DE102021003210A1 - Control device for an exhaust gas cleaning system of a vehicle - Google Patents

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Bernhard Lüers
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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).The invention relates to a control device for an exhaust gas purification system, comprising a catalytic converter with a first and a second coating, of a vehicle and a method. The control device according to the invention for an exhaust gas purification system (1) of a vehicle comprises a control unit. The exhaust gas cleaning system (1) comprises a catalytic converter (2) with a first (23) and a second (24) coating. The control unit is designed and set up to determine (S30) a system state of the first coating (23) based on input parameters (25) of the catalytic converter (2) and a second material flow (26), - a first material flow (27) between the first (23) and the second (24) coating based on a pre-calculated substitute function and taking into account the determined system state of the first coating (23, S30) to calculate (S40), - a system state of the second coating (24) based on the calculated, first Material flow (27, S40) to determine (S50), - the second material flow (27) between the second (24) and the first (23) coating based on a pre-calculated substitute function and taking into account the determined system state of the second coating (24, S50 ) to recalculate (S60) and - to control (S80) the emission control system (1) depending on the determined system states (S30, S50).

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem, umfassend einen Katalysator mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung, eines Fahrzeugs und ein Verfahren.The invention relates to a control device for an exhaust gas cleaning system, comprising a catalytic converter with a first and a second coating, a vehicle and a method.

Aus der DE102019120054A1 ist ein Verfahren zur modellbasierten Bestimmung einer Temperaturverteilung einer Abgasnachbehandlungseinheit bekannt.From the DE102019120054A1 a method for model-based determination of a temperature distribution of an exhaust gas aftertreatment unit is known.

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.
The control device according to the invention for an exhaust gas cleaning system of a vehicle comprises a control unit. The emissions control system includes a catalyst having a first and a second coating. The control unit is designed and set up
  • - to determine a system state of the first coating based on input parameters of the catalyst and a second material flow
  • - to calculate a first material flow between the first and the second coating based on a pre-calculated replacement function and taking into account the determined system state of the first coating,
  • - determine a system state of the second coating based on the calculated first material flow,
  • - to recalculate the second material flow between the second and the first coating based on a pre-calculated replacement function and taking into account the determined system state of the second coating and
  • - to control the emission control system depending on the determined system states.

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.The progressive development of diesel engines leads to an increasing desire for exhaust aftertreatment of nitrogen oxide emissions, both under cold driving conditions and in hot high-load operation. This is accompanied by an increase in the number of catalytically active components and the actuators in the exhaust system. As a consequence, there is a significant increase in the complexity of the control architecture as well as the required installation space and the overall costs of the exhaust system. The fact that two or more catalytically effective catalyst coatings are applied to a component can have a positive effect on installation space and overall costs. However, the presence of such a component requires an intelligent control strategy and sophisticated and complex modeling of the physical processes. Due to the fact that the exhaust gas cleaning system is controlled depending on the determined system states based on the pre-calculated substitute function, the invention enables the catalytic converter with the first and the second coating to be operated advantageously. The use of the pre-calculated replacement function based on an offline calculation instead of an online calculation within the control unit enables a saving in computing power with more precise modeling at the same time.

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.Different replacement functions can be used to calculate the first and second material flow. This is particularly advantageous when properties of the first and/or the second coating, such as the system state, are taken into account in the substitute function.

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.The catalyst can be designed as a diesel oxidation catalyst (DOC), NOx storage catalyst (NSK), passive NOx adsorber (PNA), three-way catalyst (TWC), slip catalyst, diesel particulate filter or SCR catalyst with multi-component coating , so that it comprises a first and a second coating. The catalytic converter is preferably designed with an NSK and an SCR coating. The NSK coating is particularly preferably arranged under the SCR coating.

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.The catalytic converter also preferably comprises a third coating which acts as a slip catalytic converter. This third coating is particularly preferably arranged in the last section, that is to say in the part of the catalytic converter through which exhaust gas last flows, so that any NH3 slip which may occur can be reduced.

