Capteurs d'oxygène et réglage

Apr 27, 2023

Le capteur d'oxygène ou lambda est l'un des composants les plus importants et l'un des plus mal compris d'un système d'injection de carburant moderne. Une compréhension de base du fonctionnement du capteur et de la façon d'interpréter sa sortie est cruciale pour le réglage réussi d'un moteur de haute performance ou de course. Jetez un additionneur de puissance dans le mélange et l'importance du capteur O2 est encore accrue. Pour nos besoins, nous ne sommes pas trop préoccupés par les propriétés chimiques et électriques du capteur - ces informations sont largement disponibles si vous souhaitez approfondir - mais nous nous concentrerons plutôt sur des informations pratiques qui nous aideront à atteindre notre objectif ultime : Pour extraire autant de puissance du moteur de la manière la plus sûre possible.

Il existe deux principaux types de capteurs O2 que vous pouvez rencontrer. Le capteur O2 à bande étroite se trouve généralement dans les véhicules de production et peut être utilisé pour déterminer avec précision le rapport air-carburant (AFR) sur la plage 14,3: 1–15,1: 1 sur l'essence. Notez que je dis déterminer et non mesurer le rapport air-carburant. Il s'agit d'une distinction importante dont nous parlerons dans un instant. Si vous réglez des moteurs, en particulier des moteurs de course, vous êtes beaucoup plus susceptible de travailler avec l'autre type de sonde lambda - la sonde à oxygène à large bande. Avec un temps de réponse plus rapide, la capacité de mesurer directement la teneur en oxygène des gaz d'échappement et une plage air-carburant utilisable d'environ 10,2: 1 à 15,5: 1 (sur essence), la sonde lambda à large bande fournit des informations critiques qui peuvent être utilisé pour extraire en toute sécurité des quantités massives de puissance de votre moteur.

Avant de nous plonger dans l'utilisation du capteur d'oxygène à large bande, il est important de comprendre ce qu'il mesure réellement. La première chose qui vient probablement à l'esprit lorsque les capteurs d'oxygène sont évoqués est l'AFR. En réalité, le capteur d'oxygène n'a aucune idée de la quantité de carburant ou d'air introduite dans le moteur. Il mesure plutôt la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Cette seule information n'est pas suffisante pour déterminer l'AFR. En connaissant la valeur stoechiométrique du carburant sur lequel le moteur est conçu pour fonctionner, définie comme l'AFR auquel se produit une combustion complète, nous pouvons calculer l'AFR auquel le moteur tourne.

Mais que se passe-t-il si nous changeons de type de carburant ou si nous ajoutons de l'azote au mélange ? Différents types de carburant nécessitent différents rapports air-carburant pour obtenir une combustion complète. L'injection de nitreux nécessite l'ajout de carburant pour accueillir l'oxygène supplémentaire transporté par le spray. A ce stade, il ne s'agit plus d'un mélange air/carburant, mais plutôt d'un mélange air/carburant/azote. Ces éléments modifieront considérablement l'AFR réellement requis qui est introduit dans le moteur. Cependant, la combustion complète a toujours la même apparence pour le capteur d'oxygène, quel que soit ce que nous mettons dans le moteur.

Ces données fournies par le capteur d'oxygène à large bande, avant de tenir compte du type de carburant, sont appelées "lambda". Une valeur lambda de "1" représente une combustion complète. Cela équivaut à environ 14,6: 1 sur le gaz de la pompe. Les valeurs supérieures à 1 sont maigres, tandis qu'un nombre inférieur à 1 indique une condition riche. Le réglage à l'aide des valeurs lambda est très utile lorsque vous travaillez avec différents types de carburants et d'additionneurs de puissance, car les valeurs lambda pour les meilleures performances sont essentiellement les mêmes, quel que soit ce que vous alimentez dans le moteur.

La plupart des tuners exécuteront un lambda cible plus riche lorsqu'ils sont sous boost ou nitreux comme marge de sécurité, mais d'après mon expérience, en commençant riche et en réglant progressivement jusqu'à ce que des performances optimales soient obtenues, je me retrouve presque toujours à ou légèrement en dessous d'une valeur lambda de 0,9 .

Connaître l'importance des données fournies par le capteur d'oxygène signifie que nous devons comprendre comment l'installer correctement et comment déterminer quand il doit être remplacé. Le placement du capteur d'oxygène varie en fonction de votre configuration. Des éléments tels que le nombre de capteurs utilisés ou la présence ou l'absence d'un turbocompresseur devront être pris en compte. Assurez-vous de suivre les instructions de l'enregistreur de données ou de l'ECU que vous utilisez concernant l'angle et l'emplacement des capteurs d'oxygène. Ceci est particulièrement important lors du réglage avec la myriade de systèmes EFI en boucle fermée sur le marché aujourd'hui. Il existe de nombreuses options différentes, mais quel que soit le système utilisé, je me tourne vers certaines stratégies lors du réglage avec des capteurs d'oxygène à large bande.

