مستشعر أكسيد النيتروجين: التركيب واستكشاف الأخطاء وإرشادات الإصلاح

يتم تركيب مستشعر أكسيد النيتروجين في السيارات التي تعمل بالبنزين والديزل على حد سواء وفقًا لمعايير المواصفتين Euro 5/6، وهو يساعد على الالتزام بالقيم الصارمة المحددة للانبعاثات. أنظمة إدارة المحرك المعنية تحتاج لبيانات المستشعر من أجل حساب معدل إعادة تدوير غاز العادم أو خليط الهواء والوقود أو كمية حقن اليوريا. يعد المستشعر ضروريًا لسيارات البنزين المزودة بنظام الحقن المباشر للبنزين؛ لأنها تنتج كمية أكبر من أكاسيد النيتروجين بسبب عملية الشحن الطبقي. وفي تلك السيارات يتم أيضًا استخدام محول حفاز يقوم بتخزين أكاسيد النيتروجين.

وفي سيارات الديزل يتم استخدام المستشعر بجانب نظام تخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR). حيث يتم إدخال اليوريا في تيار غاز العادم، كما يقلل أكاسيد النيتروجين بتحويلها إلى نيتروجين غير ضار (N2) وماء (H2O). من خلال تسجيل بيانات القياس المتعلقة بغاز العادم فإن مستشعر أكسيد النيتروجين يتيح لنظام إدارة المحرك التحكم في استخدام الكمية المثالية من مادة AdBlue®‎‏، وبالتالي يضمن تقليل أكاسيد النيتروجين الضارة بالبيئة بطريقة فعالة. بمجرد الوصول إلى درجة حرارة التشغيل المطلوبة، يقوم مستشعر أكسيد النيتروجين بقياس محتوى أكسيد النيتروجين في غاز العادم بشكل مستمر. تتولى وحدة التحكم بمستشعر أكسيد النيتروجين معالجة القيم الواردة وإرسالها عبر ناقل بيانات CAN إلى وحدات التحكم ذات المستوى الأعلى، مثل وحدة SCR أو وحدة التحكم في المحرك. بناءً على المعلومات الواردة، يمكن لوحدات التحكم هذه حساب مقدار AdBlue® الذي يجب حقنه بواسطة التخفيض التحفيزي الانتقائي بالمحول الحفاز SCR من أجل تخفيض أكسيد النيتروجين بالقدر الأمثل. كما أن عنصر التسخين المدمج مباشرة في المسبار يضمن توفر درجة حرارة التشغيل المطلوبة للمستشعر والتي تبلغ حوالي 300 درجة. يمكن تركيب وحدة مستشعر أكاسيد النيتروجين فردي أو كنظام ثنائي في نظام العادم. وهذا يتوقف على إصدار النظام المثبت في السيارة المعنية. في حالة استخدام مستشعرين يكون أحدهما قبل المحول الحفاز SCR والآخر بعده. يتولى المستشعر الثاني مهمة مراقبة تأثير المحول الحفاز SCR. وهذا يضمن أن يعمل النظام بطريقة صحيحة، ويحقق تحكمًا أكثر دقة في أنظمة تنقية غاز العادم. وهذا الترتيب يساعد على ضمان الالتزام بقيم الانبعاثات التي تزداد صرامة.

يدخل غاز العادم إلى الغرفة الأولى عبر حاجز التشتيت. يضم هذا أول خلية مضخة وخلية قياس. يتم تحديد كمية الأكسجين المتبقي التي يتضمنها غاز العادم من خلال خلية القياس الموجودة في الغرفة الأولى. تعمل خلية قياس أخرى متصلة بالهواء الخارجي كمرجع. يؤدي الفرق بين محتوى الأكسجين الموجود في غاز العادم والهواء المرجعي إلى إنشاء جهد كهربائي بين خليتي القياس، والذي تستخدمه وحدة التحكم بوحدة الاستشعار كمتغير مقاس، وبالتالي التحكم في تيار خلية المضخة الأولى. تتولى خلية المضخة نقل الأكسجين المتبقي من غرفة القياس الأولى. تمر أكاسيد النيتروجين المتبقية (NOx) عبر حاجز تشتيت آخر إلى الغرفة الثانية التي تحتوي على قطب كهربائي مطلي. هذا القطب له خاصية تقسيم أكاسيد النيتروجين (NOx) حفزيًا إلى نيتروجين (N²) وأكسجين (O²).

ويتم تشتيت مكونات النيتروجين الناتجة (N²) وتنتقل إلى الخارج عبر طبقة مسامية. يتم ضخ مكونات الأكسجين (O²) إلى الهواء الخارجي بواسطة خلية المضخة الثانية. تقوم وحدة التحكم في وحدة المستشعر بتسجيل قيمة التيار الكهربائي في المضخة الموجودة في خلية المضخة الثانية، وترسل المعلومات بعد معالجتها إلى وحدة التحكم في المحرك عبر ناقل البيانات. وفي وحدة التحكم في المحرك تتم معالجة هذه الإشارة الواردة من المستشعر، وبالتالي يمكنها مراقبة مستوى التقليل الذي يحدث لأكاسيد النيتروجين والتحكم فيه.

تتولى وحدة التحكم في النظام من المستوى الأعلى مراقبة عمل مستشعر أكسيد النيتروجين، وبالتالي تحدث المراقبة عبر نظام تشخيص حالة أنظمة السيارة (OBD). يتم اكتشاف حالات القصور المتعلقة بالمكونات مثل عدم الاستعداد للعمل أو وجود دوائر قِصر كهربائية أو انقطاع الكابلات مباشرةً وتسجيلها في ذاكرة الأخطاء. ولذلك يجب أولاً قراءة ذاكرة الخطأ الخاصة بالأنظمة المتعلقة بالانبعاثات باستخدام جهاز تشخيص مناسب. تعتبر البيانات الواردة من اتصالات وحدة التحكم هي الأساس لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها الفعلي والنجاح في عملية الإصلاح. ورغم ذلك فقبل البدء في عملية تشخيص مفصلة لوحدة التحكم، يجب فحص نظام العادم بالكامل بصريًا. عندما يكون هنا ضرر خارجي فعادةً ما يكون ملحوظًا مثلًا من خلال تغير مستوى الضوضاء الصادرة منه، والذي يمكن أن يكون ناتجًا عن وجود شقوق أو صدأ في الأنابيب أو الوصلات أو كواتم الصوت. يجب أيضًا فحص كواتم الصوت والمحولات الحفازة المركبة للتأكد من عدم وجود عيوب، مثل وجود أجزاء غير مثبتة جيدًا بالداخل، وذلك عن طريق رج الجزء المعني أو النقر عليه. قد تكون توصيلات الكابلات أو وصلة القابس الكهربائية تعرضت للتلف؛ مثلًا بسبب تأثيرات بيئية مثل الأوساخ أو الماء أو ملح الطريق. ولذلك يجب أيضًا أخذ وصلة القابس الكهربائي الموجودة بوحدة التحكم في الاعتبار عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها. إذا لم يكن هناك أي ضرر ظاهر، يجب فحص مصدر الكهرباء واتصال ناقل البيانات وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة باستخدام جهاز قياس مناسب.