NOx-sensor
NOx-sensor: Ontwerp, probleemoplossing en reparatie-instructies
Hier vindt u waardevolle en nuttige tips voor garages over het thema ontwerp, werking en diagnose van de NOx-sensor.
De stikstofoxidesensor bestaat uit een sonde en een besturingseenheid , die via een kabelboom permanent met elkaar zijn verbonden als één eenheid. Deze eenheid is geïnstalleerd in het uitlaatsysteem, en wordt gebruikt om stikstofoxiden in de uitlaatgasstroom te detecteren. Stikstofoxiden zijn schadelijk voor de gezondheid en worden geproduceerd door hoge temperaturen, hoge druk of een teveel aan zuurstof tijdens de verbranding in de motor. De NOx-sensor is daarom een belangrijk onderdeel van het uitlaatgasmanagementsysteem van moderne motorvoertuigen met verbrandingsmotoren.
Belangrijke veiligheidsinstructie
De volgende technische informatie en praktische tips zijn door HELLA ontwikkeld om autogarages bij hun werkzaamheden professioneel te ondersteunen. De op deze website beschikbare informatie mag alleen worden gebruikt door vakmensen die in de desbetreffende materie zijn opgeleid.
INHOUDSOPGAVE
NOx-sensor: Constructie en werking
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.
Sensor met besturingseenheid
Voorbeeldweergave van de plaatsing van de sensoren op een voertuig met SCR-systeem: 1. NOX-sensor voor KAT, 2. NOX-sensor na KAT, 3. SCR-katalysator
Voorbeeldweergave van de topologie in het voertuig: 1. BCM / regeleenheid van het elektrische systeem van het voertuig, 2. ECU / motorbesturingseenheid, 3. NOX-besturingseenheid, 4. Meetsonde
Werkingsprincipe van de sonde: Wetenswaardigheden
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.
Grafische sensorelement/principeweergave
- Meetkamer 1
- Meetkamer 2
- Gecoate elektrode
Geïntegreerd verwarmingselement in de NOx-sensor: Wetenswaardigheden
Het geïntegreerde verwarmingselement zorgt voor een constante en optimale bedrijfstemperatuur in de sensor. Hierdoor kan de sensor worden verwarmd tot de vooraf gedefinieerde bedrijfstemperatuur, ongeacht de omgevingstemperatuur en de motortemperatuur. Dit zorgt ervoor dat de NOx-sensor zelfs bij lage temperaturen optimaal kan reageren. De temperatuur van het verwarmingselement wordt meestal geregeld door de motorbesturing. De motorbesturingseenheid past het verwarmingsvermogen aan de omgevingsomstandigheden aan. Dit verbetert niet alleen de nauwkeurigheid van de stikstofoxidemeting, maar heeft ook een positief effect op de levensduur van de sensor.
Storingsoorzaken en symptomen: Aanwijzingen
Door de installatiepositie in het uitlaatsysteem en de omgevingsomstandigheden daar, is de functionele levensduur van de sensor niet onbeperkt.
De volgende redenen kunnen verantwoordelijk zijn voor een defecte functie of storing
- Sensorfunctie verliest efficiëntie
- Slijtage door veroudering. Net als een lambdasonde kan ook de NOx-sensor verouderen
- Als gevolg van bedrijfsomstandigheden zoals uitlaatgassamenstelling, temperaturen en trillingen
- De sensorkop is vervuild
- Korte afstanden, verkeerde mengselsamenstelling of hoog olieverbruik
- Omgevingsinvloeden
- Vocht, water of strooizout
- Mechanische beschadigingen
- Verkeerde montage, ongeval of marterbeet
- Defecte spanningsvoorziening
- Kabelonderbrekingen
- Externe of interne kortsluiting
- SCR-systeem defect
- Defecte onderdelen - onjuiste dosering van AdBlue® kan leiden tot afzettingen. Hierdoor kan de sensor beschadigd raken en uitvallen
Uitval van een NOx-sensor kan de onderstaande symptomen hebben.
- Oplichten van het motorcontrolelampje
- Waarschuwing SCR-systeem op het display van de instrumentengroep
- Een storingscode opslaan in de besturingseenheid
- Storing of noodloopprogramma van het SCR-systeem
- Verhoogd brandstofverbruik of slechte motorprestaties
Probleemoplossing bij de NOx-sensor: Praktijktips
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.
