Comprendre les capteurs : capteur d'oxygène

Comme son nom l'indique, le capteur d'oxygène, également appelé capteur O2, mesure la quantité d'oxygène dans le système d'échappement. Bien que cette tâche semble relativement modeste, le capteur O2 est en fait l'un des capteurs les plus importants du véhicule. Il se charge de maintenir un équilibre harmonieux entre l'air et le carburant pour des émissions optimales. Pour cette raison,  il est primordial de connaitre son fonctionnement, les raisons pour lesquelles il tombe en panne et comment le remplacer en cas de défaillance.

Comment fonctionne un capteur O2

La plupart des voitures sont équipées d'au moins deux capteurs d'oxygène situés dans le système d'échappement ; au moins un avant le convertisseur catalytique et un ou plusieurs plus en aval du convertisseur catalytique. Le « capteur pré-cat » régule l'alimentation en carburant tandis que le capteur en aval mesure le rendement du convertisseur catalytique.

Les capteurs O2 peuvent généralement être catégorisés en tant que capteurs à bande étroite et capteurs à bande large.  Un élément de détection est logé à l'intérieur du capteur, encastré dans un boîtier en acier. Les molécules d'oxygène du gaz d'échappement passent à travers de fines fentes ou petits trous dans la coque en acier du capteur pour atteindre l'élément de détection ou cellule Nernst. De l'autre côté de la cellule Nernst, l'oxygène de l'air extérieur à l'échappement descend vers le capteur O2 et entre en contact. La différence en quantité d'oxygène entre celle présente dans l'air extérieur et celle présente dans l'échappement favorise la circulation des ions d'oxygène et produit de la tension.

Si le mélange de gaz d'échappement est trop riche et qu'il n'y a pas suffisamment d'oxygène dans l'échappement, un signal est envoyé au calculateur (ECU) pour diminuer la quantité de carburant ajoutée dans le cylindre. Si le mélange de gaz d'échappement est trop pauvre, un signal est alors envoyé pour augmenter la quantité de carburant ajoutée dans le moteur. Une quantité trop importante de carburant génère des hydrocarbures et du monoxyde de carbone. Une quantité trop faible de carburant génère des polluants d'oxyde d'azote. Le signal du capteur permet de maintenir un mélange équilibré. Les capteurs O2 à bande large sont équipés d'une cellule de pompage O2 supplémentaire pour réguler la quantité d'oxygène présente dans l'élément de détection.  Ceci permet de mesurer un rapport air/carburant bien plus large.

Quelles sont les causes de défaillances des capteurs O2?

Le capteur d'oxygène étant placé dans le flux d'échappement, il est exposé à la contamination. Les sources courantes de contamination incluent : un mélange de carburant trop riche, une fuite d'huile dans un moteur ancien et du liquide de refroidissement de moteur brûlé dans la chambre de combustion émanant d'une fuite du joint de culasse.  Le  capteur O2 est également exposé à des températures extrêmement élevées et, comme n'importe quel autre composant, il peut s'user avec le temps. Toutes ces conditions peuvent affecter les caractéristiques de réponse du capteur d'oxygène  provoquant ainsi un temps de réponse prolongé ou un décalage de la courbe de tension du capteur et, à long terme, une performance de capteur réduite. 

Ce qu'il faut contrôler sur un capteur O2 défectueux !

En cas de panne du capteur d'oxygène, le calculateur ne peut plus mesurer le rapport air/carburant et il cesse donc d'effectuer des prévisions. Pour cette raison, il est nécessaire de faire attention aux éléments ci-dessous :

• Vérification du témoin moteur : bien que le témoin moteur puisse s'allumer pour de nombreuses raisons, il s'agit généralement d'un problème lié aux émissions.
• Économie en carburant médiocre : un capteur d'oxygène défectueux va affecter le mélange air/carburant et causer une augmentation de la consommation de carburant.
• Ralenti moteur irrégulier ou ratés : étant donné que la sortie du capteur d'oxygène contribue au contrôle de calage du moteur, des intervalles de combustion et du rapport air/carburant, un capteur défectueux peut causer un fonctionnement erratique du véhicule.
• Performances médiocres du moteur.

