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Dec 31, 2023

Les malheurs du large bande et la Junkbox Miata

Comme toujours, je mène une bataille légèrement gagnante contre ma Mazda MX-5 de 1991,

Comme toujours, je mène une bataille légèrement gagnante contre ma Mazda MX-5 de 1991, et c'est l'histoire de la façon dont j'ai installé un capteur d'oxygène à large bande dans mon pur-sang japonais. Cela fait partie de mon projet en cours de me construire une voiture de course viable et de comprendre pourquoi le moteur de ma voiture économique japonaise des années 1990 fonctionne plus comme une ancre de bateau de l'ère Malaise de la fin des années 1970.

Je me suis toujours considéré comme malchanceux. Mon goût pour le métal du début des années 90 signifie que je n'ai jamais connu l'étreinte amoureuse des diagnostics OBD-2, et j'ai dû me débrouiller avec n'importe quel système hokey mis en œuvre par des fabricants qui commençaient tout juste à produire des systèmes d'injection de carburant fiables.

Cela implique généralement de placer un cavalier quelque part, de fixer une LED et de la regarder clignoter les codes de panne. Ma Mazda n'a pas fait exception, et après avoir supporté une voiture suffisamment riche pour laisser de la suie sur tout le pare-chocs arrière, j'ai dû faire le diagnostic.

Il a révélé trois codes - un pour le capteur d'angle de came et deux pour le capteur d'oxygène. Maintenant, un défaut du capteur d'angle de came (CAS) empêchera normalement la voiture de fonctionner, il est donc prudent de supposer qu'il s'agissait d'un défaut intermittent à surveiller.

Le capteur d'oxygène, cependant, avait clairement besoin d'attention. Son travail consiste à permettre à l'unité de commande du moteur (ECU) de surveiller le mélange de carburant dans l'échappement et de s'assurer qu'il n'est ni trop riche ni trop pauvre. Comme ma voiture fonctionnait de toute évidence trop riche et que les codes de diagnostic indiquaient une défaillance du capteur d'oxygène, une réparation s'imposait.

J'ai fixé le prix des capteurs de remplacement, et un nouveau capteur d'oxygène pourrait être acheté pour moins de 100 $. Cependant, ce n'était pas exactement ce que je voulais, car tous les capteurs d'oxygène ne sont pas créés égaux. Les voitures des années 80 et 90 sont généralement expédiées par l'équipementier équipé de ce qu'on appelle un capteur d'oxygène à bande étroite. Ceux-ci consistent presque toujours en une cellule en dioxyde de zircone qui délivre une tension en fonction de la différence de concentration en oxygène entre les gaz d'échappement et l'air libre. Ces capteurs se situent généralement à 0,45 V lorsque le mélange de carburant est stoechiométrique, mais passent rapidement à 0,1 V dans un état pauvre et à 0,9 V dans un état riche. La réponse est hautement non linéaire et change considérablement en fonction de la température, et n'est donc bonne que pour dire à l'ECU s'il est riche ou pauvre, mais pas de combien. Les ECU avec capteurs à bande étroite ont tendance à beaucoup chasser lorsqu'ils fonctionnent en boucle fermée O2 - vous verrez un moteur au ralenti chasser de chaque côté du rapport air-carburant stoechiométrique magique de 14,7, jamais capable de composer le bon numéro.

Comme j'ai l'intention de passer à un calculateur de rechange à l'avenir, je devrai régler la voiture. Cela implique de s'assurer que les rapports air / carburant (AFR) sont corrects, et pour cela, je dois pouvoir les mesurer correctement. Le simple fait de savoir si vous êtes riche ou pauvre ne suffit pas, car il est souvent souhaitable de faire tourner le moteur intentionnellement riche ou pauvre à certaines charges du moteur. Pour obtenir une véritable lecture AFR, il faut installer un capteur d'oxygène à large bande. Ceux-ci sont un peu plus compliqués.

