W ostatnich latach produkcja nowych pojazdów w Europie zatrzymała się na rekordowo niskim poziomie. Widać to doskonale na przykładzie referencji na aftermarkecie. Rynek czujników jest bardzo konkurencyjny, oferuje też doskonałe perspektywy wzrostu.

98% europejskiej floty samochodowej wciąż stanowią pojazdy z silnikami spalinowymi. A to każe dostawcom nadal rozwijać ofertę, aby sprostać potrzebom, które są bezpośrednio związane ze starzeniem się samochodów. I tak jak nie dziwią regenerowane półosie do pojazdów w wieku grubo ponad 10 lat, tak na drugim biegunie obserwować można wzbogacanie portfolio części o różnego rodzaju czujniki. A to szansa dla warsztatów.
Perspektywy wzrostu są oczywiście domeną krajów Europy Środkowej i Wschodniej, gdzie park pojazdów jest szczególnie naznaczony przez egzemplarze z dużym przebiegiem. Żyje tu 185 milionów mieszkańców, flota pojazdów wynosi ponad 78 milionów, więc to właśnie tu na rynku wtórnym upatruje się szans na zwiększenie popytu na usługi związane z diagnostyką i wymianą zużytych czujników w pojazdach silnikowych.

– Rynek czujników jest rynkiem technicznym, złożonym i konkurencyjnym, oferuje jednak doskonałe perspektywy wzrostu, a to dzięki elektryfikacji floty pojazdów z jednej strony i wzrostowi liczby czujników montowanych w samochodach spalinowych z drugiej strony – wyjaśnia Carole Berwald, szefowa działu czujników w NTN Europe. – Obecnie pojazd może mieć do 300 czujników. Elektronika stanowi od 30 do 40% ich całkowitej wartości sprzętowej. Zapewniają one funkcje związane ze zgodnością z normami środowiskowymi, komfortem, wydajnością i bezpieczeństwem kierowcy.

I tak, do kontroli wydechu mamy czujnik ciśnienia spalin (EGP). Porównuje on różnicę ciśnienia spalin na wlocie i wylocie filtra cząstek stałych, aby zapewnić zgodność pojazdu z europejskimi normami dotyczącymi emisji zanieczyszczeń. Jest też czujnik temperatury spalin (EGT), ten z kolei monitoruje temperaturę przewodu wydechowego, chroniąc podzespoły przed przegrzaniem. Do zarządzania silnikiem nieodzowny jest czujnik położenia wałka rozrządu (CMP), precyzyjnie określający położenie wałka rozrządu, informujący ECU, kiedy wtrysnąć paliwo do cylindra, aby zapewnić rozruch silnika. Jest też czujniki wału korbowego (CKP), który oblicza prędkość obrotową silnika, aby dostosować wtrysk paliwa do potrzeb pojazdu, zapewniając komfortową jazdę.

Czujnik temperatury płynu chłodzącego (CTS) mierzy temperaturę silnika i przekazuje ją do ECU, a ten dostosowuje czas wtrysku i kąt zapłonu w przypadku przegrzania, aby zapewnić bezpieczeństwo silnika.

Firma NTN pokusiła się o ciekawą analizę spodziewanego popytu. Znalazły się w niej informacje interesujące dostawców części, którzy myślą o rozszerzeniu działalności poza UE. Otóż region Bliskiego Wschodu i rynek afrykański również odnotowują znaczący wzrost. Pomimo wyzwań gospodarczych, sektor obsługi posprzedażnej osiąga dobre wyniki, wspierany przez szereg trendów. Z jednej strony rośnie liczba kierowców, podczas gdy średni wiek pojazdów w tej flocie to nieco ponad 12 lat. Z drugiej strony ruch broniący prawa konsumentów do naprawy pojazdów w niezależnych warsztatach przy użyciu części zamiennych nabiera rozpędu. Otwiera to nowe możliwości i zachęca do konkurencji. Idąc tym tropem – w roku obrotowym 2023 oferta NTN Europe dla samochodów ciężarowych i dostawczych przyciągnęła nowych klientów na kluczowych rynkach, które wcześniej nie były brane pod uwagę, takich jak: Kongo, Kenia, Arabia Saudyjska, Egipt i RPA. Spodziewany w ciągu następnej dekady wzrost floty powinien dodatkowo stymulować popyt na części zamienne.

Historia powstania czujnika NOx zaczęła się od zaledwie dwóch inżynierów zatrudnionych w NGK. W 1995 r. opracowali szczegółowe projekty i przeprowadzili dogłębne weryfikacje w oparciu o podstawową koncepcję, tworząc w tym czasie ponad 200 próbek

Dlaczego czujniki tlenków azotu (NOx)?

