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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer an eine Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungsanlage mit einem Abgaskatalysator, einer einem Volumenbereich des Abgaskatalysators vorgeschalteten ersten Lambdasonde und einer dem Volumenbereich des Abgaskatalysators nachgeschalteten zweiten Lambdasonde.
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Zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen ist ein Einsatz von Abgaskatalysatoren in entsprechenden Abgasreinigungsanlagen allgemein üblich. Ein schadstoffarmer Betrieb der Brennkraftmaschine wird dabei insbesondere durch eine Regelung der Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches auf einen vorgebbaren Lambdawert erreicht (lambdageregelter Betrieb). Hierzu werden Lambdasonden als Abgassensoren eingesetzt, welche ein mit dem Lambdawert des Abgases korrelierendes Signal abgeben können. Besonders effektiv ist es, wenn sowohl vor als auch nach einem Katalysatorvolumenbereich eine Lambdasonde eingesetzt wird und beide Lambdasonden für den lambdageregelten Brennkraftmaschinenbetrieb herangezogen werden. Die üblicherweise eingesetzten Lambdasonden müssen für ihren ordnungsgemäßen Betrieb auf eine Betriebstemperatur von typischerweise mehreren hundert °C aufgeheizt werden. Zur Minimierung des Schadstoffausstoßes ist daher ein frühzeitiges und schnelles Aufheizen der Lambdasonden anzustreben, um möglichst rasch einen lambdageregelten Betrieb durchführen zu können. Andererseits können insbesondere beim Start der Brennkraftmaschine Wassertröpfchen im Abgas vorhanden sein, die beim Auftreffen auf eine aufgeheizte Lambdasonde einen Thermoschock und eine Beschädigung der Lambdasonde verursachen können. Es besteht daher insbesondere bezüglich eines Motorstarts bzw. Motorwarmlaufs ein Zielkonflikt zwischen Schadstoffminimierung und Betriebssicherheit.
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Zur Lösung dieses Problems wird in der
US 2007/0204840 A1 vorgeschlagen, eine Taupunktsüberwachung durchzuführen und eine Lambdasondenbeheizung zu vermindern oder abzuschalten, wenn der Taupunkt in der entsprechenden Abgasleitung unterschritten wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren für eine Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine anzugeben, welches in Verbindung mit einem Start der Brennkraftmaschine möglichst rasch eine umfassende Abgasreinigung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zur Abgasreinigung umfasst die an die Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage einen Abgaskatalysator. Einem Volumenbereich des Abgaskatalysators sind eine erste Lambdasonde vorgeschaltet und eine zweite Lambdasonde nachgeschaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass in Verbindung mit einem Start der Brennkraftmaschine in einem ersten Verfahrensschritt die zweite Lambdasonde auf eine erste vorgebbare Temperatur aufgeheizt wird. Unmittelbar nach Erreichen der vorgegebenen ersten Temperatur wird mittels der zweiten Lambdasonde ein Lambdawert eines in der Brennkraftmaschine zu verbrennenden Luft-Kraftstoffgemisches in einem geschlossenen Regelkreis geregelt eingestellt. Nach Überschreiten einer für eine Wasserkondensation maßgeblichen Taupunkttemperatur am Einbauort der ersten Lambdasonde wird in einem auf den ersten Verfahrensschritt folgenden zweiten Verfahrensschritt die erste Lambdasonde auf eine für ihren ordnungsgemäßen Betrieb vorgesehene Betriebstemperatur aufgeheizt. Nach Erreichen der Betriebstemperatur der ersten Lambdasonde wird der Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches mittels der ersten Lambdasonde geregelt eingestellt. Nach Überschreiten der Taupunkttemperatur am Einbauort der zweiten Lambdasonde wird in einem auf den zweiten Verfahrensschritt folgenden dritten Verfahrensschritt die zweite Lambdasonde auf eine zweite vorgebbare Temperatur aufgeheizt, die höher als die erste vorgebbare Temperatur ist. Mit Erreichen der zweiten vorgebbaren Temperatur der zweiten Lambdasonde wird der Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches mittels der ersten Lambdasonde als Regelsonde und der zweiten Lambdasonde als Führungs- oder Trimmsonde geregelt eingestellt.
