Czujniki temperatury spalin są niezbędne do pracy silnika i zapobiegają krytycznym uszkodzeniom. Ale jakie dokładnie zadanie spełniają te czujniki?
W tym artykule szczegółowo opisujemy, jak działają różne typy czujników i jak można przetestować ich działanie przy użyciu konwencjonalnych narzędzi warsztatowych.

Kiedyś układ wydechowy miał przejrzysty i prosty układ. Obecnie zawiera filtry, konwertery katalityczne i szereg czujników. Przyczyna tego rozwoju jest oczywista: spaliny mają być coraz czystsze, więc ich obróbka jest coraz bardziej skomplikowana. Jedną z technologii do tego używanych są czujniki temperatury spalin EGTS (ang. Exhaust Gas Temperature Sensor – czujnik temperatury gazów spalinowych). Pozwalają one jednostce sterującej silnika (ECU) kontrolować temperaturę spalin i chronić odpowiednie części przed przegrzaniem - w tym turbosprężarkę, która jest montowana w bezpośrednim sąsiedztwie wydechu i jest narażona na ekstremalne temperatury. To samo dotyczy komponentów zainstalowanych dalej od silnika. Filtr cząstek stałych (DPF) musi osiągnąć określoną temperaturę podczas fazy regeneracji, a filtr utleniający w silniku wysokoprężnym wymaga ochrony przed ekstremalnymi temperaturami. Dlatego czujniki temperatury spalin marki NTK można znaleźć przed i/lub za tymi elementami. Zapewniają one sterownikowi silnika informacje pozwalające na dokładne określenie temperatury spalin. W przypadku wystąpienia krytycznych warunków pracy możliwe staje się podjęcie przez sterownik środków zaradczych.

Funkcje i typy

Wszystkie czujniki temperatury spalin NTK należą do grupy tzw. „termistorów”. „Termistor” to sztuczne słowo złożone z określenia „rezystor termiczny”, co oznacza tyle samo, co „rezystor wrażliwy na ciepło”. Istnieją dwa rodzaje termistorów: jeden z nich należy do grupy tzw. „przewodników zimnych”. Jego opór elektryczny zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. W fizyce takie czujniki nazywa się czujnikami o dodatnim współczynniku temperaturowym lub po prostu „czujnikami PTC” (ang. Positive Temperature Coefficiency). W przypadku drugiego typu termistorów jest dokładnie odwrotnie: są to tak zwane „przewodniki ciepłe”. Ich opór elektryczny maleje wraz ze wzrostem temperatury. W konsekwencji takie czujniki mają ujemny współczynnik temperaturowy i nazywane są „czujnikami NTC” (ang. Negative Temperature Coefficiency). Warsztaty muszą wiedzieć, że: PTC i NTC nie są zamienne. Zainstalowanie czujnika PTC w miejsce czujnika NTC - lub odwrotnie nieuchronnie doprowadzi do nieprawidłowego działania.

Wszystkie czujniki temperatury spalin NTK są typu (NTC). Ich element sensorowy składa się z tytanianu wapnia, półprzewodnika znanego również jako perowskit. Podstawową zasadę działania tych czujników można łatwo wyjaśnić: czujnik NTC jest połączony szeregowo z rezystorem podciągającym wewnątrz ECU. Do tego połączenia przykładane jest napięcie 5 V. Gdy tylko EGTS się nagrzeje, jego rezystancja maleje i można zaobserwować spadek napięcia. Z drugiej strony, jeśli temperatura po stronie czujnika spada, rośnie jego rezystancja i zmienia się również napięcie.

Po stronie ECU rezystor podciągający ma stałą rezystancję. A ponieważ prawo Ohma mówi, że całkowite napięcie musi pozostać takie samo w szeregowym połączeniu rezystorów, należy również zaobserwować zmianę napięcia, która odpowiada napięciu na rezystorze NTC. Wszystko, co ECU musi zrobić, to zmierzyć napięcie na rezystorze podciągającym i przeliczyć tę wartość na temperaturę spalin z uwzględnieniem odpowiedniego współczynnika. W ten sposób wykorzystuje charakterystykę, która przypisuje każdej temperaturze określone napięcie.

NTK rozróżnia dwa czujniki NTC: typ C i typ E. Oba są gotowe do pracy natychmiast po przyłożeniu napięcia. Ich czujnik jest osadzony w specjalnej masie odpornej na wibracje. Jest uszczelniony metalową obudową i może wytrzymać ekstremalne temperatury. Różnica między czujnikami typu C i E polega jednak na ich zakresie pomiarowym. Podczas gdy czujniki typu C działają w zakresie od 100 do 900°C, czujniki typu E mogą pracować w temperaturze od -40°C (i więcej). Górna granica temperatury również wynosi 900°C.

