本发明涉及按照权利要求1前序部分的用于检测NO-氧化催化剂的功能能力的方法以及按照权利要求16的用于实施该方法的装置。
背景技术：
通过过量空气运转的汽车内燃机配备有催化工作的后处理系统用于降低有害物质，其中使用NOx-存储催化剂、SCR-催化剂还有颗粒过滤器，以便能够保证法律规定的废气极限值。所有这些系统都是一样的，即二氧化氮（NO2）是在后处理系统中进行的反应的重要成分。这些二氧化氮通过多数情况下为含有铂的NO-氧化催化剂（NO=一氧化氮）借助在废气中含有的氮氧化物（NOx）由从内燃机中排出的一氧化氮形成：
2NO + O2 ↔ 2NO2 方程式1
但是在实际操作中，在燃料中和/或在机油中含有的硫对这种NO-氧化催化剂的硫化作用是一个严重的问题。通过燃烧由这些硫生成了二氧化硫（SO2），这些二氧化硫按照下面的方程式在NO-氧化催化剂上氧化成SO3：
S + O2 → SO2 方程式2
2SO2 + O2 → SO3 方程式3
在这种情况下显示了，生成的SO3的量与生成的NO2的量彼此直接相关，以至于NO-氧化催化剂本身期望地生成了大量的NO2，却同时生成了大量的所不期望的SO3。这些SO3与含有金属的催化剂基面涂层形成硫酸盐或者与水形成硫酸，这些硫酸盐和硫酸在催化剂表面上物理吸附。这两种物质遮盖住了催化剂的活性中心，并因此导致其活性降低，这另一方面又降低了在下游设置的废气后处理组成部分（例如SCR-催化剂或者颗粒过滤器）的活性。
出于这种原因，监控NO-氧化催化剂的状况或者它的氧化能力是必要的。
对于三效催化剂，在DE 10 2004 009 615 B4中已知一种方法，其中借助在贫油和富油发动机运转之间的周期性波动和借助在下游设置的λ探针对催化剂反应的观察来确定其氧气（O2）存储能力，即在催化剂剩余-O2-波动的衰减振幅的情况下应该仍然具有O2-存储能力，而在其它情况下它不再能够吸收O2。由于两个原因，这种方法不能用于NO-氧化催化剂中：一方面这种催化剂不具有出色的O2存储能力，而另一方面通常贫油运转的柴油发动机或者直接喷射的快燃发动机不能容易地富油运转。因此，在这种情况下炭黑排放和发动机的热负荷所不期望地急剧上升。
对于用于氧化未燃烧的烃和一氧化碳的所谓的柴油氧化催化剂，由EP 1 373 693 B2已知第二种方法。其中，在大多数情况下通过后来的向燃烧室中后喷射燃料而周期性地提高烃氧化作用和借助热电偶确定在柴油氧化催化剂上该烃氧化作用的放热。检测出的温度上升与由添加的烃量而确定的预测值相比较。如果测量值和预测值彼此偏差太大，可以断定柴油氧化催化剂损坏。该方法的缺点在于，必须添加大量的烃，因为否则的话由于大的热质量和由此产生的低的温度上升而不能观察到系统的反应。这导致内燃机效率显著变差，并因此导致消耗上升。在高的催化剂热负荷中会发现另一个缺点，其对于正如上面已经描述的NO-氧化催化剂可能导致本身的损坏。特别是对于在汽车中安装的内燃机，由于剧烈变化的环境条件和由此产生的振荡的废气设备的温度损失，还好发生在温度探测中可能出现大的测量错误的问题。
在EP 1 936 140 A1中已知用于监测内燃机的废气后处理系统的方法，其中在废气后处理系统之前的废气流中的上游设置第一λ探针用于获取空气比例，和其中在废气后处理系统的下游的远端设置第二λ探针用于获取空气比例。为了监测废气后处理系统的功能能力，将内燃机置于一种运转模式，其中从气缸中输出的废气具有如此高浓度的未燃烧烃，以至于第一探针不正常地工作，即该第一探针显示与废气中实际存在的空气比例相比更高的空气比例，其中如果这两个空气比例基本上一样大小，可认为该废气后处理系统没有功能能力。
技术实现要素：
