NOx-Sensor: Aufbau, Fehlersuche und Reparturhinweise

Der NOx-Sensor wird sowohl in Benzin- als auch in Dieselfahrzeugen ab Euro 5/6 verbaut und ermöglicht die Einhaltung der strengen Emissionswerte. Die Sensordaten werden von den jeweiligen Motormanagementsystemen für die Berechnung der Abgasrückführungsrate, des Luft-Kraftstoff-Gemisches oder der Harnstoff-Einspritzmenge benötigt. Der Sensor wird bei Fahrzeugen mit Benzindirekteinspritzung notwendig da diese aufgrund des Schichtladebetriebes eine größere Menge von Stickoxiden produzieren. Bei diesen Fahrzeugen kommt gleichzeitig ein NOx-Speicherkatalysator zum Einsatz.

In Dieselfahrzeugen verwendet man den Sensor in Zusammenhang mit einem System zur selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalytic Reduction - SCR). Hier wird Harnstoff in den Abgasstrom eingeleitet und reduziert die Stickoxide zu ungefährlichem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O). Durch die Erfassung der abgasrelevanten Messdaten ermöglicht der NOx-Sensor eine optimale Dosierung von AdBlue® durch das Motormanagementsystem und sorgt damit für eine effektive Reduzierung der umweltschädlichen Stickoxide. Sobald die benötigte Betriebstemperatur erreicht ist, misst der NOx-Sensor permanent den Stickoxidanteil im Abgas. Die ermittelten Werte werden vom Steuergerät des NOX-Sensors aufbereitet und über den CAN-Datenbus an übergeordnete Steuergeräte, wie zum Beispiel das SCR- oder Motorsteuergerät, weitergeleitet. Anhand dieser empfangenen Informationen können diese Steuergeräte errechnen, wieviel AdBlue® vor dem SCR-Katalysator eingespritzt werden muss, um eine optimale Stickoxidverminderung umzusetzen. Für die benötigte Betriebstemperatur von ca. 300° des Sensors sorgt zusätzlich ein Heizelement, welches direkt in der Sonde integriert ist. Die NOx-Sensoreinheit kann einzeln oder als Systempaar in der Abgasanlage verbaut sein. Das ist abhängig davon welche Systemausführung bei dem jeweiligen Fahrzeug verbaut ist. Kommen zwei Sensoren zum Einsatz, so befindet sich einer vor und der andere nach dem SCR-Katalysator. Der nachgelagerte Sensor hat die Aufgabe, die Wirkung des SCR-Katalysators zu überwachen. Dadurch wird die Systemfunktion sichergestellt und eine präzisere Regelung der Abgasreinigungssysteme erreicht. Diese Anordnung trägt zur Einhaltung der immer strenger werdenden Emissionsgrenzen bei.

Abgas gelangt über die Diffusionsbarriere in die erste Kammer. In dieser sind die erste Pumpzelle sowie eine Messzelle untergebracht. Der Restsauerstoff im Abgas wird mit Hilfe der Messzelle in der ersten Kammer ermittelt. Als Referenz dient eine weitere Messzelle mit Verbindung zur Außenluft. Durch die Differenz des Sauerstoffgehalts im Abgas zur Referenzluft entsteht zwischen beiden Messzellen eine Spannung, diese nutzt das Steuergerät der Sensoreinheit als Messgröße und steuert so den Strom der ersten Pumpzelle. Die Pumpzelle befördert den Restsauerstoff aus der ersten Messkammer. Die verbleibenden Stickoxide (NOx) gelangen durch eine weitere Diffusionsbarriere in Kammer zwei, in der sich eine beschichtete Elektrode befindet. Diese Elektrode hat die Eigenschaft Stickoxide (NOx) in Stickstoff (N²) und Sauerstoff (O²) katalytisch zu spalten.

Die entstandenen Stickstoffanteile (N²) diffundieren durch eine poröse Schicht nach außen. Die Sauerstoffanteile (O²) werden durch die zweite Pumpzelle an die Außenluft gefördert. Das Steuergerät der Sensoreinheit erfasst den Pumpstrom der zweiten Pumpzelle und sendet die aufbereitete Information über den Datenbus an das Motorsteuergerät. Dort wird dieses Sensorsignal verarbeitet und kann so die NOx Reduktion überwachen und steuern.