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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben der Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich wenigstens ein Katalysator und in Abgasrichtung stromaufwärts des Katalysators wenigstens eine erste Lambdasonde und stromabwärts wenigstens eine zweite Lambdasonde angeordnet sind, wobei im regulären Betrieb der Brennkraftmaschine die erste Lambdasonde als Regelsonde und die zweite Lambdasonde als Monitorsonde verwendet werden.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2010 022 683 A1 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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Die
DE 10 2004 031 083 B3 betrifft ein Verfahren zur Beheizung von Lambdasonden in einer einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs nachgeschalteten Abgasanlage, mit wenigstens einer in dem Abgasstrang der Abgasanlage angeordneten Katalysatoreinrichtung sowie mit einer Vorkat-Sonde und einer Nachkat-Sonde, wobei die Aufheizung der Sonden auf deren Betriebstemperatur zu einem Aufheizzeitpunkt gestartet wird, zu dem zur Vermeidung einer Wasserschlaggefährdung der Sonden eine für die Kondensatbildung im Bereich des Abgasstrangs vorgegebene kritische Kondensatbildungstemperatur überschritten wird.
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In der Regel wird bei Kraftfahrzeugen die Schadstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine reduziert, indem die Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom der Brennkraftmaschine mittels einer sogenannten Lambdasonde erfasst wird und auf der Basis des festgestellten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses (Lambdawert) die zugeführte Luft- und Kraftstoffmenge optimiert wird. Zur Regelung der Verbrennung in der Brennkraftmaschine bzw. im Motor und zur Einhaltung der Abgasgrenzwerte sind moderne Kraftfahrzeuge oftmals mit wenigstens zwei Lambdasonden ausgestattet. Eine Lambdasonde ist in Abgasrichtung stromaufwärts des der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Katalysators angeordnet, also zwischen Brennkraftmaschine und Katalysator. Diese Lambdasonde wird als Regelsonde verwendet, wobei sie insbesondere die Werte für die Lambdaregelung der Luft- und Kraftstoffmengenzufuhr in die Brennkraftmaschine liefert. Stromabwärts des Katalysators ist eine zweite Lambdasonde vorgesehen, die als Monitorsonde verwendet wird, um die Emissionswerte zu überprüfen und so eine Einhaltung der Abgasgrenzwerte zu ermöglichen.
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Lambdasonden benötigen zum Betrieb eine bestimmte Betriebstemperatur. Es ist daher üblich, dass die Sondenkeramik der Lambdasonde aktiv beheizt wird, um die Lambdasonde innerhalb einer möglichst kurzen Zeit nach dem Start der Brennkraftmaschine betriebsfähig zu machen. Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine unterliegt die Lambdasonde allerdings der Gefahr eines sogenannten Thermoschocks. Direkt nach dem Start einer Brennkraftmaschine ist mit ausfallendem Kondensat zu rechnen, welches sich im Abgasstrang in Form von Tröpfchen niederschlägt und vom Abgasstrom weiter mitgerissen werden kann. Treffen derartige Kondenswassertröpfchen auf das heiße Sensorelement, kommt es zu punktuellen thermomechanischen Spannungen in der Sondenkeramik, welche zu Bruch- und Rissstrukturen führen können. Um derartige Schäden zu vermeiden, ist es daher üblich, eine Lambdasonde erst dann in Betrieb zu nehmen, wenn der Taupunkt im Abgasstrang erreicht ist und es also nicht mehr zu einer Kondensation von Wasser im Abgas kommen kann. Die im Abgasstrang verbauten Sonden können also nicht sofort mit dem Start der Brennkraftmaschine eingeschaltet werden, sondern es muss gewartet werden, bis sich kein Kondensat mehr im Abgasstrang befindet bzw. bis sich kein Kondensat mehr bilden kann. Um die Taupunkttemperatur möglichst schnell zu erreichen, und damit einen Betrieb der Lambdasonden zu ermöglichen, der die Voraussetzung für beispielsweise eine Lambdaregelung ist, wird durch verschiedene bauliche und innermotorische Maßnahmen der Abgasstrang so schnell wie möglich erwärmt. Die schnelle Erwärmung des Abgasstrangs ist ebenfalls Vorraussetzung für die Funktion eines Katalysators. Derartige Maßnahmen umfassen beispielsweise Spätzündungen des Motors, Nachverbrennungen des Motorabgases durch Sekundärlufteinblasungen in das Abgassystem, Anhebung der Motordrehzahl zur Erhöhung des Luftmengendurchsatzes oder anderes. Mit zunehmender Entfernung vom Motor in Richtung des weiteren Abgasstranges wird der Taupunkt jedoch immer später überschritten. Im Allgemeinen kann die Regelsonde, die zwischen dem Motor und dem Katalysator angeordnet ist, bereits innerhalb der ersten Minute nach dem Start der Brennkraftmaschine eingeschaltet werden. Die Monitorsonde, die stromabwärts des Katalysators liegt, kann erst deutlich später eingeschaltet werden, da es wesentlich länger dauert, bis auch in diesem Bereich des Abgasstrangs die erforderliche Temperatur erreicht ist.