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.An internal combustion engine arranged upstream of the exhaust gas purification system is preferably operated intermittently sub-stoichiometrically, so that rich exhaust gas can be used to regenerate nitrogen oxides stored in the NSK coating. Alternatively, the internal combustion engine can be operated intermittently in a heating mode, so that nitrogen oxides stored in the NSK coating can be desorbed.

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.Preferably, the catalyst comprises a source of reducing agent and a mixer. The reductant source may introduce gaseous, liquid, and/or solid reductants into the emission control system upstream of the catalyst and mixer. The mixer, which is arranged upstream of the catalyst in the exhaust gas purification system, enables a homogenized mixture of exhaust gas and reducing agent at the inlet of the catalyst, thereby enabling improved purification efficiency in the catalyst.

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.The control of the exhaust gas cleaning system preferably includes a dosing strategy for the reducing agent source or a DeNOx requirement. The DeNox requirement here means an enrichment of the exhaust gas with unburned hydrocarbons to regenerate the NSK coating. This can be done by changing the operation of the internal combustion engine or by introducing unburned hydrocarbons directly into the exhaust gas cleaning system.

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.Input parameters of the catalytic converter can be, for example, temperatures and/or mass flows of nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, ammonia and/or exhaust gas. These variables can also be understood as system states. Alternatively or additionally, a NOx conversion rate, storage capacity, efficiencies and/or pressures can be understood as system states.

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.The pre-calculated replacement function is used to model mass transport between the first and second coating of the catalyst. The precalculated replacement function is preferably calculated using a kinetic diffusion analysis and stored in a memory of the control device.

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.
The control unit is preferably designed and set up
  • - carry out a subdivision of the catalytic converter into areas in the axial and/or radial direction,
  • - in addition to calculating the first and the second material flow, calculating a material flow between a first and a further area based on the precalculated substitute function and taking into account the determined system state of the first and/or the second coating and
  • - carry out the calculation of the material flows and the determination of the system states for other areas.

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.Because the catalytic converter is divided into areas in the axial and/or radial direction and the calculation of the material flows and the determination of the system states is also carried out for the other areas, the invention makes it possible when controlling the exhaust gas cleaning system to determine system states by area and thus distributions of system states over the length and/or width of the catalytic converter.

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.The third stream can include several parts of the stream. The third stream preferably comprises a first and a second stream portion. The first portion of the material flow comprises the material flow that does not diffuse from the first coating into the second coating and therefore diffuses into the further area. The second portion of the material flow comprises the material flow that does not diffuse back from the second coating into the first coating and therefore diffuses into the further area.

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.Different substitute functions can be used when calculating the material flow fractions. The control unit preferably calculates the first material flow and the first material flow portion with a first and the second material flow and the second material flow portion with a second equivalent function. However, it is also conceivable to use more than two substitute functions.

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.
The method according to the invention for controlling an exhaust gas cleaning system, comprising a catalyst with a first and a second coating, comprises the following steps:
  • - Precalculate a replacement function
  • - Subdividing the catalytic converter into areas in the axial and/or radial direction
  • - Determining a system state of the first coating of a first area, taking into account input parameters of the catalyst and a second material flow,
  • - Calculating a first material flow between the first coating and the second coating within the first area based on the pre-calculated substitute function and taking into account the determined system state of the first coating of the first area,
  • - determining a system state of the second coating of the first area based on the first material flow,
  • - Calculating the second material flow between the second coating and the first coating within the first area based on the pre-calculated substitute function and taking into account the determined system state of the second coating of the first area,
  • - Calculation of a third material flow between the first and a further area based on the pre-calculated substitute function and taking into account the determined system state of the first and/or the second coating of the first area,
  • - Carrying out the calculation of the material flows and determining the system states for other areas,
  • - Control of the emission control system based on the determined system states.

