(57)【要約】加圧空気を一端から送り込み、対向端面における空気流を検知することにより、焼成前のディーゼル排気フィルターの完全性を検査する方法。
2005530957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル排気微粒子を捕集し、燃焼させるためのフィルターの完全性漏洩不備を検出する方法であって、
ａ）入力端から出力端に向けて延びる複数の平行セル・チャンネルを有する未焼成閉塞ハニカム構造体を供給するステップ、
ｂ）前記ハニカム構造体の入力端から加圧空気を送り込むステップ、および
ｃ）前記ハニカム構造体の出力端における空気流を検知し、該空気の存在によって前記セラミック・フィルターの完全性漏洩不備を示すステップ
の各ステップを有して成ることを特徴とする方法。    
【請求項２】
前記ハニカム構造体の出力端における空気漏れを検知するステップｃ）が、
ａ）感熱カバーを前記ハニカム構造体の出力端に固定するステップ、
ｂ）前記感熱カバーを加熱するステップ、および
ｃ）前記感熱フィルムの温度変化を検査し、前記セラミック・フィルターの完全性漏洩不備を特定するステップ
の各ステップを更に有して成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記感熱カバーが感温液晶フィルムであることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ハニカム構造体の出力端における空気漏れを検知するステップｃ）が、
ａ）前記出力端を音響センサーによってスキャンするステップ、
ｂ）ノイズ・プロフィールを生成し、前記セラミック・フィルターの完全性の不備を特定するステップ
の各ステップを更に有して成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ステップｂ）において、前記空気を１〜１５ｐｓｉ（約０．０６９〜１．０３４バール）で前記未焼成閉塞ハニカム構造体内に通すことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記空気が室温であることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
ディーゼル排気フィルターの完全性を検査するためのアセンブリーであって、
開口部を有するエンクロージャー、
前記エンクロージャーの開口部に取り外し可能に取り付けられた未焼成閉塞フィルター、
前記エンクロージャーに連通している送風機、および
前記未焼成閉塞フィルターの空気漏れを検知する手段
を有して成ることを特徴とするアセンブリー。
【請求項８】
前記未焼成閉塞フィルターがセラミック材料から成り、端部が閉塞され、入力端から出力端に延びる複数の平行セル・チャンネルから成るウォール・フロー型ハニカム・フィルター構造体を有して成ることを特徴とする請求項７記載のアセンブリー。
【請求項９】
前記空気漏れを検知する手段が、感熱カバーおよび音響センサーからなる群より選択されることを特徴とする請求項８記載のアセンブリー。
【請求項１０】
前記空気漏れを検知する手段が感熱カバーであることを特徴とする請求項９記載のアセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼル・エンジンの排気から粒状物質を除去するフィルターに関するものである。具体的には、ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）の完全性を検査し、濾過能力に影響を及ぼす欠陥を検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ウォール・フロー型ディーゼル微粒子除去装置がディーゼル排気の浄化に用いられている。このようなディーゼル微粒子除去装置は、一般にコージライト（特許文献１）または炭化珪素（特許文献２）から成り、長手方向の両端に延びる水力直径が等しい平行セル・チャンネルを形成する多孔性の相互接続薄壁を有して成るハニカム本体を備えている。ハニカム本体の一端において、セルが１つ置きにセラミック・フィルター材料によって閉塞され、“市松模様”を形成している。対向側では市松模様が反転し、各々のセルは片端のみが閉鎖されている。一端（入力端）からフィルターに流入したディーゼル排気は、強制的に多孔壁に通され対向端面（出力端）から排出される。
【０００３】
ディーゼル排気微粒子を濾過する場合、コンパクトな構造体によって充分な薄壁表面積を確保する上において、セル密度が約１０〜３００セル/平方インチ（約１．５〜４６．５セル/ｃｍ２）、より一般的には約１００〜２００セル/平方インチ（約１５．５〜３１セル/ｃｍ２）のハニカム構造体が実用的であるとされている。壁厚は構造的保全性が維持できる最低寸法である０．００２インチ（約０．０５ｍｍ）以上であればよいが、一般的にはフィルター容積を小さくするため、約０．０６０インチ（約１．５ｍｍ）未満である。ディーゼル排気微粒子の濾過においては、好ましいセル密度において約０．０１０〜０．０３０インチ（約０．２５〜０．７６ｍｍ）の範囲、例えば、０．０１９インチ（約０．４８ｍｍ）が最も多く採用されている。
【０００４】
この構造体により最大９０％（重量パーセント）を超えるディーゼル排気微粒子濾過能力が得られる。しかし、内部セル壁の破損または穴傷のような製造上の欠陥によって濾過能力またはＤＰＦの完全性が損なわれる。かかる欠陥によって煤塵を含むディーゼル排気が濾過されずに構造体を通過してしまう。
