l'optimisation que peut apporter le calculateur du moteur, notamment l'avance d'allumage ;
• parce que la référence E0 n'existe plus (SP95 = E05, SP98 = 15% d'ETBE) ;
• en pratique, les stations-services vendent de l'E80 au maximum en été et de l'E70 en hiver ;
• le meilleur rendement de l'éthanol lors de la combustion n'est pas pris en compte.

La sonde à oxygène va détecter instantanément un mélange pauvre et ordonner au calculateur d'augmenter la quantité de carburant à injecter afin d'enrichir la combustion jusqu'à ce que le lambda revienne aux alentours de 1.

Les valeurs de STFT (Short Term Fuel Trim) et de LTFT (Long Term Fuel Trim) correspondent au décalage d'enrichissement par rapport à la valeur standard quand on roule au SP, sauf avec un kit E85 qui augmente le débit des injecteurs d'environ 30% pour que le LTFT soit au alentours de zéro en réglage de base. Le STFT aussi bénéficie de cette augmentation des temps d'injection.

Le STFT est la valeur d'injection immédiate, le LTFT est la valeur calculée sur une période plus longue permettant qu STFT de revenir à une valeur proche de zéro en moyenne.

Les temps d'injections sont donc égaux à LTFT+STFT.

Si cette augmentation des temps d'injection reste dans la plage des valeurs permises par le calculateur, aucun soucis (à par les démarrages à froid).

A froid

• Les kits E85 automatiques injectent en dessous de 15° de température de liquide de refroidissement la bonne quantité de carburant puis ensuite passent la main à l'ECU.

• Les "starters", dont les montages sont disponibles sur les forums, trichent sur la valeur de température du liquide de refroidissement et simulent des températures inférieures à -20° ou -30° pour forcer l'ECU en fonction de ses tables pré-programmées. il existe des version manuelles avec potentiomètres réglable et des versions automatiques avec des sondes de température de liquide de refroidissement.

Si la valeur du LTFT arrive à la valeur maximum programmée dans le calculateur et que le STFT reste toujours positif, erreur sur l'ODB et parfois, fonctionnement en mode dégradé du moteur.

Il arrive que le LTFT continue à augmenter malgré cette erreur affichée, dans ce cas, celà signifie juste que le calculateur fonctionne hors des plages prévues par le constructeur (prudence).

Sonde lambda à bande étroite

 Entre 0.1V à 0.4V le mélange est considéré comme pauvre. Entre 0.6 V et 1.0V il est riche, l’équilibre se trouvant autour de 0.5V.

Sonde lambda à bande large

 

Ces sondes mesurent avec précision la qualité du mélange air-essence et produisent un signal proportionnel au ratio air/carburant. Leur fonctionnement est plus rapide et plus précis.

En conclusion et résumé

• Les 2 types de sondes sont INCOMPATIBLES entre elles car c'est l'ECU qui décode le signal électrique et fait la correspondance avec les tables de carburation disponibles.
• A la limite, mais aucun réel intérêt, on peut ajouter entre une sonde large bande et un ECU prévu pour une sonde à bande étroite, un petit boitier électronique qui traduira avec une perte d'information le voltage d'une sonde large bande en des signaux compréhensibles par un ECU programmé pour une sonde à bande étroite.
• Une sonde à large bande n'aide pas à rouler à l'E85. C'est la programmation de l'ECU qui décide.
• Une sonde à large bande est l'évolution technique de la sonde à bande étroite. Elle est plus précise et linéaire, plus rapide à chauffer et permet, par sa gamme de signaux disponibles, de mieux gérer l'alimentation en carburant.
• Une sonde bande étroite, binairement, envoie la consigne trop riche / trop pauvre au calculateur.
• Une sonde à large bande envoie un signal de richesse linéaire dans les limites prévues par le calculateur.