本发明的任务在于，提供用于检测NO-氧化催化剂的功能能力的方法，该催化剂应用在通过过量空气运转的内燃机的废气管道中，该方法具有高的功能安全性，可以以简单的方式，也可在低的废气流温度的情况下来实施。
该任务通过权利要求1的特征得到解决。本发明的方法优选的扩展方案在从属权利要求2至15中公开。
按照权利要求1的方法提供了，在输送到NO-氧化催化剂的废气流中，改变还原剂的浓度，并确定由此发生的在NO-氧化催化剂内部和/或在NO-氧化催化剂之后的下游的废气中的NOx-浓度的变化，并进行分析从而检测该催化剂的功能能力。其中，优选在NO-氧化催化剂之前的上游添加和/或产生确定的量的还原剂。也可以如此改变内燃机的运转，以便在其废气流中还原剂浓度发生变化。在NO-氧化催化剂中，通过在废气流中含有的NOx将还原剂氧化，以便在NO-氧化催化剂内部和/或之后的下游的NOx-浓度发生变化。在NO-氧化催化剂之前的上游发生的在废气中含有的还原剂的浓度变化，对于按照规定起作用的NO-氧化催化剂必须在NO-氧化催化剂内部和/或之后的下游使NOx-浓度发生足够大的变化。如果NOx-浓度的这一变化太小，可以断定NO-氧化催化剂的功能是有问题的。有问题的或者变差的NO-氧化催化剂的功能能力可以然后例如通过相应的错误报告显示出来。
在NO-氧化催化剂内部和/或之后的下游的NOx-浓度的测量可以以简单的方式借助NOx-传感器进行，该传感器测量还原剂浓度改变之前和之后的NOx-浓度作为NOx-实际值。当除了还原剂的变化外没有其它的系统参数的变化时，这两个NOx-实际值的差值是NO-氧化催化剂的氧化能力的量度。也可以对于不同的其它的系统参数将相关的NOx-额定值存储在组合特性曲线中，然后将这些额定值在还原剂浓度变化之后与测量的NOx-实际值进行比较和分析。
为了确定在NO-氧化催化剂之前的上游的NOx-浓度，可以在那里设置一个NOx-传感器，其中也可以在考虑到内燃机每种运转状态的情况下通过相应的数学模型确定NOx-浓度。
当内燃机处于静态的运转模式时，也可以在提高还原剂浓度之后借助提高还原剂浓度之前的值来确定在NO-氧化催化剂之后的下游的变化，并且将该值与NOx-浓度的额定值或者预测值相比较。添加的和/或产生的还原剂的量可以如此预先确定，即当NO-氧化催化剂正常起作用时，还原剂将在NO-氧化催化剂之前的废气流中含有的氮氧化物（NOx）完全还原。如果发现在这样预先确定的还原剂的量的情况下氮氧化物没有完全被还原，这就是说NO-氧化催化剂不再正常起作用。在这种情况下，可以不用准确的确定NOx-浓度，并且代替于此进行区分“还有NOx存在”或者“没有NOx存在”的情况。与此相应地，当状态从“还有NOx存在”变化到“没有NOx存在”时，可以使用价格非常便宜的跃变-NOx-传感器，该传感器提供了信号跃变式的变化。
建议使用烃或者一氧化碳作为还原剂，这两种物质通过调节发动机参数，例如通过向后推迟燃料喷射和/或通过激活以后的后喷射，可以在没有额外的装置的情况下生成。
所述还原剂按照下列方程式与废气中含有的氮氧化物反应：
“HC” + 2 NO → N2 + H2O + CO2 方程式4
2 CO + 2 NO → N2 + 2 CO2 方程式5
相对于烃，使用一氧化碳的优点在于，比起燃料中长链的烃的情况，一氧化碳在明显较低的温度下被氧化。这导致在现有技术中在低于一定的温度下可能没有反应发生并因此没法借助烃检测，因为额定值和实际值都是零。因此，特别是在这样低的温度下使用一氧化碳作为还原剂是有优势的，正如在可以使用至少一个废气涡轮压缩机的内燃机中出现的。使用烃时的另一个问题是由于长链烃类化合物引起的催化剂焦化，特别是在低温下.
