Cảm biến NOx bao gồm một đầu dò và một bộ phận điều khiển. Thông qua dây cáp, chúng được kết nối chắc chắn với nhau để tạo thành một khối thống nhất. Bộ cảm biến này được lắp đặt trong hệ thống khí thải và được sử dụng để nhận biết các oxit nitơ trong dòng khí thải.
Cảm biến NOx là một thành phần quan trọng trong hệ thống xử lý sau nhằm giảm NOx, được sử dụng trong các phương tiện chạy bằng diesel có hệ thống SCR dựa trên urê (selective catalytic reduction – khử xúc tác chọn lọc). Cảm biến cho phép tuân thủ các giá trị phát thải nghiêm ngặt bắt đầu từ tiêu chuẩn Euro 5 trở đi. Do đó, cảm biến NOx đảm bảo liều lượng AdBlue tối ưu cho hệ thống động cơ, từ đó mang lại hiệu quả giảm thiểu oxit nitơ có hại cho môi trường.
Cảm biến NOx là một phần của hệ thống xử lý sau giảm NOx được sử dụng trong các phương tiện chạy bằng diesel có hệ thống SCR dựa trên urê. Cảm biến nằm phía trước chất xúc tác SCR đo trực tiếp nồng độ khí NOx ra khỏi động cơ, giúp xác định lượng phun urê tối ưu. Cảm biến NOx phía sau chất xúc tác SCR được sử dụng để theo dõi hiệu suất của chất xúc tác. Nhu cầu đo NOx chính xác cao nhằm tuân thủ các quy định về phát thải NOx ngày càng nghiêm ngặt. Cảm biến NOx cũng có khả năng đo nồng độ O2, giống như cảm biến lambda băng thông rộng.
Thiết kế và chức năng cảm biến NOx
Cảm biến NOx được lắp đặt trên cả xe chạy xăng và diesel đạt tiêu chuẩn Euro 5/6 và cho phép tuân thủ các giá trị phát thải nghiêm ngặt. Hệ thống quản lý động cơ tương ứng yêu cầu dữ liệu cảm biến để tính toán tốc độ tuần hoàn khí thải, hỗn hợp không khí-nhiên liệu hoặc lượng phun urê. Cảm biến này cần thiết cho các phương tiện phun xăng trực tiếp, vì chúng tạo ra lượng oxit nitơ lớn hơn do hoạt động nạp phân tầng. Những phương tiện này cũng có bộ chuyển đổi xúc tác lưu trữ NOx.
Trong xe diesel, cảm biến được sử dụng kết hợp với hệ thống khử xúc tác chọn lọc (SCR). Tại đây, urê được đưa vào dòng khí thải và khử các oxit nitơ thành nitơ (N2) và nước (H2O) vô hại. Bằng cách ghi lại dữ liệu đo khí thải, cảm biến NOx cho phép hệ thống quản lý động cơ cung cấp liều lượng AdBlue® tối ưu, giảm hiệu quả các oxit nitơ có hại cho môi trường.
Ngay khi đạt được nhiệt độ vận hành yêu cầu, cảm biến NOx sẽ đo vĩnh viễn hàm lượng nitơ oxit trong khí thải. Các giá trị được xác định sẽ được xử lý bởi bộ điều khiển của cảm biến NOx và chuyển tiếp đến các bộ điều khiển cấp cao hơn, chẳng hạn như SCR hoặc bộ điều khiển động cơ, thông qua bus dữ liệu CAN. Dựa trên thông tin nhận được, các bộ điều khiển này có thể tính toán lượng AdBlue® cần được bơm vào phía trước bộ chuyển đổi xúc tác SCR để đạt được mức giảm oxit nitơ tối ưu.
Bộ phận gia nhiệt được tích hợp trực tiếp vào đầu dò cũng đảm bảo nhiệt độ hoạt động cần thiết khoảng 300°C cho cảm biến. Bộ cảm biến NOx có thể được lắp đặt riêng lẻ hoặc theo cặp hệ thống trong hệ thống ống xả. Điều này phụ thuộc vào phiên bản hệ thống nào được cài đặt trên xe tương ứng. Nếu sử dụng hai cảm biến, một cảm biến được đặt ở phía trên (thượng lưu) và cảm biến còn lại ở phía sau (hạ lưu) bộ chuyển đổi xúc tác SCR. Cảm biến hạ lưu có nhiệm vụ theo dõi tác dụng của bộ chuyển đổi xúc tác SCR. Điều này đảm bảo chức năng hệ thống và kiểm soát chính xác hơn các hệ thống lọc khí thải. Sự sắp xếp này góp phần tuân thủ các giới hạn phát thải ngày càng nghiêm ngặt.
