Sensore NOx: cos’è, dove si trova, cosa succede se non funziona

La riduzione delle emissioni è un tema molto caldo nel settore automotive e sui limiti e le “soglie” imposte dal legislatore europeo si sta giocando il futuro del motore a combustione interna. Il sensore NOx ha assunto un ruolo fondamentale nel monitorare i livelli di ossido di azoto emessi da un veicolo. A dover essere ridotte non sono infatti solo le emissioni di CO2 ma anche quelle di ossidi di azoto (NOx), che hanno un significativo impatto su salute e ambiente. Quando l’ossido di azoto si unisce con l’ossigeno (a temperature elevate) si viene a creare il biossido di azoto (NO2), cioè quello che nel gergo comune viene chiamato smog. Il sensore di ossido di azoto controlla dunque i livelli di biossido emessi in atmosfera dal veicolo ed è alla base del sistema di gestione delle emissioni del veicolo.

Sensore NOx: a cosa serve

Il sensore NOx lavora in sinergia con il catalizzatore SCR, il turbocompressore e il filtro antiparticolato (DPF) per rilevare il livello di gas NOX e inviare tale informazione al sistema SCR (riduzione catalitica selettiva) che, nel caso in cui il calore sia superiore a quello consentito, gestisce e regola le emissioni per riportarle ad un valore conforme.

La parte più importante del sensore Nox è una cella di Nernst, attraversata da corrente, che ha lo scopo di portare la miscela aria carburante al rapporto ottimale λ=1. In un altra cella, solitamente di materiale ceramico e rodio, avviene invece la scomposizione degli ossidi di azoto in azoto e ossigeno. Vicino al sensore è posizionata una centralina che, in base alla rilevazione dei gas di azoto presenti nel gas di scarico, dialoga con la centralina SCR che regola il quantitativo di agente riducente (o agente di risoluzione, link articolo catalizzatore) da iniettare nel catalizzatore per consentirgli di abbattere gli ossidi di azoto trasformandoli in azoto e acqua.

Dove si trova il sensore NOx

Il sensore NOx è generalmente posizionato dopo il catalizzatore, per consentire una precisa misurazione delle emissioni e verificare se i livelli di biossido di azoto sono inferiore ai limiti consentiti. In alcuni casi ci possono essere due sensori Nox: uno prima del catalizzatore e uno a valle che monitora l’operato del catalizzatore SCR.

Tipologie di sensori ossido di azoto: 

L’unità sensore NOx è formata da una centralina e da una sonda tra loro collegati attraverso un cablaggio. L’unità è montata sull’impianto di scarico per rilevare i quantitativi di ossidi di azoto presenti nel flusso dei gas di scarico. 

 I sensori NOx possono essere di due tipi:

• amperometrico: la misurazione della differenza nei livelli di ossigeno nel gas di scarico prima e dopo il passaggio sull’elettrodo di rilevamento determina la quantità di NOx presente.
• Potenziometrico: la differenza di tensione tra due elettrodi nel gas di scarico (misurata dal sensore) è proporzionale alla quantità di NOx presente.

Motori diesel: perchè il sensore NOx è fondamentale

Senza sensore di ossidi di azoto (NOx) e un sistema elettronico di gestione delle emissioni difficilmente un auto con motore diesel potrebbe circolare sulle nostre strade. Per rispettare le normative Euro 6, un motore diesel non può infatti superare gli 80 mg/km di Nox (per gli euro 5 il limite era 180 mg/km). Ed è proprio grazie ai sensori Nox che i livelli di ossidi di azoto inquinanti possono essere costantemente monitorati e “corretti”. Grazie al sensore NOx la centralina può determinare il corretto dosaggio di AdBlue (soluzione di acqua e urea) per ridurre gli ossidi di azoto

I sensori NOx hanno iniziato a diffondersi a partire dagli anni 2000 e da allora sono diventati parte integrante del sistema di controllo emissioni e sono oggi montati su tutti i veicoli diesel, ma anche benzina, immessi sul mercato.