Ekstremalny styl jazdy: szybsze starzenie

Podobnie jak w przypadku wielu innych czujników, nie ma określonego okresu międzyobsługowego dla czujników temperatury spalin. Są zbudowane tak, aby wytrzymać wysokie temperatury i silne wibracje. Jednakże podlegają one oczywiście normalnemu zużyciu, które może być przyspieszone w niekorzystnych warunkach pracy. Na przykład czujnik z pozycją montażową przed turbosprężarką musi wytrzymać tak zwany wyjątkowo duży gradient temperatury. Oznacza to, że czujnik musi być odporny na ekstremalne wahania temperatury, które są prawie natychmiastowe - i związane z nimi naprężenia materiałowe, które wynikają z rozszerzalności cieplnej i kurczenia się na zimno. Mówiąc dokładniej: jeśli kierowca przechodzi z trybu pełnego obciążenia na tryb zwalniania, temperatura na turbosprężarce lub temperatura czujnika temperatury spalin może spaść o 750°C w ciągu zaledwie jednej sekundy - od nawet 900°C przy całkowicie otwartej przepustnicy do około 150°C w trybie hamowania silnikiem. Odwrotnie dzieje się, gdy kierowca nagle ponownie przyspiesza. W związku z tym jazda w sportowym stylu naraża czujnik na większy stres i może prowadzić do szybszego starzenia. Dodatkowo, awarie układu wtryskowego, tworzenie się nieprawidłowej mieszanki lub częste skoki temperatury spalin również mogą sprzyjać starzeniu.

Diagnostyka: praktyczna wiedza dla warsztatów

Jeśli czujnik przed turbosprężarką ulegnie awarii, prędkość biegu jałowego i zużycie paliwa może wzrosnąć, podczas gdy osiągi i reakcja silnika na pedał przyspieszenia mogą się zmniejszyć. Dzieje się tak, ponieważ jednostka sterująca silnika rozpoznaje tak zwany „niewiarygodny” sygnał i automatycznie przełącza się na wartość zastępczą, aby chronić krytyczne komponenty przed przegrzaniem. Następnym razem, gdy silnik zostanie uruchomiony, jednostka sterująca silnika będzie stopniowo próbowała zmienić tryb pracy, a tym samym wyregulować charakterystykę, aby uzyskać wiarygodne wyniki pomiarów. Jeśli ten krok nie powiedzie się, sterownik aktywuje kontrolkę MIL (check engine) na desce rozdzielczej. To samo dotyczy sytuacji, gdy czujnik temperatury zgłasza temperaturę powyżej zdefiniowanego maksimum.

Podłączając pojazd do urządzenia diagnostycznego i odczytując pamięć usterek, należy przestrzegać poniższych wskazówek. Różni producenci samochodów mogą używać różnych nazw kodowych. Jednak w większości przypadków opis awarii jest wystarczająco dokładny, aby zidentyfikować problem. Może na przykład odczytać „czujnik temperatury spalin 1: temperatura za wysoka”. W niektórych przypadkach kilka potencjalnych awarii jest zgrupowanych w jednym kodzie. Dlatego warsztat nie powinien polegać wyłącznie na kodzie błędu. Zwłaszcza, że ​​awaria czujnika może być objawem kolejnej awarii silnika.

Kontrola wizualna i testy funkcjonalne

Jeśli zostanie odczytany błąd związany z czujnikiem temperatury spalin, zaleca się sprawdzenie czujnika, aby uniknąć dodatkowych kosztów naprawy. Na przykład: jeśli DPF nie regeneruje się przez dłuższy czas, może zostać nieodwracalnie uszkodzony. To samo dotyczy przegrzanych turbosprężarek lub katalizatorów.

Aby sprawdzić czujnik EGTS, postępuj zgodnie z następującą procedurą:

1. Kontrola wzrokowa: kod błędu wskazuje pozycję montażową czujnika temperatury. Ten czujnik należy ocenić wizualnie. Czy kabel jest nadmiernie wygięty lub naprężony? Czy można dostrzec oznaki zużycia lub uszkodzenia, np. na powłoce gumowo-silikonowej? We wszystkich tych przypadkach czujnik należy natychmiast wymienić.
2. Kontrola multimetrem: jeśli nie ma widocznych nieprawidłowości, jednym ze sposobów testowania czujnika typu E jest pomiar rezystancji elektrycznej za pomocą multimetru lub, jeszcze lepiej, oscyloskopu. W tym celu należy wyjąć wtyczkę ze złącza i podłączyć multimetr do obu pinów czujnika. Włączyć silnik. Jeśli czujnik działa prawidłowo, rezystancja powinna stale spadać, ponieważ ciepły czujnik ma mniejszą rezystancję niż zimny czujnik. W takim przypadku można dodatkowo przetestować kostkę wtykową i kabel pod kątem zwarcia i kontaktu z masą. Na koniec należy sprawdzić napięcie zasilające pochodzące z ECU. W większości przypadków jest to 5 V. Testowanie czujnika typu C działa w zasadzie w ten sam sposób. Należy jednak mieć świadomość, że ze względu na swoją charakterystykę czujnik typu C działa od 100°C i więcej i ma bardzo wysoką rezystancję elektryczną wynoszącą 6 MΩ w temperaturze pokojowej. Dlatego upewnij się, że używasz multimetru lub oscyloskopu zdolnego do pomiaru tak wysokich oporów elektrycznych. Jeśli multimetr zgłasza „przerwę w obwodzie”, może to być błędna interpretacja z powodu niedokładnego zakresu pomiarowego.