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Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass die dem Katalysatorvolumenbereich nachgeschaltete zweite Lambdasonde in geringerem Maße in Bezug auf eine Schädigung durch einen Thermoschock gefährdet ist als die erste Lambdasonde. Wassertröpfchen im Abgas werden großteils im vorgeschalteten Volumenbereich des Katalysators abgefangen. In Verbindung mit einem Start, insbesondere einem Kaltstart der Brennkraftmaschine mit anschließendem Warmlauf, bei welchem die Taupunkttemperatur zumindest am Einbauort der ersten Lambdasonde unterschritten ist, bleibt die erste Lambdasonde erfindungsgemäß zunächst unbeheizt oder wird nur wenig aufgeheizt. Die zweite Lambdasonde wird jedoch auch bei Unterschreiten der Taupunkttemperatur frühzeitig zumindest soweit aufgeheizt, dass ihr Signal für eine Lambdaregelung verwertbar ist und die Durchführung einer Lambdaregelung ermöglicht. Obschon mit einer gewissen Trägheit behaftet, ermöglicht eine mittels der zweiten, nachgeschalteten Lambdasonde durchgeführte Lambdaregelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches eine Verminderung der Schadstoffemission im Vergleich zu einem ungeregelten Betrieb. Durch das erfindungsgemäße Vorgehen ist daher eine Verbesserung der Schadstoffemission insbesondere in einer frühen Phase nach Motorstart und bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen ermöglicht.
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Unter einer Lambdasonde wird hier ein Abgassensor verstanden, welcher ein mit einer Sauerstoffkonzentration korrelierendes Signal abgeben kann. Insbesondere sind die entsprechenden Abgassensoren in der Lage ein Signal abzugeben, mittels welchem zwischen einem Sauerstoffüberschuss und einem Sauerstoffmangel im Abgas unterschieden werden kann. Aufgrund dieser Eigenschaft können Lambdasonden zur geregelten Einstellung des Lambdawerts eines zur Verbrennung in der jeweiligen Brennkraftmaschine vorgesehenen Luft-Kraftstoffgemisches eingesetzt werden. Dabei ist unter dem Lambdawert, auch als Luftverhältniszahl bezeichnet, wie üblich ein Verhältnis von im Luft-Kraftstoffgemisch tatsächlich vorhandener Luftsauerstoffmenge zu der für eine vollständige Verbrennung theoretisch mindestens erforderlichen Luftsauerstoffmenge zu verstehen. Ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Luftüberschuss weist daher einen Lambdawert von größer als eins auf. Ein fettes Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Kraftstoffüberschuss weist hingegen einen Lambdawert von kleiner als eins auf. Bei Abwesenheit von Sauerstoff-Quellen oder -Senken im Abgassystem entspricht der Lambdawert im Abgas (Abgas-Lambda) dem Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches (Verbrennungs-Lambda). Vereinfachend wird daher nachfolgend nur von einem Lambdawert gesprochen.
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Unter einer für eine Wasserkondensation maßgeblichen Taupunktstemperatur wird hier eine, gegebenenfalls mit einem vorgebbaren Sicherheitsaufschlag versehene Temperatur verstanden, bei welcher ein aus dem durch Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkraftmaschine resultierendes Abgas eine relative Feuchte von 100% aufweist.