Tout d'abord, assurez-vous que le capteur est en bon état de fonctionnement. Si vous n'êtes pas sûr, utilisez des capteurs neufs. Les signes de capteurs défaillants incluent des temps de réponse retardés et une plage de mesure réduite. Les problèmes de cette nature peuvent être difficiles à repérer sans expérience, donc en cas de doute, il est préférable de les échanger. En ce qui concerne la durée de vie, je reçois généralement 40 à 60 heures d'une sonde lambda lorsque j'utilise du carburant de course au plomb. Ce nombre diminue considérablement si des EGT excessifs sont rencontrés. Un mauvais capteur d'oxygène peut entraîner des problèmes de fonctionnement ou pire très rapidement dans un système EFI en boucle fermée. Cela est particulièrement vrai si le système est configuré avec une large plage de correction AFR.

Les systèmes EFI modernes sont impressionnants par leurs capacités en boucle fermée. L'ECU est capable de répondre rapidement aux données des capteurs d'oxygène et de maintenir le moteur en marche à la valeur lambda souhaitée de manière très efficace. Ceci est extrêmement utile pour le réglage - mais peut également entraîner des problèmes si on s'y fie trop. N'oubliez pas que l'ECU va réagir aux mauvaises données du capteur d'oxygène. Il n'a aucun moyen de savoir s'il y a une fissure dans le tuyau d'échappement ou si le capteur est usé ou endommagé. Introduisez de mauvaises données dans un système en boucle fermée exécutant un moteur sous 30 psi de boost et de mauvaises choses sont susceptibles de se produire. Pour éviter que ce genre de catastrophe ne se produise, j'essaie de compter le moins possible sur la boucle fermée.

Ma stratégie de réglage consiste généralement à développer manuellement une carte de base avant même de démarrer le moteur. Ensuite, avec des paramètres en boucle fermée permettant une correction de +/- 20%, je ferai un enregistrement de données et affinerai la carte. Je vais répéter ce processus jusqu'à ce que la carte de base soit correcte à +/- 2%, puis j'irai sur la piste avec la boucle fermée réglée à +/- 5%. Cela permettra au système en boucle fermée de s'adapter aux différentes conditions ambiantes tout en l'empêchant de faire le type de changements dramatiques qui résultent de mauvaises données de capteur d'oxygène.

Tandis qu'à la piste, je continue à peaufiner la carte de base. Une fois mise en service, la carte de base évolue toujours, lui permettant ainsi de fonctionner avec le moins de correction possible en boucle fermée tout en s'adaptant aux exigences changeantes au fur et à mesure que le moteur traverse sa durée de vie. Il est important de noter que les changements d'élévation extrêmes ou toute autre chose qui modifie les besoins en carburant de plus de 5 % nécessiteront plusieurs passages pour être remis au diapason et doivent donc être traités manuellement avant le premier passage. En d'autres termes, si votre dernière course s'est déroulée au niveau de la mer et que la prochaine se déroule dans les Rocheuses, vous allez vouloir faire un ajustement de carburant avant de prendre la piste.

Les capteurs d'oxygène et les systèmes EFI en boucle fermée qui les utilisent sont des outils fantastiques qui peuvent débloquer des niveaux de performances inouïs il y a quelques années à peine. Comme tous les outils, cependant, ils ne sont aussi bons que la personne qui les manie. Pour les utiliser, il faut comprendre ce que mesurent les capteurs d'oxygène, comment l'ECU utilise ces données, comment les données peuvent être compromises et les conséquences de laisser trop de latitude à l'ECU pour réagir à ces données erronées.

J'ai rencontré plus d'un morceau fait par d'autres magasins qui ne fonctionneraient pas du tout en boucle ouverte. Avec les capteurs d'oxygène débranchés, le moteur ne tournait même pas au ralenti. Ceci est extrême par rapport aux capacités en boucle fermée des calculateurs. Avec le système configuré comme celui-ci, toute sorte de panne du capteur d'oxygène entraînera un fonctionnement extrêmement médiocre et d'éventuels dommages au moteur. Lorsque la carte de base est correcte, le moteur devrait fonctionner aussi bien en boucle ouverte qu'en boucle fermée. La correction en boucle fermée ne doit être utilisée que pour des ajustements fins afin de s'adapter à des éléments tels que les changements des conditions ambiantes ou de très légères variations de la qualité du carburant.

Pendant le processus de réglage, cependant, les capteurs O2 à large bande et le contrôle en boucle fermée peuvent être exploités pour développer rapidement une carte de base raffinée prête pour la compétition. De cette façon, nous pouvons tirer le meilleur parti de cette technologie tout en évitant certains des pièges potentiels qu'elle peut présenter.BE