(57)【要約】【課題】簡単な方法で精度良く微粒子捕集フィルタの欠陥に繋がる欠陥を発見する装置および方法を提供することにある。【解決手段】隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有する構造体の端面において、各流通孔の一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止した微粒子捕集フィルタ、前記微粒子捕集フィルタの一方の端面側に配設された音波発生手段、前記微粒子捕集フィルタの他方の端面側に配設された音波検出手段、を含む、前記微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置および該装置を使用する欠陥検出方法である。【選択図】図１
2008070235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有する構造体の端面において、各流通孔の一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止した微粒子捕集フィルタと、
前記微粒子捕集フィルタの一方の端面側に配設された音波発生手段と、
前記微粒子捕集フィルタの他方の端面側に配設された音波検出手段と、
を含む、前記微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置。
【請求項２】
前記微粒子捕集フィルタが内燃機関の排ガス流路に配設されている請求項１に記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置。
【請求項３】
隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有する構造体の端面において、各流通孔の一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止した微粒子捕集フィルタの、
一方の端面側から音波を投入し、
他方の端面側に通過する音波の強度を測定して、
前記音波の減衰率から前記微粒子捕集フィルタの欠陥を検出する前記微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【請求項４】
前記微粒子捕集フィルタが内燃機関の排ガス流路に配設されている請求項３に記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【請求項５】
前記一方の端面側から高周波数の音波を投入する請求項３または４に記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【請求項６】
前記高周波数の音波としてエンジン排気音の一部を使用する請求項３〜５のいずれか一項に記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排ガスに含まれる燃焼排気微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置および欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
両端を交互に目封止した多孔質壁ハニカム構造体の微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）がフィルタとして用いられている。この微粒子捕集フィルタは、次のような理由で、その欠陥を検知することが必要である。
【０００３】
第一には、ＤＰＦの製造時において、ＤＰＦが充分なフィルタ特性を有し、有害な欠陥の無いことを確認する必要がある。第二には、ＤＰＦの使用時において、何らかの破損によりフィルタ機能が低下するような欠陥に至った際、その検知をすばやく車上において知ることが望ましい。
【０００４】
前者については、実際に微粒子を流し、その透過量を測定したり、欠陥を観察する方法がとられている（特許文献１）。
【０００５】
後者に関しては入口出口間の圧力損失を測定し、異常な欠陥が発生した場合の圧力損失
の変化により、検出する方法が知られている（特許文献２）。または、出口側の微粒子濃度を測定する方法が試みられている。
【特許文献１】特開２０００−１９３５８２号公報
【特許文献２】特開昭６０−４７９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実際に微粒子を流す計測では、微粒子発生装置、微粒子計測装置、または漏れ観察装置等が大掛かりになるという問題がある。また、検査後、微粒子を燃焼除去する等の後処理が必要であるという問題もある。さらに、条件のばらつきや計測のばらつきにより精度良く欠陥を検知することができないという問題がある。
【０００７】
一方、使用時の欠陥発生を圧力差の変化で検出する方法では、検出感度が鈍く、車上診断（ＯＢＤ）で要求される、規制値の１．５倍漏れの検出は不可能である。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、簡単な方法で精度良く微粒子捕集フィルタの欠陥を発見する装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、微粒子捕集フィルタの一方の端面から音波を投入し、他方の端面を通過する音波の強度を測定することによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明によれば、以下に示す微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置および欠陥検出方法が提供される。
【００１１】