本发明优选的扩展方案设计为，用于监测NO-氧化催化剂的功能能力所必需的还原剂通过均匀的内燃机压缩点火或者通过部分均匀的内燃机运转产生。用于提高在监测阶段中的一氧化碳排放的均匀的压缩点火(英文:homogenous charge compression ignition，缩写HCCl，或者controlled auto ignition，缩写CAI)是一种燃烧方法，其中燃料尽可能均匀地在燃烧室中分布，并且接着通过压缩自行点火。在大多数情况下，通过在内燃机的气缸前进行燃料和新鲜空气以确定的比例混合完成。所述均匀压缩点火的目的在于，在整个燃烧室尽可能同时引发燃烧。通过这样的燃烧方法，可以显著降低NOx-和炭黑的排放，而另一方面可以提高一氧化碳的排放。
对于直喷式内燃机（其中在正常运转时燃料直接喷入燃烧室），均匀燃烧方法的缺点在于，在吸气冲程(Ansaugtrakt)中必须额外设计用于导入燃料的装置。
对于直喷式内燃机，在所谓的部分均匀压缩点火中喷射时刻明显地向前推移，以便燃料和空气在燃烧室中才开始混合。由于早的喷射时刻，避免了对燃料微滴的点火，取而代之通过相对长的停留时间有利于燃料微滴的汽化。但是，在大多数情况下不能实现燃料和空气的完全均匀的混合，因此提到部分均匀压缩点火。然而，这种情况下一氧化碳的排放也是显著上升。通常，烃的排放同时上升，但是与基于喷射时刻向后推迟的方法具有两个明显的不同之处。一方面，在均匀或者部分均匀压缩点火时一氧化碳的浓度显著高于烃的浓度，而在向后调节时该比例向着烃的浓度的方向偏移，从而烃的浓度通常显著高于一氧化碳的浓度。另一方面，在均匀或者部分均匀压缩点火中排出的烃是明显较短链的，通常在1到5个碳原子的范围，从而可以避免氧化催化剂由于长链的、热解的和缩合的烃而发生闭塞。
在特别优选的方法中，特别是在部分均匀的内燃机中，检测阶段中的喷射时刻向前推移，特别是推移到上点火死点之前至少15°曲柄转角到最大370°曲柄转角，最特别优选推移到上点火死点之前20°曲柄转角到350°曲柄转角的值。
在检测阶段中，当均匀或者部分均匀的内燃机运转时，可替换地或者优选地对此额外地可以设计，如此提高从内燃机的废气一侧向增压空气一侧回流的废气量，以便在输送到内燃机的增压空气中的废气比例为至少30%和最多80%。
另外也可以设计，如此改变在检测阶段中回流到内燃机的燃烧室的废气量和空气/燃料比例λ，以便在大于到包括1.02λ的范围内燃烧室温度不超多1850K，在1.02到0.98λ的范围内不超过1600K和在小于0.98λ的范围内不超过1500K。作为另外可替代的或者额外的措施可以设计，当λ值为1或者小于等于1时降低空气/燃料比例，但是其中在NO-氧化催化剂的上游的废气中仍然含有NOx。另外可替代地或者额外地可以设计，在检测阶段将气缸中的燃料喷射压力提高至少20%和/或提高到至少1200bar，但最多到3500bar。
在均匀或者部分均匀的运转中，一氧化碳和烃的浓度的比例通常至少为2:1。
按照本发明另一优选实施方案，可替代地或者额外用于提高一氧化碳排放可以设计，在检测阶段中将压缩比降低至少20%，但最高75%，和/或到不低于6:1。
另外，可替代地或者额外可以在检测阶段中改变阀门开启时间。这些措施的目的一方面在于延长点火延迟，以便得到更长时间的均化阶段，另一方面通过降低燃烧速度应该达到非常剧烈的压力上升。因此，可以在达到下换气死点之前关闭至少一个进气阀。由此在关闭排气阀的情况下降低了燃烧室压力，并因此伴随着引起燃烧室温度的降低。也可以考虑在下换气死点之后非常晚关闭进气阀，由此已经吸入的空气再次通过进气阀排出。该方法作为米勒循环已知，并由于较少的填充而在燃烧时产生较低的喷射压力。另一种可能在于，在检测阶段中如此改变阀门开启时间，以便较长时间保持至少一个排气阀开启，由此通过从废气冲程(Abgastrakt)将废气返流提高了剩余气体比例，并因此降低了燃烧速度。可以借助可变的阀门装置以本身已知的方式改变阀门开启时间。
