NOx-sensor: Ontwerp, probleemoplossing en reparatie-instructies

De NOx-sensor wordt geïnstalleerd in zowel benzine- als dieselvoertuigen vanaf Euro 5/6 en maakt naleving van de strenge emissiewaarden mogelijk. De sensorgegevens zijn nodig voor de betreffende motormanagementsystemen om de uitlaatgasrecirculatie, het lucht-brandstofmengsel of de ureuminjectiehoeveelheid te berekenen. De sensor is nodig voor voertuigen met directe benzine-injectie, omdat deze een grotere hoeveelheid stikstofoxide produceren door de gelaagde oplading. Deze voertuigen hebben ook een NOx-opslagkatalysator.

In dieselvoertuigen wordt de sensor gebruikt in combinatie met een systeem voor selectieve katalytische reductie (Selective Catalytic Reduction - SCR). Hierbij wordt ureum in de uitlaatgasstroom gebracht en worden de stikstoffen gereduceerd tot onschadelijk stikstof (N2) en water (H2O). Door de registratie van de uitlaatgasrelevante meetgegevens zorgt de NOx-sensor voor een optimale dosering van AdBlue® via het motormanagementsysteem en zorgt daarmee voor een doeltreffende vermindering van de voor het milieu schadelijke stikstofoxiden. Zodra de vereiste bedrijfstemperatuur is bereikt, meet de NOx-sensor permanent het stikstofoxidegehalte in het uitlaatgas. De vastgestelde waarden worden verwerkt door de besturingseenheid van de NOX-sensor en via de CAN-databus doorgestuurd naar besturingseenheden op een hoger niveau, zoals de SCR- of motorbesturingseenheid. Op basis van de ontvangen informatie kunnen deze besturingseenheden berekenen hoeveel AdBlue® vóór de SCR-katalysator geïnjecteerd moet worden om een optimale vermindering van stikstofoxide te bereiken. Een verwarmingselement dat rechtstreeks in de sonde is geïntegreerd, zorgt ook voor de vereiste bedrijfstemperatuur van ongeveer 300° voor de sensor. De NOx-sensoreenheid kan afzonderlijk of als systeempaar in het uitlaatsysteem geïnstalleerd zijn. Dit is afhankelijk van de systeemuitvoering die in het betreffende voertuig is geïnstalleerd. Als er twee sensoren worden gebruikt, bevindt de ene zich voor en de andere na de SCR-katalysator. De sensor na de SCR-katalysator heeft als taak om de werking van de SCR-katalysator te bewaken. Dit zorgt voor een goede werking van het systeem en een nauwkeurigere regeling van de uitlaatgaszuiveringssystemen. Deze regeling draagt bij aan de naleving van de steeds strengere emissiegrenswaarden.

Uitlaatgas komt de eerste kamer binnen via de diffusiebarrière. Hierin bevindt zich de eerste pompcel en een meetcel. De restzuurstof in het uitlaatgas wordt bepaald met behulp van de meetcel in de eerste kamer. Een andere meetcel met een verbinding naar de buitenlucht dient als referentie. Het verschil tussen het zuurstofgehalte in het uitlaatgas en de referentielucht creëert een spanning tussen de twee meetcellen, die de besturingseenheid van de sensoreenheid gebruikt als een meetvariabele en zo de stroom van de eerste pompcel aanstuurt. De pompcel transporteert de restzuurstof uit de eerste meetkamer. De resterende stikstofoxiden (NOx) gaan door een andere diffusiebarrière naar kamer twee, die een gecoate elektrode bevat. Deze elektrode heeft de eigenschap om stikstofoxiden (NOx) katalytisch te splitsen in stikstof (N²) en zuurstof (O²).

De resulterende stikstofcomponenten (N²) diffunderen naar buiten door een poreuze laag. De zuurstofcomponenten (O²) worden door de tweede pompcel naar de buitenlucht geleid. De besturingseenheid van de sensoreenheid registreert de pompstroom van de tweede pompcel en stuurt de verwerkte informatie via de databus naar de motorbesturingseenheid. Dit sensorsignaal wordt daar verwerkt en kan zo de NOx-reductie bewaken en aansturen.

De werking van de NOX-sensor wordt bewaakt door de betreffende hoger geplaatste systeembesturingseenheid en dus via de boorddiagnose (OBD). Componentgerelateerde storingen zoals onjuiste operationele gereedheid, elektrische kortsluiting of kabelonderbrekingen worden direct herkend en in het storingsgeheugen opgeslagen. Daarom moet het storingsgeheugen van de uitlaatgasgerelateerde systemen eerst worden uitgelezen met een geschikt diagnoseapparaat. De gegevens van de ECU-communicatie vormen de basis voor de eigenlijke probleemoplossing en een succesvolle reparatie. Voordat echter direct met de uitgebreide diagnose van de besturingseenheid wordt begonnen, moet het gehele uitlaattraject visueel worden geïnspecteerd. Externe schade is meestal al merkbaar door een veranderd geluidsgedrag en kan worden veroorzaakt door scheuren of doorroesten van buizen, aansluitingen of geluiddempers. De geïnstalleerde geluiddempers en katalysatoren moeten ook worden gecontroleerd op defecten, zoals losse onderdelen binnenin, door te schudden of te kloppen op het betreffende component. Bedrading of elektrische stekkerverbindingen kunnen beschadigd zijn door omgevingsinvloeden zoals vuil, water of strooizout. De elektrische stekkerverbinding op de besturingseenheid moet daarom ook worden meegenomen in het probleemoplossingsproces. Als er geen schade wordt gedetecteerd, moeten de voeding en de communicatie van de databus worden gecontroleerd met een geschikt meetapparaat in overeenstemming met de specificaties van de fabrikant.