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.Because the exhaust gas cleaning system is controlled based on the determined system states of the axial and/or radial areas based on the precalculated substitute function, the invention enables the catalytic converter with the first and second coating to be operated advantageously. The subdivision into axial and/or radial areas makes it possible to take account of area-by-area system states, as a result of which inhomogeneous distributions of system states over the length and/or width of the catalytic converter can be taken into account in the control. The pre-calculated replacement function enables a reduction in computing time and increased accuracy, since the pre-calculation can take into account computation-intensive, physical relationships.

Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.

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.
Preferred exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the following figures. while showing
  • 1 an embodiment of a drive train with a control device,
  • 2 an embodiment of a method for controlling an emission control system and
  • 3 an embodiment of determining system states and calculating material flows of a catalyst with a first and a second coating.

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. 1 shows a drive system 3 for a vehicle. The drive system comprises an intake tract 4, an internal combustion engine 5, an exhaust tract 6, a first 7 and a second 17 exhaust gas recirculation path. The intake tract 4 is arranged upstream of the internal combustion engine 5 and includes a compressor 8 of a turbocharger 9. The exhaust tract is arranged 6 downstream of the internal combustion engine 5 and includes a turbine 10 of the exhaust gas turbocharger 9 and an exhaust gas purification system 1, comprising a first exhaust gas aftertreatment system 11 and a second Exhaust aftertreatment system 12.

Das erste Abgasnachbehandlungssystem 11 umfasst einen Mehrkomponentenkatalysator 2 mit einer ersten und einer zweiten Beschichtung und einen beschichteten Dieselpartikelfilter (DPF) 13.The first exhaust aftertreatment system 11 includes a multi-component catalytic converter 2 with a first and a second coating and a coated diesel particulate filter (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.The multi-component catalytic converter is designed with an NSK and an SCR coating so that nitrogen oxides can be stored in the NSK coating at low temperatures. The NSK coating is placed under the SCR coating. A first reducing agent source 14 and a first mixer 15 are arranged upstream of the multicomponent catalytic converter 2 . The multi-component catalytic converter 2 has a low thermal mass, so that it already has high SCR conversion rates at low exhaust gas temperatures. The input of the DPF 13, which is designed with an SCR coating (SDPF), is arranged directly at the output of the multi-component catalytic converter 2. In this way, NOx emissions which occur to a greater extent at higher engine loads and which cannot be converted by the multi-component catalytic converter 2 are converted in the SDPF 13 .

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.The first 11 and second exhaust gas aftertreatment system 12 are arranged downstream of the turbine 10 . The first exhaust gas recirculation section 7 is designed to discharge exhaust gas from the exhaust gas section 6 upstream of the turbine 10 and to feed it to the intake section 4 downstream of the compressor 8 . The first exhaust gas recirculation path 7 includes a first valve 16 and the intake tract 4 includes a first inlet throttle 19 which are designed to set an exhaust gas mass flow in the first exhaust gas recirculation path 7 . The drive system 3 includes a second exhaust gas recirculation path 17. The second exhaust gas recirculation path 17 is designed to discharge the exhaust gas from the exhaust tract 6 downstream of the turbine 10 and to feed it to the intake tract 4 upstream of the compressor 8. The second exhaust gas recirculation path 17 includes a second valve 18 and the intake tract 4 includes a second inlet throttle 33 . These are designed to set an exhaust gas mass flow in the second exhaust gas recirculation path 17 . The exhaust gas mass flows, which flow through the first 7 and the second 17 exhaust gas recirculation path, can be adjusted via the first 16 and the second valve 18 as well as the first 19 and the second 33 inlet throttle. As a result, preferred exhaust gas recirculation rates can be provided for engine operation and the most efficient possible operation of the drive train 3 can be achieved by distributing the recirculated exhaust gas mass flow to the first 7 and the second 17 exhaust gas recirculation path.

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.The second exhaust aftertreatment system 12 includes a second reducing agent source 20, a second mixer 21 and an SCR catalytic converter 22. This ensures that when the vehicle is operated under high loads, the NOx emissions are minimized. The second exhaust gas recirculation path 17 is arranged upstream of the second exhaust gas aftertreatment system 12 in order to keep the second exhaust gas recirculation path 17 short and to keep NH3 concentrations in the recirculated exhaust gas as low as possible.