Diagnostic de pannes du capteur O2

Pour identifier la cause de toute panne du capteur O2,  suivez les étapes suivantes :

• Relevez  tous  les codes défauts à l'aide d'un outil de diagnostic. Remarque : le fait d'avoir plusieurs codes  défauts est fréquent lors de problèmes avec les capteurs O2.
• Puisque les sondes lambda sont équipées d'un radiateur interne, il est nécessaire de vérifier la résistance du radiateur ; celle-ci devrait généralement être très basse.
• Vérifiez l'alimentation électrique au radiateur. Ces fils sont souvent de la même couleur.
• Inspectez le connecteur électrique pour vérifier l'absence de dommages ou de salissures. 
• Inspectez le collecteur d'échappement et les injecteurs pour vérifier l'absence de fuite ainsi que l'état des composants d'allumage ; ceux-ci peuvent affecter le fonctionnement du capteur.
• Vérifiez que le capteur O2 prenne des mesures correctes en confirmant la valeur O2 avec un analyseur d'émissions 4 ou 5 gaz.
• Utilisez un oscilloscope pour vérifier le signal au ralenti et à un régime d'environ 2 500 tr/min.
• Utilisez des données en direct pour le signal si le câblage du capteur est difficile d'accès.
• Vérifiez l'état du tube protecteur de l'élément de sonde et l'absence de tout signe d'endommagement ou de contamination.

Codes défauts courants

Parmi les causes de panne et les codes défauts courants :

• P0135 : capteur d'oxygène avant le convertisseur catalytique 1, circuit de chauffage / ouvert
• P0175 : système trop riche (groupe 2)
• P0713 : dysfonctionnement de la correction d'alimentation en carburant (groupe 2)
• P0171 : système trop pauvre (groupe 1)
• P0162 : dysfonctionnement du circuit de capteur O2 (groupe 2, capteur 3)

Comment remplacer un capteur O2 ?

• Avant de remplacer le capteur, vous devez diagnostiquer le problème.  Branchez un outil de diagnostic, tel que le DS de Delphi, sélectionnez le véhicule approprié et relevez le ou les codes défauts.  Confirmez le code défaut en sélectionnant les données en direct et en comparant la valeur du capteur supposé défectueux à celle d'un capteur en bon état de marche. Si nécessaire, reportez-vous aux données du constructeur automobile pour trouver la valeur de comparaison correcte. Il se peut que d'autres outils ou équipements soient nécessaires pour déterminer si c'est véritablement le capteur et non pas le câblage qui cause problème.  
• Puisque de nombreux modèles récents de véhicules sont équipés de plusieurs capteurs d'oxygène, veillez à identifier correctement le capteur défectueux pour ne pas remplacer le mauvais par erreur.  Les constructeurs automobiles identifient les positions « groupe1 » par rapport à « groupe2 » et « avant/arrière » par rapport à « pré/post » quelque peu différemment. Par conséquent, veillez à identifier le bon capteur (défectueux). Le meilleur moyen consiste à consulter les données en temps réel à l'aide d'un outil de diagnostic. 
• Ensuite, débranchez la connexion câblée.
• Utilisez une clé de serrage ou une clé à douille O2 dédiée pour desserrer le capteur de son siège.  Une fois desserré, mettez l'ancien capteur au rebut et remplacez-le par une unité neuve.
• La plupart des capteurs à oxygène sont fournis avec les filets enduits d'un produit conducteur antigrippant spécifique. Il suffit ainsi de visser le nouveau capteur à la place de l'ancien.
• Pour empêcher que le capteur ne se « soude » au filetage, tous les capteurs Delphi sont pré-enduits d'un composé anti-grippant, ou ce dernier est inclus dans la boîte.  Si nécessaire, appliquez le composé au capteur neuf avant de l'installer. Veillez à ne pas appliquer une trop grande quantité de composé antigrippant sur les filetages, car ceci risque de contaminer la zone de détection. 
• Serrez le capteur au couple recommandé.
• Une fois le capteur en place, branchez le connecteur électronique.
• Rebranchez désormais l'outil de diagnostic et effacez tout code défaut associé.
• Pour finir, procédez à l'allumage et confirmez que le témoin moteur est éteint puis effectuez un essai routier.