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Dadurch, dass die Regelsonde erst eine gewisse Zeit nach dem Start der Brennkraftmaschine eingeschaltet werden kann, kann die Lambdaregelung auch erst zu diesem späteren Zeitpunkt beginnen. Zwischen dem Motorstart und dem Beginn der Lambdaregelung liegt also eine Phase, in der der Betrieb der Brennkraftmaschine ungeregelt ist und damit deutlich erhöhte Schadstoffmengen freigesetzt werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben der Lambdaregelung bereitzustellen, das die Schadstoffemissionen insbesondere in dieser Anfangsphase nach dem Start der Brennkraftmaschine reduziert, indem die Phasen des ungeregelten Motorbetriebs verkürzt oder vollständig vermieden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine geht von einer Brennkraftmaschine aus, in deren Abgasbereich wenigstens ein Katalysator und stromaufwärts des Katalysators wenigstens eine erste Lambdasonde als Regelsonde und stromabwärts des Katalysators wenigstens eine zweite Lambdasonde als Monitorsonde vorgesehen sind. Erfindungsgemäß wird in einer ersten Phase nach dem Betriebsstart der Brennkraftmaschine die zweite Lambdasonde, die im regulären Betrieb als Monitorsonde eingesetzt wird, zunächst als Regelsonde verwendet. In einer folgenden, zweiten Phase wird diese zweite Lambdasonde ausgeschaltet. Die erste Lambdasonde, die zuvor ausgeschaltet war, wird eingeschaltet und als Regelsonde wie im regulären Betrieb verwendet. Die Erfindung basiert darauf, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine das Wasser zu Beginn an der kalten Rohrwand des Abgasstrangs kondensiert. Es dauert jedoch eine gewisse Zeit, bis eine signifikante Wassermenge kondensiert ist und somit die Gefahr besteht, dass Wassertropfen auf der Keramik eines Lambdasondenelements aufschlagen und Schädigungen des Sensorelements hervorrufen können. Entscheidend ist, dass in dieser Anfangsphase nach dem Motorstart das gesamte Wasser im Wesentlichen im Bereich vor dem Katalysator, also stromaufwärts des Katalysators, kondensiert und sich vor allem auch im Katalysator selbst sammelt. Hierbei wirkt der Katalysator in der Anfangsphase in gewisser Weise wie eine Wassersperre. Erst wenn die Erwärmung des Katalysators fortschreitet und/oder der Katalysator mit Wasser gesättigt ist, kann das Wasser aus dem Katalysator in Form von Dampf oder in Form von Tropfen austreten. Dieser Wasserdampf kann nach dem Katalysator erneut kondensieren, sodass es dann stromabwärts des Katalysators zur Tropfenbildung kommen kann. Diese neu kondensierten Tropfen oder Wassertropfen, die direkt vom Abgasstrom mitgerissen werden, können dann auch die stromabwärts des Katalysators angeordnete Monitorsonde treffen, sodass die Gefahr des Thermoschocks für die Monitorsonde erst zu diesem Zeitpunkt besteht. Die Erfindung nutzt diese Anfangsphase, um die stromabwärts des Katalysators angeordnete zweite Lambdasonde in einer ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens als Regelsonde zu verwenden. Auf diese Weise können direkt nach dem Motorstart Lambdawerte des Abgases generiert werden, die für eine Lambdaregelung eingesetzt werden können. Die Werte der zweiten Lambdasonde in der ersten Phase können beispielsweise auch für eine Sekundärluftdiagnose, für eine Warmlaufregelung oder dergleichen eingesetzt werden. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also darin, dass direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine die Lambdaregelung aktiviert werden kann, um so insbesondere die Luft- und Kraftstoffverhältnisse bei der Verbrennung im Motor bereits direkt nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine optimieren zu können.