【０００５】
ディーゼル排気の濾過に影響を及ぼす内部欠陥を検査する方法が当技術分野で知られている。特許文献３は、炭素煤のような微粒子を含むガスをフィルターの一端から流入させ、ガス透過スクリーンに隣接する対向端面から排出する方法に関するものである。炭素煤またはその他の微粒子が内壁の漏れ口または欠陥部を通して隣接する非閉塞セルに流入し、最終的にスクリーンによって捕捉される。その後、スクリーンを検査し正常な構造体のものと異なるスクリーン・パターンが検出される。
【０００６】
別の方法においては、ハニカム構造体の一端に透明フィルムをテープで止め、対向端からグラファイトを流入させる。この構造体を数回回転させた後、透明フィルムに付着したグラファイトによって漏洩セルが検出される。
【０００７】
このような従来の方法には幾つかの欠点がある。特に前記２つの方法は焼成した閉塞部を必要とする。完成品の欠陥セル・チャンネルの修理は、例えば、まだ未焼成の状態にある（即ち、焼成前の）構造体の修理と比較して費用が嵩む。また、微粒子の結合と見られる原因により（即ち、微粒子が大きくなり、小さな亀裂を貫流できないことにより）漏洩セルがまったく検出されないこともある。従って、ディーゼル微粒子除去装置の完全性を検査するための信頼度の高い効果的な方法が依然として必要とされている。
【特許文献１】米国特許第４４２０３１６号明細書
【特許文献２】米国特許第５９１４１８７号明細書
【特許文献３】米国特許第５１０２４３４号明細書（Ｈｉｊｉｋａｔａ他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、ディーゼル排気微粒子を捕集し燃焼させるためのセラミック・フィルターの完全性漏洩不備を検出するための信頼度の高い効果的な方法を提供することにより、前記の問題および欠点を克服することである。本明細書において“完全性漏洩不備”とはフィルター本体の内壁または接続部における破損、裂傷、穴傷等を意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の検査方法は、入力端から出力端に延びる複数の平行セル・チャンネルを有する未焼成閉塞ハニカム構造体を供給するステップ、前記ハニカム構造体の入力端から加圧空気を送り込むステップ、および前記ハニカム構造体の出力端における空気流を検知し、前記空気の存在によって前記セラミック・フィルターの完全性漏洩不備を示すステップの各ステップを有して成ることを特徴とする方法である。本明細書において“未焼成フィルター”とは焼成前のフィルター構造体を意味する。未焼成フィルターには気孔がまったくないため、完全性漏洩不備がない限り空気が内壁を貫流することはできない。
【００１０】
また、本発明はディーゼル排気フィルターの完全性を検査するためのアセンブリーにも関連している。前記アセンブリーは開口部を有するエンクロージャー、前記エンクロージャーの開口部に取り外し可能に取り付けられた未焼成閉塞フィルター、前記エンクロージャーに連通している送風機、および前記未焼成閉塞フィルターの空気漏れを検知する手段を有して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
従って、本発明の方法において、フィルター本体に完全性漏洩不備がまったくない場合には、構造体の送風端の反対側の端面に空気流は発生しない。逆に、フィルター本体に完全性漏洩不備がある場合には、送風端の反対側の端面に空気流が発生する。この理由は、欠陥部を通して空気が隣接する非閉塞セル・チャンネルに流入し構造体から排出されるためである。端面における空気流を検知することにより、フィルター本体の完全性漏洩不備の数および位置を特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１はフィード・パイプ１６を介して送風機１４に接続されているエンクロージャー１２を備えた装置１０の断面図である。適切な送風機１４として、Ｓｐｅｎｃｅｒ  Ｔｕｒｂｉｎｅ社（コネチカット州、ハートフォード）が、ＶＢ−００４Ｂ−０００（３/４馬力）という型番で販売している送風機を利用することができる。エンクロージャー１２は、セラミック材料から成り、端部が閉塞され入力端３６から出力端３８に延びる複数の平行セル・チャンネル３４ａ、３４ｂから成るハニカム構造体３２を有して成る未焼成フィルター３０を収容している。セル・チャンネル３４ａ、３４ｂは、１つ置きに入力端３６または出力端３８の一方のみが栓４０によって閉塞され、市松模様を形成していることが好ましい。未焼成フィルター３０は、当技術分野で知られているような炉内で焼成するとコージライトに転移する材料から成ることが好ましい。
【００１４】
未焼成フィルター３０は、入力端３６を下に向けエンクロージャー１２に取り外し可能に取り付けられている。従って、ハニカム構造体３２の出力端３８が上を向きエンクロージャー１２から突出している。本発明は任意の幾何学的形状を成すフィルターに適しているが、特に２００ｃｐｓｉ（セル/平方インチ、約３１セル/ｃｍ２）以上のセル密度を有する構造体の完全性漏洩不備の検出に有効である。
【００１５】