Il ruolo dei sensori di ossidi di azoto nei motori a benzina più performanti

Il sensore NOx ha un ruolo determinante nei motori a benzina più performanti, in particolare quando vengono richieste delle prestazioni extra in fase di accelerazione. Anche se le emissioni di NOx dei motori a benzina sono nettamente inferiori a quelle dei diesel, il sensore Nox è comunque presente per monitorare le emissioni e ridurre i consumi.

Sensore Nox e sonda lambda

Per contenere i consumi, infatti, i motori a benzina a iniezione diretta utilizzano una miscela magra ( a determinare la composizione aria-carburante della miscela è la sonda lambda), rendendo necessario il sensore Nox per consentire al sistema di gestione delle emissioni di abbattere le emissioni inquinanti e non superare i livelli consentiti. Questa operazione è resta possibile dal sistema di controllo elettronico collegato direttamente della sonda lambda, che in questo caso deve operare con valori che si scostano da lambda=1 e quindi al di fuori del valore di funzionamento ottimale del catalizzatore.

Per neutralizzare l’aumento di ossidi di azoto che si viene a creare in queste condizioni si utilizza un catalizzatore supplementare che immagazzina temporaneamente tali NOx. Il sensore verifica se la capacità di accumulo dei Nox del catalizzatore supplementare sta per esaurirsi e comunica con la centralina per richiedere per un breve lasso di tempo una miscela più grassa che consenta di abbassare i livelli di Nox, con una rigenerazione che si ripete circa ogni minuto.

Cosa succede se il sensore Nox non funziona ?

Generalmente se il sensore NOx non funziona correttamente viene inviato un segnale alla centralina e al computer di bordo che fa scattare la modalità Limp Home mode. La centralina riduce la potenza del motore e la velocità per un intervallo di tempo prestabilito dalla Casa consentendo all’automobilista di portare l’auto in officina

Il modo più sicuro per accertare un guasto al sensore è tramite diagnostica OBD, che segnala gli errori correlati al sensore Nox. Anche la verifica attraverso un multimetro può essere utile per determinare se il sensore nox è guasto.

Il malfunzionamento dovrebbe comunque essere segnalato con l’ accensione della spia del motore. Tra i sintomi di un sensore Nox che non funziona correttamente anche le ridotte prestazioni del motore. In fase di revisione, un sensore Nox difettoso o non più funzionante potrebbe essere la causa del superamento del limiti delle emissioni di ossidi di azoto consentite, con conseguente necessità di ulteriori controlli e riparazioni per riportare nei limiti le emissioni e superare la revisione.

Un sensore NOx difettoso può presentare i seguenti sintomi:

• Accensione della spia del motore
• Il motore non si avvia o entra in modalità Limp Home durante la marcia.
• Significativo aumento delle emissioni di ossidi di azoto
• accelerazione ridotta e prestazioni del motore inferiori alla norma

Quando sostituire il sensore NOx ?

In caso di guasto, una volta individuata la causa, è sempre consigliata la sostituzione del sensore Nox. Non è infatti consigliabile la pulizia del sensore NOx perchè il sensore potrebbe essere danneggiato e la pulizia non risolutiva. Il sensore Nox è inoltre autopulente, quindi è altamente probabile che il problema sia un guasto e non lo sporco.

Va inoltre ricordato che la precisione del sensore Nox è un aspetto fondamentale per garantire il corretto funzionamento del sistema di controllo emissioni SCR, e dunque un suo malfunzionamento o elevata imprecisione può compromettere l’efficacia dell’intero sistema, impattando anche sui consumi di carburante. Non conviene dunque cercare di riparare un sensore nox perchè potrebbe nuovamente non funzionare correttamente e richiedere un ulteriore intervento, con una perdita di tempo per il meccanico e denaro per l’automobilista.

Sensore Nox non funziona: le cause del guasto

Come tutti i sensori, anche il sensore dei Nox non è esente all’usura e con il tempo può rompersi e richiedere di essere sostituito con un sensore Nox di ricambio. A danneggiare il sensore è in molti casi la fuliggine derivata dalla combustione, che si deposita sul sensore impedendogli una misura precisa del gas e in certi casi danneggiandolo fisicamente.