因为SCR-催化剂与含有铂的NO-氧化催化剂类似在烃或者一氧化碳存在下具有NOx-还原能力，在确定NO-氧化能力时它也可以包括其中。因为在SCR-方法（选择性催化还原）中通常在SCR-催化剂之后的下游使用NOx-传感器用于在正常运转时调节还原剂的添加，所以所述的NOx-传感器也可以用于检测NO-氧化催化剂的NO-氧化能力。在SCR-催化剂之前的上游设置的NO-氧化催化剂可以借助在SCR-催化剂之后设置的NOx-传感器对它的氧化能力进行检测。在检测过程中，中断直接在SCR-催化剂之前添加还原剂，特别是中断添加氨前体物质。由此，NOx-浓度在NOx-传感器上升高，接着在NO-氧化催化剂之前如上面所述地添加还原剂，然后借助NOx-传感器确定SCR催化剂之后的下游的NOx-值和将其与预测值比较。如果发现与预测值偏差太大，可以断定NO-氧化催化剂的氧化能力是有问题的。
本发明的另一个任务在于提供用于实施本发明的方法的装置，该装置可以以尽可能简单的技术手段实现。
该任务通过在权利要求16中公开的装置得到解决。本发明的装置的优选扩展方案在从属权利要求17至19中公开。
按照权利要求17，为了实施本发明的方法设计了控制装置，该控制装置控制着在NO-氧化催化剂之前在废气流中含有的还原剂的浓度的变化，并通过传感装置测量和分析在NO-氧化催化剂内部和/或之后的废气流中的NOx-浓度。借助该控制装置可以通过内燃机的运转状态的变化实现内燃机的废气流中的还原剂浓度的变化，由此，当NO-氧化催化剂具有规定的功能能力时，通过传感装置测量的NOx-浓度必定发生变化。如果发现与NOx-浓度的预先确定的额定值不允许的巨大偏差，控制装置会发出相应的错误报告。
特别有利的是在NO-氧化催化剂之前的上游设置一个额外的NOx-传感器，以便也可以在这里准确地确定废气流中的NOx-浓度。
本发明的装置的另一个有利的实施方案使用传感装置来确定SCR-催化剂之后的废气流中的NOx-浓度。以这种方式，在检测氧化能力时SCR-催化剂也包括其中。
下面，通过在附图中给出的实施例进一步阐述本发明。
附图说明
其中：
图1 具有包括NO-氧化催化剂的废气后处理系统的内燃机的示意图，和
图2 用于对静态运转的内燃机阐述方法的流程图。
具体实施方式
图1显示了内燃机1，该内燃机通过增压空气管道2输送增压空气3。从内燃机1，废气管道4通到NO-氧化催化剂5，SCR催化剂7在流动方向6上紧接着NO-氧化催化剂5。在流动方向6上在SCR-催化剂7之后设置颗粒过滤器8。在SCR催化剂7之前的流动方向上，用箭头9表示还原剂（例如氨水溶液）的计量添加。在上游的稍远处在废气管道4中设置NOx-测量装置10，该测量装置通过信号线11与控制装置12相连。控制装置12此外通过控制线13与在废气回流管道14中设置的阻隔元件15相连，以及通过另一个为了控制目的的控制线16与内燃机1相连。
在废气管道4中，在NO-氧化催化剂5之前设置废气涡轮增压器18的废气涡轮17，通过该涡轮以本身已知的方式驱动增压空气管道2中的压缩机19用来压缩增压空气3。
