Sensori NO_x: il componente più mal diagnosticato della macchina

Se dovessimo indicare un componente che causa più sostituzioni inutili di ricambi di qualsiasi altro su un sistema emissioni off-highway, sarebbe il sensore NO_x. Non perché si guasti spesso – lo fa, è un componente soggetto a usura – ma per come si guasta e per ciò che la macchina ne deduce.

Cosa misura davvero il sensore

Un sensore NO_x non è una semplice sonda. È un dispositivo in zirconia a più camere, con un proprio riscaldatore e una propria unità di controllo sul bus CAN. I gas di scarico diffondono in una prima camera dove l’ossigeno viene pompato via e misurato – ecco perché il sensore riporta anche un valore di ossigeno – e poi in una seconda camera dove gli NO_x residui vengono decomposti cataliticamente e viene misurata la corrente di ossigeno risultante. Quella corrente è il segnale NO_x.

Ne derivano due conseguenze, ed entrambe contano per la diagnosi:

• Il sensore deve essere caldo per misurare qualcosa. Sotto la sua temperatura di esercizio non fornisce nulla di utilizzabile, e la centralina sa di doverlo ignorare. Le letture durante il riscaldamento non hanno valore diagnostico.
• È sensibile all’ammoniaca. La camera di decomposizione non riesce a distinguere completamente gli NO_x dall’NH₃. L’ammoniaca che sfugge oltre il catalizzatore viene letta, in parte, come NO_x – ed è esattamente per questo che un sovradosaggio può presentarsi come una conversione scarsa.

Come la macchina usa i due sensori

La maggior parte dei sistemi Stage IV, Stage V e Tier 4 Final monta un sensore a monte del catalizzatore SCR e uno a valle. La centralina calcola l’efficienza di conversione dalla coppia:

efficienza = (NOx monte − NOx valle) / NOx monte

Se quel numero scende sotto la soglia abbastanza a lungo, la macchina registra un errore di efficienza SCR e avvia la sequenza di inducement. Notate cosa significa: la macchina non misura mai il modulo di dosaggio, la pompa o il fluido. Misura due sensori e deduce tutto il resto. Se il sensore a valle va in deriva verso l’alto, la conversione sembra crollata anche se il dosaggio funziona perfettamente.

Perché vanno in deriva

• Cicli termici ed età. L’elemento sensibile si degrada; la risposta rallenta e il punto zero si sposta. È usura normale, non un difetto.
• Avvelenamento. Zolfo, silicone da un sigillante sbagliato, ceneri d’olio e liquido di raffreddamento degradano tutti l’elemento. Una macchina che ha subito un intervento alla guarnizione della testata o una perdita di liquido di raffreddamento a volte uccide un sensore NO_x mesi dopo.
• Particolato e condensa. I depositi sulla sonda rallentano la diffusione e quindi la risposta.
• Guasto del riscaldatore. Il sensore non raggiunge mai la temperatura di esercizio e non produce mai una lettura valida. Di solito registrato come errore di riscaldatore o di circuito, non come errore di efficienza.
• Cablaggi e connettori. L’unità di controllo del sensore è sul bus CAN; un connettore corroso produce errori di comunicazione che vanno e vengono con vibrazioni e temperatura.

Distinguere un guasto del sensore da un guasto di dosaggio

I controlli qui sotto richiedono pochi minuti e vale la pena farli ogni volta prima di ordinare un componente di dosaggio.

1. Confrontate entrambi i sensori all’avviamento a freddo, prima che inizi il dosaggio. Senza urea iniettata non c’è conversione, quindi entrambi i sensori dovrebbero leggere valori molto simili. Uno scarto significativo a questo punto è un problema di sensore, punto – il sistema non ha ancora avuto modo di fare nulla.
2. Guardate il valore di ossigeno di ciascun sensore. Entrambi riportano l’O₂ ed entrambi misurano lo stesso flusso di scarico. Una discordanza sull’ossigeno è una forte evidenza di un elemento in deriva.
3. Verificate la quantità dosata rispetto al modello. Se il sistema sta effettivamente dosando la quantità comandata e la pressione è stabile, ma la conversione risulta bassa, i sospettati sono i sensori – non l’unità di dosaggio.
4. Fate attenzione allo slip di ammoniaca. Un valore a valle che sale con la quantità dosata, invece di scendere, suggerisce uno slip letto come NO_x – il che significa sovradosaggio o un catalizzatore che non accumula correttamente, non un sensore difettoso.
5. Controllate la temperatura del catalizzatore. L’SCR fa molto poco sotto i 200 °C circa. Una conversione scarsa su una macchina il cui catalizzatore non si scalda mai è fisica, non un guasto.
6. Leggete il freeze frame. Un errore di efficienza registrato solo a basso carico e bassa temperatura racconta una storia molto diversa da uno registrato a pieno carico.

Sostituzione: i dettagli che contano

I sensori NO_x sono abbinati alla loro applicazione e, su molte piattaforme, devono essere adattati o codificati dopo la sostituzione. Montare un sensore fisicamente identico con un altro numero di parte produce spesso una macchina che funziona peggio di prima, con errori che non hanno senso. Dove la piattaforma lo richiede, la sostituzione necessita anche del corretto stato del software – uno dei motivi più comuni per cui una macchina arriva da noi per un secondo parere dopo la riparazione di qualcun altro.

I sensori aftermarket variano molto in qualità. Un sensore economico che va in deriva entro una stagione riproduce esattamente il guasto che doveva curare, e a quel punto la pista diagnostica si è raffreddata.

Quando il sensore non è il problema

Per essere onesti con il componente: molti errori di efficienza SCR sono reali. Un iniettore cristallizzato, una pompa in avaria, un fluido degradato o un catalizzatore avvelenato o danneggiato termicamente producono tutti una conversione bassa con sensori perfettamente sani. Il punto di questa pagina non è che i sensori NO_x siano sempre la causa – è che non vengono mai esclusi prima di ordinare i ricambi costosi, e dovrebbero esserlo.

Domande frequenti

Un sensore NOx può causare un derate?

Sì. La macchina calcola l’efficienza di conversione SCR dai sensori NOx a monte e a valle. Se il sensore a valle va in deriva verso l’alto, l’efficienza sembra crollare anche se il dosaggio funziona perfettamente, e la macchina avvia la sequenza di inducement.

Come capisco se è il sensore o il sistema di dosaggio?

Confrontate entrambi i sensori all’avviamento a freddo, prima che inizi il dosaggio. Senza urea iniettata non c’è conversione, quindi entrambi dovrebbero leggere valori molto simili. Uno scarto significativo a quel punto è un problema di sensore, non di dosaggio.

I sensori NOx vanno codificati dopo la sostituzione?

Su molte piattaforme off-highway sì – il sensore deve essere adattato o va applicato il corretto stato del software. Montare un sensore fisicamente identico con un altro numero di parte produce spesso errori che non hanno senso.