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Sobald das Auftreten von Kondenswasser stromabwärts des Katalysators, also im Bereich der zweiten Lambdasonde, nicht mehr auszuschließen ist, wird in einer zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens die zweite Lambdasonde ausgeschaltet, sodass Schäden an der zweiten Lambdasonde durch aufschlagendes Kondensat zuverlässig vermieden werden. Zu diesem Zeitpunkt ist in der Regel im Bereich der ersten Lambdasonde, also zwischen Brennkraftmaschine und Kondensator, die Taupunkttemperatur erreicht oder überschritten, sodass in diesem Bereich keine Kondenswasserbildung mehr zu erwarten ist und die dort angeordnete erste Lambdasonde ohne Gefahr für einen Thermoschock angeschaltet und betrieben werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann die Generierung der Lambdawerte für insbesondere die Lambdaregelung also von der ersten Lambdasonde übernommen werden. Die zweite Lambdasonde bleibt so lange ausgeschaltet, bis auch in dem Bereich stromabwärts des Katalysators die Taupunkttemperatur erreicht ist und die zweite Lambdasonde dann wieder ohne Gefahr für einen Thermoschock betrieben werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Phase nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne beendet. Die Zeitspanne wird vorzugsweise so bemessen, dass innerhalb der Zeitspanne nach dem Start der Brennkraftmaschine stromabwärts des Katalysators im Wesentlichen kein Kondenswasser auftritt.
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Diese Zeitspanne, innerhalb derer die zweite Lambdasonde direkt nach dem Motorstart ohne Gefahr für einen Thermoschock betrieben werden kann, ist spezifisch für die jeweilige Brennkraftmaschine bzw. das jeweilige Kraftfahrzeug und wird vorzugsweise typspezifisch bestimmt. Die Zeitspanne als wasserfreie Phase stromabwärts des Katalysators kann beispielsweise im Bereich zwischen circa 10 und 100 s liegen, insbesondere zwischen circa 20 und 60 s. Im Einzelfall kann sie jedoch auch darunter oder darüber liegen. Die Zeitdauer wird daher vorzugsweise applikationsspezifisch bestimmt. Für die Vorgabe der Zeitspanne wird vorzugsweise eine Sicherheitsspanne berücksichtigt, um Schäden an den Lambdasonden zuverlässig zu vermeiden.
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Die tatsächliche Zeitspanne, innerhalb derer stromabwärts des Katalysators kein Kondenswasser auftritt, hängt neben den baulichen Gegebenheiten des Abgasstrangs in der jeweiligen Applikation insbesondere auch vom Betriebspunkt, vor allem von Starttemperatur und Vorkonditionierung des Fahrzeugs, sowie vom Fahrprofil ab. Wird der Motor beispielsweise nach dem Start längere Zeit im Leerlauf betrieben, ist die Zeitdauer bis zum Auftreten von Kondenswasser stromabwärts des Katalysators deutlich länger, als wenn der Motor sofort nach dem Start mit hoher Last und somit mit hohen Abgasmassenströmen und hohem Temperatureintrag in den Abgasstrang betrieben wird. Bei sofortiger hoher Last verdampft das Wasser stromaufwärts des Katalysators schneller, der Katalysator wird schneller warm und die wirkenden Kräfte des Abgasmassenstroms auf das Kondenswasser sind größer. Dies führt zu einem schnelleren Durchdringen des Katalysators und somit zu einer früheren Kondensatbildung stromabwärts des Katalysators.
