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Unscheinbar, aber extrem wichtig für saubere Abgase: der NO
Foto: Febi
Unscheinbar, aber extrem wichtig für saubere Abgase: der NOx-Sensor. Obwohl kein typisches Verschleißteil, müssen diese sensiblen Schnüffler aufgrund der extremen Betriebsbedingungen ersetzt werden.

NOx-Sensor bei Nutzfahrzeugen

Sensibler Schnüffler

Bei Fehlfunktionen am SCR-Abgasreinigungssystem gehört der NOx-Sensor zu den „Hauptverdächtigen“. Ist er defekt, lassen sich die Abgasgrenzwerte nicht mehr einhalten. Zudem leidet die Verbrennungsqualität, was den Verbrauch in die Höhe treibt.

Stickoxide – kurz NOx – kennt die breite Öffentlichkeit erst seit dem 2015 aufgedeckten Dieselskandal. Dass moderne Euro-VI-Nutzfahrzeuge zu den saubersten und umweltfreundlichsten Transportmitteln gehören, wissen jedoch die Wenigsten. In zahlreichen Tests wurde eindrucksvoll bewiesen, dass sie sogar weniger giftiges NOx ausstoßen als die meisten Euro-6-Pkw. Denn, um umweltschädliche Bestandteile aus den Abgasen zu eliminieren, besitzen Euro-VI-Lkw und -Busse hochkomplexe Abgasnachbehandlungssysteme.

Das am weitesten verbreitete ist das SCR-System. Hinter dem Kürzel ‚SCR‘ verbirgt sich die ‚Selektive katalytische Reduktion‘ auf englisch ‚Selective Catalytic Reduction‘. Als Reduktionsmittel, um die schädlichen Stickoxide auf chemischen Wege in harmlosen, ungiftigen Stickstoff (N) und Wasser (H2O) umzuwandeln, hat sich Ammoniak (NH3) bewährt. Als wässrige Harnstoff-Lösung wird sie in exakt berechneter Menge direkt vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrom eingedüst. Diese wässrige Lösung, die in einem separaten Tank mitgeführt wird, ist unter dem Handelsnamen ‚Adblue‘ bekannt und besteht zu 32,5 Prozent aus Harnstoff und zu 67,5 Prozent aus demineralisiertem Wasser. Unter optimalen Bedingungen lassen sich damit die Stickoxid-Emissionen um bis zu 98 Prozent reduzieren.

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Erkennt der NOx-Sensor Unstimmigkeiten in der Abgaszusammensetzung oder ist der Sensor selbst defekt, warnt eine Fehlerlampe den Fahrer.
Foto: Febi
Erkennt der NOx-Sensor Unstimmigkeiten in der Abgaszusammensetzung oder ist der Sensor selbst defekt, warnt eine Fehlerlampe den Fahrer.

Der NOx-Sensor als Herzstück

Für eine effektive Abgasreinigung besitzen Euro-VI-Motoren eine Reihe sensibler Sensoren, welche abgasrelevante Daten an das Motormanagement liefern. Der wichtigste Sensor – und damit quasi das Herzstück des SCR-Systems – ist der NOx-Sensor. Er ist ein intelligentes Messsystem, welches aus einem keramischen Sensor und einer integrierten Steuerelektronik besteht. Durch die Kommunikation mit der Motorsteuerung ist eine optimale Einstellung wichtiger Motorparameter möglich, etwa des Kraftstoff-Luft-Gemischs, der Rückführrate des Abgasrückführsystem (AGR) und der Harnstoff-Einspritzmenge. Beim SCR-System bestimmt der Sensor außerdem die Regenerationszyklen des NOx-Speicherkatalysators. NOx-Sensoren gibt es allerdings nicht erst seit Einführung der Euro-VI-Abgasnorm – vereinzelt sind diese sensiblen Schnüffler auch schon bei Euro-V-Lkw und -Bussen zu finden.

Entweder einzeln hinter oder als Systempaar vor- und nach dem SCR-Katalysator im Abgasstrom montiert, ermittelt die Sensorik permanent sowohl die Sauerstoff- als auch die Stickoxid-Konzentration der Abgase. „NOx-Sensoren überwachen in Echtzeit Funktion und Effektivität der SCR-Anlage, außerdem liefern sie die Daten, um die für einen optimalen Reduktionsprozess notwendige Menge Adblue zu berechnen“, weiß Sascha Keller, verantwortlich für das Produktmarketing bei Febi. Eine NOx-Sensor besteht aus der Sonde, einem Anschlusskabel, dem Steuermodul und einem Anschlusstecker. „Im Steuermodul werden die vom Sensor gelieferten Daten aufbereitet und an das Motorsteuergerät weitergegeben. Dieses errechnet daraus die erforderliche AdBlue-Einspritzmenge und bestimmt, ob eine Regeneration des NOx-Speicherkatalysators eingeleitet werden muss oder ob das SCR-System überhaupt ordnungsgemäß funktioniert“, erklärt der Febi-Produktspezialist.

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Die On-Board-Diagnose erkennt Fehler am Abgasnachbehandlungssystem, etwa einen defekten NO
Foto: Wabcowürth
Die On-Board-Diagnose erkennt Fehler am Abgasnachbehandlungssystem, etwa einen defekten NOx-Sensor, und legt einen entsprechenden Fehlercode ab.

