Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kraftstoffgemischs mit einer Regelsonde im Abgassystem einer mobilen Verbrennungskraftmaschine. Weiterhin wird ein Abgassystem umfassend eine mobile Verbrennungskraftma¬ schine vorgeschlagen. Der bevorzugte Einsatzbereich derartiger Abgassysteme bzw. Verfahren liegt im Automobil-Sektor.

Es ist bekannt, in Abgassystemen mobiler Verbrennungskraftmaschinen Sensoren und/oder Sonden einzusetzen, um detaillierte Auskunft über Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschinen bzw. von Abgasbehandlungseinrichtungen, die im Abgassystem integriert sind, zu erhalten.

So ist es beispielsweise bekannt, mit Hilfe eines an ein elektronisches Steuergerät angeschlossenen Sauerstoffsensors den Alterungszustand eines Abgaskatalysators zu bestimmen. Der Sensor weist einen sauerstoffsensitiven Bereich zur Messung des Sauerstoffpartialdrucks im Abgas auf. Mittels dieser Messgröße wird vom Steuergerät der Alterungszustand des Katalysators ermittelt, da die Sauerstoffbe¬ ladung des Katalysators als Kenngröße für seine Funktionsfähigkeit herangezogen werden kann (so genannte Onboard-Diagnose).

Weiterhin ist es auch bekannt, mindestens einen Bestandteil des Abgases im Ab- gassystem zu überwachen und damit die Kraftstoffzuführung zur Verbrennungs¬ kraftmaschine zu beeinflussen. So werden bei warmgelaufenen Verbrennungs¬ kraftmaschinen oder nach Erreichen einer vorgebbaren Abgastemperatur Sauer¬ stoffsensoren zur Lambda-Regelung der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die so genannte Luftzahl „Lambda" (λ) beschreibt das Verhältnis des aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und wird vielfach als charakteristischer Kennwert für die Verbrennungsvorgänge verwendet. Hierbei dient ein erster, stromaufwärts eines Katalysators angeordne- ter Sauerstoffsensor als Regelsonde und ein zweiter, dem Abgaskatalysator nach¬ geschalteter Sauerstoffsensor als Trimmsonde. Mit Hilfe des ersten Sauerstoffsen¬ sors wird eine Lambda-Schwingung mit einer bestimmten Amplitude und Fre¬ quenz ermittelt, die aus den Verbrennungsvorgängen in der Verbrennungskraft- maschine resultieren. Diese wird mittels dem vor dem Katalysator positionierten ersten Sauerstoffsensor erfasst. Die Vorgehensweise ist dabei dem Fachmann ge¬ läufig und bedarf hier keiner weiteren Erörterung.

Die eingangsseitig des Katalysators vorhandene Lambda-Schwingung der Abgas- Zusammensetzung wird beim Durchgang durch den Katalysator aufgrund seiner Sauerstoffspeicherfähigkeit zunehmend geglättet. Ergebnis ist eine Amplituden¬ abnahme der Lambda-Schwingungen längs des Katalysators. Bei hoher Sauer¬ stoffspeicherfähigkeit ist beispielsweise ausgangsseitig des Katalysators fast keine Lambda-Schwingung mehr nachweisbar. Die Amplitude der noch nachweisbaren Lambda-Schwingung nach Durchlaufen des Abgases durch einen Teilabschnitt oder den gesamten Katalysator ist daher ein Maß für die Sauerstoffspeicherfähig¬ keit des Katalysatorabschnitts oder des gesamten Katalysators.

Der Lambdawert pendelt sich in diesem Fall in der Regel auf den konstanten Mit- telwert der vor dem Katalysator vorhandenen Lambda-Schwingung ein. Dieser Mittelwert wird durch den zweiten Sensor stromabwärts des Katalysators erfasst, die so genannte Trimmsonde. Mit der Trimmsonde wird nun ein Mittelwert von Lambda eingestellt, der sich anhand des (dem Katalysator) vorgelagerten Sauer¬ stoff- bzw. Regelsensors nicht exakt bestimmen bzw. einstellen lässt. Ursachen hierfür sind beispielsweise eine so genannte „Vergiftung", das heißt negative Be¬ einflussung durch die hohe Schadstoffkonzentration, oder andere Einflüsse des unbehandelten Abgases auf diesen vorgelagerte Regelsensor. Damit verändert der vorgelagerte Regelsensor sein Messverhalten, so dass zwar das dynamische Schwingungsverhalten weiterhin gut erfasst wird, jedoch ohne die Trimmsonde auf eine längere Einsatzzeit des vorgelagerten Regelsensors hin keine exakten Aussagen zum (mittleren) Lambda-Wert selbst möglich sind. Im chemischen Gleichgewicht geht der Lambdawert direkt aus dem Sauerstoffpar- tialdruck hervor. Daher kann über die Messung des Sauerstofrpartialdrucks mit dem zweiten, stromabwärts des Katalysators angeordneten, Sauerstoffsensor (Trimmsonde) der Lambdawert und damit auch die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ermittelt werden. So lässt sich nun eine „langsame" Korrektur¬ routine installieren, der die Alterung/Vergiftung des vorgelagerten Regelsensors kompensiert.