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.The drive system 3 includes a control device, not shown, for the exhaust gas cleaning system 1. The control device includes a control unit. The control unit includes a data storage device on which a result of a pre-calculation of a number of substitute functions S10 is stored. The pre-calculation S10 takes place in advance on an external computing unit, so that the calculation effort of the control device can be reduced and real-time capability with high accuracy is achieved.

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.
The control unit is designed and set up to execute a control unit program. The control unit program includes instructions for executing a method for controlling the emission control system 1, with the following, in the 2 and 3 shown steps:
  • - Subdividing S20 of the catalytic converter 2 into areas in the axial direction,
  • - Determining a system state of the SCR coating 23 of a first area 29, S30, taking into account input parameters 25 of the catalytic converter 2 and a second material flow 26,
  • - Calculation of a first material flow 27 between the SCR coating 23 and the NSK coating 25 within the first area 29, S40 based on the pre-calculated replacement function and taking into account the determined system state of the SCR coating 23 of the first area 29, S30,
  • - Determination of a system state of the NSK coating 24 of the first area 29, S50 based on the calculated first material flow 27, S40,
  • - Recalculation S60 of the second material flow 26 between the NSK coating 24 and the SCR coating 23 within the first area 29 based on the pre-calculated replacement function and taking into account the specific system state of the NSK coating 24 of the first area 29, S50,
  • - Calculation of a third material flow 28 between the first 29 and a further area 30, S70 based on the pre-calculated replacement function and taking into account the determined system state of the first 23, S30 and the second 24, S50 coating of the first area 29,
  • - Carrying out S80 of calculating the material flows S40, S60, S70 and determining the system states S30, S50 for further areas,
  • - Control S90 of the emission control system 1 based on the determined system states 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.The pre-calculation of the substitute functions S10 includes a physical modeling of transport processes between the SCR 23 and the NSK 24 coating. Two replacement functions are used. The first replacement function is used to calculate the first material flow 27 and a first material flow portion 31 of the third material flow 28. The second replacement function is used to calculate the second material flow 26 and a second material flow portion 32 of the third material flow 28. The result of the pre-calculated replacement function S10 is in the data storage device of the control unit is stored in such a way that the control unit program can use it when calculating the material flows S40,S60,S70.

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.Fick's law is used to describe diffusion and Thiele's modulus to describe the relationship between diffusion and reaction rates. In addition, the control unit program uses an extended Arrhenius approach, so that diffusion processes can be taken into account when determining reaction speeds. Both parallel and sequential reactions are included.

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.By pre-calculating the replacement function S10, it is possible to take into account complex physical relationships, here in particular diffusion and reaction speeds, when calculating the material flows S40, S60, S70, so that increased accuracy is achieved. The use of the pre-calculated replacement function S10 based on an offline calculation instead of an online calculation within the control unit also enables a saving in computing power.

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.The control unit program divides S20 the catalytic converter 2 into areas in the axial direction, so that system states and material flows can be calculated area by area. This allows inhomogeneities over the length of the catalyst to be taken into account.

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.In each area, steps S30 to S70 are performed as in 3 shown performed. In step S30, the control unit program determines a NOx conversion rate of the SCR coating 23 of a first area 29. In doing so, it takes into account mass flows of nitrogen oxides (NO, NO2), ammonia and exhaust gas as well as a temperature as input parameters 25. In addition, a second material flow 26 from the NSK coating 24 to the SCR 23 coating is taken into account. Parameters such as mass flows and temperature are also transferred for the second material flow 26 .