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Der Zeitpunkt in Bezug auf den Motorstart, zu dem die stromaufwärts des Katalysators angeordnete erste Lambdasonde eingeschaltet und für die Generierung eines Regelsignals verwendet werden kann, ist ebenfalls abhängig vom jeweiligen Fahrzeug bzw. von der jeweiligen Brennkraftmaschine sowie von Betriebspunkt und Fahrprofil und wird vorzugsweise applikationsspezifisch bestimmt, ebenfalls vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Sicherheitsspanne. Die erste Lambdasonde kann nach einer vorgebbaren Zeitspanne oder nach Erreichen eines Schwellwertes für wenigstens ein betriebspunkt- und/oder fahrprofilabhängiges Signal in der oben beschriebenen Weise eingeschaltet werden. Im optimalen Fall ist es möglich, dass die erste Lambdasonde einige Sekunden vor dem Abschalten der zweiten Lambdasonde eingeschaltet wird. In diesem Fall kann die Generierung des gültigen Regelsignals nahtlos von der zweiten Lambdasonde auf die erste Lambdasonde übergehen, sodass die erste Lambdasonde den Regelbetrieb ohne Unterbrechung übernehmen kann. Auf diese Weise wird der Zeitraum, in dem der Motor herkömmlicherweise ohne Lambdaregelung betrieben werden muss, komplett vermieden. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Lambdasonde erst mit oder nach dem Abschalten der zweiten Lambdasonde aus Gründen der noch nicht erreichten Taupunkttemperatur eingeschaltet werden kann. Auch in diesem Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft, da zwar eine Phase ohne Lambdaregelung eintritt. Diese Phase ist jedoch verhältnismäßig kurz, sodass die Schadstoffemissionen im Vergleich mit herkömmlich betriebenen Brennkraftmaschinen deutlich reduziert werden können. Die Phase des ungeregelten Motorbetriebs befindet sich in diesem Fall in einem Zeitbereich, in dem der Motor bereits um einige Grade erwärmt ist und somit bereits eine deutlich effizientere Verbrennung auch im nur gesteuerten Betrieb erreicht werden kann.
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Durch das sofortige Einschalten der zweiten Lambdasonde, die stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, mit, vor oder kurz nach dem Motorstart wird diese Sonde sofort voll beheizt. Damit erwärmt sich auch das Schutzrohr dieser Lambdasonde, sodass es in der Regel nicht zu einem plötzlichen Auskondensieren von Wasserdampf im Schutzrohr dieser Lambdasonde kommt. Somit besteht auch aus diesem Grund eine Sicherheit gegenüber einer Beschädigung dieser Lambdasonde. Möglicherweise auf dem Schutzrohr auftreffende Tropfen würden durch die bereits erfolgte Erwärmung des Schutzrohrs sofort wieder verdampfen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine erhebliche Verkürzung oder sogar vollständige Vermeidung einer Phase nach dem Start der Brennkraftmaschine, innerhalb der keine Lambdaregelung durchgeführt werden kann. Durch die Verwendung der zweiten Lambdasonde stromabwärts des Katalysators in der ersten Phase nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine als Regelsonde wird sofort ein gültiges Regelsignal für die Lambdaregelung oder für andere Funktionalitäten bereitgestellt. Sobald eine Thermoschockgefahr für die zweite Sonde auftritt, wird in der zweiten Phase die zweite Sonde rechtzeitig abgeschaltet. In der Regel kann zu diesem Zeitpunkt die erste Lambdasonde, die stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist, die Generierung eines gültigen Regelsignals übernehmen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Beginn der erfindungsgemäßen Betriebsstrategie der Lambdasonden geprüft, ob im Abgasstrang das Vorhandensein von Restkondensat ausgeschlossen werden kann. Vorzugsweise wird hierbei geprüft, ob im vorangegangenen Fahrzyklus der Taupunkt bereits im gesamten Abgasstrang überschritten wurde. Sobald das der Fall ist, ist auszuschließen, dass noch Restkondensat vorhanden ist, das gegebenenfalls eine Thermoschockschädigung der zweiten Lambdasonde während deren Betrieb direkt nach dem Start der Brennkraftmaschine verursachen könnte. Vorzugsweise wird also vor dem Durchführen der erfindungsgemäßen Betriebsstrategie geprüft, ob die Taupunktschwelle überschritten wurde. Zu diesem Zweck kann beispielsweise überprüft werden, ob eine vorgebbare Temperaturschwelle, die mit der Taupunktschwelle korreliert, im gesamten Abgasstrang überschritten wurde. Hierfür können Werte von Temperatursensoren, die im Abgasstrang vorhanden sind, oder anderweitig generierte Temperaturwerte verwendet werden. Gegebenenfalls kann es ausreichend sein, die Temperatur stromabwärts des Katalysators, also im Bereich der Position der zweiten Lambdasonde im Hinblick auf das Überschreiten der Taupunktschwelle zu überprüfen. Das Überschreiten der Taupunktschwelle kann auch anhand anderer Größen überprüft werden, die beispielsweise mittels anderer Messgrößen vom Motorsteuergerät ermittelt oder durch Simulationsmodelle bestimmt werden. Hierzu gehören beispielsweise die Werte der angesaugten Luftmasse in Form eines Luftmassenintegrals oder die in den Abgasstrang eingetragene Wärmemenge als Wärmemengenintegral, welche aus Berechnungsmodellen ermittelt werden können.
