DE102020004422A1 - Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem, umfassend einen Katalysator mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung, eines Fahrzeugs und ein Verfahren.Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem (1) eines Fahrzeugs umfasst ein Steuergerät. Das Abgasreinigungssystem (1) umfasst einen Katalysator (2) mit einer ersten (23) und einer zweiten (24) Beschichtung. Das Steuergerät ist ausgebildet und eingerichtet,- einen Systemzustand der ersten Beschichtung (23) basierend auf Eingangsparametern (25) des Katalysators (2) und einem zweiten Stoffstrom (26) zu bestimmen (S30),- einen ersten Stoffstrom (27) zwischen der ersten (23) und der zweiten (24) Beschichtung basierend auf einer vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten Beschichtung (23,S30) zu berechnen (S40),- einen Systemzustand der zweiten Beschichtung (24) basierend auf dem berechneten, ersten Stoffstrom (27,S40) zu bestimmen (S50),- den zweiten Stoffstrom (27) zwischen der zweiten (24) und der ersten (23) Beschichtung basierend auf einer vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der zweiten Beschichtung (24,S50) neu zu berechnen (S60) und- das Abgasreinigungssystem (1) abhängig von den bestimmten Systemzuständen (S30,S50) zu steuern (S80).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem, umfassend einen Katalysator mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung, eines Fahrzeugs und ein Verfahren.
  • Aus der DE102019120054A1 ist ein Verfahren zur modellbasierten Bestimmung einer Temperaturverteilung einer Abgasnachbehandlungseinheit bekannt.
  • Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem eines Fahrzeugs umfasst ein Steuergerät. Das Abgasreinigungssystem umfasst einen Katalysator mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung. Das Steuergerät ist ausgebildet und eingerichtet ist,
    • - einen Systemzustand der ersten Beschichtung basierend auf Eingangsparametern des Katalysators und einem zweiten Stoffstrom zu bestimmen
    • - einen ersten Stoffstrom zwischen der ersten und der zweiten Beschichtung basierend auf einer vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten Beschichtung zu berechnen,
    • - einen Systemzustand der zweiten Beschichtung basierend auf dem berechneten, ersten Stoffstrom zu bestimmen,
    • - den zweiten Stoffstrom zwischen der zweiten und der ersten Beschichtung basierend auf einer vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der zweiten Beschichtung neu zu berechnen und
    • - das Abgasreinigungssystem abhängig von den bestimmten Systemzuständen zu steuern.
  • Die fortschreitende Entwicklung von Dieselmotoren führt zu einem zunehmenden Wunsch zur Abgasnachbehandlung von Stickoxidemissionen, sowohl unter kalten Fahrbedingungen als auch im heißen Hochlastbetrieb. Damit einher geht eine Erhöhung der katalytisch wirksamen Bauteile sowie der Aktuatorik im Abgasstrang. Als Konsequenz ergeben sich ein deutlicher Anstieg der Komplexität der Regelungsarchitektur sowie des benötigten Bauraums und der Gesamtkosten der Abgasanlage. Dadurch, dass zwei oder mehr als katalytisch wirksame Katalysatorbeschichtungen auf einem Bauteil aufgebracht werden, lassen sich Bauraum und Gesamtkosten positiv beeinflussen. Das Vorliegen einer solchen Komponente erfordert jedoch eine intelligente Reglungsstrategie sowie eine ausgereifte und aufwändige Modellierung der physikalischen Prozesse. Dadurch, dass das Abgasreinigungssystem abhängig von den bestimmten Systemzuständen basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion gesteuert wird, ermöglicht die Erfindung, dass der Katalysator mit der ersten und der zweiten Beschichtung vorteilhaft betrieben werden kann. Das Nutzen der vorberechneten Ersatzfunktion auf Basis einer Offline-Berechnung anstelle einer Online-Berechnung innerhalb des Steuergeräts ermöglicht eine Einsparung von Rechenleistung bei gleichzeitiger exakterer Modellierung.