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.In step S40, the control unit program calculates a first material flow 27 between the SCR coating 23 and the NSK coating 25 within the first area 29, S40. For this purpose it uses the first, pre-calculated replacement function S10 and takes into account the specific system state of the SCR coating 23 of the first area 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.In step S50, the control unit program determines a system state of the NSK coating 24 of the first area 29. A storage level is considered here as the system state, so that a required desorption or reduction can be determined. When determining S50, the control unit program takes into account the calculated first material flow 27.S40. In step S60 the control unit program recalculates the second material flow 26 between the NSK coating 24 and the SCR coating 23 within the first region 29 . For this it uses the second, pre-calculated replacement function S10 and takes into account the specific system state of the NSK coating 24 of the first area 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.In step S70, the control unit program calculates a third material flow 28 between the first 29 and a further area 30. When calculating S70, the control unit program takes into account the specific system states of the first 23, S30 and the second 24, S50 coating of the first area 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.In step S70, the control unit program uses the first, precalculated replacement function to calculate the first material flow portion 31 and the second, precalculated replacement function to calculate the second material flow portion 32. The third material flow 28 results from the sum of the two material flow portions 31,32. The first material flow portion 31 includes the material flow that diffuses from the SCR coating 23 into the further area 30 . The second material flow portion 32 includes the material flow portion that diffuses from the NSK coating 24 into the further area 30 . Step S70 is carried out by the control unit program in such a way that when the first 27, S40 material flow is calculated, the first material flow portion 31 and when the second 26, S60 material flow is calculated, the second material flow portion 32 is also determined.

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.After calculating the system states and material flows for the first area 29, the control unit program carries out steps S30, S40, S50, S60 and S70 for all other areas through S80, so that system states and material flows are present for all areas. In the last step S90, the control unit program controls the emission control system 1 based on the determined system states 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.The control unit program sequentially carries out steps S30 to S90 here. In alternative exemplary embodiments, the control unit program carries out steps S30 to S80 in parallel. This enables faster calculation. in 3 shown embodiment, steps S30 to S90 are repeated after a certain time, so that changes in the exhaust gas cleaning system 1 are taken into account.

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.When controlling S90 the exhaust gas purification system, the control unit program takes into account a target value for nitrogen oxide emissions and a target value for a nitrogen oxide conversion rate of catalytic converter 2. This makes it possible to maintain a required nitrogen oxide emission. Depending on the operating state of the exhaust gas cleaning system 1, the control of the exhaust gas cleaning system 1 includes a dosing strategy for the reducing agent sources 14, 22 and a DeNOx requirement. For a DeNox requirement, the control device is designed and set up to intervene in engine control of the vehicle and to adjust an exhaust gas/air ratio. In alternative exemplary embodiments, the control device is additionally or alternatively set up and configured to adapt raw nitrogen oxide emissions by intervening in the engine control system.

Der Katalysator 2 ist elektrisch beheizbar ausgeführt, so dass bei kalten Bedingungen eine Betriebstemperatur des Katalysators 2 schneller erreicht werden kann.The catalytic converter 2 is designed to be electrically heatable, so that an operating temperature of the catalytic converter 2 can be reached more quickly in cold conditions.

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.In a drive system that is not shown, the multicomponent catalytic converter 2 is designed with a slip catalytic converter coating. In other exemplary embodiments that are not shown, a passive NOx adsorber with a multi-component coating is used as an alternative or in addition. In alternative embodiments, the first exhaust gas aftertreatment system 11 comprises a separate slip catalyst, so that NH3, which leaves the multicomponent catalyst 2 and the SDPF 13, or H2S, which leaves the multicomponent catalyst 2, does not enter the first exhaust gas recirculation path 7 or the second exhaust gas recirculation path 17. In alternative exemplary embodiments, the second exhaust gas aftertreatment system 12 comprises a further slip catalyst, so that NH3 which leaves the SCR catalyst 22 or H2S which leaves the multi-component catalyst 2 does not get into the environment.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019120054 A1 [0002]DE 102019120054 A1 [0002]

Claims (10)

