Датчик NOx: назначение, устройство, неисправности

Автолюбителей уже не удивляет то, что транспорт постоянно модернизируют. Многие интересные технические решения, которые сегодня встречаются практически во всем легковом транспорте, были разработаны еще в девяностых годах – то время было богатым на новинки в автомобилестроении. Однако существует немало таких решений, о которых многие автолюбители могли и не знать. Одним из них является датчик NOх, иначе называемый датчиком оксидов азота или же датчиком обедненной смеси. Подобными устройствами сегодня оснащают все большее число автомобилей, что объясняется повышением требований к экологичности. Об устройстве датчиков NOx, их ключевых особенностях, а также неисправностях вы сможете узнать из материала Avto.pro.

Назначение устройства

Актуальные требования к экологическим показателям двигателей внутреннего сгорания отличаются строгостью. Большая часть автомобилей с бензиновыми двигателями имеют т.н. непосредственное впрыскивание, а сам двигатель при частичной нагрузке расходует обедненную смесь. Поясним: на приготовление обедненной смеси идет минимально необходимое количество кислорода, по факту – атмосферного воздуха. Даже при сгорании обедненной смеси образуется большое количество оксидов с углеродной и азотной основой. Первые улавливаются обычными катализаторами, тем временем как вторые могут стать проблемой – нейтрализовать оксиды азота намного сложнее. Частично решить проблему помогают дополнительные накопительные катализаторы оксидов азота. Такие катализаторы имеют определенную накопительную мощность, которую необходимо регистрировать. Именно эту задачу берет на себя датчик NOx.

Датчик оксидов азота, он же датчик NO_x, полностью оправдывает свое название. Сочетание букв NO_x читается не иначе как «эн-о», а «икс» означает число присоединенных молекул оксигена. Напоминаем, что NO_x – это собирательное название пары опасных оксидов азота: NO и NO₂. Они крайне токсичны и их содержание в выхлопных газах необходимо уменьшать.

Датчиками оксидов азота обязательно оснащают системами избирательной каталитической нейтрализации. Устройства располагают сразу за накопительным катализатором, если двигатель бензиновый, или восстановительным катализатором, если автомобиль имеет дизельный агрегат. Датчики регистрирует рост процентного содержания оксидов азота в выхлопе, подают соответствующий сигнал, а далее блок управления переводит двигатель в работу с обогащенной смесью. Таким образом удается уменьшить содержание вредных оксидов в выхлопе. Если еще проще: датчик гарантируют своевременный переход из фазы накопления в фазу регенерации.

Нередко можно видеть, как автолюбители объединяют понятия «лямбда-зонд» и «датчика NO_x». По факту, и первое, и второе устройство является лямбда-зондом, однако они имеют разное расположения и берут на себя разные задачи. Обычный кислородный датчик располагается выше катализатора. Он отвечает за корректировку смеси и, следовательно, влияет на выхлоп. Нижний лямбда-зонд, он же датчик NO_x, контролирует работоспособность катализатора и реагирует на изменения в составе выхлопа.

Устройство датчика NOx

Датчики NOx для автопромышленности по факту являются довольно сложными электрохимическими датчиками амперометрического типа. Самым простым и понятным элементом датчика является нагреватель. Наиболее важными элементами являются камеры (ячейки): камера накачки и измерительная камера. Иногда камер бывает три. Принцип работы датчика сводится к следующему:

1. Выхлопные газы попадают в первую камеру. Здесь содержание O₂ в газе снижается за счет действия тока откачки в электродах при температурах 650°С и выше (при низких температурах этого не произойдет);
2. Попадая во вторую камеру, оксиды азота начинают распадаться на азот и оксиген. Генерирующийся при этом ток накачки строго пропорционален концентрации NO_x-соединений в выхлопе (регистрируется концентрация того же кислорода).

В некоторых датчиках имеется третья камера, которая помогает контролировать чувствительность камер. «Начинка» датчиков, которая позволяет уменьшать процентное содержание O₂ для правильного измерения содержания оксидов азота, обычно включает диоксид циркония, стабилизированный иттрием. Электроды изготавливают из благородных металлов, как-то палладия, золота или платины. Мы не будем вдаваться в подробности электрохимического процесса, однако отметим, что при изготовлении датчиков NOx неспроста используются столь редкие металлы – они имеют высокую проводимость ионов O₂ и могут похвастать высокой устойчивостью к температурным воздействиям.

Датчики NOx также включают в себя минимум два кислородных насоса. Первый насос удаляет избыток кислорода из захваченных выхлопных газов, тем временем как второй откачивает газы для измерения концентрации кислорода, выделяемого при разложении оксидов азота. Подытоживая: датчик оксидов азота состоит из минимум двух камер (ячеек) и двух насосов, нагревателя, нескольких электродов. Также стоит упомянуть собственный блок управления датчика, который принимает сигнал, усиливает его, а затем передает ЭБУ.

Ранее уже упоминалось то, что датчики NO_x в бензиновых и дизельных автомобилях отличаются друг от друга. Датчики для дизельных агрегатов в зависимости от регистрируемого содержания оксидов азота в выхлопе инициируют обогащение смеси – в этот момент катализатор регенерирует. Объясняется это тем, что катализатор не может превращать вредоносные оксиды азоты в безвредные воду и азот. Периодически он нуждается в «перерыве». Если содержание оксидов азота слишком высоко, датчик посылает блоку управления сигнал, а тот дает команду на обогащение топливовоздушной смеси.

