JP2008139053A - ハニカム構造体の圧力損失の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハニカム構造体の圧力損失を精度よく検査する方法を提供する。
【解決手段】検査装置１００は、次のとおりＤＰＦ１０の圧力損失を検査する。すなわち、まず、温度計１２４の温度信号、湿度計１２６の湿度信号、気圧計１２２の気圧信号により、それぞれチャンバ１１０内の温度、湿度、気圧を測定する。次に、上記気体の温度、湿度、気圧に基づいて、実流量の目標値を設定する。ここで実流量とは、排気管１３０、１３１、１３２、１３３内を流れる気体の流量のことである。この際、上記温度、湿度及び圧力の変化にともなう実流量の増減に追従させて、その目標値を増減させる。次に、制御部１８０は、上記実流量が目標値となるようにファン１４２の回転数を調整する。そして、実流量が目標値になると、差圧計１２０の圧損信号により、ＤＰＦ１０による気体の圧力損失を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体の圧力損失の検査方法に関する。

例えばディーゼルエンジンには、排ガス中のＰＭ（パティキュレートマター）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）が搭載されている。ＤＰＦは、隔壁により区画された多数のセルを有する構造体本体と、隣り合うセルの端部を互い違いに閉塞する閉塞部とを備える多孔質のハニカム構造体である。このようなＤＰＦが排気管に設置された場合、排気管を流れる排ガスはセルの一端からセル内に流入し、隣り合うセルとの間の隔壁を通って、隣り合うセルの他端から流出する。このときＰＭは隔壁に捕集される。

このようなＤＰＦの製造方法は、次のとおりである（例えば、特許文献１参照）。すなわち、まず構造体本体を成形する。具体的には、セラミック粉及び水を混錬して粘土質のセラミック材料を生成し、セラミック材料の押出成形により長尺の構造体本体を形成し、その構造体本体を所定の長さに切断することにより、粘土質の構造体本体を成形する。次に成形した粘土質の構造体本体を乾燥させる。次に乾燥させた構造体本体を焼成する。次に構造体本体に閉塞部を形成する。これによりＤＰＦを形成することができる。

ここで、ＤＰＦに気体を流通させた場合のＤＰＦの圧力損失は、ＤＰＦの隔壁による流路抵抗のばらつきによりＤＰＦ毎に異なる。ＤＰＦの隔壁による流路抵抗のばらつきは、ＤＰＦの焼成具合のばらつきなどにより生ずる。

そこで、ＤＰＦの検査の一つとして、ＤＰＦの圧力損失を次のように検査している。すなわち、まず排気管内にＤＰＦを設置する。次に、排気管内に気体を流してＤＰＦ内に気体を流通させながら、ＤＰＦによる圧力損失を測定する。この検査では、ＤＰＦの圧力損失が所定範囲内の値か否かによりＤＰＦの良否を判定することができる。例えばＤＰＦの圧力損失が過小である場合は、そのＤＰＦの隔壁による流路抵抗が過小であることが分かる。そのようなＤＰＦはＰＭを効果的に捕集することができないので、そのＤＰＦは不良品と判定される。また、例えばＤＰＦの圧力損失が過大である場合は、そのＤＰＦは、排ガスの流れを妨げてエンジンの機能を低下させるため、不良品と判定される。
特開２００２−２８３３３１号公報

しかしながら、上述した検査方法では、排気管内の気体を一定の吸引力で吸引したり、排気管内へ気体を一定の送出力で送出したりすることにより、ＤＰＦ内に気体を流通させている。その結果、ＤＰＦの隔壁による流路抵抗のばらつきにより、一定流量の気体をＤＰＦ内に流通させることができない。このようにＤＰＦの圧力損失の測定条件が一定しない状態では、ＤＰＦの圧力損失を精度よく検査することができない。

本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、ハニカム構造体の圧力損失を精度よく検査する方法を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明では、ハニカム構造体内から気体を吸引する吸引力又はハニカム構造体内に気体を送出する送出力を調整することにより、ハニカム構造体内に予め設定した一定流量の気体を流通させ、ハニカム構造体内を気体が通過する際のハニカム構造体の圧力損失を検査する。すなわち、気体の流量変化による圧力損失の変化を排除した状態で、ハニカム構造体の圧力損失を検査する。これにより、ハニカム構造体の隔壁による流路抵抗のばらつきに関係なく、ハニカム構造体の圧力損失を精度よく検査することができる。なお、本明細書において「流量」は体積流量を意味する。