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).Control device for an exhaust gas cleaning system (1) of a vehicle, wherein the exhaust gas cleaning system (1) comprises a catalytic converter (2) with a first (23) and a second (24) coating, the control device comprises a control unit and the control unit is designed and set up, - to determine (S30) a system state of the first coating (23) based on input parameters (25) of the catalytic converter (2) and a second material flow (26), - calculate (S40) a first material flow (27) between the first (23) and the second (24) coating based on a precalculated replacement function and taking into account the determined system state of the first coating (23, S30), - to determine (S50) a system state of the second coating (24) based on the calculated, first material flow (27, S40), - recalculate (S60) the second material flow (27) between the second (24) and the first (23) coating based on a precalculated substitute function and taking into account the determined system state of the second coating (24, S50) and - To control (S80) the emission control system (1) depending on the specific system states (S30.S50). Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorberechnete Ersatzfunktion auf einem kinetischen Ansatz basiert.control device claim 1 , where the pre-calculated replacement function is based on a kinetic approach. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorberechnete Ersatzfunktion auf dem Thiele-Modul basiert.control device claim 1 or 2 , where the pre-computed replacement function is based on the Thiele modulus. 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.Control device according to one of the preceding claims, wherein the pre-calculated replacement function is based on an Arrhenius curve, so that both parallel and sequential reactions are included. 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,S30) und/oder der zweiten (24,S50) Beschichtung und - das Berechnen der Stoffströme und das Bestimmen der Systemzustände für weitere Bereiche durchzuführen (S80).Control device according to one of the preceding claims, wherein the control unit is designed and set up - To subdivide the catalytic converter (2) into areas in the axial and/or radial direction (S20), - in addition to calculating the first (27,S40) and the second (26,S60) material flow, calculating a further material flow (28,S70) between a first (29) and a further (30) area based on the precalculated replacement function and taking into account the determined system state of the first (23, S30) and/or the second (24, S50) coating and - carry out the calculation of the material flows and the determination of the system states for further areas (S80). 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.Control device according to one of the preceding claims, wherein the control unit is designed and set up to perform the calculation (S40, S60, S70) and/or the determination (S30, S50, S80) sequentially and/or in parallel. 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.Control device according to one of the preceding claims, wherein the control unit is designed and set up, when controlling (S90) the exhaust gas cleaning system (1), a setpoint value for nitrogen oxide emissions and/or a setpoint value for a nitrogen oxide conversion rate of the catalytic converter (2) and/or the exhaust gas cleaning system (1). consider. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Katalysator (2) elektrisch beheizbar ausgeführt ist.Control device according to one of the preceding claims, in which the catalytic converter (2) is designed to be electrically heatable. 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.Control device according to one of the preceding claims, wherein the control device is designed and set up to intervene in an engine control of the vehicle to adapt a nitrogen oxide raw emission and/or an exhaust gas/air ratio. 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).Method for controlling an exhaust gas purification system (1), comprising a catalyst (2) with a first (23) and a second (24) coating, comprising the following steps: - pre-calculating (S10) an equivalent function, - dividing (S20) the catalyst ( 2) in areas in the axial and/or radial direction, - determining a system state of the first coating (23) of a first area (29, S30) taking into account input parameters (25) of the catalytic converter (2) and a second material flow (26), - Calculating a first material flow (27) between the first coating (23) and the second coating (24) within the first region (29, S40) based on the pre-calculated substitute function and taking into account the determined system state of the first coating (23) of the first area (29, S30), - determining a system state of the second coating (24) of the first area (29, S50) based on the calculated first material flow (27, S40), - recalculating (S 60) the second material flow (26) between the second coating (24) and the first coating (23) within the first area (29) based on the pre-calculated equivalent function and taking into account the determined system state of the second coating (24) of the first area ( 29,S50), - calculating a third material flow between the first (29) and a further (30) area (S70) based on the pre-calculated replacement function and taking into account the determined system state of the first (23, S30) and/or the second (24, S50) coating of the first area (29), - performing (S80) the calculation of the material flows and determining the system states for other areas, - controlling (S90) the exhaust gas cleaning system (1) based on the determined system states (S30, S50, S80).
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