Przede wszystkim dlatego, że zapewniają funkcje związane ze zgodnością z normami środowiskowymi. Czujniki NOx w zastosowaniach komercyjnych pojawiły się na początku XXI wieku. Jednak dopiero w 2010 r. nastąpił gwałtowny, długo wyczekiwany wzrost zamówień. Było to spowodowane tym, że oprócz zaostrzenia przepisów dotyczących samochodów ciężarowych pojawiły się odpowiednie regulacje dotyczące także pojazdów osobowych.

Swoją drogą, wynalezienie czujników to podróż badawczo-rozwojowa, która rozpoczęła się od zaledwie dwóch inżynierów. Samochodowe czujniki tlenu opracowane zostały w ramach działalności NGK, ale w 1989 r. firma porzuciła tę dziedzinę ze względu na możliwość założenia spółki joint venture z NGK Spark Plug. W 1992 r. dział czujników został przemianowany na biuro ds. czujników, a jego celem był transfer technologii i zarządzanie częściami serwisowymi. Przydzielono doń wówczas zaledwie dwóch inżynierów. To o tyle zaskakujące, że od 1960 r. NGK prowadziła badania nad ceramiką cyrkonową, więc zdobyła już dużą wiedzę. Jeden z tych inżynierów, Nobuhide Kato, zmarł w 2002 r., nie doczekawszy owoców projektu związanego z czujnikami NOx. Dzięki uzyskanemu patentowi firma była w stanie zmonopolizować rynek. Ten wygasł w 2015 r., więc zajęła się badaniami nad nowymi technologiami i rozwojem kolejnych produktów.
Czujniki tlenku azotu, nazywane też sondą lub czujnikiem mieszanki ubogiej, znajdują się w układzie wydechowym. Jest tak, bo NOx to jedne z najgroźniejszych składników, jakie dostają się do atmosfery. W wysokich stężeniach mogą być nie tylko niebezpieczne dla naszego zdrowia, ale wręcz zabójcze. Takie tlenki powstają m.in. w trakcie spalania w silniku i są wydalane przez układ wydechowy do powietrza, którym oddychamy.

Koncerny samochodowe starają się redukować emisję NOx poprzez zaawansowane układy recyrkulacji spalin. Ich kluczowym elementem jest właśnie czujnik tlenku azotu, który odpowiada za pomiary w gazach spalinowych pojazdu. Jego serce stanowi sonda pomiarowa, czyli czujnik elektrochemiczny składający się m.in. z pompy tlenu. Wyniki pomiaru są następnie przetwarzane przez elektroniczny moduł sterujący i przekazywane przez przewody do sterownika silnika, który na podstawie tych informacji tak steruje pracą jednostki napędowej i innych elementów (np. AdBlue), aby w emitowanych spalinach było jak najmniej szkodliwych składników spalania. Notabene, to właśnie skandal związany z emisjami diesli, który wybuchł w 2015 r., po raz pierwszy zwrócił uwagę na rolę tego komponentu.

