Dans cet article, nous présentons quelques possibilités de mesurer et d’afficher le mélange air-carburant (lambda ou AFR) sur le moteur. Pour cela, il faut une sonde à large bande, un contrôleur lambda et un appareil d’affichage. Le CUMPAN Cockpit Assistant, outre sa capacité à afficher un grand nombre de valeurs de mesure combinées, peut également être utilisé comme un tel appareil d’affichage pour les valeurs lambda ou AFR.
Principes de base
Le mélange air-carburant est essentiel pour tout moteur à combustion interne, afin de garantir un bon et sain fonctionnement du moteur, d’exploiter au mieux la puissance développée et, enfin, de réduire les émissions de gaz d’échappement.
Une quantité minimale d’oxygène est nécessaire à la combustion complète d’un carburant. On parle de combustion stœchiométrique (complète) lorsque toutes les molécules de combustible peuvent réagir complètement avec l’oxygène de l’air, sans que l’oxygène soit absent ou qu’il reste du combustible non brûlé. Souvent, la quantité d’air apportée diffère du besoin stœchiométrique en air. L’indice important pour toute combustion afin de caractériser cet écart est le rapport d’air lambda(λ).
Lambda = débit d’air / débit d’air stœchiométrique
λ = L/lst.
Dans les pays anglophones, il est courant d’indiquer l’AFR(Air-Fuel-Ratio). Celui-ci se définit, comme son nom l’indique, par le rapport entre la quantité d’air et la quantité de carburant. Pour les carburants à base d’essence, le mélange stœchiométrique (λ = 1) est de 14,7 : 1. Pour 1 kg de carburant, il faut exactement 14,7 kg d’oxygène de l’air pour que la réaction soit complète.
La relation entre lambda et AFR est : λ= AFR / AFR stœchiométrique (exemple : λ=1=14,7/14,7).
Étant donné que la composition des carburants courants varie et que de nombreux véhicules modernes peuvent utiliser différents carburants, il est plus judicieux de parler de valeurs λ plutôt que d’AFR.
Pour un rapport d’air λ > 1, on parle d’un mélange pauvre et λ < 1 d’un mélange riche. Un mélange inflammable pour les carburants essence se situe entre 0,7 < λ < 1,3.
Le point de fonctionnement pour un catalyseur à trois voies se situe à λ = 1 (les processus d’oxydation et de réduction se déroulent en parallèle).
Le point de puissance maximale du moteur d’un moteur atmosphérique à essence est atteint en cas d’excédent de carburant et de λ = 0,88 est atteint.
Sonde à large bande
La sonde à large bande n’est généralement pas installée par les constructeurs automobiles sur les moteurs de série. Optimisée pour le post-traitement des gaz d’échappement (λ = 1), la sonde à saut, moins coûteuse, est installée.
Les sondes à large bande les plus connues sont du fabricant BOSCH et portent les désignations « LSU 4.2 » « LSU 4.9 » « LSU ADV » « LSU 5.x ». En règle générale, les sondes ne sont pas interchangeables. Le plus souvent, c’est le « LSU 4.9 » qui est utilisé et toutes les grandeurs mentionnées par la suite se réfèrent à cette sonde.
Les sondes à large bande ont, comme leur nom l’indique, une plage de mesure plus large allant de λ 0,65 – λl’infini, tout en offrant une très grande précision de mesure :pour λ = 0,8 de +/- 1%, pour λ = 1 de +/-0,7%, pour λ = 1,7 de +/- 5%.
La sonde à large bande dispose d’un chauffage de sonde intégré afin d’atteindre le plus rapidement possible la température de travail requise. La durée de vie de la sonde est d’environ 100.000km.
La sonde à saut (également appelée sonde binaire) utilise un principe techniquement différent : la valeur mesurée saute lorsque lambda = 1. Ce comportement convient très bien pour une régulation des gaz d’échappement à λ = 1. Les valeurs supérieures ou inférieures ne peuvent pas être saisies de manière pertinente avec cette sonde, ni même utilisées comme grandeur de régulation. Il n’est donc pas possible de réguler à la puissance maximale(λ = 0,88) avec une sonde à saut.
Contrôleur lambda
Le signal de la sonde à large bande doit être traité par un circuit d’évaluation spécial (LSU-IC). Le signal est transformé en une forme exploitable (0-5V). Cela se fait dans le contrôleur lambda.
Il existe une multitude d’appareils différents sur le marché. En principe, tous les appareils avec une caractéristique linéaire et une sortie analogique 0-5V peuvent être utilisés. Le CUMPAN offre la possibilité d’effectuer un étalonnage en deux points selon la fiche technique du fabricant du contrôleur. Des appareils des fabricants « ProSport » et « 14point7 », par exemple, ont été utilisés avec succès.
Le fabricant« MCE Performance » propose une solution spéciale et particulièrement polyvalente pour certains modèles KTM avec le produit « Fuel Guard » :
« Le MCE Fuel Guard est une extension de nos programmations ECU pour les motos KTM/Husqvarna/GasGas. Le Fuel Guard se compose d’une sonde à large bande LSU 4.9 de Bosch ainsi que de l’unité de régulation qui, en combinaison avec notre programmation ECU, permet de créer une « Full Closed Loop » sur la valeur lambda que nous souhaitons. Cela signifie que le calculateur ne se contente plus de calculer la quantité d’injection de manière statique sur la base des cartographies, mais qu’il applique de manière autonome la valeur lambda que nous souhaitons au moyen d’une sonde lambda à large bande. L’ECU ajuste en permanence et de manière entièrement automatique la quantité de carburant afin d’obtenir à tout moment des performances et une maniabilité optimales ».
De plus, le Fuel Guard envoie le signal lambda au CUMPAN, afin que les valeurs lambda – la base de la régulation – puissent être affichées en direct, pendant le trajet. Un dysfonctionnement ou un défaut du véhicule peut ainsi être détecté à un stade précoce.
Indicateur
Pour qu’une évaluation précise du fonctionnement du moteur (plages de puissance mal exploitées, erreurs dans la préparation du mélange) soit possible, un affichage de la valeur lambda est nécessaire.
A cet effet, il est possible d’utiliser des instruments d’affichage externes qui traduisent et affichent le signal analogique 0-5V du contrôleur lambda en la valeur lambda correspondante.
Le CUMPAN Cockpit Assistant offre précisément cette possibilité et intègre l’affichage lambda en une vue globale judicieuse et librement configurable de différentes données moteur, comme la vitesse de rotation, la température de l’huile et de l’eau de refroidissement, la pression d’huile ou un indicateur de rapport.