  • Für das Berechnen des ersten und des zweiten Stoffstroms können unterschiedliche Ersatzfunktionen verwendet werden. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in der Ersatzfunktion Eigenschaften der ersten und/oder der zweiten Beschichtung wie der Systemzustand berücksichtigt werden.
  • Der Katalysator kann als Dieseloxidationskatalysator (Diesel oxidation catalyst - DOC), NOx Speicherkatalysator (NSK), passiver NOx Adsorber (PNA), Drei-Wege-Katalysator (Three-way catalyst - TWC), Schlupfkatalysator, Dieselpartikelfilter oder SCR Katalysator mit Mehrkomponentenbeschichtung ausgeführt sein, so dass er eine erste und eine zweite Beschichtung umfasst. Bevorzugt ist der Katalysator mit einer NSK und einer SCR Beschichtung ausgeführt. Besonders bevorzugt ist die NSK Beschichtung unter der SCR Beschichtung angeordnet.
  • Weiterhin bevorzugt umfasst der Katalysator eine dritte, als Schlupfkatalysator wirkende Beschichtung. Besonders bevorzugt ist diese dritte Beschichtung im letzten Teilstück, also im von Abgas zuletzt durchströmten Teil des Katalysators angeordnet, so dass ein möglicherweise auftretender NH3 Schlupf reduziert werden kann.
  • Bevorzugt wird ein stromauf des Abgasreinigungssystems angeordneter Verbrennungsmotor intermittierend unterstöchiometrisch betrieben, so dass fettes Abgas zur Regeneration in der NSK-Beschichtung eingelagerter Stickoxide verwendet werden kann. Alternativ kann der Verbrennungsmotor intermittierend in einem Heizbetrieb betrieben werden, so dass in der NSK-Beschichtung eingelagerte Stickoxide desorbiert werden können.
  • Bevorzugt umfasst der Katalysator eine Reduktionsmittelquelle und einen Mischer. Die Reduktionsmittelquelle kann gasförmige, flüssige und/oder feste Reduktionsmittel stromauf des Katalysators und des Mischers in das Abgasreinigungssystem einbringen. Der Mischer, der stromauf des Katalysators im Abgasreinigungssystem angeordnet ist, ermöglicht ein homogenisiertes Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel am Eintritt des Katalysators, wodurch eine verbesserte Reinigungseffizienz im Katalysator ermöglicht wird.
  • Die Steuerung des Abgasreinigungssystems umfasst bevorzugt eine Dosierstrategie für die Reduktionsmittelquelle oder eine DeNOx Anforderung. Unter DeNox Anforderung wird hier eine Anreicherung des Abgases mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen zur Regeneration der NSK Beschichtung verstanden. Dies kann motorisch durch eine Änderung eines Betriebs des Verbrennungsmotors oder direkt in das Abgasreinigungssystem eingebrachte, unverbrannte Kohlenwasserstoffe erfolgen.
  • Eingangsparameter des Katalysators können beispielsweise Temperaturen und/oder Massenströme von Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Ammoniak und/oder Abgas sein. Als Systemzustände können ebenfalls diese Größen verstanden werden. Alternativ oder ergänzend können als Systemzustände eine NOx Konvertierungsrate, Speicherkapazität, Effizienzen und/oder Drücke verstanden werden.
  • Die vorberechnete Ersatzfunktion dient zur Stofftransportmodellierung zwischen der ersten und der zweiten Beschichtung des Katalysators. Die vorberechnete Ersatzfunktion wird bevorzugt anhand einer kinetischen Diffusionsbetrachtung berechnet und in einem Speicher des Steuergeräts abgespeichert.
  • Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet,
    • - ein Unterteilen des Katalysators in Bereiche in axialer und/oder radialer Richtung durchzuführen,
    • - zusätzlich zum Berechnen des ersten und des zweiten Stoffstroms, ein Berechnen eines Stoffstroms zwischen einem ersten und einem weiteren Bereich basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten und/oder der zweiten Beschichtung und
    • - das Berechnen der Stoffströme und das Bestimmen der Systemzustände für weitere Bereiche durchzuführen.