Der mit den Sauerstoffsensoren bestimmte Verlauf der Sauerstoffpartialdrücke oder anderer Parameter, die die Abgaszusammensetzung beschreiben, gibt eben¬ falls Aufschluss über die Effektivität bzw. den Umfang der Verbrennung in den einzelnen Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine. Die damit generierten Werte können somit auch zur Lambdaregelung der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden, wobei beispielsweise Einfluss auf die Zusammensetzung eines Kraftstoff-Luftgemisches, den Zündzeiipunkt, die bei der Verbrennung herr¬ schenden Drücke, etc. eingewirkt wird.

Problematisch beim Einsatz derartiger Sauerstoffsensoren oder auch anderer Re- gelsonden ist auch deren Empfindlichkeit gegen Wasser. Kommt der sensitive Bereich der Regelsonde mit Wasser in Kontakt, ist in der Regel die Funktionsfä¬ higkeit der Regelsonde nicht mehr gewährleistet. Aus diesem Grund sind bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen von Regelsonden bzw. Lambda- sonden vorgeschlagen worden, die einen Kontakt des sensitiven Bereiches mit Wasser verhindern sollen. Üblicherweise werden derartige Sauerstoffsensoren bzw. Lambdasonden mittels einer elektrischen Heizleiterstruktur auf Betriebstem¬ peratur gebracht. Weiter ist bekannt, spezielle Abschirmungen, Gitter oder Be- schichtungen vorzusehen, die als Widerstand gegen Wasser fungieren. Aufgrund der Tatsache, dass diese Sonden bzw. Sensoren mit der Abgasleitung in Kontakt sind bzw. durch sie hindurchgeführt sind, haben sie in der Regel eine tiefere Tem¬ peratur als das Abgas. Weiter ist zu berücksichtigen, dass die Temperatur des Ab- gases aufgrund der unterschiedlichen Betriebszustände der Verbrennungskraftma¬ schine stark variiert. Somit besteht immer wieder die Gefahr, dass der Sensor bzw. das den Sensor umgebende Gehäuse Temperaturen erreicht, die eine Kon¬ densierung von Wasser aus dem Abgas zur Folge haben können.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Regelung eines Kraftstoffgemisches mit einer Regelsonde im Abgassystem einer mobilen Verbrennungskraftmaschine anzugeben. Insbesondere sollen die mit Be¬ zug auf den Stand der Technik beschriebenen Probleme zumindest teilweise ge- mindert werden. Außerdem soll ein kostengünstig und einfach aufgebautes Ab¬ gassystem vorgeschlagen werden.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren zur Regelung eines Kraft- stoffgemischs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Abgassys- tem mit den Merkmalen des unabhängig formulierten Vorrichtungsanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängi¬ gen Patentansprüchen beschrieben. Ergänzend sei daraufhingewiesen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestal- tungen der Erfindung aufzeigen.

Zur Regelung eines Kraftstoffgemischs einer mobilen Verbrennungskraftmaschi¬ ne wird eine Regelsonde im Abgassystem vorgesehen, wobei das Abgassystem mindestens einen Katalysator in einer Abgasleitung umfasst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Regelung mit einer einzelnen Regelsonde im Inneren des mindestens einen Katalysators durchgeführt wird.

Zunächst einmal verabschiedet sich die Erfindung von der Vorstellung der Fach¬ welt, eine Regelung des Kraftstoffgemischs der Verbrennungskraftmaschine mit einer Mehrzahl von Regelsonden (eine für die dynamische Lambda-Schwingung und eine für die träge Trimmung) zu veranlassen. Damit lässt sich die Durchfüh- rang des Verfahrens bereits mit geringerem Kostenaufwand und Elektronikauf- wand realisieren, wobei automatisch auch die Störanfälligkeit des Systems zur Regelung des Kraftstoffgemischs verringert wird. Zum Schutz vor Kondenswas- ser, den aggressiven Umgebungsbedingungen durch das unbehandelte Abgas und die hohen Temperaturschwankungen wird diese eine Regelsonde im Inneren des mindestens einen Katalysators angeordnet. Damit ist insbesondere gemeint, dass sich Teile der Regelsonde in innere Bereiche des Katalysators hinein erstrecken. Klar ist, dass die Regelsonde aus dem Abgassystem bzw. der Abgasleitung hin¬ ausgeführt werden muss, so dass die Regelsonde nicht vollständig im Inneren des Katalysators angeordnet ist. Der Katalysator selbst stellt eine Art Dämpfungsglied für die Temperaturen, Schadstoffkonzentrationen, etc dar. Insbesondere ist er eine thermische Masse, so dass hier ein etwas trägeres thermisches Verhalten vorliegt. Insofern wirken sich die Schwankungen der Abgastemperatur in Folge unter¬ schiedlicher Betriebszustände der Verbrennungskrafrmaschine nicht in dem Maße auf die Regelsonde aus wie dies bei einer Regelsonde der Fall wäre, die frei in die Abgasleitung hineinragt. Die Regelsonde ist bevorzugt ein Sauerstoffsensor bzw. eine sogenannte Lambdasonde.