請求項２に記載の発明では、ハニカム構造体内を流通する気体の実流量を測定し、その実流量が目標値になるように吸引力又は送出力を調整する。したがって、実測した実流量に基づいて、ブロアの吸引力又は送出力を精度よく調整することができる。

請求項３に記載の発明では、実流量をハニカム構造体外で測定するため、その流量測定によってハニカム構造体による流路抵抗が変化することを防止することができる。

請求項４に記載の発明では、ハニカム構造体内を流通する気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つを測定し、その測定結果に基づいて実流量の目標値を設定する。ここで実流量は気体の温度、湿度及び圧力の変化に伴って増減するが、その実流量の増減に追従させるように目標値を増減させることにより、実質的に一定流量の気体をハニカム構造体内に流通させることができる。

また請求項５に記載の発明では、ハニカム構造体内を流通する気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つを測定し、その測定結果に基づいて実流量を補正する。ここで実流量は気体の温度、湿度及び圧力の変化に伴って増減するが、その実流量の増減を相殺するように実流量を補正することにより、実質的に一定流量の気体をハニカム構造体内に流通させることができる。

以下、本発明を具体化した複数の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
１．ＤＰＦの構成
図２に示すＤＰＦ１０は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタである。ＤＰＦ１０は、多孔質のハニカム構造体であり、構造体本体１１と閉塞部１６とを備えている。筒状の構造体本体１１は、セラミック材料などで形成され、隔壁１２により区画された多数のセル１４を有している。隣り合うセル１４の端部は、閉塞部１６により互い違いに閉塞されている。

その結果、エンジンの排気系にＤＰＦ１０を設けた場合には、セル１４の一端に流入した排ガスは、閉塞部１６により塞がれている他端から流出することができない。そのため、セル１４の一端に流入した排ガスは、そのセル１４の隔壁１２を通って隣り合うセル１４の他端から流出する。排ガスが隔壁１２を通過する際、排ガスに含まれるＰＭが隔壁１２に捕集される。

以下、このＤＰＦ１０の圧力損失を検査する検査装置１００の構成、その作動をこの順に説明する。

２．検査装置の構成
検査装置１００は、ＤＰＦ１０に気体を流通させ、ＤＰＦ１０内を気体が通過する際のＤＰＦ１０の圧力損失を検査するための装置である。ＤＰＦ１０は、チャンバ１１０及び排気管１３０、１３１、１３２、１３３からなる排気流路を経由でブロア１４０に接続される。

検査対象であるＤＰＦ１０は、チャンバ１１０の治具１１２上に載置される。治具１１２には、円形の開口部１１４が形成されている。開口部１１４は、治具１１２上に載置されるＤＰＦ１０の外縁よりも内側に開口している。治具１１２はＤＰＦ１０を保持する。この状態で、ＤＰＦ１０のセル１４が開口する一端１０ａの外縁と治具１１２とが密着し、ＤＰＦ１０のセル１４が治具１１２の開口部１１４に露出する。治具１１２は、ゴムなどの弾性を有する樹脂であることが望ましい。このようにＤＰＦ１０と治具１１２とを密着させることにより、これらの間から気体が漏れることを防止することができる。

この状態でブロア１４０のファン１４２が回転すると、外気がＤＰＦ１０の一端１０ａとは反対の他端１０ｂ側から一端１０ａ側に向けて流れ、治具１１２の開口部１１４を通ってチャンバ１１０内に流入する。チャンバ１１０は、排気管１３０〜１３３の流路面積より大きい流路を形成している。これによりＤＰＦ１０に作用するブロア１４０の吸引力を安定させることができる。

ブロア１４０は、ＤＰＦ１０内の気体を排気流路経由で吸引し、検査装置１００外に排気する。ブロア１４０の吸引力はファン１４２の回転速度により制御することができる。

集塵フィルタ１５０は、排気流路、具体的には排気管１３０及び１３１の間に設けられ、排気流路を流通する気体の異物（例えば、ＤＰＦ１０原料の粉体）を除去する。このように集塵フィルタ１５０を排気流路の上流側に設けることにより、集塵フィルタ１５０よりも下流側に設けた装置、例えばブロア１４０を保護することができる。