［１］  隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有する構造体の端面において、各流通孔の一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止した微粒子捕集フィルタと、前記微粒子捕集フィルタの一方の端面側に配設された音波発生手段と、前記微粒子捕集フィルタの他方の端面側に配設された音波検出手段と、を含む、前記微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置。
【００１２】
［２］  前記微粒子捕集フィルタが内燃機関の排ガス流路に配設されている上記［１］に記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置。
【００１３】
［３］  隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有する構造体の端面において、各流通孔の一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止した微粒子捕集フィルタの、一方の端面側から音波を投入し、他方の端面側に通過する音波の強度を測定して、前記音波の減衰率から前記微粒子捕集フィルタの欠陥を検出する前記微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【００１４】
［４］  前記微粒子捕集フィルタが内燃機関の排ガス流路に配設されている上記［３］に記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【００１５】
［５］  前記一方の端面側から高周波数の音波を投入する上記［３］または［４］に記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【００１６】
［６］  前記高周波数の音波としてエンジン排気音の一部を使用する上記［３］〜［５］のいずれかに記載の微粒子捕集フィルタの欠陥検出方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置および検出方法によれば、容易に高精度な微粒子捕集フィルタの欠陥検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００１９】
本発明の原理を本発明の原理図である図３および図４を参照して説明する。図３に示すように微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）の隔壁８に対して音波６を放出すると、音波６は隔壁８により減衰する。これに対して、図４に示すように、微粒子捕集フィルタの隔壁８に欠陥９が存在すると、隔壁８に向けて放出された音波６の一部は欠陥９を介して通過してしまうので、図３に比べて音波６の減衰率が低下する。本発明はこの減衰率の低下を定量して、減衰率の変化から微粒子捕集フィルタの欠陥を検出しようとするものである。
【００２０】
本発明の一実施形態である内燃機関の排気管に配設された微粒子捕集フィルタの欠陥検出装置の模式図（図１）を参照してさらに具体的に説明する。図１中、微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）１は被検物であり、上流側排気管４および下流側排気管５の間に配設されている。ガス流れは上流側排気管４から微粒子捕集フィルタ１を経て、下流側排気管５に流れる。この際、上流側排気管４を経由して流れてくる排ガス中の微粒子は、微粒子捕集フィルタ１で捕集される。ここで微粒子捕集フィルタに隔壁の穴（ピンホール）等の欠陥があれば、微粒子は、微粒子捕集フィルタ１を通過して、下流側排気管５に流れ込んでしまう。
【００２１】
図１中、音波発生手段としてのスピーカ２からは特定周波数の音波６が発生され、上流側排気管４を通過して、微粒子捕集フィルタ１に入る。この音波６は微粒子捕集フィルタ１で減衰した後、特定周波数の減衰した音波７として下流側排気管５に進む。この減衰した音波７は音波検出手段としてのマイクロホン３で検出される。
【００２２】
音波発生手段としてのスピーカ２から発生された音波６と音波検出手段としてのスピーカ３で検出された減衰した音波７とが電気的に比較され、減衰率が求められる。この減衰率をもとに微粒子捕集フィルタ１の欠陥が検出される。
【００２３】
本明細書中、微粒子捕集フィルタとは、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔（セル）を有する構造体（ハニカム構造体）を各流通孔の一方の端部を、千鳥状になるように、互い違いに目封止したものを指す。
【００２４】
本発明において、微粒子捕集フィルタの材質は特に限定されないが、炭化珪素、コージェライト、アルミナタイタネイト、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナもしくはシリカ又はこれらの組み合わせからなるセラミックス、又は焼結金属を主成分とする材料から構成されているものが好適である。
【００２５】
微粒子捕集フィルタの欠陥の原因としては、隔壁の穴（ピンホール）、クラック（口の開いたもの）および溶損による空洞が考えられる。これらの欠陥は、微粒子捕集フィルタの捕集効率を低下させる原因となるので望ましくない。また、微粒子捕集フィルタに欠陥があれば、音波は通過しやすくなり、音波の減衰率が低下する。
【００２６】
本明細書中、音波発生手段とは、被検物である微粒子捕集フィルタの一方の端面に対して特定の周波数の音波を投入することができるものであれば良い。具体的には、電気信号を音波に変換するスピーカや超音波振動子を例示することができるがこれに限られない。
【００２７】
音波発生手段は微粒子捕集フィルタにおけるガス流れの上流側の端面に音波を投入できるように配設しても良いし、下流側の端面に音波を投入できるように配設しても良い。
【００２８】