Untersuchungen haben dabei gezeigt, dass die Integration der einzelnen Regel- sonde im Katalysator überraschend exakte Ergebnisse über eine lange Betriebszeit gewährleistet. Es wurde festgestellt, das die Einflüsse des Abgases (z.B. Tempera¬ turschwankungen, Druckschwankungen, etc.) über die ersten Millimeter des Kata¬ lysators bereits erheblich abnehmen, so dass hiermit ein signifikanter „Alterungs¬ bzw. Vergiftungsschutz" der Regelsonde realisiert wurde. Hierzu werden im fol- genden noch detailliertere Informationen angegeben. Gleichzeitig liegt noch eine ausreichende Lambda-Schwingung vor, die zur Lambda-Regelung der Verbren- nungskraftmaschine herangezogen werden kann. Bei einer solchen Ausgestaltung sind vorteilhafterweise entsprechende Regelsondenarten einzusetzen. So können beispielsweise in einem Bereich bis zu einer 50%-Reduzierung der beim Kataly- sator „ankommenden" Lambda-Schwingung noch so genannte Sprungsonden (z.B. Zirkon-Dioxid-Sonde mit einer sprunghaften Veränderung des Ausgangs- signal bei einem Lambda-Wert von etwa 1) eingesetzt werden, da diese besonders preiswert und noch ausreichend empfindlich sind. Bei einer weiteren Reduktion der Lambda-Schwingungs-Amplituden, z.B. bis auf 5%, sind bevorzugt so ge¬ nannte Linearsonden einzusetzen.

An dieser Stelle ist daraufhinzuweisen, dass hiermit nicht gemeint ist, dass über¬ haupt keine weiteren Sensoren im Abgassystem vorgesehen sein dürfen. So kön¬ nen beispielsweise Stickoxid-Sensoren dem Katalysator nachgeschaltet sein, die die Stickoxid-Konzentration im Abgas nach dem Kontakt mit dem Katalysator bestimmen. Die hiermit erlangten Messwerte werden jedoch nicht zur Lambda- Regelung der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Regelsonde nach einem Start der Verbrennungskraftaiaschine so geheizt, dass er eine Temperatur von mindestens 7O0C [Grad Celsius] aufweist, bevor der mindestens eine Kataly¬ sator 95°C erreicht hat. Das Heizen der Regelsonde kann dabei passiv (im wesent¬ lichen nur durch die Temperatur des mit ihr in Kontakt tretenden Abgases) und/oder aktiv (beispielsweise durch ein Heizelement, eine elektrische Heizung, etc.) erfolgen. Wie bereits eingangs ausgeführt, weisen derartige Regelsonden üblicherweise eine besondere Sensibilität hinsichtlich Wasser auf. Hier wird nun vorgeschlagen, dass die Regelsonde eine Temperatur von mindestens 700C auf¬ weist (bei der das Phänomen der Kondensation infolge der hier vorgeschlagenen Anordnung im Katalysator nicht mehr in einem wesentlichen Umfang stattfindet), bevor der Katalysator 950C erreicht hat. Der Katalysator stellt neben einer thermi- sehen Masse zudem auch eine große Oberfläche bereit, die zur Anlagerung von Wasser bzw. Wasserdampf herangezogen werden kann. Das heißt mit anderen Worten, dass der Katalysator bzw. insbesondere auch seine Beschichtung, wie ein Schwamm für Wasser wirkt und dieses relativ lange bindet.

Beim (Wieder-)Start der Verbrennungskraftmaschine heizt nun das den Katalysa¬ tor durchströmende Abgas den Katalysator-Trägerkörper und die Beschichtung graduell auf. Dabei bildet sich ein Temperaturprofil in Strömungsrichtung des Abgases im Katalysator aus, so dass der Abgaseintrittseite zunächst die höchsten Temperaturen vorliegen und diese dann in Strömungsrichtung abnehmen. Hier wird nun insbesondere vorgeschlagen, dass die Regelsonde bereits eine Tempera- tur von mindestens 70°C, insbesondere von mindestens 9O0C [Grad Celsius], auf¬ weist, bevor der Katalysator bzw. der Katalysator-Trägerkörper in einer Ebene parallel zur Abgaseintrittseite mit einem Abstand von 10 mm eine Temperatur von 95°C erreicht hat. In einem Bereich oberhalb von gemittelten 95°C verdampft das eingelagerte Wasser zunehmend und pflanzt sich in Strömungsrichtung des Katalysators fort, wobei es wieder kondensiert, wenn es auf kältere Bereiche stößt. Somit wird eine Art „Wasserdampffront" durch den Katalysator hindurch generiert. Durch die Gewährleistung einer gewissen Temperatur der Regelsonde wird sichergestellt, dass die Regelsonde bei dem Kontakt mit der Wasserdampf¬ front nicht eine solche Wärmesenke darstellt, dass es hier zur Kondensation von Wasser kommt. Damit ist die Funktionalität der einzelnen Regelsonde gewährleis¬ tet.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Regelsonde zumindest einen der fol¬ genden Bestandteile des Abgases bestimmt: Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, Sauerstoff. Darüber hinaus ist es auch möglich, mittels dieser Regelsonde einen Partialdruck, eine Temperatur oder andere physikalische Messgrößen zu erfassen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Regelsonde eine Lamb- dasonde, wobei diese gleichzeitig zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit des mindestens einen Katalysators herangezogen wird. Insbesondere handelt es sich dabei um eine sogenannte Breitband-Lambdasonde (Lambdasonde), welche in Abhängigkeit des Sauerstoffgehalts im Abgas im Bereich um Lambda = 1 (z.B. mit einer Toleranz von +/- 0,005) ein stetiges, z. B. lineares, Ausgangssignal ab¬ gibt. Mit diesem Signal wird das Gemisch entsprechend den Sollwertvorgaben geregelt. Bei der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung der Regelsonde ist es mög¬ lich, diese relativ weit hinten im Katalysator zu platzieren, insbesondere mit ei- nem Abstand von 25 mm bis 60 mm. In diesem Bereich werden die Lambda- Schwingungen häufig bereits um mehr als 50% reduziert bzw. geglättet, teilweise sogar um mehr als 90%. Gleichwohl erlaubt der Einsatz einer solchen Breitband- Lambdasonde immer noch eine hohe Messgenauigkeit, und durch deren Position im Katalysator ist eine extrem geringe Vergiftungsneigung festzustellen, so dass auch ein Lambda-Mittelwert exakt und über einen langen Zeitraum feststellbar ist. Der mit der Lambdasonde bestimmte Sauerstoffgehalt kann zudem auch als Maß für die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators herangezogen werden. Hinsicht¬ lich dieses Prozesses sei auf die eingangs angeführten Erläuterungen verwiesen. Mit einer solchen Lambdasonde lässt sich eine Onboard-Diagnose einfach be¬ werkstelligen. Damit ist ein Verfahren angegeben, welches besonders einfach auf¬ gebaut ist und gleichzeitig eine Lambda-Regelung der Verbrennungskraftmaschi- ne und einer Onboard-Diagnose ermöglicht.