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Bei dem Volumenbereich des Abgaskatalysators kann es sich um einen geometrisch abgegrenzten, separaten Katalysatorteil oder um einen Anteil eines größeren Katalysatorgesamtvolumens handeln.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als erste Lambdasonde eine stetige Lambdasonde und als zweite Lambdasonde eine Sprungsonde eingesetzt. Unter einer stetigen Lambdasonde, auch als Breitbandsonde bezeichnet, wird hier ein Abgassensor verstanden, der ein Signal liefern kann, welches sich stetig in Abhängigkeit vom Lambdawert ändert. Demgegenüber ist unter einer Sprungsonde, auch als Binärsonde bezeichnet, ein Abgassensor zu verstehen, dessen Ausgangssignal eine Sprungstelle aufweist. Üblicherweise ist die Sprungstelle bei einem Lambdawert von λ = 1,0 vorhanden. Bei einem Wechsel des Lambdawerts von mager nach fett oder umgekehrt liefert daher eine solche Sprungsonde ein sich abrupt änderndes Ausgangssignal. Die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung einer Sprungsonde als zweite Lambdasonde nutzt die Erkenntnis, dass diese Art von Sensor typischerweise bereits bei vergleichsweise niedriger Betriebstemperatur ein für eine Lambdaregelung verwendbares Signal liefern kann. Zudem zeichnen sich Sprungsonden meist durch eine gewisse Robustheit und Unempfindlichkeit, insbesondere gegenüber Thermoschock aus.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im ersten Verfahrensschritt eine Zweipunktregelung des Lambdawerts vorgenommen. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn als zweite Lambdasonde eine Sprungsonde eingesetzt wird, welche ohnehin ein binäres Signal liefert. Mögliche Vorgehensweisen zur Durchführung einer Zweipunkt-Lambdaregelung werden dabei als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt. Als beispielhaft für eine Zweipunkt-Lambdaregelung sei das in der
DE 38 16 558 A1 beschriebene Verfahren erwähnt. Als Lambdaregler ist ein Regler mit PI-Verhalten bevorzugt, wobei die zweite Lambdasonde ein mit dem einzuregelnden Lambdawert oder dessen Mittelwert als Regelgröße korrelierendes Signal liefert. Als Stellgröße zur Einstellung des Lambdawerts des Luft-Kraftstoffgemisches dient bevorzugt ein auf Kraftstoffeinspritzventile der Brennkraftmaschine einwirkendes und die Einspritzmenge und/oder -Zeit beeinflussendes Steuersignal. Im ersten Verfahrensschritt ist die erste Lambdasonde zwar noch nicht betriebsbereit, jedoch kann mittels der zweiten Lambdasonde und der erfindungsgemäß durchgeführten Zweipunktregelung bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt ab Start der Brennkraftmaschine eine Lambdaregelung vorgenommen werden, mit welcher eine Begrenzung des Schadstoffausstoßes ermöglicht ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im zweiten und/oder im dritten Verfahrensschritt eine stetige Regelung des Lambdawerts vorgenommen. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn als erste Lambdasonde eine stetige Lambdasonde eingesetzt wird. Im zweiten und dritten Verfahrensschritt ist die Taupunkttemperatur am Einbauort der ersten Lambdasonde überschritten und die erste Lambdasonde kann gefahrlos auf ihrer normalen Betriebstemperatur betrieben werden. Mit einer stetigen Regelung kann somit eine sehr genaue Einregelung des gewünschten Lambdawerts und damit eine niedrige Schadstoffemission erzielt werden. Mögliche Vorgehensweisen bei der Durchführung einer stetigen Lambdaregelung werden dabei als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt. Als Lambdaregler ist ein Regler mit PID-Verhalten bevorzugt, wobei die erste Lambdasonde ein mit dem einzuregelnden Lambdawert oder dessen Mittelwert als Regelgröße korrelierendes Signal liefert. Als Stellgröße zur geregelten Einstellung des Lambdawerts des Luft-Kraftstoffgemisches dient bevorzugt ein auf die Kraftstoffeinspritzventile der Brennkraftmaschine einwirkendes und die Einspritzmenge oder -Zeit beeinflussendes Steuersignal.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die zweite Lambdasonde vor einem Start der Brennkraftmaschine aufgeheizt. Die Aufheizung der zweiten Lambdasonde insbesondere auf die vorgebbare erste Temperatur kann beispielsweise mit Betätigung einer Fahrzeugtür-Entriegelung oder -Öffnung oder einer Erkennung einer Fahrersitzbelegung oder Gurtschlossbetätigung aktiviert werden. Auf diese Weise ist ein in Bezug auf Schadstoffemissionen günstiger Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches entsprechend früh, idealerweise bereits beim Start der Brennkraftmaschine einregelbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die zweite Lambdasonde im ersten Verfahrensschritt auf eine Temperatur