  • Dadurch, dass der Katalysator in Bereiche in axialer und/oder radialer Richtung unterteilt wird und das Berechnen der Stoffströme und das Bestimmen der Systemzustände auch für die weiteren Bereiche durchgeführt wird, ermöglicht die Erfindung, bei der Steuerung des Abgasreinigungssystems bereichsweise Systemzustände und damit Verteilungen von Systemzuständen über die Länge und/oder Breite des Katalysators zu berücksichtigen.
  • Der dritte Stoffstrom kann mehrere Stoffstromanteile umfassen. Bevorzugt umfasst der dritte Stoffstrom einen ersten und einen zweiten Stoffstromanteil. Der erste Stoffstromanteil umfasst den Stoffstrom, der von der ersten Beschichtung nicht in die zweite Beschichtung diffundiert und daher in den weiteren Bereich diffundiert. Der zweite Stoffstromanteil umfasst den Stoffstrom, der nicht von der zweiten Beschichtung in die erste Beschichtung rückdiffundiert und daher in den weiteren Bereich diffundiert.
  • Bei der Berechnung der Stoffstromanteile können unterschiedliche Ersatzfunktionen verwendet werden. Bevorzugt berechnet das Steuergerät den ersten Stoffstrom und den ersten Stoffstromanteil mit einer ersten und den zweiten Stoffstrom und den zweiten Stoffstromanteil mit einer zweiten Ersatzfunktion. Es ist aber auch denkbar, mehr als zwei Ersatzfunktionen zu verwenden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Abgasreinigungssystems, umfassend einen Katalysator mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung, umfasst die folgenden Schritte:
    • - Vorberechnen einer Ersatzfunktion
    • - Unterteilen des Katalysators in Bereiche in axialer und/oder radialer Richtung
    • - Bestimmen eines Systemzustands der ersten Beschichtung eines ersten Bereichs unter Berücksichtigung von Eingangsparametern des Katalysators und einem zweiten Stoffstrom,
    • - Berechnen eines ersten Stoffstroms zwischen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung innerhalb des ersten Bereichs basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten Beschichtung des ersten Bereichs,
    • - Bestimmen eines Systemzustands der zweiten Beschichtung des ersten Bereichs basierend auf dem ersten Stoffstrom,
    • - Berechnen des zweiten Stoffstroms zwischen der zweiten Beschichtung und der ersten Beschichtung innerhalb des ersten Bereichs basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der zweiten Beschichtung des ersten Bereichs,
    • - Berechnen eines dritten Stoffstroms zwischen dem ersten und einem weiteren Bereich basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten und/oder der zweiten Beschichtung des ersten Bereichs,
    • - Durchführen des Berechnens der Stoffströme und des Bestimmens der Systemzustände für weitere Bereiche,
    • - Steuerung des Abgasreinigungssystems basierend auf den bestimmten Systemzuständen.
  • Dadurch, dass die Steuerung des Abgasreinigungssystems basierend auf den bestimmten Systemzuständen der axialen und/oder radialen Bereiche basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion erfolgt, ermöglicht die Erfindung, dass der Katalysator mit der ersten und der zweiten Beschichtung vorteilhaft betrieben werden kann. Das Unterteilen in axiale und/oder radiale Bereiche ermöglicht eine Berücksichtigung bereichsweiser Systemzustände, wodurch inhomogene Verteilungen von Systemzuständen über die Länge und/oder Breites des Katalysators bei der Steuerung berücksichtigt werden können. Die vorberechnete Ersatzfunktion ermöglicht eine Reduktion einer Rechenzeit und eine erhöhte Genauigkeit, da durch die Vorberechnung rechenintensive, physikalische Zusammenhänge berücksichtigt werden können.
  • Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs mit einer Steuervorrichtung,
    • 2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Steuern eines Abgasreinigungssystems und
    • 3 ein Ausführungsbeispiel eines Bestimmens von Systemzuständen und eines Berechnens von Stoffströmen eines Katalysators mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung.