Nguyên lý chức năng của cảm biến NOx
2. Buồng đo 2
3. Điện cực phủ
Khí thải đi vào buồng đầu tiên thông qua hàng rào khuếch tán. Đây là nơi chứa tế bào bơm đầu tiên và một tế bào đo. Lượng oxy dư trong khí thải được xác định bằng cảm biến đo ở buồng thứ nhất. Một tế bào đo khác có kết nối với không khí bên ngoài dùng làm tham chiếu. Sự chênh lệch giữa hàm lượng oxy trong khí thải và không khí tham chiếu tạo ra một điện áp giữa hai tế bào đo, điện áp này được bộ điều khiển của bộ cảm biến sử dụng làm biến đo, từ đó kiểm soát dòng điện của tế bào bơm đầu tiên. Tế bào bơm vận chuyển oxy dư ra khỏi buồng đo đầu tiên. Các oxit nitơ (NOx) còn lại đi qua một rào cản khuếch tán khác vào buồng thứ hai, chứa một điện cực được phủ. Điện cực này có đặc tính xúc tác phân tách oxit nitơ (NOx) thành nitơ (N2) và oxy (O2).
Các thành phần nitơ thu được (N2) khuếch tán ra ngoài thông qua một lớp xốp. Các thành phần oxy (O2) được chuyển ra không khí bên ngoài bằng tế bào bơm thứ hai. Bộ điều khiển của bộ cảm biến ghi lại dòng bơm của tế bào bơm thứ hai và gửi thông tin đã xử lý đến bộ điều khiển động cơ thông qua bus dữ liệu. Tín hiệu cảm biến này được xử lý ở đó và do đó có thể theo dõi và kiểm soát việc giảm NOx.
Tích hợp bộ gia nhiệt trong cảm biến NOx
Bộ phận gia nhiệt tích hợp cho phép duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định và tối ưu trong cảm biến. Điều này cho phép cảm biến được làm nóng đến nhiệt độ vận hành được xác định trước bất kể nhiệt độ môi trường và nhiệt độ động cơ. Điều này đảm bảo rằng cảm biến NOx có thể phản ứng tối ưu ngay cả ở nhiệt độ thấp. Nhiệt độ của bộ phận gia nhiệt thường được điều chỉnh bởi bộ điều khiển động cơ. Bộ điều khiển động cơ điều chỉnh công suất sưởi phù hợp với điều kiện môi trường xung quanh. Điều này không chỉ cải thiện độ chính xác của phép đo oxit nitơ mà còn có tác động tích cực đến tuổi thọ của cảm biến.
Nguyên nhân và triệu chứng hư hỏng cảm biến NOx
Sự cố hoặc hỏng hóc có thể do những nguyên nhân sau
Chức năng cảm biến mất tác dụng:
- Mòn do lão hóa. Giống như cảm biến lambda, bộ cảm biến NOx cũng có thể bị lão hóa
- Do các điều kiện vận hành như thành phần khí thải, nhiệt độ và rung động.
Đầu cảm biến bị bám bồ hóng:
- Vận hành ở khoảng cách ngắn, thành phần hỗn hợp không chính xác hoặc tiêu hao nhiều dầu
Ảnh hưởng của môi trường: Độ ẩm, nước hoặc muối trên đường
Hư hỏng cơ khí: Lắp đặt không đúng, tai nạn, va đập hoặc côn trùng hay chuột cắn.
Nguồn điện bị lỗi:
- Cáp bị gián đoạn
- Ngắn mạch bên ngoài hoặc bên trong
Hệ thống SCR bị lỗi: Các thành phần bị lỗi – việc định lượng AdBlue® không đúng có thể dẫn đến cặn lắng. Những thứ này có thể làm hỏng cảm biến và khiến nó bị hỏng
Các triệu chứng sau đây có thể xảy ra nếu cảm biến NOx bị lỗi.
- Đèn cảnh báo động cơ bật sáng
- Cảnh báo hệ thống SCR trên màn hình cụm đồng hồ
- Lưu mã lỗi trong bộ điều khiển
- Hệ thống SCR gặp trục trặc hoặc vận hành khẩn cấp
- Tăng mức tiêu thụ nhiên liệu hoặc hiệu suất động cơ kém