im Bereich von 350°C bis 450°C aufgeheizt. Eine Aufheiztemperatur von etwa 400°C ist bevorzugt. Zwischen 350°C und 450°C sind insbesondere Sprungsonden typischerweise insoweit einsatzbereit, als das Signal bereits für eine Zweipunkt-Lambdaregelung verwendbar ist. Andererseits hat ein im ungünstigen Fall auftreffender Wassertropfen bei diesen Temperaturen keine zerstörende Thermoschockwirkung. Daher ist ein schadstoffarmer und betriebszuverlässiger Brennkraftmaschinenstart bzw. -Warmlauf ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die zweite Lambdasonde im dritten Verfahrensschritt auf eine Temperatur von etwa 700°C aufgeheizt. Bei dieser Temperatur ist bei üblicherweise eingesetzten Lambdasonden die volle Funktionsfähigkeit in Bezug auf die spezifierten Eigenschaften wie Empfindlichkeit, Dynamik und Genauigkeit gegeben. Da im dritten Verfahrensschritt die Taupunktstemperatur am Einbauort der zweiten Lambdasonde überschritten ist, besteht eine ansonsten bei dieser hohen Sondentemperatur vorhandene Gefahr eines Thermoschocks nicht mehr und es ist ein zuverlässiger Lambdasondenbetrieb ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im ersten und/oder im zweiten und/oder im dritten Verfahrensschritt ein Lambdawert von annähernd 1,0 geregelt eingestellt. Bei einem Lambdawert von λ = 1,0 ist insbesondere bei Verwendung eines Oxidationskatalysators oder eines Drei-Wege-Katalysators eine wirksame Reinigung ermöglicht. Andererseits ist auch die Rohemission der Brennkraftmaschine vergleichsweise niedrig, so dass auch bei einem noch nicht vollständig auf Betriebstemperatur aufgewärmten Abgaskatalysator die Schadstoffemissionen beim Start bzw. Warmlauf niedrig gehalten werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als Abgaskatalysator ein Drei-Wege-Katalysator eingesetzt. Besonders bevorzugt ist ein Ceroxid-haltiger Drei-Wege-Katalysator mit einer Eigenschaft, Sauerstoff reversibel einspeichern und abgeben zu können. Dies ermöglicht eine weiter verbesserte Abgasreinigung.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als erste und/oder als zweite Lambdasonde eine Lambdasonde eingesetzt, bei welcher mit Abgas in Kontakt tretende beheizte Sondenbestandteile mit einer Schutzschicht versehen sind. Besonders bevorzugt ist es, Bestandteile einer Sondenkeramik ganz oder zumindest teilweise mit einer Thermoschock-Schutzbeschichtung zu versehen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in anhand einer Zeichnung veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die einzige Figur zeigt schematisch eine vorzugsweise als Ottomotor ausgebildete Brennkraftmaschine 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, welche ihre Verbrennungsluft über eine Ansaugluftleitung 2 und Kraftstoff über eine Kraftstoffversorgung erhält. Bevorzugt erfolgt eine direkte Einspritzung des Kraftstoffs über Einspritzventile derart, dass sich ein zu verbrennendes Luft-Kraftstoffgemisch in den Brennräumen des Motors 1 ausbildet, was im Einzelnen nicht näher dargestellt ist.
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Bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches entstehende Verbrennungsabgase werden über eine Abgassammelleitung 3 einem Abgaskatalysator 4 zur katalytischen Abgasreinigung zugeführt. Der vorzugsweise motornah angeordnete Abgaskatalysator 4 ist Bestandteil einer Abgasreinigungsanlage, welche weitere der Abgasreinigung dienende Bauelemente, wie beispielsweise einen nachgeschalteten Stickoxid-Speicherkatalysator und/oder SCR-Katalysator enthalten kann, was der Übersichtlichkeit halber nicht gesondert dargestellt ist. Der vorzugsweise als Drei-Wege-Katalysator mit Sauerstoffspeicherfähigkeit ausgebildete Abgaskatalysator 4 weist einen ersten Volumen- oder Teilbereich 5 und einen unmittelbar dahinter angeordneten, zweiten Volumen- oder Teilbereich 6 auf. Die Volumenbereiche 5, 6 sind vorliegend als räumlich getrennte, jedoch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Katalysatorteile ausgebildet. Eine Anordnung in separaten Gehäusen, insbesondere bei einer Ausführung der Volumenbereiche 5, 6 als Vorkatalysator und nachgeschaltetem Hauptkatalysator, ist ebenfalls möglich. Weiterhin kann eine Ausbildung der Volumenbereiche 5, 6 als Teile eines einstückigen Katalysators 4 vorgesehen sein. Eingangsseitig des ersten Volumenbereichs 5 ist eine erste Lambdasonde 7 in der Abgassammelleitung 3 angeordnet. Ausgangsseitig des ersten Volumenbereichs 5 und damit zwischen diesem und dem zweiten Volumenbereich 6 ist eine zweite Lambdasonde 8 angeordnet. Weiterhin ist stromauf des Abgaskatalysators 4 ein Temperatursensor 9 zur Erfassung einer Abgastemperatur vorgesehen.