  • 1 zeigt ein Antriebssystem 3 für ein Fahrzeug. Das Antriebssystem umfasst einen Ansaugtrakt 4, einen Verbrennungsmotor 5, einen Abgastrakt 6, eine erste 7 und eine zweite 17 Abgasrückführstrecke. Dabei ist der der Ansaugtrakt 4 stromauf des Verbrennungsmotors 5 angeordnet und umfasst einen Verdichter 8 eines Turboladers 9. Der Abgastrakt ist 6 stromab des Verbrennungsmotors 5 angeordnet und umfasst eine Turbine 10 des Abgasturboladers 9 und ein Abgasreinigungssystem 1, umfassend ein erstes Abgasnachbehandlungssystem 11 und ein zweites Abgasnachbehandlungssystem 12.
  • Das erste Abgasnachbehandlungssystem 11 umfasst einen Mehrkomponentenkatalysator 2 mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung und einen beschichteten Dieselpartikelfilter (DPF) 13.
  • Der Mehrkomponentenkatalysator ist mit einer NSK und einer SCR Beschichtung ausgeführt, so dass Stickoxide bei niedrigen Temperaturen in der NSK Beschichtung eingespeichert werden können. Die NSK Beschichtung ist unter der SCR Beschichtung angeordnet. Stromauf des Mehrkomponentenkatalysators 2 sind eine erste Reduktionsmittelquelle 14 und ein erster Mischer 15 angeordnet. Der Mehrkomponentenkatalysator 2 weist eine niedrige thermische Masse auf, so dass er bereits bei niedrigen Abgastemperaturen hohe SCR Konvertierungsraten aufweist. Direkt am Ausgang des Mehrkomponentenkatalysators 2 ist der Eingang des DPF 13 angeordnet, der mit einer SCR Beschichtung (SDPF) ausgeführt ist. Damit werden bei höheren Motorlasten verstärkt auftretende NOx Emissionen, die von dem Mehrkomponentenkatalysator 2 nicht konvertiert werden können, im SDPF 13 umgesetzt.
  • Das erste 11 und zweite Abgasnachbehandlungssystem 12 sind stromab der Turbine 10 angeordnet. Die erste Abgasrückführstrecke 7 ist ausgebildet, stromauf der Turbine 10 Abgas aus dem Abgastrakt 6 abzuführen und dem Ansaugtrakt 4 stromab des Verdichters 8 zuzuführen. Die erste Abgasrückführstrecke 7 umfasst ein erstes Ventil 16 und der Ansaugtrakt 4 umfasst eine erste Einlassdrossel 19, die ausgebildet sind, einen Abgasmassenstrom in der ersten Abgasrückführstrecke 7 einzustellen. Das Antriebssystem 3 umfasst eine zweite Abgasrückführstrecke 17. Die zweite Abgasrückführstrecke 17 ist ausgebildet, das Abgas stromab der Turbine 10 aus dem Abgastrakt 6 abzuführen und stromauf des Verdichters 8 dem Ansaugtrakt 4 zuzuführen. Dabei umfasst die zweite Abgasrückführstrecke 17 ein zweites Ventil 18 und der Ansaugtrakt 4 eine zweite Einlassdrossel 33. Diese sind ausgebildet, einen Abgasmassenstrom in der zweiten Abgasrückführstrecke 17 einzustellen. Über das erste 16 und das zweite Ventil 18 sowie die erste 19 und die zweite 33 Einlassdrossel können die Abgasmassenströme, die die erste 7 und die zweite 17 Abgasrückführstrecke durchströmen, eingestellt werden. Dadurch können für den Motorbetrieb bevorzugte Abgasrückführungsraten bereitgestellt werden und durch eine Verteilung des rückgeführten Abgasmassenstroms auf die erste 7 und die zweite 17 Abgasrückführstrecke kann ein möglichst effizienter Betrieb des Antriebsstrangs 3 erreicht werden.
  • Das zweite Abgasnachbehandlungssystem 12 umfasst eine zweite Reduktionsmittelquelle 20, einen zweiten Mischer 21 und einen SCR Katalysator 22. Damit wird bei einem Fahrzeugbetrieb unter hohen Lasten gewährleistet, dass die NOx Emissionen minimiert werden. Die zweite Abgasrückführstrecke 17 ist stromauf des zweiten Abgasnachbehandlungssystems 12 angeordnet, um die zweite Abgasrückführstrecke 17 kurz zu halten und NH3 Konzentrationen im zurückgeführten Abgas möglichst gering zu halten.