Ważne jest również, aby wiedzieć, że w celu 100-procentowego sprawdzenia należy wziąć pod uwagę charakterystyki zapisane w ECU i przetestować dużą liczbę punktów roboczych. Mając to na uwadze, jasne jest, że testowanie za pomocą multimetru jest odpowiednie tylko do sprawdzenia ogólnej zdolności funkcjonalnej.

 WAŻNE INFORMACJE NA TEMAT CZUJNIKÓW

• Czujnik typu E posiada zakres pomiaru od -40 do +900°C
• Czujnik typu C posiada zakres pomiaru od +100 do +900°C
• Typ E i Typ C znacząco różnią się opornością.
• Typowa wartość dla czujnika NTK typu E wynosi około 25 kΩ przy 20°C i 90 Ohm przy 900°C
• Typowa wartość dla czujnika NTK typu C wynosi około 6 MΩ (!) przy 20°C i 90 Ohm przy 900°C
• Typowa wartość dla czujnika PTC (nie NTK) wynosi około 270 Ω przy 20°C i 800 Ohm przy 900 °C
• Oczywiście, nie należy zamieniać miejscami tych trzech różnych typów czujników
• Jeżeli został zamontowany niewłaściwy czujnik, bardzo często komputer sterujący (ECU) zapamiętuje kod usterki (niekiedy nawet już po kilku kilometrach jazdy). W takim przypadku mechanicy bardzo często sprawdzają oporność i w przypadku czujników Typu C stwierdzają „bardzo wysoką wartość oporności”. W rezultacie czujnik zostaje uznany za niesprawny. 
• Problemy zdarzają się również, gdy czujniki nie są przeznaczone do konkretnego silnika (ZAWSZE NALEŻY ZWRACAĆ UWAGĘ NA KOD SILNIKA). Nawet w przypadku tego samego modelu w jednym silniku mogą być stosowane czujniki typu NTC, a w innych silnikach typu PTC 
• W niektórych silnikach stosowane są obydwa typy czujników, ale montowane są w różnych położeniach. 

O firmie NGK SPARK PLUG:

Na świecie: Firma NGK SPARK PLUG jest jednym z wiodących dostawców części samochodowych oraz ceramiki technicznej z siedzibą główną w Nagoi (Japonia) oraz oddziałami i zakładami produkcyjnymi na całym świecie. Dywizja motoryzacyjna firmy specjalizuje się w technologiach zapłonu i czujników dostarczając części klientom instalującym oryginalne wyposażenie (OE) na całym świecie. Oferta dla klientów rynku wtórnego obejmuje świece zapłonowe, świece żarowe, cewki zapłonowe i przewody pod marką NGK Ignition Parts. Pod marką NTK Vehicle Electronics firma oferuje sondy lambda (w tym czujniki NOx), czujniki temperatury spalin (EGTS), przepływomierze powietrza (MAF) i czujniki ciśnienia bezwzględnego  w kolektorze dolotowym i ciśnienia doładowania (MAP), a także czujniki prędkości obrotowej i położenia wałka rozrządu i wału korbowego. Zatrudniając około 16 000 pracowników, firma generuje roczny globalny obrót z działalności w branży ceramiki motoryzacyjnej i technicznej w wysokości około 3,5 miliarda euro. Sprzedaż NGK SPARK PLUG w regionie EMEA (w tym należących do firmy spółek w UE, Wielkiej Brytanii, Francji i Eurazji) stanowi 26,1% globalnych obrotów. NGK SPARK PLUG działa na wszystkich kontynentach, w skład grupy wchodzi 41 spółek, 29 zakładów produkcyjnych i cztery centra techniczne.

Rynek części zamiennych EMEA: od czasu rozszerzenia działalności w latach 70-tych XX wieku poza części motocyklowe i wejścia w sektor motoryzacyjny firma NGK SPARK PLUG odnotowała znaczny wzrost na rynku wtórnym. Dzięki wyjątkowej dbałości o jakość, technologię oraz badania i rozwój firma stała się światowym liderem w dziedzinie świec zapłonowych i sond oraz wiodącym dostawcą świec żarowych, cewek zapłonowych i przewodów, a także czujników. Pod względem organizacyjnym centrala regionalna NGK SPARK PLUG znajdująca się w Ratingen (Niemcy) obsługuje rynek części zamiennych w Europie, na Bliskim Wschodzie i w Afryce. W regionie EMEA firma posiada  dziesięć spółek należących do grupy, zatrudnia ponad 1000 pracowników, a także ma dwa zakłady produkcyjne we Francji i RPA oraz centrum techniczne w Niemczech.

Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź stronę: www.ngkntk.com