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Vorliegend wird davon ausgegangen, dass die erste Lambdasonde 7 als stetig arbeitende Lambdasonde ausgebildet ist. Bezeichnungen wie Breitbandsonde oder LSU-Sonde entsprechen ebenfalls diesem Sondentyp, der ein sich in Abhängigkeit eines Lambdawerts stetig änderndes Ausgangssignal abgeben kann. Die zweite Lambdasonde 8 ist vorliegend als Sprungsonde ausgebildet. Bezeichnungen wie 2-Punkt- oder Binärsonde entsprechen ebenfalls diesem Sondentyp, der ein Ausgangssignal abgeben kann, welches bei einem Lambdawert von 1,0 eine Sprungstelle aufweist. Die Funktionsweise derartiger Sauerstoffsonden ist dem Fachmann geläufig, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen wird. Es versteht sich, dass auch andere Sonden- oder Sensortypen eingesetzt werden können, welche ein sich in Abhängigkeit eines Lambdawerts änderndes Ausgangssignal erzeugen. Möglich ist beispielsweise ein Einsatz eines Stickoxidsensors geeigneter Bauart als erste und/oder zweite Lambdasonde 7, 8. Ferner ist es vorteilhaft, wenn als erste und/oder zweite Lambdasonde 7, 8 eine Lambdasonde eingesetzt wird, welche eine Schutzbeschichtung gegenüber Thermoschock aufweist. Die Schutzbeschichtung ist bevorzugt auf Keramikbestandteilen aufgebracht, welche einerseits aufgeheizt werden können und andererseits mit eventuell tröpfchenhaltigem Abgas in Berührung kommen können.
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Die Lambdasonden 7, 8 sowie der Temperatursensor 9 sind über Signalleitungen 10 an ein elektronisches Steuergerät 11 angeschlossen. Das Steuergerät 11 ist weiterhin über eine oder mehrere weitere Datenleitungen 10 an den Motor 1 angeschlossen und kann dessen Betrieb in Abhängigkeit der Signale der angeschlossenen Sonden bzw. Sensoren 7, 8, 9 steuern. Das Steuergerät 11 erhält dabei außerdem Informationen über maßgebliche Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine 1 und der Abgasreinigungsanlage wie z. B. Drehzahl, Temperaturen, Drücke von entsprechenden Sensoren bzw. Fühlern, wie zum Beispiel einem nicht dargestellten Luftmassenmessgerät in der Ansaugluftleitung 2 und kann andererseits Steuersignale als Einstellgrößen an Aktuatoren wie z. B. ein AGR-Ventil oder einen Abgasturbolader (nicht dargestellt) ausgeben. Weiter ist das Steuergerät 11 in der Lage, eine Einspritzung von Kraftstoff bedarfsgerecht einzustellen. Hierfür kann das Steuergerät 11 auf abgespeicherte Kennfelder oder Berechnungs – und/oder Regelroutinen zurückgreifen. Zur Durchführung dieser Funktionen kann das Steuergerät 11 über die hier lediglich beispielhaft dargestellten, mit den jeweiligen Komponenten verbundenen Datenleitungen 10 kommunizieren, die als unidirektionale oder bidirektionale Signal- bzw. Steuerleitungen ausgebildet sein können.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren ohne Einschränkung der Allgemeinheit beispielhaft anhand eines Kaltstarts des Motors 1 mit einem sich daran anschließenden Warmlauf erläutert. Dabei wird davon ausgegangen, dass in der Abgasreinigungsanlage eine Taupunkttemperatur, insbesondere am Einbauort der Lambdasonden 7, 8 unterschritten ist. Dies bedeutet, dass die Temperatur in der Abgassammelleitung 3 zumindest an den betreffenden Stellen einen derart niedrigen Wert aufweist, dass bei einem Betrieb des Motors 1 im Abgas enthaltenes Wasser teilweise in flüssiger Form, bzw. Tröpfchenform vorliegt oder mit einer gewissen, nicht zu vernachlässigenden Wahrscheinlichkeit vorliegen kann. Das Unterschreiten bzw. Überschreiten der physikalischen Taupunkttemperatur oder einer daran geknüpften, für eine Wasserkondensation oder für einen Thermoschock relevanten Temperaturschwelle kann dabei vom Steuergerät 11 ermittelt werden. Nachfolgend wird vereinfachend von einer Taupunkttemperatur gesprochen. Bevorzugt ist für deren Ermittlung eine modellbasierte Berechnungsroutine im Steuergerät 11 vorgesehen, welche entsprechenden Größen wie Signale des Temperatursensors 9, Umgebungstemperatur und Luftfeuchte der Ansaugluft, Motorlast, Motordrehzahl, Motorlaufzeit ab Start, usw. auswertet.
