W celu spełnienia aktualnie obowiązujących wysokich wymagań w zakresie emisji konieczna jest redukcja między innymi niebezpiecznych tlenków azotu zawartych w spalinach. Jest to możliwe dzięki chemicznemu procesowi, który do usuwania tlenu wykorzystuje czynnik selektywnie redukujący tlenki azotu NOx w spalinach. Termin NOx to ogólne określenie tlenku azotu (NO), dwutlenku azotu (NO₂) oraz innych gazów azotowych.

Chemiczny proces redukcji tlenków azotu nazywany jest selektywną redukcja katalityczną (SCR). Ze względu na najwyższy poziom selektywnego działania amoniak NH₃ sprawdził się jako najlepszy środek redukujący.

Amoniak przechowywany jest w oddzielnym zbiorniku pod postacią wodnego roztworu mocznika, znanego pod nazwą AdBlue®. Wodny roztwór mocznika wtryskiwany jest do układu wydechowego, gdzie w hydrolitycznym katalizatorze pod wpływem wysokiej temperatury spalin przekształcany jest w amoniak. Następnie w katalizatorze selektywnym groźne tlenki azotu ulegają redukcji do bezpiecznego azotu i wody.

Tłumik układu wydechowego w samochodzie spełniającym Normę Euro 6 (źródło: MAN - podstawy rozwiązań technicznych w samochodach użytkowych); Legenda: 1. Strumień przepływu spalin; 2. Czujnik NOx; 3. Zamknięty filtr cząstek stałych CRT); 4. Filtr cząstek stałych (DPF); 5. Czujnik temperatury; 6. Wtrysk środka AdBlue®; 7. Strefa mieszania i hydrolizy do przetwarzania mocznika w amoniak; 8. Moduł selektywnej redukcji katalitycznej (katalizator redukcyjny); 9. Katalizator zatrzymujący nieprzereagowany amoniak.

W celu kontrolowania procesu redukcji współczesne pojazdy są wyposażone w jeden czujnik NOx (czujnik tlenków azotu) umieszczony za katalizatorem redukcji selektywnej, lub dwa czujniki NOx - jeden przed, a drugi za katalizatorem redukcji selektywnej. W oparciu o pomiar stężenia tlenu w spalinach czujniki monitorują skuteczność działania układu selektywnej redukcji katalitycznej (SCR). Dane z czujników NOx wykorzystywane są również do obliczania ilości preparatu AdBlue®, wymaganej do optymalnego procesu redukcji tlenków azotu.

Budowa czujnika NOx i zasada pomiaru

Czujnik NOx zbudowany jest z sondy (1), przewodu łączącego (2), modułu sterującego (3) oraz wtyczki przyłączeniowej (4).

Aktualnie stosowana technologia pomiaru NOx oparta jest na czujnikach elektrochemicznych zawierających stabilizowany itrem dwutlenek cyrkonu ZrO₂. Konstrukcja i sposób działania tych czujników są podobne do szerokopasmowych sond lambda. Czujniki te wykorzystują zazwyczaj dwie sąsiadujące ze sobą komory pomiarowe z dwoma komorami elektrochemicznymi, zwanymi również komorami pompującymi.

Komory pomiarowe wewnątrz sondy

Spaliny wpływają do pierwszej komory, gdzie tlen O₂ usuwany jest elektrochemicznie. Jest to konieczne, ponieważ w przeciwnym razie pomiar tlenku azotu w drugiej komorze zostałby zakłócony. Przy pomocy napięcia elektrycznego podawanego do komory pompującej cząsteczki O₂ rozbijane są na jony. Te z kolei przenikają do stałego elektrolitu składającego się z dwutlenku cyrkonu i w ten sposób są usuwane z komory pomiarowej. Energia elektryczna, która musi zostać użyta do tego celu, jest odwrotnie proporcjonalna do stosunku powietrza do paliwa. Wartość ta jest również przesyłana do sterownika silnika, który nadzoruje pracę sondy lambda mierzącej zawartość tlenu w spalinach.

W drugiej komorze ustalana jest zawartość NOx w spalinach. W tym celu pozostały tlenek azotu NOx poddawany jest redukcji do azotu i tlenu przez materiał katalityczny elektrody platynowo-rodowej. Powstały tlen jest następnie wypompowywany z komory pomiarowej przez tą elektrodę. Umożliwia to przepływ prądu przez elektrodę, który jest proporcjonalny do stężenia tlenku azotu NOx w spalinach.

Ten z kolei służy do wyliczania, czy katalizator gromadzący NOx musi zostać poddany regeneracji, jaka powinna być dawka wtryskiwanego AdBlue® oraz do ustalania, czy układ selektywnej redukcji katalitycznej SCR pracuje poprawnie.

W aktualnie produkowanych pojazdach spełniających wysokie normy emisji sterowanie układem spalin odbywa się w czasie rzeczywistym. Stale kontrolowany jest poziom AdBlue®, jego jakość i zużycie, układ wtrysku oraz wartość NOx. W przypadku usterki w układzie selektywnej redukcji katalitycznej SCR lub odchyleń od wymaganych wartości kierowca jest odpowiednio informowany i ostrzegany. Jeżeli kierowca nie podejmuje żadnej reakcji, moc silnika jest redukowana zgodnie z fabrycznymi założeniami producenta pojazdu. W najgorszym przypadku kierowca może dojechać do najbliższego warsztatu jedynie z minimalną prędkością.

Czujniki NOx mają ograniczoną żywotność. Ze względu na starzenie materiałów wraz z upływem czasu obniża się dokładność pomiarów, a na desce rozdzielczej zapala się kontrola ostrzegawcza. Warto zaufać czujnikom NOx marki febi, które spełniają najwyższe wymagania pierwszego montażu. Obok czujników NOx firma febi oferuje również wiele innych elementów układu selektywnej redukcji katalitycznej, takie jak płyn AdBlue®, filtry, korki zbiorników, moduły pomiarowe oraz czujniki temperatury spalin.

Fot. febi