Weiter wird auch vorgeschlagen, dass das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abgas in der Abgasleitung gemischt wird, bevor es die Regelsonde er¬ reicht. Aufgrund der Lage bzw. Position der Regelsonde in der Abgasleitung wür¬ den immer nur bestimmte Randströmungen des Abgases erfasst und ausgewertet werden. Um zu gewährleisten, dass man ein für den gesamten Abgasstrom reprä- sentatives Ergebnis erhält, wird der Abgasstrom gemischt, bevor er die Regelson¬ de erreicht. Dann kann davon ausgegangen werden, dass die Position der einzel¬ nen Regelsonde mit Bezug auf die Abgasleitung keinen wesentlichen negativen Einfluss auf das Ergebnis der Messung hat. Zur Mischung des Abgases können separate Strömungsmischer (statisch oder dynamisch) und/oder auch besondere Ausgestaltungen der Katalysatoren und/oder anderer Abgasbehandlungseinrich¬ tungen vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens dient der mindestens eine Katalysator zur Behandlung wenigstens einer der folgenden Komponenten des Abgases: Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, Stickoxid, Partikel. Insbesondere handelt es sich dabei um einen metallischen Katalysator-Trägerkörper oder eine keramische Wabenstruktur, die mit einer Beschichtung versehen ist, die kataly- tisch auf zumindest eine der vorstehend genannten Komponenten wirkt und zu deren Umsetzung beiträgt. Neben der katalytischen Funktion kann der Katalysator beispielsweise auch adsorbierende und/oder filternde und/oder weitere Funktionen aufweisen. Dabei ist die Beschichtung vorteilhafterweise neutral gegenüber Sau¬ erstoff, um das Messergebnis nicht negativ zu beeinflussen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Abgassystem umfassend eine mobile Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einer Abgasleitung vorge- schlagen, in der mindestens ein Katalysator vorgesehen ist, sowie eine Regelsonde und eine damit verbundene Regeleinheit zur Regelung des Kraftstoffgemischs für die Verbrennungskraftmaschine. Das Abgassystem weist hierbei nur eine einzelne Regelsonde im Inneren des mindestens einen Katalysators auf. Die Messergebnis¬ se der Regelsonde werden über die Regeleinheit ausgewertet und entsprechend dort abgelegten Sollvorgaben wird primär die Zusammensetzung des Kraftstoff¬ gemisches, ggf. aber auch der Zündzeitpunkt, die Einspritzdrücke, etc. variiert. Somit wird wiederum auf das System einer vorgelagerten Regelsonde und einer nachgeschalteten Trimmsonde verzichtet und durch ein System umfassend eine einzelne Regelsonde, die in innere Bereiche des mindestens einen Katalysators hineinragt, ersetzt. Dadurch werden die Störanfälligkeit, der technische Aufwand und die Kosten deutlich reduziert.

Gemäß einer Weiterbildung des Abgassystems ist die Regelsonde mit einem Ab¬ stand von einer Abgaseintrittseite des mindestens einen Katalysators von 10 mm bis 80 mm entfernt angeordnet. Versuche haben gezeigt, dass in Abhängigkeit der Verbrennungskraftmaschine der hier angegebene Abstand ausreichend ist, um bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine und einer gleichzeitigen elektri¬ schen Beheizung der Regelsonde zu gewährleisten, dass die Regelsonde eine Temperatur oberhalb von 7O0C aufweist, bevor sie von der oben beschriebenen Wasserdampffront erreicht wird. Vorteilhafterweise wird die Regelsonde in einem Abstand von 25 mm bis 60 mm von der Abgaseintrittseite positioniert. Weiter wird auch vorgeschlagen, dass die Regelsonde eine beheizbare Lambda- sonde ist. Während es grundsätzlich möglich ist, dass die Regelsonde allein durch das vorbeiströmende Abgas auf die erforderliche Temperatur nach dem Kaltstart gebracht wird, wird hier in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, dass sich die Lambdasonde beheizen lässt, insbesondere mittels einer elektrischen Heizleiter¬ struktur, die in die Lambdasonde integriert ist. Mit dem Start der Verbrennungs¬ kraftmaschine wird diese Heizleiterstruktur mit Strom beaufschlagt, so dass die in die Abgasleitung hineinragenden und mit dem Abgas in Kontakt kommenden Teilkomponenten der Lambdasonde rasch auf Temperaturen oberhalb von 70°C gebracht werden.