Unter ‚OBD-Aufsicht‘

Bei Euro-V- und Euro-VI-Nutzfahrzeugen überwacht die Onboard-Diagnose (OBD) das Abgasmanagement. Bei Störungen am SCR-System warnt eine Kontrollleuchte im Armaturen-Display den Fahrer. Reagiert dieser nicht auf die Warnung, reduziert das Motormanagement die Motorleistung, so dass der Fahrer im Extremfall nur noch mit Schrittgeschwindigkeit zur nächsten Werkstatt weiterfahren kann. Allerdings gibt es den Teilefachleuten von Hofmeister + Meincke zufolge abhängig von der Fehlerschwere zwei Meldestufen: die Warnschwelle und die Schwelle für Drehmomentbegrenzung. Ist die Warnschwelle erreicht, werden demnach bereits die NOx-Grenzwerte überschritten und die Fehlerlampe blinkt, zudem generiert die OBD entsprechende Fehlercodes. „Fährt der Fahrer weiter und der NOx-Ausstoß überschreitet einen bestimmten Schwellwert oder wird die Adblue-Zufuhr unterbrochen, schreitet der Drehmomentbegrenzer ein. Eine Weiterfahrt ist dann je nach Fehlerschwere nur noch mit einem um 25 oder 40 Prozent reduzierten Motordrehmoment möglich“, so die Nutzfahrzeugfachleute des Teilehändlers.

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Moderne SCR-Abgasnachbehandlungssysteme sind kleine chemische Fabriken. Eines der Herzstücke ist der NOx-Sensor (E).
Foto: Bosch
Moderne SCR-Abgasnachbehandlungssysteme sind kleine chemische Fabriken. Eines der Herzstücke ist der NOx-Sensor (E).

Limitierte Lebensdauer

Zwar zählen Sensoren laut Jan-Christopher Kölln, Produktmanager bei Meyle, nicht zu den typischen Verschleißteilen, doch aufgrund der exponierten Position direkt im heißen Abgasstrom und den dort herrschenden Umgebungsbedingungen sei die Funktionsdauer von NOx-Sensoren durchaus begrenzt. „Eigentlich gehen NOx-Sensoren nicht kaputt, aber im Fahrbetrieb verrußen die Sensorköpfe abhängig von den Betriebsbedingungen mehr oder weniger stark und schnell“, berichtet Kölln im Gespräch mit der amz. Dem Produktfachmann zufolge könnte man prinzipiell den Sensor ausbauen,  freibrennen und wieder einbauen. „Aber das ist zeitaufwändig und nur von zeitlich begrenzter Wirksamkeit“, so der Fachmann. Laut Kölln sind alle Fahrzeughersteller von dem Sensorproblem betroffen. Die Standzeit hänge allerdings stark von den jeweiligen Fahrbedingungen ab: „Häufiger Kurzstrecken- und innerstädtischer Stop-and-Go-Betrieb lassen den Sensorkopf aufgrund der geringen Abgastemperaturen verrußen“, berichtet Kölln.

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Foto: Febi
NOx-Sensoren sind fahrzeug- beziehungsweise motorspezifisch. Im Zweifelsfall hilft beim Bestellen des Ersatzsensors der Vergleich mit dem Altteil oder der Original-Teilenummer.

Die Ersatzteilversorgung hat sich in den vergangenen Jahren deutlich verbessert: „Lange Zeit waren Ersatz-NOx-Sensoren nur über die Herstellerschiene zu bekommen. Doch das hat sich mittlerweile geändert“, berichtet Oliver Gravemann, Verkaufsleiter DACH beim dänischen Abgastechnikspezialisten Dinex. Als eine der Ersten erkannten die Dänen das Ersatzpotenzial und präsentierten bereits  zur Automechanika 2018 den ‚DinSensor‘ speziell für den freien Ersatzteilemarkt. Seitdem hat sich die sich Zahl der Anbieter von NOx-Sensoren beträchtlich erhöht. Zu den bekanntesten Anbietern gehören neben dem Trendsetter Dinex unter anderem auch Auger, Bosch, Continental, Denso, DT Diesel Technic mit seiner Marke ‚DT Spare Parts‘, Febi, Meyle, und PE und Vierol mit der Marke ‚Vemo‘ – und das Heer der Sensoranbieter wächst nahezu täglich.    

Tipps zum Sensortausch

  • Die Abgasanlage muss dicht sein, ansonsten sind Fehlmessungen möglich.
  • Vor dem Ausbau die Verkabelung auf Schäden und Kontaktprobleme (Übergangswiderstände) prüfen.
  • Funktioniert ein neu eingebauter Sensor nicht (Warnleuchte an oder Fehlerspeichereintrag), ist meist ein falscher Sensor verbaut (Teilenummer beachten!). Es sind aber auch Software-Probleme zwischen Sensor(en) und Steuergerät möglich. Typische Fehlercodes sind: „Kommunikation mit NOx 1/2 nicht möglich“, „Messwerte nicht plausibel“ oder „Checksumme falsch“.
  • Der Ersatz-Sensor muss zum Datenstand des Motorsteuergeräts passen, gegebenenfalls ist ein Software-Update nötig.
  • Auf Bezeichnung und Einbauposition achten: Sensoren vor dem Katalysator werden als ‚upstream‘ (stromaufwärts), dahinter als ‚downstream‘ (stromabwärts) bezeichnet.
  • Da die NOx-Konzentrationen vor und nach dem SCR-Katalysator stark unterschiedlich sind, gibt es bei einigen Anwendungen unterschiedliche Sensoren für die vor- und nachgelagerte Position.
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