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Wird vom Steuergerät 11 beispielsweise durch Auswertung eines Türschlossentriegelungssignals, eines Belegungssignals für den Fahrersitz, eines Sicherheitsgurtschlosssignals oder eines oder mehrere anderer Signale erkannt, dass ein Motorstart mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in Kürze bevorsteht, so veranlasst das Motorsteuergerät 11 eine Aufheizung der zweiten Lambdasonde 8 auf eine vorgebbare erste Temperatur von etwa 400°C. Die erste Lambdasonde 7 bleibt dabei vorzugsweise noch unbeheizt. Erfolgt keine vorausschauende Ermittlung eines Motorstarts, so erfolgt die Aufheizung der zweiten Lambdasonde 8 auf die erste vorgebbare Temperatur bevorzugt unmittelbar nach Abschluss des Motorstarts, d. h. mit Beginn eines autarken Motorlaufs.
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Ist die Aufheizung der zweiten Lambdasonde 8 auf die vorgebbare erste Temperatur erfolgt, so kann diese ein für eine Lambdaregelung verwendbares Signal abgeben. Dies ist typischerweise nach einer kurzen Aufheizzeit von etwa 10 Sekunden oder weniger der Fall. Wird vom Fahrer des Fahrzeugs der Motorstart initiiert, so wird daher in der Regel vorzugsweise unmittelbar nach Abschluss des Motorstartvorgangs eine geregelte Einstellung eines im Motor 1 zu verbrennenden Luft-Kraftstoffgemisches anhand der Signale der zweiten Lambdasonde 8 vorgenommen. Vorzugsweise werden dabei in einem geschlossenen Regelkreis die Signale der zweiten Lambdasonde 8 als Regelgröße einem Zweipunkt-Regelalgorithmus unterworfen. Dabei wird vorzugsweise ein mittlerer Lambdawert von 1,0 angestrebt. Hierzu werden bevorzugt P-Anteil und I-Anteil des Regelalgorithmus geeignet gewählt. Insbesondere werden die Regelparameter vorzugsweise derart gewählt, dass sich eine Regelschwingung ergibt, welche eine Amplitude des Lambdawerts von 0,2, insbesondere von 0,1, unterschreitet. Als Steuergröße der Regelung dient bevorzugt eine Ansteuerzeit von Kraftstoffeinspritzventilen des Motors 1 derart, dass sich der angestrebte Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches ergibt. Infolge der Regelung des Lambdawerts auf einen Mittelwert von zumindest annähernd 1,0 ist eine Verbrennung mit einer niedrigen Schadstoff-Rohemission ermöglicht. Insbesondere werden unerwünscht hohe HC- und CO-Emissionswerte einer ansonsten eventuell zu fetten Verbrennung vermieden Andererseits ist eine gute Abgasreinigung durch den Abgaskatalysator 4 ermöglicht. Zur Erzielung besonders niedriger HC- und CO-Emissionswerte kann eine Einregelung des Lambdawerts auf einen schwach mageren Mittelwert von beispielsweise 1,05 vorgesehen sein. Dabei ist es generell vorteilhaft, zusätzlich Maßnahmen, wie beispielsweise eine Spätverstellung eines Zündwinkels vorzunehmen, um den Abgaskatalysator 4 möglichst rasch auf eine für seine Wirksamkeit geeignete Temperatur zu bringen. Gleichzeitig ist damit ein rasches Überschreiten der Taupunkttemperatur ermöglicht.