Zudem wird auch vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bereich des mindes¬ tens einen Katalysators zwischen einer Abgaseintrittseite und der Regelsonde Mit- tel zur Reduzierung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wasser bzw. Was¬ serdampf vorgesehen sind. Damit ist insbesondere gemeint, dass sich das Wasser bzw. der Wasserdampf nicht mit der gleichen Geschwindigkeit durch den Bereich des Katalysators hindurchbewegen kann, wie das Abgas. Einige dieser Möglich¬ keiten zur Reduzierung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wasser bzw. Was- serdampf werden in dem nachfolgenden Absatz beschrieben.

Demnach ist zumindest ein Bereich des mindestens einen Katalysators zwischen einer Abgaseintrittseite und der Regelsonde mit Kanälen und wenigstens einem der folgenden Merkmale ausgeführt: - Kanaldichte von 600 bis 1200 cpsi [Zellen pro Quadratinch]; Öffnungen in Kanalwänden der Kanäle; Mischerstrukturen; poröse Oberfläche der Kanäle; Beschichtung mit einer Speicherfähigkeit für zumindest Wasser oder Was- serdampf; metallische Kanalwände mit einer Dicke im Bereich von 40 μm bis 110 μm (Mikrometer).

Die Ausgestaltung eines Katalysators mit Kanälen ist bekannt. Dabei handelt es sich bevorzugt um sogenannte Wabenkörper, die eine Vielzahl von im wesentli¬ chen parallel zueinander angeordneten Kanälen aufweisen. Grundsätzlich können die Kanäle durch metallische oder keramische Kanalwände gebildet werden.

Unter einer „Kanaldichte" wird die Anzahl der Kanäle pro Einheitsquerschnitts- fläche des Katalysators bzw. der Wabenstruktur verstanden. Mit „cpsi" wird auf die in diesem technischen Gebiet üblicherweise verwendete Einheit „cells per Square inch" Bezug genommen. 1 cpsi entspricht dabei in etwa 6,4516 Kanäle pro Quadratzentimeter. Der hier angegebene Bereich von 600 cpsi bis 1200 cpsi ist relativ hoch und repräsentiert eine sehr große Oberfläche sowie auch eine relativ hohe thermische Masse in diesem Bereich. Damit werden einerseits eine große Kontaktfläche für Wasser bzw. Wasserdampf und andererseits gleichzeitig auch eine relativ hohe Wärmekapazität bereitgestellt, so dass gerade in der Kaltstart¬ phase der Verbrennungskrafmiaschine hier das Wasser bzw. der Wasserdampf gut gebunden bzw. aufgehalten wird.

Die Bereitstellung von Öffnungen in den Kanalwänden führt dazu, dass Durchmi¬ schungen von Teilabgasströmen, die durch die einzelnen Kanäle hindurchströmen, ermöglicht werden. Damit kommt es zu einer Temperatur- bzw. Konzentrations¬ ausgleich des Abgases über dem Querschnitt des Katalysators, so dass mittels der Regelsonde ein charakteristischer Messwert für den gesamten Abgasstrom unab¬ hängig von dessen Position in der Abgasanlage ermöglicht wird.

Zur Unterstützung dieses Durchmischungseffektes wird vorgeschlagen, dass Mi¬ scherstrukturen in dem mindestens einen Bereich vorgesehen sind. Unter Mi- scherstrukturen sind insbesondere Erhebungen, Leitflächen, etc. zu verstehen, die zumindest teilweise in innere Bereiche der Kanäle hineinragen oder auf andere Weise Druckunterschiede oder Strömungsumlenkungen bewirken. Sie forcieren die Teilabgasströme hin zu benachbarten Kanälen, so dass eine ausreichende Durchmischung der Teilabgasströme gewährleistet ist.

Eine poröse Oberfläche der Kanäle bietet ausreichend Anlagerungs- bzw. Einlage- rungsmöglichkeiten für Wasser oder Wasserdampf. Dabei sind insbesondere po¬ röse Oberflächen bzw. Materialien der Kanalwände selbst gemeint, beispielsweise auch des Katalysatpr-Trägerkörpers bzw. der Wabenstruktur.

Zudem können die Kanäle bzw. deren Oberfläche mit einer Beschichtung verse¬ hen sein, die eine Speicherfähigkeit für zumindest Wasser oder Wasserdampf aufweisen. Das bedeutet, dass Sie beispielsweise hygroskopisch sind. Damit wird die Ausbreitung der Wasserdampffront zeitlich verzögert, so dass wiederum der Regelsonde die Zeit bereitgestellt wird, die sie benötigt, um die entsprechenden Temperaturen selbst zu erreichen. Unter Umständen ist es vorteilhaft, wenn die Speicherfähigkeit im vorgelagerten Bereich größer ist, als in einem Teilabschnitt stromabwärts der Regelsonde.