Les capteurs à large bande ont été perfectionnés pour la première fois en 1992 par NGK et consistent en un capteur à bande étroite combiné à une cellule de pompe à ions spéciale montée dans une petite cavité de mesure qui a un orifice pour l'alimentation des gaz d'échappement. Le module de contrôle à large bande surveille la concentration d'oxygène dans la cavité de mesure à travers le capteur à bande étroite, et s'il détecte une condition riche, il contrôle le courant de la cellule de pompe pour pomper les ions d'oxygène de l'air extérieur dans la cavité afin de consommer les molécules de carburant en excès. Dans un état pauvre, il inverse le courant de la cellule de pompe pour évacuer les ions oxygène en excès de la cavité de mesure. Le contrôleur d'oxygène à large bande peut déterminer le véritable rapport air-carburant en surveillant le courant de pompe requis pour maintenir la cavité de mesure à un mélange stoechiométrique.

Comme un système de capteur d'oxygène à large bande ne coûte qu'environ 250 $, cela n'avait aucun sens pour moi d'acheter un autre capteur à bande étroite lorsque je devais de toute façon passer à un large bande plus tard. J'ai choisi le kit de contrôleur large bande Innovate LC-2 avec la jauge DB. Il est livré avec un capteur O2 à large bande Bosch 4.9, le contrôleur LC-2, tout le câblage nécessaire pour installer et programmer le contrôleur, ainsi qu'une belle jauge à LED verte de 52 mm pour que vous puissiez régaler vos rendez-vous avec votre connaissance très précise du rapport air/carburant de votre voiture. Le LC-2 est un bon contrôleur pour une configuration comme la mienne, car il comprend une sortie de signal à bande étroite émulée. Cela me permet d'utiliser le contrôleur large bande avec mon ECU d'origine, tandis que j'économise pour une unité de rechange capable de comprendre les sorties large bande.

La première étape avant l'installation consistait à exécuter un étalonnage sur le contrôleur large bande. Pour ce faire, le contrôleur doit être mis sous tension sans capteur attaché, et laissé pendant environ 30 secondes jusqu'à ce que les LED clignotent correctement. Ensuite, le contrôleur doit être mis hors tension, puis remis sous tension avec le capteur connecté. Je l'ai fait en utilisant une alimentation de banc, mais l'étalonnage a échoué car il ne pouvait fournir que 1 ampère, ce qui n'était pas suffisant pour le chauffage du capteur. Une deuxième tentative utilisant une alimentation ATX qui pouvait fournir plus de courant a été couronnée de succès.

Les principales exigences de l'installation sont une alimentation douze volts commutée pour le contrôleur à large bande. Il est important de trouver une ligne électrique qui n'est allumée que lorsque le contact est en position ON. En effet, le capteur à large bande dispose d'un élément chauffant pour le maintenir à la bonne température pour la mesure. Si vous l'exécutez directement sur douze volts de la batterie, cela videra la batterie même lorsque la voiture est éteinte et brûlera également le capteur. Comme ma voiture est davantage axée sur les performances que sur le confort des créatures, j'ai décidé de m'engager à ne pas avoir de chaîne stéréo dans la voiture. Si vous insistez pour laisser votre chaîne stéréo installée, vous pouvez utiliser une ligne de douze volts à fusible séparée à la place.

Avec la chaîne stéréo disparue, j'ai décidé d'installer la jauge là où l'autoradio irait normalement, et je l'ai fait fonctionner sur les mêmes lignes électriques, ce qui était assez facile car quelques LED ne nécessitent que quelques centaines de milliampères au maximum. Mon père a eu la gentillesse de fabriquer un panneau d'obturation stéréo pour s'adapter à la jauge qui avait l'air incroyablement bien rangé une fois installé.

Le LC2 est configuré avec deux sorties analogiques, une large bande sur la ligne jaune et la sortie à bande étroite émulée susmentionnée sur la ligne marron. J'ai envoyé la sortie large bande directement à la jauge et j'ai fait passer la sortie émulée à bande étroite sur un fil qui remontait jusqu'au compartiment moteur. Il était plus facile d'épisser dans les lignes de capteur d'oxygène de l'ECU d'origine, plutôt que de se battre avec un fouillis de fils sous la boîte à gants. L'astuce consistait à couper une petite fente dans l'œillet du faisceau du moteur principal sur le pare-feu pour faire passer ma nouvelle ligne de capteur O2.