Voorbeeldweergave van de diagnose van de besturingseenheid: Handleiding
Afhankelijk van het voertuig en het systeem kan niet alleen het storingsgeheugen worden uitgelezen, maar kunnen ook extra functies zoals parameters of schakelschema's worden geselecteerd en weergegeven. De navolgende informatie is als voorbeeld aan de hand van een BMW 520D G31 uitgevoerd.
Storingsgeheugen motorbesturing uitlezen
Met deze functie kunnen de in motorbesturing opgeslagen storingscodes worden uitgelezen en gewist.
In ons voorbeeld werd een storing met betrekking tot de NOx-sensor na de SCR-katalysator in het storingsgeheugen opgeslagen.
- Storingscode 2FB 800 "OBD CAN-bericht ontbreekt"
- Storing aanwezig
- Storingslampje niet ingeschakeld
Parameters uitlezen
Parameter NOx-sensor na katalysator defect
Parameter NOx-sensoren in functie
Deze functie kan worden gebruikt om actuele meetwaarden weer te geven, zoals het motortoerental, de NOx-waarde voor en na de SCR-katalysator en de temperatuur van de SCR-katalysator.
Deze parameteropvraag kan tijdens bedrijf worden gebruikt om te controleren of de uitlaatgassensoren en het SCR-systeem correct functioneren.
Zoals in ons voorbeeld te zien is, wordt er geen waarde weergegeven voor de defecte NOx-sensor na de SCR-katalysator.
Basisafstelling
Na installatie van de NOx-sensor met besturingseenheid moet dit voertuig worden aangepast.
In deze functie kunnen de inleerwaarden worden gereset en kan de nieuwe sensor in de bovenliggende besturingseenheid worden ingeleerd.
Schakelschema's
Weergave van de plaatsing van de sensoren in het schakelschema: 1. NOX-sensor voor KAT, 2. NOX-sensor na KAT, 3. Motorbesturingseenheid, 4. Regeleenheid van het elektrische systeem van het voertuig
Voor de foutopsporing kunnen systeemspecifieke schakelschema's uit de voertuiginformatie worden gebruikt. Hier kan bijvoorbeeld de PIN-indeling op de NOX-sensor worden afgelezen en gebruikt voor verdere probleemoplossing.
Onderhouds- en reparatie-instructies: Werkplaatstips
- De montage mag alleen worden uitgevoerd door opgeleid vakpersoneel.
- Als onderdeel van de foutopsporing moet er na de diagnose van de besturingseenheid eerst een visuele inspectie van de componenten en de randapparatuur in de motorruimte resp. op het uitlaatsysteem worden uitgevoerd.
- De NOx-sensor moet worden vervangen als de bekabeling of de sensorbehuizing beschadigd is.
- De sensor moet bij reparatie altijd als complete eenheid worden vervangen.
- Zorg voor de juiste sensor en installatiepositie! Haal de positie voor en na de katalysator niet door elkaar.
- De schroefdraad van de NOx-sensor mag niet extra worden bedekt met hete schroefpasta.
- NOx-sensoren moeten met het voorgeschreven aanhaalmoment worden aangedraaid! Wij adviseren voor HELLA-uitlaattemperatuursensoren een aanhaalmoment van 50 Nm.
- Voorafgaande aan de montage moet worden gecontroleerd of het product geschikt is voor het gebruiksdoel en of het de vereiste afmetingen, aansluitingen en eigenschappen bezit.
- Na de installatie van de NOx-sensor met besturingsapparaat kan een extra afstelling met een geschikt diagnoseapparaat op het voertuig noodzakelijk zijn!
- Neem in dit verband de desbetreffende (de)montage-instructies van de voertuigfabrikant in acht!
- HELLA aanvaardt geen aansprakelijkheid voor schade die is ontstaan door de ondeskundige behandeling of onjuiste montage van het product!
Aanwijzing!
De verschillende diagnosemogelijkheden zijn bij wijze van voorbeeld weergegeven voor het diagnoseapparaat mega macs X. De testdiepte en het aantal verschillende functies kunnen afhankelijk van de voertuigfabrikant en de systeemconfiguratie van de besturingseenheid variëren. Schema's, foto's en beschrijvingen zijn bedoeld om de tekst van het document nader toe te lichten en visueel te verduidelijken en kunnen niet worden gebruikt als basis voor voertuigspecifieke reparaties.