  • Das Antriebssystem 3 umfasst eine nicht gezeigte Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem 1. Die Steuervorrichtung umfasst ein Steuergerät. Das Steuergerät umfasst eine Datenspeichervorrichtung, auf der ein Ergebnis eines Vorberechnens mehrerer Ersatzfunktionen S10 abgespeichert ist. Das Vorberechnen S10 erfolgt vorab auf einer externen Recheneinheit, so dass der Berechnungsaufwand des Steuergeräts reduziert werden kann und eine Echtzeitfähigkeit bei hoher Genauigkeit erreicht wird.
  • Das Steuergerät ist ausgebildet und eingerichtet, ein Steuergeräteprogramm auszuführen. Das Steuergeräteprogramm umfasst Befehle zum Ausführen eines Verfahrens zum Steuern des Abgasreinigungssystems 1, mit den folgenden, in den 2 und 3 gezeigten Schritte:
    • - Unterteilen S20 des Katalysators 2 in Bereiche in axialer Richtung,
    • - Bestimmen eines Systemzustands der SCR Beschichtung 23 eines ersten Bereichs 29,S30 unter Berücksichtigung von Eingangsparametern 25 des Katalysators 2 und einem zweiten Stoffstrom 26,
    • - Berechnen eines ersten Stoffstroms 27 zwischen der SCR Beschichtung 23 und der NSK Beschichtung 25 innerhalb des ersten Bereichs 29,S40 basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der SCR Beschichtung 23 des ersten Bereichs 29,S30,
    • - Bestimmen eines Systemzustands der NSK Beschichtung 24 des ersten Bereichs 29,S50 basierend auf dem berechneten ersten Stoffstrom 27,S40,
    • - Neuberechnen S60 des zweiten Stoffstroms 26 zwischen der NSK Beschichtung 24 und der SCR Beschichtung 23 innerhalb des ersten Bereichs 29 basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der NSK Beschichtung 24 des ersten Bereichs 29,S50,
    • - Berechnen eines dritten Stoffstroms 28 zwischen dem ersten 29 und einem weiteren Bereich 30,S70 basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten 23,S30 und der zweiten 24,S50 Beschichtung des ersten Bereichs 29,
    • - Durchführen S80 des Berechnens der Stoffströme S40,S60,S70 und des Bestimmens der Systemzustände S30,S50 für weitere Bereiche,
    • - Steuern S90 des Abgasreinigungssystems 1 basierend auf den bestimmten Systemzuständen S30,S50,S80.
  • Das Vorberechnen der Ersatzfunktionen S10 umfasst eine physikalische Modellierung von Transportprozessen zwischen der SCR 23 und der NSK 24 Beschichtung. Dabei werden zwei Ersatzfunktionen verwendet. Die erste Ersatzfunktion dient zum Berechnen des ersten Stoffstroms 27 und eines ersten Stoffstromanteils 31 des dritten Stoffstroms 28. Die zweite Ersatzfunktion dient zum Berechnen des zweiten Stoffstroms 26 und eines zweiten Stoffstromanteils 32 des dritten Stoffstroms 28. Das Ergebnis der vorberechneten Ersatzfunktionen S10 wird in der Datenspeichervorrichtung des Steuergeräts so abgelegt, dass das Steuergeräteprogramm es beim Berechnen der Stoffströme S40,S60,S70 verwenden kann.
  • Dabei werden das Fick'sche Gesetz zur Beschreibung von Diffusion und das Thiele-Modul zur Beschreibung des Verhältnisses von Diffusion zu Reaktionsgeschwindigkeiten verwendet. Darüber hinaus verwendet das Steuergeräteprogramm einen erweiterten Arrheniusansatz, so dass Diffusionsprozesse bei der Bestimmung von Reaktionsgeschwindigkeiten berücksichtigt werden können. Sowohl parallel als auch sequenziell ablaufende Reaktionen sind so umfasst.