感熱カバー１８が、例えば、粘着テープによって出力端３８に取り付けられている。本発明の実施に適う感熱カバーは、Ｅｄｍｕｎｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｏｐｔｉｃ社（ニュージャージー州、バリントン）が販売している感温液晶フィルムである。感熱カバー１８は、熱源２０、好ましくは１２０Ｗのランプによって約２５〜３０℃に加熱される。このようにして、出力端３８が開放されているセル・チャンネル３４ｂから室温（即ち、約２２℃）の空気が排出され、加熱されたカバー１８に衝突すると温度変化を示す形跡または印が残る。図では感熱カバー１８が出力端３８に直接接触しているが、直接接触しない出力端３８の近傍に配することもできる。熱源２０は感熱カバー１８の近傍、約１０〜１５インチ（約３．９〜５．９ｃｍ）、好ましくは１３インチ（約５．１ｃｍ）の距離を置いて配される。
【００１６】
約１〜１５ｐｓｉ（ポンド/平方インチ、約０．０６９〜１．０３４バール）の空気がフィード・パイプ１６を通して送風機１４からエンクロージャー１２に送られ、入力端３６の開放セル・チャンネル３４ａを通してハニカム・フィルター本体３２に送り込まれる。空気圧が高いほどより小さな漏洩欠陥が検出されることが実証されている。従って、空気圧を１０〜１５ｐｓｉ（約０．６９〜１．０３４バール）に維持することが好ましい。
【００１７】
図２において、未焼成ハニカム・フィルター構造体に完全性漏洩不備３１がある場合には、矢印３５で示す空気が、入力端３６が開放されているセル・チャンネル３４ａからこれらの欠陥部３１を通して出力端が開放されている隣接セル・チャンネル３４ｂに流入し、ハニカム構造体３２から排出される。排出された空気は感熱カバー１８に衝突し、その形跡を残す。前記のように、形跡は温度変化によるもの、即ち、室温の空気が加熱された感熱カバーに衝突したことを示すものである。次いで、感熱カバー１８を分析し、このような形跡を検出することにより構造体の完全性漏洩不備の数および位置を特定する。一般に、形跡のサイズは完全性漏洩不備のサイズと相関がある。従って、様々な空気圧、即ち、空気圧を徐々に大きくして複数回検査を繰り返し一連の形跡を発生させることによりサイズ・プロフィールを生成することが考えられる。
【００１８】
また、当技術分野で周知の画像アナライザーを用いて、感熱カバーの検査ステップおよび完全性漏洩不備の検出ステップを自動化し能率を向上させることが考えられる。具体的には、一般にテレビカメラまたは別の光学素子から成る画像アナライザーによって、まずハニカム構造体の出力端をスキャンし、セル・チャンネルの位置を示す第１信号セットを生成する。次に、感熱カバーをスキャンし、形跡の位置を示す第２信号セットを生成する。次いで、マイクロプロセッサー（即ち、パソコン）によって、この２つのデータの集合から対応する完全性漏洩不備を含むセル・チャンネルに形跡の位置を関連付ける。
【００１９】
開放セル・チャンネルから排出される空気が発生する音を検知する音響センサーを用いても、出力端における空気流を検知できることが考えられる。このような実施の形態の概略を図３に示す。音響センサー５０が治具手段５２によって動作位置に固定されている。本発明の目的に適う音響センサー５０は、Ｓｕｐｅｒｉｏｒ  Ｓｉｇｎａｌ社（ニュージャージー州、スポッツウッド）が製造している、ＡｃｃｕＴｒａｋ  ＶＰＥ−１０００である。本発明の実施において、音響センサー５０はハニカム構造体の出力端を矢印方向にスキャンする。当技術分野で周知のように、一連の信号が録音され、マイクロプロセッサー上にノイズ・プロフィールが生成される。次に、ノイズ・プロフィールを分析し、構造体の完全性漏洩不備の数および位置を特定する。
【００２０】
本発明の具体的な実施の形態を図に示し説明すると共に幾つかの改良も示唆したが、具体的に触れなかった別の改良案が当業者によって考えられ得ることは当然であり、そのような改良は特許請求の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ディーゼル微粒子除去装置を検査するための本発明の装置であって、ハニカム・フィルター本体の出力端に固定した感熱カバーを備えた実施の形態の概略断面図。
【図２】ハニカム・フィルター本体の完全性漏洩不備を通した空気の流れを示す図。
【図３】ディーゼル微粒子除去装置を検査するための本発明の装置であって、ハニカム・フィルター本体の出力端の空気流が発生する音を検知する音響センサーを備えた実施の形態の概略断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１０              装置
１２              エンクロージャー
１４              送風機
１６              フィード・パイプ
１８              感熱カバー
２０              熱源
３０              未焼成フィルター
３１              完全性漏洩不備
３２              ハニカム・フィルター本体
３４ａ、３４ｂ    セル・チャンネル
３６              入力端
３８              出力端
４０              栓
５０              音響センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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