Mesurer le mélange air-carburant avec une sonde large bande et le CUMPAN
Le mélange air-carburant – exprimé en valeur lambda ou AFR – peut être mesuré et affiché sur le moteur. Trois composants sont nécessaires : une sonde large bande, un contrôleur lambda et un afficheur. Le CUMPAN Cockpit Assistant restitue de nombreuses mesures de façon combinée et peut aussi servir d'afficheur pour les valeurs lambda ou AFR.
Principes
Le mélange air-carburant est déterminant pour tout moteur à combustion – pour un fonctionnement sain et régulier, pour un développement optimal de la puissance et, enfin, pour les émissions polluantes.
La combustion complète d'un carburant exige une quantité minimale d'oxygène. On parle de combustion stœchiométrique (complète) lorsque toutes les molécules de carburant réagissent intégralement avec l'oxygène de l'air, sans manque d'oxygène ni carburant imbrûlé. Dans la pratique, la quantité d'air fournie s'écarte souvent du besoin stœchiométrique. La grandeur qui caractérise cet écart est le rapport d'air lambda (λ).
Lambda = quantité d'air / quantité d'air stœchiométrique → λ = L / Lst.
Dans le monde anglophone, on utilise couramment l'AFR (Air-Fuel Ratio). Comme son nom l'indique, il correspond au rapport entre la quantité d'air et de carburant. Pour les carburants essence, le mélange stœchiométrique (λ = 1) se situe à 14,7 : 1 – 1 kg de carburant nécessite exactement 14,7 kg d'air pour une combustion complète. La relation s'écrit : λ = AFR / AFRstœch. (exemple : au mélange stœchiométrique, AFR = 14,7, donc λ = 14,7 / 14,7 = 1).
Comme la composition des carburants courants varie et que de nombreux véhicules modernes acceptent différents carburants, il est plus pertinent de parler de valeurs λ plutôt que d'AFR.
Un rapport d'air λ > 1 correspond à un mélange pauvre, λ < 1 à un mélange riche. Pour les carburants essence, un mélange inflammable se situe entre 0,7 < λ < 1,3. Le point de fonctionnement d'un catalyseur trois voies est λ = 1, car l'oxydation et la réduction s'y déroulent en parallèle. La puissance maximale d'un moteur essence atmosphérique est en revanche atteinte avec un excès de carburant, à λ = 0,88.
Sonde large bande
Les constructeurs n'installent en général pas de sonde large bande sur les moteurs de série. Ceux-ci sont optimisés pour le post-traitement des gaz à λ = 1, où l'on utilise la sonde à saut, moins coûteuse.
Les sondes large bande les plus connues proviennent de Bosch et portent les désignations « LSU 4.2 », « LSU 4.9 », « LSU ADV » et « LSU 5.x ». En règle générale, elles ne sont pas interchangeables. La plus répandue est l'éprouvée « LSU 4.9 » – toutes les valeurs indiquées ci-après se rapportent à cette sonde.
Comme leur nom l'indique, les sondes large bande offrent une large plage de mesure, de λ 0,65 jusqu'à l'air pur (λ → ∞), et ce avec une grande précision : ± 1 % à λ = 0,8, ± 0,7 % à λ = 1 et ± 5 % à λ = 1,7. Un chauffage de sonde intégré amène rapidement la sonde à sa température de service. Sa durée de vie est d'environ 100 000 km.
La sonde à saut (aussi appelée sonde binaire) fonctionne selon un autre principe : sa valeur bascule à λ = 1. Cela convient très bien à une régulation des gaz d'échappement sur λ = 1, mais les valeurs supérieures ou inférieures ne peuvent pas être mesurées de façon exploitable ni servir de grandeur de régulation. Une sonde à saut ne permet donc pas de réguler sur la puissance maximale (λ = 0,88).
Contrôleur lambda
Le signal de la sonde large bande doit être traité par un circuit d'évaluation dédié (LSU-IC) et converti sous une forme exploitable (0–5 V). C'est le rôle du contrôleur lambda.
Le marché propose une grande variété d'appareils. En principe, tout contrôleur à caractéristique linéaire et sortie analogique 0–5 V convient. Le CUMPAN offre pour cela une calibration en deux points selon la fiche technique du fabricant du contrôleur concerné. Les appareils de « ProSport » et « 14Point7 », par exemple, ont fait leurs preuves.
En kit complet et harmonisé, nous proposons dans la boutique le kit contrôleur lambda et AFR Spartan 3 avec Bosch LSU 4.9 : un 14Point7 Spartan 3 Lite v2 calibré en usine, l'éprouvée sonde large bande Bosch LSU 4.9 et le manchon à souder en acier inoxydable adapté. Le contrôleur délivre son signal via une sortie analogique linéaire 0–5 V et se raccorde ainsi directement au CUMPAN – aucune calibration à l'air libre de la sonde n'est nécessaire.
Une solution particulièrement polyvalente pour certains modèles KTM est le « Fuel Guard » du fabricant « MCE Performance » :
« Le MCE Fuel Guard est une extension de nos reprogrammations d'ECU pour les motos KTM/Husqvarna/GasGas. Le Fuel Guard se compose d'une sonde large bande Bosch LSU 4.9 et de l'unité de régulation qui, combinée à notre reprogrammation d'ECU, permet d'établir une "full closed loop" sur la valeur lambda souhaitée. Cela signifie que le calculateur ne calcule plus la quantité d'injection uniquement de manière statique à partir des cartographies, mais qu'il atteint de lui-même la valeur lambda souhaitée à l'aide de la sonde large bande. L'ECU ajuste en permanence et de façon entièrement automatique la quantité de carburant afin d'obtenir à tout moment une puissance et une conduite optimales. »
De plus, le Fuel Guard transmet le signal lambda au CUMPAN, si bien que les valeurs lambda – base de la régulation – peuvent s'afficher en direct pendant la conduite. Un dysfonctionnement ou un défaut du véhicule peut ainsi être détecté à temps.
Afficheur
Pour une évaluation fiable du fonctionnement du moteur – plages de puissance mal exploitées, défauts de préparation du mélange – un affichage de la valeur lambda est nécessaire. Des instruments d'affichage externes traduisent pour cela le signal analogique 0–5 V du contrôleur lambda en la valeur lambda correspondante et l'affichent.
Le CUMPAN Cockpit Assistant offre précisément cette possibilité et intègre l'affichage lambda dans une vue d'ensemble librement configurable de différentes données moteur telles que le régime, la température d'huile et de liquide de refroidissement, la pression d'huile ou l'indication du rapport engagé.
Le signal se raccorde via l'une des entrées analogiques 0–5 V. Dans le menu, sous [INPUT] / [LAMBDA] [AFR], on définit une calibration en deux points : 0,0 V comme valeur inférieure et 5,0 V comme valeur supérieure. Les valeurs correspondantes proviennent de la fiche technique du contrôleur lambda/AFR utilisé ; pour les contrôleurs les plus courants, elles sont déjà préréglées. Les détails sont décrits dans le manuel d'utilisation du CUMPAN, à la section LAMBDA/AFR.
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