В случае дизельных агрегатов датчиков NOx лишь оценивает эффективность работу восстановительного катализатора. Если он перестает справляться со своей задачей и процент оксидов азота в отработавших газа становится критически высоким, датчик сигнализирует об этом. Водитель узнает о проблеме по загоревшейся лампочке Check Engine. Для выявления источника проблем водителю нужно будет обратиться на СТО.

Провода датчиков оксида азота

В силу того, что датчики при работе подают несколько сигналов, они имеют и несколько кабелей. Самые продвинутые датчики имеют еще и нагреватель, к которому подведена пара проводов. Итоговое число проводов в продвинутых устройствах равняется шести. Они имеют следующую цветовую маркировку:

• Желтый и синий. Соответствуют «-» и «+» нагревательного элемента;
• Белый и зеленый. Этими проводами передается сигнал тока накачки Ip I (+), Ip II (+);
• Серый. Передает сигнал измерительной камеры Vs+;
• Черный. Создает измерительное соединение между камерами.

Иногда встречаются датчики с оранжевыми проводами (устройство можно увидеть на фото ниже). Как правило, подобную цветовую маркировку имеют устройства для американских автомобилей. Четкая маркировка нужна скорее специалистам, которые будут работать с такими датчиками, нежели рядовым автолюбителям. Рекомендация для последних крайне проста: убедитесь, что все провода не имеют повреждений изоляции и соединены с устройством и блоком управления датчика NOx.

Неисправности и их последствия

Вообще, датчики оксидов азота позволяют сделать двигатель не только более экологичным, но еще и экономичным. При низких нагрузках агрегат может работать на обедненной смеси. Это означает, что процент топлива в смеси будет близок к минимально необходимому. Неисправный датчик NOx отличается от полностью исправного следующим:

• Его сигнал передается слишком медленно;
• Сигнал с датчика становится слабым и остается таким даже после усиления в блоке управления.

Как результат, приготовление топливовоздушной смеси будет вестись по «стандартной» программе – обогащению. При этом ненагруженный двигатель будет потреблять больше топлива. В среднем, расход вырастает на 15%, однако при эксплуатации автомобиля в городском цикле расход может вырасти на 20 и более процентов. Некоторые автолюбители отмечают, что неисправный датчик не оказывал существенного влияния на топливную экономичность их транспортного средства. Объяснение простое: переобогащение смеси пока не происходит, но это лишь вопрос времени.

При неисправности датчика оксидов азота всегда наблюдается некорректная работа накопительного катализатора. Это обусловлено нарушением восстановительного цикла. Экологические показатели автомобиля с неисправным датчиком NO_x будут далекими от регламентированных автопроизводителем. Стоит также затронуть вопрос диагностики устройства. Выход самых продвинутых датчиков обедненной смеси не всегда верно диагностировать по коду ошибки. Так, например, проблема может крыться в воздуховоде, однако код ошибки будет указывать именно на датчик. Руководствуясь только кодами, автолюбитель может заменить все лямбда-зонды на автомобиле. Правильным же решением будет обращение к специалистам. В профессиональных сервисах неисправность датчика NO_x выявляют при помощи осциллографа. Категорически не рекомендуем проводить самостоятельную диагностику при помощи тестера.

Выбор нового датчика

К несчастью, подобрать недорогую замену оригинальному датчику NO_x не получится. В продаже зачастую удается найти только оригинальные датчики, стоимость которых часто равна стоимости, например, дорогих стекол и кузовных деталей. Искать новый датчик можно по:

• VIN-коду;
• Коду самого устройства;
• Техническим параметрам транспортного средства.

Самый надежный вариант – поиск по VIN-коду. Как правило, код датчика автолюбитель не знает. Он может найти код по параметрам своего автомобиля, но в таком случае поиски нужно вести в проверенных электронных каталогах. С высокой вероятностью будет найден именно дорогостоящий оригинал. Напоминаем, что автоконцерны не производят все нужные для сборки автомобиля комплектующие самостоятельно – большую часть деталей производят сторонние фирмы. В теории, удастся немного сэкономить, купив датчик под именем бренда фирмы-производителя. Сегодня большую часть датчиков NO_x выпускают следующие компании:

• Denso (Япония);
• Bosch (Германия);
• NTK (Япония).

Продукцию этих же фирм можно найти в ассортимент фирм-упаковщиков. Например, британского Blue Print или польского Polcar. Покупая неоригинал, автолюбитель ничем не рискует – фактически, он получит OEM-продукт под именем бренда одного из перечисленных производителей. Покупатели часто задуют следующий вопрос: почему данные устройства настолько дорогие? Дело в том, что при их изготовление используются дорогостоящие металлы. Требования к технологии производства также очень высоки. Прибавьте к этому и то, что устройство объединяет в себе сразу два датчика. Итоговая стоимость изделия попросту не может быть малой, ведь это измерительное устройство высокой точности с огромным эксплуатационным ресурсом.

Вывод

Датчик NO_x – это один из множества электронных компонентов современных транспортных средств, неисправность которого грозит автолюбителю серьезными денежными тратами. Новый датчик будет стоит немало. Нельзя было бы не упомянуть, что правильно его продиагностировать могут далеко не все сервисы, но это уже вопрос их компетенции. Для автолюбителя это означает необходимость платить еще и горе-специалистам. Столь проблемное устройство, впрочем, имеет большой эксплуатационный ресурс и автолюбители редко сталкиваются с необходимостью замены датчика обедненной смеси. Если существует реальная необходимость замены, то мы рекомендуем сразу приступать к поиску оригинальной автозапчасти.