特定の周波数の音波としては高周波数の音波を使用することができる。具体的には、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの間の特定の周波数に設定することが好ましく８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの間の特定の周波数に設定することがさらに好ましい。好ましい理由は、エンジン排気音がこの範囲の周波数成分を含んでいるとともに、微粒子を高い捕集効率で捕集するフィルタの特性として、この周波数範囲の音波を遮断する特性があるからである。
【００２９】
特定の周波数の設定はフィルタ基材の細孔分布特性によっても異なり、適宜、フィルタにより遮断され易い周波数を選定する。
【００３０】
音波発生手段として、エンジンを採用することもできる。エンジンを駆動すれば、エンジン排気音が必然的に発生するものでありかつ、上述のとおり、エンジン排気音は、微粒子を高い捕集効率で捕集するフィルタにより遮断される特性を持つ周波数の音波成分を含んでいるからである。しかしながら、エンジンを用いず、他の音波発生手段を、ＤＰＦの一方の端面側に設置しても良い。
【００３１】
この場合、特定の周波数の音波を発生するものであることが好ましいが、広い帯域の周波数の音波発生手段であっても、音波検出手段が検知する特定の周波数をその中に含んでいれば良い。
【００３２】
本明細書中、音波検出手段とは、音波発生手段で発生された特定の周波数の音波を検出できるものであれば良い。具体的にはマイクロホンを例示することができるがこれに限らない。音波検出手段は、微粒子捕集フィルタに対して、音波発生手段とは反対側の端面に配設する。具体的には、音波発生手段が微粒子捕集フィルタにおけるガス流れの上流側の端面側に配設されている場合には、音波検出手段は、微粒子捕集フィルタにおけるガス流れの下流側の端面側に配設する。逆に、音波発生手段が微粒子捕集フィルタにおけるガス流れの下流側の端面側に配設されている場合には、音波検出手段は、微粒子捕集フィルタにおけるガス流れの上流側の端面側に配設する。
【００３３】
音波検出手段の特性として特定の周波数のみの音波を電気変換する特性を持たせるか、または、音波検出手段の電気信号の内、特定の周波数の強度を計測する回路を設けるかの方法により、ＤＰＦの下流側で、特定の周波数の音波の強度を測定するのが好ましい。
【００３４】
音波発生手段および音波検出手段は、ＤＰＦの上流側および下流側排気管の一部より分岐する、エンジン排気管より細い分岐配管を設置し、十分に温度が低くなる長さとして２００ｍｍ以上の長さのその先端部に設置するのが好ましい。この時、音波検出手段の分岐配管の長さを特定の周波数で気柱振動が発生するようにして、特定の周波数における検出感度を上げることも可能である。また、分岐配管の途中にオリフィス等の絞り部を設けることにより音波検出手段の感度を調整することも可能である。
【００３５】
以上は、ディーゼルエンジンの排気系に装着され、微粒子を捕集するフィルタの損傷を検知する手段としての使用方法であるが、この方法は、フィルタの製造時の欠陥検査方法としても、同様の原理で使用可能である。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
ＤＰＦの上流側に周波数１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの発信機からなる音波発生手段とマイクロホンを設置し、下流側には、マイクロホンからなる音波検出手段を配設した。上流側、下流側にて音波の強度を、欠陥程度の異なるＤＰＦにつき計測した。ＤＰＦの欠陥は、ＤＰＦ端面の目封止を抜くことによりモデル化した。目封止を０％、１０％、１５％、３０％抜いたＤＰＦを作成して、これらを実験対象とした。これらのＤＰＦにつき、エンジン排気系に設置した際の上流および下流の微粒子個数比をＴＳＩ社製ＳＭＰＳにより計測し、ＤＰＦの微粒子捕集効率を測定した。エンジン条件としては２リットル排気量ディーゼルエンジンで回転数２０００ｒｐｍ、トルク５０Ｎｍの運転条件で行なった。周波数１２ｋＨｚでの測定結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2008070235.tif 000003
【００３９】
表１の結果に基づいて、縦軸に微粒子捕集フィルタ前後での１２ｋＨｚの音波の強度比、横軸に微粒子（ＰＭ）捕集効率をプロットしたグラフを図２に示す。
【００４０】
図２から、出口側１２ｋＨｚの音波の強度とフィルタの捕集効率に強い相関があり、１２ｋＨｚ音波の強度をフィルタ下流側で計測すれば、フィルタの欠陥程度、微粒子漏れの程度を検知できる、ことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、微粒子捕集フィルタの欠陥を検出するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態である検出装置を内燃機関の排気管に配設した模式図である。
【図２】１２ｋＨｚの音波のＤＰＦによる減衰率とＤＰＦの微粒子捕集効率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の原理を示す模式図である。
【図４】本発明の原理を示す他の模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：微粒子捕集フィルタ、２：スピーカ、３：マイクロホン、４：上流側排気管、５：下流側排気管、６：音波、７：減衰した音波、８：ＤＰＦの壁、９：欠陥
【図２】
2008070235.tif 000004
【図３】
2008070235.tif 000005
【図４】
2008070235.tif 000006
【図１】
2008070235.tif 000007