Als weitere Maßnahme ist auch möglich, dass der Katalysator mit einem metalli- sehen Katalysator-Trägerkörper aufgebaut ist. In diesem Fall sind metallische Kanalwände mit einer Dicke im bereich von 40 μm bis 110 μm (Mikrometer) be¬ vorzugt. Diese stellen wiederum die günstige hohe Wärmekapazität bereit, die ein schnelles Verdampfen von angelagerten bzw. eingelagerten Wasser behindert.

Grundsätzlich sei angemerkt, dass es vorteilhaft ist, mindestens zwei der oben genannten Merkmale miteinander zu kombinieren.

Nach einer Weiterbildung des Abgassystems hat die Regelsonde eine Beschich¬ tung mit wenigstens einer Speicherfähigkeit für zumindest Wasser bzw. Wasser- dampf oder eine katalytische Aktivität gegenüber zumindest eines Bestandteils des Abgases. In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Beschichtung beide Fähig- keiten auf. Bevorzugt liegt dabei eine Speicherfähigkeit bis zu einer Temperatur vor, bei der die katalytische Aktivität startet.

Zudem wird auch vorgeschlagen, dass das Abgassystem, wie es erfindungsgemäß zuvorstehend beschrieben ist, von einem Fahrzeug umfasst ist. Mit Fahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Motorrad, ein Mo¬ torboot, ein Motorflugzeug, etc. gemeint.

Unabhängig von den bisher beschriebenen Regelsonden kann ein Messfühler, insbesondere die Lambdasonde, mit einer Schutzkappe versehen werden, die den Messfühler in vorteilhafter Weise vor Wasserschlag schützt. Unter Wasserschlag versteht man das Auftreffen von Wassertropfen auf den Messfühler oder auch das Auskondensieren von Wasserdampf auf diesem. Die Funktion insbesondere von Lambdasonden wird durch Wasserschlag zumindest beeinträchtigt, die Sonde kann durch Wasserschlag sogar gänzlich unbrauchbar werden.

Der Wasserschlag kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, wenn sich die Schutzkappe schneller aufheizt als die Wabenstruktur bzw. der Wabenkörper, in den der Messfühler eingesetzt ist. Vorzugsweise hat die Schutzkappe möglichst schnell eine solche Temperatur, dass ein Auskondensieren von Wasserdampf auf der Oberfläche des Messfühlers sicher vermieden wird. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Schutzkappe aus einem Stoff ausgebildet wird, der eine deutlich niedrigere Wärmekapazität, insbesondere spezifische Wärmekapazität aufweist als das Material, aus dem der Wabenkörper ausgebildet ist. Bevorzugt wird ein Stoff mit einer solchen spezifische Wärmekapazität gewählt, dass bei normalem Betriebszustand gewährleistet ist, dass dann, wenn der Wabenkörper in Strömungsrichtung vor dem Messfuhler eine Temperatur über der Siedetempera¬ tur von Wasser aufweist, die Schutzkappe ebenfalls eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von Wasser aufweist und zwar auch dann, wenn der Wabenkör- per in Strömungsrichtung stromaufwärts unmittelbar benachbart des Messfühlers noch eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur aufweist. Gleichermaßen ist es vorteilhaft, dass dann, wenn der Wabenkörper in Strömungsrichtung vor dem Messfuhler eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von Wasser aufweist, die Wärmekapazität, insbesondere spezifische Wärmekapazität der Schutzkappe so gewählt wird, dass diese eine solche Temperatur aufweist, dass unter üblichen Betriebsbedingungen der Taupunkt von Wasser am Messfuhler beziehungsweise der Schutzkappe sicher vermieden wird und somit ein Auskondensieren des Was¬ sers auf dem Messfuhler bzw. der Schutzkappe wirkungsvoll vermieden wird.

Eine weitere Möglichkeit, eine entsprechende Schutzkappe auszubilden, besteht in einer Veränderung des Wärmeübergangskoeffizienten α der Schutzkappe. Durch Anpassung dieses Wärmeübergangskoeffizienten α kann ebenfalls erreicht wer¬ den, dass der Messfuhler beziehungsweise die Schutzkappe schnell eine solche Temperatur erreichen, dass das Auskondensieren von Wasserdampf, welcher durch Verdampfung innerhalb des Wäbenkörpers entsteht, wirkungsvoll verhin- dert wird. Die Schutzkappe kann als getrenntes Bauteil oder auch integral am Messfuhler ausgebildet sein. Die Schutzkappe kann auch mit den erfindungsge¬ mäßen Regelsonden kombiniert werden.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Figuren z. T. besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen, diese jedoch nicht darauf begrenzt ist. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Abgassystem;

Fig. 2 schematisch einen Katalysator mit einer Regelsonde;

Fig. 3 schematisch einen Katalysator im Querschnitt;

Fig. 4 schematisch eine weitere Ausgestaltung eines Katalysators; Fig. 5 eine Detailansicht des Katalysators aus Fig. 4;

Fig. 6 schematisch ein Diagramm betreffend die Messqualität der Regelsonde in Abhängigkeit der Position zum Katalysator; und

Fig. 7 schematisch den Aufbau einer Regelsonde.

Fig. 1 zeigt schematisch und perspektivisch ein Fahrzeug 17 mit einer Verbren- nungskrafrmaschine 3 und ein dazugehöriges Abgassystem 2. Als Verbrennungs- kraftmaschine 3 können insbesondere Diesel- und Ottomotoren vorgesehen sein. Das mittels der Verbrennungskrafmiaschine 3 generierte Abgas wird über die Ab- gasleitung 5 an die Umgebung abgegeben. Dazu wird das Abgas mit Abgasbe¬ handlungseinrichtungen wie beispielsweise Katalysatoren, Adsorber, Partikelfal¬ len etc. in Kontakt gebracht, wobei Schadstoffe des Abgases zumindest teilweise in zumindest weniger schädliche Komponenten umgewandelt werden.