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Auch die Verwendung anderer betriebspunkt- und/oder fahrzyklusabhängiger Größen ist möglich.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm bzw. als Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass durch Aufspielen des Computerprogramms beispielsweise in das Steuergerät einer Brennkraftmaschine oder in einer anderen Steuereinheit des Kraftfahrzeugs die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Betrieb der Brennkraftmaschine ohne Weiteres genutzt werden können, ohne dass weitere Bauteile installiert werden müssten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann damit auch mit besonderem Vorteil bei bereits bestehenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigt die Figur in schematischer Weise eine Brennkraftmaschine und deren Abgasstrang.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die Figur zeigt in schematischer Weise eine Brennkraftmaschine 10 und deren Abgasstrang bzw. Abgasbereich 11, der von dem Abgas der Brennkraftmaschine 10 in Pfeilrichtung durchströmt wird. Zur Reduktion der im Abgas enthaltenen Schadstoffe ist ein Katalysator 12 im Abgasstrang vorgesehen. Stromaufwärts des Katalysators 12 ist eine erste Lambdasonde 13 vorgesehen, die im regulären Betrieb der Brennkraftmaschine als Regelsonde eingesetzt wird. Von dieser Lambdasonde werden Messwerte zur Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom generiert, um auf dieser Grundlage eine Lambdaregelung für die Luft- und Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine 10 durchführen zu können. Stromabwärts des Katalysators 12 ist eine weitere Lambdasonde 14 positioniert, die die Sauerstoffkonzentration im Abgas nach Durchlaufen des Katalysators 12 erfasst. Diese als Monitorsonde verwendete Lambdasonde 14 dient vor allem zur Kontrolle der Einhaltung der Abgasgrenzwerte in den Emissionen des Kraftfahrzeugs.
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Nach dem Kaltstart der Verbrennungsmaschine 10 kondensiert im Abgasstrang 11 Wasser an der kalten Rohrwand des Abgasstranges. Die Lambdasonden 13 und 14 benötigen zu ihrem Betrieb eine bestimmte Betriebstemperatur, beispielsweise im Bereich um 700°C. In der Regel ist es daher erforderlich, dass die Lambdasonden aktiv durch ein Heizelement aufgeheizt werden. Sollte ein Kondenswassertropfen auf die derart aufgeheizte Sondenkeramik auftreffen, kommt es zu punktuellen thermomechanischen Spannungen, die zu Brüchen oder Rissen in der Keramikschicht führen können. Um einen solchen sogenannten Thermoschock zu vermeiden, muss in der Regel nach dem Motorstart mit der Inbetriebnahme der Lambdasonden gewartet werden, bis sich kein Kondensat mehr im Abgasstrang befindet. Bis zum Einschalten der Lambdasonden ist jedoch kein Regelsignal verfügbar, sodass die Verbrennung bis zu diesem Zeitpunkt lediglich gesteuert vorgenommen werden kann und es damit zu erhöhten Emissionen kommt.
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Mit zunehmender Temperatur im Abgasstrang verringert sich die Kondensatbildung, wobei sich nach dem Überschreiten einer sogenannten Taupunktschwelle kein Kondensat mehr im Abgasstrang befindet. Erst zu diesem Zeitpunkt können die Lambdasonden ohne die Gefahr einer Thermoschockbeschädigung in Betrieb genommen werden. Der Taupunkt wird mit zunehmender Entfernung von der Brennkraftmaschine 10 immer später überschritten. Die erste Lambdasonde 13 kann im Allgemeinen bereits innerhalb der ersten Minute nach dem Motorstart eingeschaltet werden, während die zweite Lambdasonde 14 erst deutlich später eingeschaltet werden kann.