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Mit fortschreitender Motorlaufzeit ab Motorstart erfolgen eine zunehmende Erwärmung der gesamten Abgasanlage und ein Ansteigen der Abgastemperatur. Wird vom Steuergerät 11 ermittelt, dass am Einbauort der ersten Lambdasonde 7, der sich typischerweise unmittelbar hinter einem Einlauf von Abgaskrümmerleitungsteilen in die Abgassammelleitung 3 befindet, die Taupunkttemperatur überschritten ist, so wird die erste Lambdasonde 7 auf ihre für den ordnungsgemäßen Betrieb vorgesehene Temperatur aufgeheizt. Ist diese Betriebstemperatur von typischerweise etwa 700°C erreicht, so wird die Lambdaregelung des Luft-Kraftstoffgemisches mittels der ersten Lambdasonde 7 durchgeführt. Vorliegend bedeutet dies, dass das Ausgangssignal der ersten Lambdasonde 7 einem Regelalgorithmus als Regelgröße zugeführt wird und mit einer stetigen Lambdaregelung der Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches bzw. dessen Mittelwert auf einen vorgebbaren Sollwert eingeregelt wird. Bevorzugt ist ein Sollwert von annähernd 1,0. Die zweite Lambdasonde 8 ist zu diesem Zeitpunkt vorzugsweise zumindest vorübergehend nicht aktiv am Lambdaregelprozess beteiligt.
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Mit weiter fortschreitendem Motorwarmlauf erfolgt typischerweise ein weiterer Temperaturanstieg. Wird vom Steuergerät 11 ermittelt, dass auch am Einbauort der zweiten Lambdasonde 8 die Taupunkttemperatur überschritten ist, so wird die zweite Lambdasonde 8 noch weiter, auf eine zweite vorgebbare Temperatur aufgeheizt. Die zweite vorgebbare Temperatur entspricht dabei der für einen ordnungsgemäßen Betrieb vorgeschriebenen Betriebs-Nenntemperatur von etwa 700°C und liegt damit deutlich höher als die erste vorgebbare Temperatur. Mit Erreichen der zweiten Temperatur für die zweite Lambdasonde 8 wird auf einen Zwei-Sonden-Regelprozess für den Lambdawert des Luft-Kraftstoffgemisches übergegangen. In einem solchen, dem Fachmann bekannten und beim normalen Brennkraftmaschinenbetrieb überwiegend vorgesehen Regelprozess dient die erste Lambdasonde 7 als Regelsonde und die zweite Lambdasonde 8 als Führungssonde oder Trimmsonde. Vorzugsweise erfolgt eine Einregelung des Lambdawerts in einem PI2D-Regelalgorithmus, mit einer einstellbaren Lambdaschwingungs-Zwangsanregung, bei welchem dem Regelkreis der ersten Lambdasonde 7 ein Regelkreis der zweiten Lambdasonde 8 mit üblicherweise größerer Zeitkonstante überlagert ist. Durch die zweite Lambdasonde 8 kann die Lage des Lambdamittelwerts ausgangsseitig des ersten Katalysatorvolumenbereichs 5 ermittelt und gegebenenfalls eine Kennlinienkorrektur der ersten Lambdasonde 7 vorgenommen werden. Insgesamt ist damit eine hochgenaue Lambdaregelung ermöglicht, wobei bevorzugt ebenfalls auf einen Lambdamittelwert von zumindest annähernd 1,0 eingeregelt wird.
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Durch die beschriebene erfindungsgemäße vorgehensweise ist ein besonders schadstoffarmer Motorwarmlauf ermöglicht. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäß zunächst vorgesehene, sehr frühzeitige Lambdaregelung in einem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung der zweiten Lambdasonde 8 auch bei starken individuelle Exemplarstreuungen einzelner Fahrzeuge eine Einregelung auf einen Lambdawert von annähernd 1,0 und damit eine Verbesserung der Kaltstartemissionswerte. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei sich in kürzeren Abständen wiederholenden Startvorgängen, wie sie beispielsweise bei Hybrid-Fahrzeugen oder bei Start-Stopp-Betrieb auftreten können, mit Vorteil angewendet werden kann. Emissionsvorteile sind insbesondere generell dann ermöglicht, wenn sich an einen jeweiligen Motorstart bzw. Motorkaltstart nur kurze Warmlaufperioden anschließen, so dass die entsprechende Abgasreinigungsanlage keine nachhaltige Erwärmung über die Taupunkttemperatur erfährt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0204840 A1 [0003]
- DE 3816558 A1 [0011]