In der Fig. 1 durchströmt das Abgas zunächst einen Mischer 20 bevor es einem Katalysator 4 zugeführt wird. Der Katalysator 4 ist mit einer Regelsonde 1 zur Regelung des Kraftstoffgemischs bzw. zur Onboard-Diagnose des Katalysators 4 ausgestattet, der in innere Bereiche des Katalysators 4 hineinragt. Die Regelsonde 1 ist mit einer Regelungseinheit 6, insbesondere der Motorsteuerung, verbunden. Die Regelungseinheit 6 variiert nun in Abhängigkeit der mittels der Regelsonde 1 erfassten Parameter sowie dort gespeicherten Vorgaben die Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Katalysator 4 mit einer Regelsonde 1. Die Regel¬ sonde 1 wird durch die Abgasleitung 5 hindurch in innere Bereiche des Katalysa¬ tors 4 eingeführt. Der Katalysator 4 ist hier mit einem Gehäuse 18 ausgeführt, in dem eine für das Abgas durchströmbare Wabenstruktur vorgesehen ist. Die Wa- benstruktur wird durch eine Vielzahl von Kanalwänden 12 gebildet, die für das Abgas durchströmbare Kanäle 10 bereitstellen. Das Abgas strömt in Strömungs- richtung 19 und trifft auf die Abgaseintrittseite 8 auf. Zwischen der Abgaseintritt¬ seite 8 und der Regelsonde 1 ist ein Bereich 9 vorgesehen, der Mittel zur Behinde¬ rung der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer sich beim (Wieder-)Start der Verbrennungskraftmaschine durch . den Katalysator 4 fortpflanzenden Wasser- dampffront aufweist. Zur Sicherstellung, dass nach einem Kaltstart die Regelson¬ de 1 Temperaturen oberhalb von 7O0C erreicht hat, bevor diese Wasserdampffront die Regelsonde 1 erreicht hat, ist die Regelsonde 1 mit einem Abstand 7 von 10 bis 80 mm positioniert. Dabei sei daraufhingewiesen, dass der hier eingezeichne¬ te Abstand 7 schematisch dargestellt ist, also nichts zum Verhältnis der Gesamt- länge des Katalysators 4 in Richtung der Strömungsrichtung 19 ausgesagt ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Katalysators 4 im Querschnitt. Der Katalysator 4 weist wiederum ein Gehäuse 18 auf sowie einen Bereich 9, der sich über einen Abstand 7 ausgehend von der Abgaseintrittseite 8 aus erstreckt. Der Katalysator 4 weist hierbei einen metallischen Katalysator-Trägerkörper auf, so dass die Kanalwände 12 hier also metallischen Ursprungs sind.

Innerhalb des Bereichs 9 werden die Kanäle 10 durch Kanalwände 12 begrenzt, die eine gegenüber anderen Bereichen des Katalysators größere Dicke 16 aufwei- sen. Gleichzeitig sind Öffnungen 11 sowie Mischerstrukturen 13 vorgesehen, die ein Durchmischen von benachbarten Teilabgasströmen ermöglichen. Damit kann gewährleistet werden, dass die in die Aussparung 23 einzusetzende Regelsonde 1 dort qualifizierte Ergebnisse hinsichtlich der Abgaszusammensetzung liefern kann.

Stromabwärts des Bereiches 9 sind die Kanäle durch dünnere Kanalwände 12 be¬ grenzt, wobei die Oberfläche 14 beispielsweise auch mit einer Beschichtung 15 ausgeführt sein kann. Bei der hier dargestellten Ausfuhrungsform sind die Kanal¬ wände 12 in dem stromabwärts gelegenen Bereich ebenfalls mit Öffnungen 11 versehen. Die unterschiedlichen Bereiche 9 des Katalysators 4 können gegebenen- falls auch durch verschiedene, separate (ggf. mit einem Spalt beabstandete) Wa¬ benstrukturen bzw. Trägerkörper gebildet sein.

Fig. 4 und 5 zeigen noch eine weitere Ausgestaltung eines Katalysators 4 mit ei- ner Regelsonde 1. Der Katalysator 4 weist hierbei wiederum ein Gehäuse 18 auf, wobei die innenliegende Wabenstruktur durch Glattfolien 21 und Wellfolien 22 gebildet ist, die evolventenförmig miteinander verschlungen und miteinander ver¬ lötet sind (insbesondere hochtemperatur-verlötet). Aus der stirnseitigen Ansicht ist zu erkennen, dass die Glattfolien 21 und die Wellfolien 22 jeweils Lagen 24 bilden, wobei eine Durchmischung der benachbarten Kanäle 10 auch innerhalb dieser Lagen 24 möglich ist. m der Detailansicht (Fig. 5) ist zu erkennen, dass die Glattfolien 21 und die Wellfolien 22 abwechselnd zueinander positioniert sind und auf diese Weise Kanäle 10 bilden. Auf der Oberfläche 14 der Kanäle 10 ist eine katalytisch aktive Beschichtung 15 vorgesehen.