Samodzielny komponent termiczny
Popyt na czujniki tlenku azotu wzrósł globalnie, gdy tylko przepisy dotyczące branży transportowej odzwierciedliły wspólny trend: ograniczanie emisji. Norma Euro 6 stanowi znaczący postęp w stosunku do Euro 5 właśnie w odniesieniu do limitów NOx – obniżono go z 0,18 g/km do 0,08 g/km, co stanowi redukcję o 56%. Euro 5 i Euro 6 to zestawy norm wprowadzone przez Komisję Europejską (KE) w celu ograniczenia szkodliwych emisji spalin samochodowych. Limit emisji NOx dla pojazdów benzynowych ustalono na poziomie 60 mg/km, podczas gdy w odniesieniu do pojazdów z silnikiem Diesla wynosił on 180 mg/km. Kiedy wprowadzono normę Euro 6, limit NOx dla pojazdów z silnikiem Diesla obniżono do 80 mg/km. Tak niski poziom emisji nie byłoby możliwy do spełnienia bez precyzyjnego monitorowania ich poziomu, co dziś ma miejsce w większości pojazdów – także benzynowych.
Posiadanie czujników NOx szybko stało się kluczowe, bowiem tylko dzięki ich działaniu pojazd spełniał obowiązujące normy. W 1998 r. inżynierowie koncernu Continental rozpoczęli opracowywanie inteligentnego systemu czujników NOx ze zintegrowanym sterownikiem elektronicznym. Obecnie system ten odgrywa kluczową rolę w redukcji emisji tlenków azotu w silnikach wysokoprężnych i benzynowych z bezpośrednim wtryskiem. Ten zaawansowany technologicznie czujnik, którego produkcja rozpoczęła się w 2002 r., do masowej produkcji wszedł w 2007 r. Roczna zdolność produkcyjna początkowo wynosiła 250 tys. sztuk. Jednak w ostatnich latach bardziej rygorystyczne normy emisji, które wymagały nowych technologii kontroli emisji, w szczególności w silnikach Diesla – takich jak selektywna redukcja katalityczna (SCR) – spowodowały gwałtowny wzrost sprzedaży.
Już w 2018 r. Continental Regensburg wyprodukował 35-milionowy czujnik NOx, wśród innych globalnych dostawców, obecnych także oczywiście na rynku wtórnym, znajdziemy także takie firmy jak: Bosch, Stark, Febi Bilstein, Hella, Magneti Marelli. Również Delphi zapowiedziało dodanie czujników NOx do swojej oferty. 36 nowych części będzie dostępnych na rynku europejskim, na Bliskim Wschodzie i w Afryce. W Europie będą mieć zastosowanie w ponad 70 milionach pojazdów. Ich różne rodzaje będą działać w samochodach osobowych następujących marek: Mercedes-Benz, Peugeot, Opel, Škoda, BMW, Renault i Volkswagen. Nowa gama obejmuje też czujniki do samochodów użytkowych, w tym m.in. pojazdów ciężarowych DAF, MAN i Scania.

Uszkodzony czujnik NOx nie pozwoli silnikowi utrzymać norm emisji spalin na akceptowalnym poziomie, a w ekstremalnych przypadkach może uniemożliwić jego uruchomienie. Oryginalne części tego typu kosztują niemało – nawet 1000 zł i więcej. To stąd tańsze propozycje oferowane przez dostawców obecnych tylko na aftermarkecie

Limitowany czas działania

Awaria czujników NOx oznacza, że do silnika nie będzie podawana mieszanka o optymalnym składzie. Wiąże się ona również z następującymi konsekwencjami: niewłaściwym składem spalin, wzrostem zużycia paliwa, niepoprawną pracą silnika i kłopotami z układem DPF/katalizatorem. Jednym z najczęstszych powodów awarii czujnika temperatury spalin jest działanie wysokich temperatur – w niektórych przypadkach przekraczających 900°C. Gwałtowne zmiany temperatury mogą prowadzić do szoku termicznego i uszkodzenia. Czujnik ten pracuje w pobliżu rury wydechowej, gdzie temperaturę mierzy się w setkach stopni. Jeśli więc pojazd przejeżdża przez kałużę lub śnieg, zwłaszcza z dużą prędkością, temperatura może spaść nagle, prowadząc do uszkodzenia.
Pierwszym sygnałem, że czujnik trapią problemy, jest czerwonawo-brązowy gaz, innym razem mętny, brunatny kolor letniego smogu w obszarach o dużym natężeniu ruchu drogowego. Jeśli pojazd wykazuje objawy awarii czujnika,  kierowcy jest to sygnalizowane zapaleniem kontrolki silnika. Kolejne symptomy to zwiększone zużycie paliwa, zmniejszona moc i osiągi, a wreszcie przejście w tryb awaryjny – w takim wypadku problem powinien dać się wykryć za pomocą systemu OBD.

Dość często usterkę czujników NOx powoduje nagromadzenie sadzy z procesu spalania, uniemożliwiające prawidłowy pomiar gazu. Jest tak, bo działają dzięki wykorzystaniu zjawisk elektrochemicznych w spalinach, przekazują dane pomiarowe do centralnej jednostki sterującej pojazdu (modułu ECU), która może dostosować skład mieszanki paliwa i powietrza oraz inne parametry, aby zwiększyć wydajność i ograniczyć emisję spalin. Do uszkodzenia czujnika NOx może dojść zaskakująco łatwo. Zostały zaprojektowane tak, by zagwarantować ich wytrzymałość, ale element pomiarowy wykonano z cienkiej płytki ceramicznej. Jeśli ten delikatny komponent pęknie lub złamie się, czujnik przestanie działać prawidłowo. Co może spowodować takie uszkodzenia? Wszelkie silne uderzenia lub wstrząsy.

Rafał Dobrowolski
Fot. Ampro Technologie GmbH, Delphi, NGK Ceramics Polska

Artykuł pochodzi z archiwum Nowoczesnego Warsztatu