  • Durch das Vorberechnen der Ersatzfunktion S10 ist es möglich komplexe physikalische Zusammenhänge, hier insbesondere Diffusion und Reaktionsgeschwindigkeiten, beim Berechnen der Stoffströme S40,S60,S70 zu berücksichtigen, so dass eine erhöhte Genauigkeit erreicht wird. Das Nutzen der vorberechneten Ersatzfunktion S10 auf Basis einer Offline-Berechnung anstelle einer Online-Berechnung innerhalb des Steuergeräts ermöglicht auch eine Einsparung von Rechenleistung.
  • Das Steuergeräteprogramm unterteilt S20 den Katalysator 2 in Bereiche in axialer Richtung, so dass eine bereichsweise Berechnung von Systemzuständen und Stoffströmen ermöglicht wird. Dies erlaubt das Berücksichtigen von Inhomogenitäten über die Länge des Katalysators.
  • In jedem Bereich werden die Schritte S30 bis S70 wie in 3 dargestellt durchgeführt. Im Schritt S30 bestimmt das Steuergeräteprogramm eine NOx Konvertierungsrate der SCR Beschichtung 23 eines ersten Bereichs 29. Dabei berücksichtigt es als Eingangsparameter 25 Massenströme von Stickstoffoxiden (NO, NO2), Ammoniak und von Abgas sowie eine Temperatur. Zusätzlich wird ein zweiter Stoffstrom 26 von der NSK Beschichtung 24 zur SCR 23 Beschichtung berücksichtigt. Auch für den zweiten Stoffstrom 26 werden Parameter wie Massenströme und Temperatur übergeben.
  • Im Schritt S40 berechnet das Steuergeräteprogramm einen ersten Stoffstrom 27 zwischen der SCR Beschichtung 23 und der NSK Beschichtung 25 innerhalb des ersten Bereichs 29,S40. Hierfür verwendet es die erste, vorberechnete Ersatzfunktion S10 und berücksichtigt den bestimmten Systemzustand der SCR Beschichtung 23 des ersten Bereichs 29.S30.
  • Im Schritt S50 bestimmt das Steuergeräteprogramm einen Systemzustand der NSK Beschichtung 24 des ersten Bereichs 29. Als Systemzustand wird hier ein Speichergrad betrachtet, so dass eine erforderliche Desorption oder Reduktion bestimmt werden kann. Beim Bestimmen S50 berücksichtigt das Steuergeräteprogramm den berechneten ersten Stoffstrom 27.S40. In Schritt S60 berechnet das Steuergeräteprogramm den zweiten Stoffstrom 26 zwischen der NSK Beschichtung 24 und der SCR Beschichtung 23 innerhalb des ersten Bereichs 29 neu. Hierfür verwendet es die zweite, vorberechnete Ersatzfunktion S10 und berücksichtigt den bestimmten Systemzustand der NSK Beschichtung 24 des ersten Bereichs 29,S50.
  • Im Schritt S70 berechnet das Steuergeräteprogramm einen dritten Stoffstroms 28 zwischen dem ersten 29 und einem weiteren Bereich 30. Das Steuergeräteprogramm berücksichtigt beim Berechnen S70 die bestimmten Systemzustände der ersten 23,S30 und der zweiten 24,S50 Beschichtung des ersten Bereichs 29.
  • Das Steuergeräteprogramm verwendet im Schritt S70 die erste, vorberechnete Ersatzfunktion zum Berechnen des ersten Stoffstromanteils 31 und die zweite, vorberechnete Ersatzfunktion zum Berechnen des zweiten Stoffstromanteils 32. Der dritte Stoffstrom 28 ergibt sich als Summe der beiden Stoffstromanteile 31,32. Der erste Stoffstromanteil 31 umfasst den Stoffstrom, der von der SCR Beschichtung 23 in den weiteren Bereich 30 diffundiert. Der zweite Stoffstromanteil 32 umfasst den Stoffstromanteil, der von der NSK Beschichtung 24 in den weiteren Bereich 30 diffundiert. Der Schritt S70 wird vom Steuergeräteprogramm so durchgeführt, dass bei der Berechnung des ersten 27,S40 Stoffstroms der erste Stoffstromanteil 31 und bei der Berechnung des zweiten 26,S60 Stoffstroms der zweite Stoffstromanteil 32 mitbestimmt wird.