C'est lorsque j'exécutais ce fil que j'ai réalisé la cause probable de la défaillance du capteur d'O2 d'origine. Un ancien propriétaire avait installé des collecteurs d'échappement personnalisés, ce qui nécessitait de déplacer le capteur d'oxygène d'origine vers une nouvelle position. Comme le harnais n'était pas de la bonne taille, ils avaient coupé la ligne du capteur d'origine et l'avaient épissé avec un connecteur "à épissure rapide". Ces choses sont universellement horribles et établissent des connexions terribles, et ne devraient jamais être utilisées dans un environnement automobile, pas même pour une radio. C'est presque certainement la raison pour laquelle l'ECU n'a pas pu obtenir une lecture correcte du capteur d'oxygène d'origine !

Ensuite, j'ai dû trouver comment acheminer le câble du contrôleur à large bande à l'intérieur de la cabine jusqu'au capteur monté dans l'échappement. Les propriétaires américains de Miata passent généralement cela à travers un œillet de rechange du côté conducteur du pare-feu, mais ceux d'entre nous qui conduisent de l'autre côté de la route ne l'ont pas disponible. Travaillant sur une voiture livrée en Australie, j'ai plutôt pu trouver un œillet parfaitement situé sur le plancher du côté passager pour un petit tuyau de climatisation, et y ai entassé mon câble à la place.

Malheureusement, le pire était encore à venir. Il était temps d'installer le nouveau capteur dans l'échappement. Le problème était le boucher absolu qui avait installé le capteur précédemment. Le capteur avait été complètement vissé et serré à un niveau impie. Après beaucoup de trempage dans des huiles pénétrantes, j'ai pu retirer l'ancien capteur, mais les fils étaient maintenant complètement gackés, pour utiliser le terme technique. Il n'y avait aucun espoir d'installer correctement le nouveau capteur sans d'abord les trier.

Ceux qui me connaissent bien savent que je ne travaille pas exactement dans les garages les mieux approvisionnés. Le robinet de la bonne taille me permettrait de nettoyer rapidement les filetages sans trop de problèmes, mais je possède autant de robinets que de bus à impériale. L'horloge ayant sonné à minuit, il n'y avait absolument aucun espoir d'aller au magasin non plus. Heureusement, c'est là que les expéditions à la casse de ma jeunesse sont venues me sauver.

Au cours des années précédentes, après avoir essayé de dépanner l'un de mes anciens manèges, j'avais acheté quelques capteurs d'oxygène d'occasion à la casse. J'ai eu la chance d'en trouver un qui traînait encore, et il a été appelé pour le service. Très délicatement, je l'ai inséré dans le bouchon du capteur dans l'échappement, en le rendant aussi droit et parallèle que possible, avant de commencer à le serrer avec précaution. En faisant environ un demi-tour à la fois, puis en reculant d'un quart, comme c'est la technique, j'ai réussi à couper un fil réparable dans l'échappement et j'ai sauvé la journée. Le nouveau capteur large bande Bosch 4.9 était déjà soigneusement recouvert d'un anti-grippage, et je pouvais maintenant le mettre en place avec précaution sans autre problème.

À ce stade, il était maintenant 2 heures du matin et je comptais sur cette voiture pour courir afin de pouvoir me propulser chez moi dans mon joli lit confortable. Par un coup de chance stupide, ou peut-être parce que fondamentalement, cette installation ne dépendait que de la bonne soudure de six fils, cela a fonctionné du premier coup, et la jauge a pris vie en signalant les AFR de mon moteur ! Une fois le moteur chaud, on pouvait clairement observer la boucle de contrôle de l'ECU à la recherche d'un mélange stoechiométrique de part et d'autre de ce nombre magique de 14,7. Le succès était doux.

Dans l'ensemble, l'installation s'est remarquablement bien déroulée pour un projet impliquant une voiture de 26 ans et des pièces anciennes sérieusement bloquées. Après plusieurs semaines d'utilisation, je peux signaler que le capteur fonctionne bien, bien que l'économie de carburant de ma voiture soit encore remarquablement faible, ce qui signifie que je dois rechercher davantage d'autres problèmes. Je recommande à quiconque de se lancer dans ce hack si vous vous dirigez vers une voie de modification similaire, et je vous souhaite à tous bonne chance avec vos propres voitures de projet. Puissent-ils retourner dans les rues avant que la rouille ne les ramène sur la terre de votre jardin arrière !