Fig. 6 zeigt schematisch ein Diagramm betreffend die Messqualität der Regelson¬ de in Abhängigkeit der Position zum Katalysator. Die Abszisse zeigt beispielhaft den Abstand 7 der Regelsonde 1 von der Abgaseintrittsseite 8 in Millimeter an. Die Ordinate zeigt beispielhaft die Reduzierung der Lambda-Regelschwingung in Prozent an. Hieraus ergibt sich nun, dass bereist nach wenigen Millimetern, z.B. 10 mm, bereits eine deutliche Reduzierung der Lambda-Schwingung vorliegt, insbesondere um mindestens 50 %. So können ggf. Reduzierungen von mehr als 80 % bereits bei einem Abstand von 40 mm vorliegen oder sogar von 95 % bei einem Abstand von 60 mm. Die dargestellte Kurve 25 ist schematisch und soll den Verlauf veranschaulichen. Um ein für die Lambda-Regelung ausreichend ex¬ aktes Messergebnis zu erhalten wird hier vorgeschlagen, unter Umständen je nach Position der Regelsonde unterschiedliche Ausführungsformen zu wählen. Hierzu wurde ein Grenzwert 26 eingezeichnet, der als Maß für die Empfindlichkeit der Regelsonde angesehen werden kann. Der mit „I" gekennzeichnete Bereich soll den Einsatzbereich für eine Sprungsonde charakterisieren, der mit „II" gekenn¬ zeichnete Bereich den einer Breitband-Linearsonde. Hieraus geht hervor, dass z.B. bis 2xι einem Abstand von etwa 20 mm (in anderen Fällen auch bis 40 mm) eine Sprungsonde vorteilhaft ist (geringe Kosten, ausreichend genau) und bei einem Abstand darüber die Breitband-Linearsonde zur Regelung eingesetzt werden soll¬ te.

Fig. 7 zeigt schematisch den Aufbau einer Regelsonde 1 in einer eingebauten Po¬ sition, wobei die nachfolgend beschriebene Regelsonde 1 eine besonders bevor¬ zugte Ausfuhrungsform darstellt, die ggf. auch als alleinige Regelsonde 1 z.B. hinter einem Katalysator 4 eingesetzt werden kann. Sie weist zur Fixierung an dem Gehäuse 18 eine Mutter 27 und ein Gewindeabschnitt 28 auf. Der sensitive Bereich 29 ragt nun in eine Aussparung 23 des Katalysators 4 hinein, die in die Kanäle 10 bildenden Kanalwände 12.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Schutzmaßnahmen des sensitiven Be- reichs 29 durch den Katalysator 4 als Dämpfungsglied (z.B. betreffend die Tem¬ peraturen, Schadstoffkonzentrationen, Druckschwankungen, Wassergehalt im Abgas) kann die Regelsonde 1 direkt dem Abgasstrom ausgesetzt werden, auf die üblicherweise eingesetzte Schutzkappe kann demnach verzichtet werden. Aus Gründen des Schutzes des sensitiven Bereiches 29 während der Lagerung, des Transportes, der Montage, etc. ist es jedoch unter Umständen erforderlich, trotz¬ dem eine Kappe 30 vorzusehen. Diese ist jedoch so gestaltet, dass sie eine beson¬ ders geringe Aufhahmefähigkeit für Wärme aufweist, insbesondere kleiner 1 J/K [Joule pro Kelvin] oder sogar kleiner 0,8 J/K. Das kann beispielsweise durch eine besonders dünnwandige Kappe 30, eine poröse Kappe 30, eine viele Öffnungen 32 aufweisende Kappe 30, eine sehr kleine Kappe 30, etc. erreicht werden. Bevor¬ zugt ist diese Kappe 30 aus einem Stahl- Werkstoff hergestellt und wird insbeson¬ dere mittels einem umformenden Fertigungsverfahren (z.B. Tiefziehen) herge¬ stellt. Zudem können Leitflächen 31 vorgesehen sein, die eine geeignete Anströ¬ mung des Abgases hin zum sensitiven Bereich 29 ermöglichen und ggf. auch eine längere Verweilzeit des Abgases im Inneren der Kappe 30 zur Folge haben. Für den Fall, dass die Kappe 30 zumindest teilweise beschichtet ist, so bezieht sich der oben angegebene Parameter auf die Kappe 30 inklusive der Beschichtung. Eine solche Ausführungsform der Regelsonde 1 ist auch unabhängig von dem hier beschriebenen Regelverfahren vorteilhaft einsetzbar, insbesondere mit einem Ab¬ gassystem, bei dem diese Regelsonde 1 einem Katalysator 4 nachgeordnet ist. Bezugszeichenliste

1 Regelsonde 2 Abgassystem 3 Verbrennungskraftmaschine 4 Katalysator 5 Abgasleitung 6 Regelungseinheit 7 Abstand 8 Abgaseintrittsseite 9 Bereich 10 Kanal 11 Öffnung 12 Kanalwand 13 Mischerstruktur 14 Oberfläche 15 Beschichtung 16 Dicke 17 Fahrzeug 18 Gehäuse 19 Strömungsrichtung 20 Mischer 21 Glattfolie 22 Wellfolie 23 Aussparung 24 Lage 25 Kurve 26 Grenzwert 27 Mutter 28 Gewindeabschnitt 29 Bereich Kappe Leitfläche Öffiωng