  • Nach dem Berechnen der Systemzustände und Stoffströme für den ersten Bereich 29 führt das Steuergeräteprogramme die Schritte S30,S40,S50,S60 und S70 für alle weiteren Bereiche durch S80, so dass Systemzustände und Stoffströme für alle Bereiche vorliegen. Im letzten Schritt S90 steuert das Steuergeräteprogramm das Abgasreinigungssystem 1 basierend auf den bestimmten Systemzuständen S30,S50,S80.
  • Das Steuergeräteprogramm führt die Schritte S30 bis S90 hier sequentiell durch. In alternativen Ausführungsbeispielen führt das Steuergeräteprogramm die Schritte S30 bis S80 parallel durch. Dadurch wird eine schnellere Berechnung ermöglicht. Im in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Schritte S30 bis S90 nach einer bestimmten Zeit wiederholt, so dass Änderungen im Abgasreinigungssystem 1 berücksichtigt werden.
  • Beim Steuern S90 des Abgasreinigungssystems berücksichtigt das Steuergeräteprogramm einen Sollwert einer Stickoxidemission und einen Sollwert einer Stickoxidkonvertierungsrate des Katalysators 2. Dadurch wird ein Einhalten einer geforderten Stickoxidemission ermöglicht. Das Steuern des Abgasreinigungssystems 1 umfasst abhängig vom Betriebszustand des Abgasreinigungssystems 1 eine Dosierstrategie für die Reduktionsmittelquellen 14,22 und eine DeNOx Anforderung. Für eine DeNox Anforderung ist die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet, in eine Motorsteuerung des Fahrzeugs einzugreifen und eine Anpassung eines Abgasluftverhältnisses vorzunehmen. In alternativen Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung zusätzlich oder alternativ eingerichtet und ausgebildet, durch Eingreifen in die Motorsteuerung ein Anpassen einer Stickoxidrohemission vorzunehmen.
  • Der Katalysator 2 ist elektrisch beheizbar ausgeführt, so dass bei kalten Bedingungen eine Betriebstemperatur des Katalysators 2 schneller erreicht werden kann.
  • In einem nicht gezeigten Antriebssystem ist der Mehrkomponentenkatalysator 2 mit einer Schlupfkatalysatorbeschichtung ausgeführt. In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen wird alternativ oder ergänzend ein passiver NOx Adsorber mit einer Mehrkomponentenbeschichtung verwendet. Das erste Abgasnachbehandlungssystem 11 umfasst in alternativen Ausführungsbeispielen einen separaten Schlupfkatalysator, so dass NH3, das den Mehrkomponentenkatalysator 2 und den SDPF 13 verlässt, oder H2S, das den Mehrkomponentenkatalysator 2 verlässt, nicht in die erste Abgasrückführstrecke 7 oder die zweite Abgasrückführstrecke 17 gelangt. Das zweite Abgasnachbehandlungssystem 12 umfasst in alternativen Ausführungsbeispielen einen weiteren Schlupfkatalysator, so dass NH3, das den SCR Katalysator 22 verlässt, oder H2S, das den Mehrkomponentenkatalysator 2 verlässt, nicht in die Umgebung gelangen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019120054 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem (1) eines Fahrzeugs, wobei das Abgasreinigungssystem (1) einen Katalysator (2) mit einer ersten (23) und einer zweiten (24) Beschichtung umfasst, die Steuervorrichtung ein Steuergerät umfasst und das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, - einen Systemzustand der ersten Beschichtung (23) basierend auf Eingangsparametern (25) des Katalysators (2) und einem zweiten Stoffstrom (26) zu bestimmen (S30), - einen ersten Stoffstrom (27) zwischen der ersten (23) und der zweiten (24) Beschichtung basierend auf einer vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten Beschichtung (23,S30) zu berechnen (S40), - einen Systemzustand der zweiten Beschichtung (24) basierend auf dem berechneten, ersten Stoffstrom (27,S40) zu bestimmen (S50), - den zweiten Stoffstrom (27) zwischen der zweiten (24) und der ersten (23) Beschichtung basierend auf einer vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der zweiten Beschichtung (24,S50) neu zu berechnen (S60) und - das Abgasreinigungssystem (1) abhängig von den bestimmten Systemzuständen (S30,S50) zu steuern (S80).