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Um die Zeitspanne, innerhalb derer kein gültiges Regelsignal der Lambdasonde zur Verfügung steht, zu verkürzen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sofort mit dem Motorstart oder bei Bedarf bereits vorher, beispielsweise beim Öffnen des Kraftfahrzeugs, oder kurz nachher die üblicherweise als Monitorsonde eingesetzte zweite Lambdasonde 14 stromabwärts des Katalysators 12 eingeschaltet wird und in dieser ersten Phase als Regelsonde verwendet wird. Dieser sofortige Betrieb der dem Katalysator 12 nachgeschalteten Lambdasonde 14 gleich mit Beginn des Motorstarts ist möglich, da als Grundlage der Erfindung berücksichtigt wird, dass in der Anfangsphase nach dem Motorstart zwar Wasser im Abgasstrang 10 auskondensiert, das gesamte Wasser allerdings im Bereich vor dem Katalysator 12 auskondensiert und sich insbesondere auch im Katalysator 12 sammelt. Hierbei wirkt der Katalysator 12 in der Anfangsphase wie eine Wassersperre, sodass stromabwärts des Katalysators 12 in der Anfangsphase kein Kondenswasser zu erwarten ist. Diese Zeitspanne, in der stromabwärts des Katalysators 12 kein Wasser auftritt, beträgt je nach Fahrzeug, Betriebspunkt und Fahrprofil beispielsweise zwischen 20 und 60 Sekunden. Abhängig vom Fahrzeugtyp und der jeweiligen Anwendung kann diese Zeitspanne variieren. Erfindungsgemäß wird diese Zeitspanne genutzt, um die stromabwärts des Katalysators 12 vorgesehene Lambdasonde 14 zur Generierung eines gültigen Regelsignals in der ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens anzuschalten und zu verwenden. Die Dauer der ersten Phase kann anhand einer vorgebbaren Zeitspanne bemessen werden. In anderen Ausführungsformen wird die erste Phase nach Erreichen eines vorgebbaren Schwellwertes für wenigstens ein betriebspunkt- und/oder fahrprofilabhängiges Signal, das mit dem Taupunkt korreliert, beendet. Rechtzeitig bevor Kondenswasser stromabwärts des Katalysators auftreten kann, wird in einer zweiten Phase die Lambdasonde 14 wieder ausgeschaltet, um Schäden durch auftreffendes Kondenswasser zu verhindern. Zu diesem Zeitpunkt ist es im Allgemeinen möglich, die stromaufwärts des Katalysators 12 vorgesehene Lambdasonde 13 einzuschalten, sodass die Generierung eines Regelsignals von der ersten Lambdasonde 13 übernommen werden kann. Auf diese Weise kann der Zeitraum, in dem der Motor ohne Lambdaregelung betrieben werden muss, reduziert oder sogar komplett vermieden werden. Selbst wenn die Lambdasonde 14 stromabwärts des Katalysators früher wieder ausgeschaltet werden muss als die Lambdasonde 13 stromaufwärts des Katalysators 12 eingeschaltet werden kann, so befindet sich die Phase des ungeregelten Motorbetriebs zumindest in einem Zeitbereich, in dem der Motor bereits einige Grade erwärmt ist und somit bereits eine effizientere Verbrennung auch im gesteuerten Betrieb erreicht werden kann. Da die Lambdasonde 14 stromabwärts des Katalysators sofort voll beheizt wird, erwärmt sich auch das Schutzrohr der Lambdasonde 14, sodass auch bei einem möglicherweise auftretenden plötzlichen Auskondensieren von Wasserdampf im Schutzrohr dieser Lambdasonde möglicherweise auftretende Tropfen sofort wieder verdampfen und Schäden an der Lambdasonde 14 durch den frühen Betrieb bereits beim Motorstart ausgeschlossen sind.
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Um die Sicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu erhöhen, ist es mit besonderem Vorteil vorgesehen, dass vor der Durchführung der erfindungsgemäßen Betriebsstrategie geprüft wird, ob der Taupunkt im vorangegangenen Fahrzyklus bereits im gesamten Abgasstrang und insbesondere stromabwärts des Katalysators 12 überschritten wurde und somit das Vorhandensein von Restkondensat ausgeschlossen werden kann. Das Überschreiten der Taupunktschwelle kann anhand von gemessenen oder modellierten Temperatursignalen und/oder anhand von anderen gemessenen oder modellierten Signalen, die mit dem Taupunkt in Beziehung stehen, überprüft werden.
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In einem Standard-Fahrzyklus entstehen circa 80% aller gemessenen Emissionen innerhalb der ersten zwei Minuten nach dem Motorstart. Wenn durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb der ersten Minute beispielsweise über einen Zeitraum von lediglich 20 s eine Inbetriebnahme einer Lambdasonde möglich ist und damit eine geregelte Verbrennung erreicht wird, können diese Emissionen erheblich gesenkt werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen selbst dann zum Tragen, wenn die zweite Lambdasonde, die im regulären Betrieb als Monitorsonde eingesetzt wird, eine geringere Signalgüte, beispielsweise aufgrund der längeren Gaslaufzeiten, aufweist als die erste Lambdasonde. Entscheidend ist, dass in der ersten Phase nach dem Motorstart überhaupt ein Lambdasignal generiert werden kann, dass für die Lambdaregelung einsetzbar ist.