为了检测NO-氧化催化剂5的功能能力，特别是氧化能力，可以例如在内燃机1正常运转的情况下提高在内燃机1的废气中的烃和/或一氧化碳的浓度。此外，控制装置12可以预先确定用于产生烃的后期的后喷射、内燃机的均匀压缩点火或者部分均匀的内燃机运转，从而如所期望地提高内燃机1中的烃和/或一氧化碳的排放。通过改变内燃机1的至少一个运转参数，将其中在NO-氧化催化剂5之前的上游的烃和/或一氧化碳的浓度至少提高到在NO-氧化催化剂5之前的上游的NOx-浓度的值。
为了可以以所期望的方式提高一氧化碳排放，可以借助控制装置12例如如此控制阻隔元件15，以便提高废气回流率到超过30%，基于输送到内燃机1中的压缩空气量计。通过在增压空气管道2的入口一侧中设计一个这里没有画出的用于增加废气和增压空气3之间的压力差的节流阀装置，可以额外地提高回流的废气量。
可替代地或者额外地，可以通过控制管道16如此控制内燃机1，以便空气/燃料比例λ例如降到1.05以下，和/或提高喷射压力例如最少20%或者提高到至少1200bar。可替代地或者额外地也可以设计将内燃机1的喷射时刻推移到上死点（点火死点）之前例如至少20°曲柄转角，但是不能大于370°曲柄转角。此外，可替代地或者额外地可以设计将压缩比降低到特别是至少20%，和/或将阀门开启时间改变。
通过这样改变运转参数，实现了在内燃机1的废气流中产生大量的还原剂，特别是一氧化碳，其在NO-氧化催化剂5上通过在废气流中含有的NOx被氧化。在NO-氧化催化剂5的下游的废气流中的NOx-浓度的由于一氧化碳氧化而发生的变化，借助NOx-测量装置10获取作为NOx-实际值，并传输到控制装置12中。在控制装置12中，可以将获取的NOx-实际值与作为预测值的预先确定的或者计算的NOx-额定值相比较。如果这样的比较得到NOx-实际值与NOx-额定值太大的偏差，可以断定NO-氧化催化剂5的功能能力有问题或者相应地变差。如果确定的偏差太大，控制装置12可以例如通过另一个控制线20发出错误报告信号。
基本上也可以在废气管道4中在SCR-催化剂7之后的下游设置NOx-测量装置10，以便在检测功能能力时SCR-催化剂7也包括其中。在这样设置NOx-测量装置10的情况下，在检测NO-氧化催化剂5的功能能力的时候，在用箭头9标记的位置不添加用于选择性催化还原的还原剂。
代替通过改变运转参数而在NO-氧化催化剂5之前的废气流中的上游产生大量的还原剂，也可以在废气管道4中在NO-氧化催化剂5之前有针对性地添加烃作为还原剂。
在检测NO-氧化催化剂5的功能能力的检测阶段最后，再次调整内燃机1到正常运转状态。检测阶段可以然后以较大的时间跨度定期地进行。
在图2的流程图中描述了每个在检测NO-氧化催化剂5的功能能力过程中进行的方法步骤。
在描述的方法中，在方法开始之后首先检测发动机是否处于静态运转中。如果是，在接下来的方法步骤中确定在NO-氧化催化剂5（简写：NO-氧催化）之后的下游的NOx-浓度。之后，保存该NOx-浓度作为第一实际值NOx，0。然后，以前面描述的方式，特别是通过调整内燃机1的运转参数，增加在NO-氧化催化剂5之前的上游的CO-和/或HC-浓度。借助图1中的NOx-测量装置10接下来获取在NO-氧化催化剂5之后的下游的NOx-浓度作为第二实际值NOx，1。由于产生差别，所述NOx-浓度的第二实际值与前面保存的NOx，0值相比较。在所获得的两个实际值的差别小于预先确定的预测值的情况下，进行错误报告指出NO-氧化催化剂5的功能降低或者有问题。但是，如果获取的差别大于或者等于预先确定的额定值或者预测值，则再次离开检测阶段，并不进行错误报告。
在将图1中设计的NOx-测量装置10设置在SCR-催化剂7之后的废气流中的情况下，在确定两个实际值之前停止添加尿素或者一种相应的用于选择性催化还原的还原剂。