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorberechnete Ersatzfunktion auf einem kinetischen Ansatz basiert.
  3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorberechnete Ersatzfunktion auf dem Thiele-Modul basiert.
  4. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die vorberechnete Ersatzfunktion auf einer Arrheniuskurve basiert, so dass sowohl parallel als auch sequenziell ablaufende Reaktionen umfasst sind.
  5. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, - den Katalysator (2) in Bereiche in axialer und/oder radialer Richtung zu unterteilen (S20), - zusätzlich zum Berechnen des ersten (27,S40) und des zweiten (26,S60) Stoffstroms, ein Berechnen eines weiteren Stoffstroms (28,S70) zwischen einem ersten (29) und einem weiteren (30) Bereich basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten (23,S3D) und/oder der zweiten (24,S50) Beschichtung und - das Berechnen der Stoffströme und das Bestimmen der Systemzustände für weitere Bereiche durchzuführen (S80).
  6. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, das Berechnen (S40,S60,S70) und/oder das Bestimmen (S30,S50,S80) sequentiell und/oder parallel durchzuführen.
  7. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, beim Steuern (S90) des Abgasreinigungssystems (1) einen Sollwert einer Stickoxidemission und/oder einen Sollwert einer Stickoxidkonvertierungsrate des Katalysators (2) und/oder des Abgasreinigungssystem (1) zu berücksichtigen.
  8. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Katalysator (2) elektrisch beheizbar ausgeführt ist.
  9. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, ein Eingreifen in eine Motorsteuerung des Fahrzeugs zur Anpassung einer Stickoxidrohemission und/oder eines Abgasluftverhältnisses vorzunehmen.
  10. Verfahren zum Steuern eines Abgasreinigungssystems (1), umfassend einen Katalysator (2) mit einer ersten (23) und einer zweiten (24) Beschichtung, umfassend die folgenden Schritte: - Vorberechnen (S10) einer Ersatzfunktion, - Unterteilen (S20) des Katalysators (2) in Bereiche in axialer und/oder radialer Richtung, - Bestimmen eines Systemzustands der ersten Beschichtung (23) eines ersten Bereichs (29,S30) unter Berücksichtigung von Eingangsparametern (25) des Katalysators (2) und einem zweiten Stoffstrom (26), - Berechnen eines ersten Stoffstroms (27) zwischen der ersten Beschichtung (23) und der zweiten Beschichtung (24) innerhalb des ersten Bereichs (29,S40) basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten Beschichtung (23) des ersten Bereichs (29,S30), - Bestimmen eines Systemzustands der zweiten Beschichtung (24) des ersten Bereichs (29,S50) basierend auf dem berechneten ersten Stoffstrom (27,S40), - Neuberechnen (S60) des zweiten Stoffstroms (26) zwischen der zweiten Beschichtung (24) und der ersten Beschichtung (23) innerhalb des ersten Bereichs (29) basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der zweiten Beschichtung (24) des ersten Bereichs (29,S50), - Berechnen eines dritten Stoffstroms zwischen dem ersten (29) und einem weiteren (30) Bereich (S70) basierend auf der vorberechneten Ersatzfunktion und unter Berücksichtigung des bestimmten Systemzustands der ersten (23,S30) und/oder der zweiten (24,S50) Beschichtung des ersten Bereichs (29), - Durchführen (S80) des Berechnens der Stoffströme und des Bestimmens der Systemzustände für weitere Bereiche, - Steuern (S90) des Abgasreinigungssystems (1) basierend auf den bestimmten Systemzuständen (S30,S50,S80).
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