整流板１６０は、排気流路の流量計１２６よりも上流側、具体的には排気管１３１及び１３２の間に設けられ、気体の流れを整える。これにより、流量計１２６は、排気流路を流れる気体の流量を正確に検出することができる。

流量計１２６は体積流量計である。流量計１２６は、排気流路の整流板１６０より下流側、具体的には排気管１３２及び１３３の間に設けられ、排気流路内を流れる気体の流量（以下、「実流量」という）を示す流量信号を出力する。

差圧計１２０は、ＤＰＦ１０を挟んだ上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差（以下、ＤＰＦ１０の圧力損失という）を検出する。具体的には、差圧計１２０は、チャンバ１１０内の圧力と大気圧との圧力差を示す圧損信号を出力する。

圧力計１２２は排気流路内、例えばチャンバ１１０内の圧力を示す圧力信号を出力する。温度計１２４は排気流路内、例えばチャンバ１１０内の温度を示す温度信号を出力する。湿度計１２６は排気流路内、例えばチャンバ１１０内の湿度を示す湿度信号を出力する。

操作部１７０は、例えば検査状況などを表示する表示部１７２と各種の入力を受け付ける入力部１７４とを有している。表示部１７２は、上記流量、圧力損失、圧力、温度などを画面表示する表示器である。入力部１７４は、検査開始や検査の緊急停止の指示を入力するための操作ボタンである。

制御部１８０は、図示しないＣＰＵやメモリなどから構成されている。メモリは、各種のプログラムやパラメータを記憶する。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを実行することにより各部を制御する。

３．検査装置の作動
図３は、制御部１８０により実行される検査プログラムの流れを示すフローチャートである。作業者が治具１１２上にＤＰＦ１０を載置し、操作部１７０の操作により検査開始を指示する都度、制御部１８０により検査プログラムが実行される。

はじめに、制御部１８０は、温度計１２４の温度信号、湿度計１２６の湿度信号、圧力計１２２の圧力信号により、それぞれチャンバ１１０内の温度、湿度及び圧力を測定する（ステップＳ１００参照）。

次に、制御部１８０は、チャンバ１１０内の温度、湿度及び圧力に基づいて目標値を設定する（ステップＳ１０２参照）。具体的には、制御部１８０は、上記温度、湿度及び圧力から所定の演算により目標値を算出する。又は、上記温度、湿度及び圧力と目標値とを関連づけるマップに従って目標値を求める。このようにして制御部１８０は、上記温度、湿度及び圧力の変化に伴う実流量の増減に追従させるように、その目標値を増減させる。

次に、制御部１８０は、ファン１４２を初期回転速度で回転させる（ステップＳ１０４参照）。ここで初期回転速度とは、例えば標準的な温度、湿度及び圧力で良品のＤＰＦ１０を検査する場合に、実流量を目標値にするために必要な回転速度である。

次に、制御部１８０は、実流量と目標値との差に基づいてファン１４２の回転速度を変更する（ステップＳ１０６参照）。最初に本処理を実行する場合は、後述する実流量を測定する処理（ステップＳ１０８参照）が実行されていない。したがって、例えば、実流量の初期値として上記初期回転速度を予め設定しておけばよい。

次に、制御部１８０は、ＤＰＦ１０内を流れた気体の流量を測定する。具体的には、制御部１８０は、流量計１２６の流量信号により、排気流路を流れる気体の実流量を測定する（ステップＳ１０８参照）。

次に、制御部１８０は実流量と目標値とを比較する（ステップＳ１１０参照）。そして、実流量と目標値とが異なる場合、制御部１８０はステップＳ１０６の処理に戻る。一方、実流量と目標値とが同一である場合、制御部１８０は、ステップＳ１１２の処理を実行する。すなわち、制御部１８０は、実流量が目標値になるまでステップＳ１０６〜ステップＳ１１０の処理を繰り返し実行する。そして、実流量が目標値になると、制御部１８０は、差圧計１２０の圧損信号により、ＤＰＦ１０の圧力損失を測定する（ステップＳ１１２参照）。

ＤＰＦ１０の圧力損失の測定後、制御部１８０は、ファン１４２の回転を停止させる（ステップＳ１１４参照）。

以上詳述した第１実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ブロア１４０のファン１４２の回転速度を制御し、ブロア１４０の吸引力を調整することにより、排気流路を流れる気体の実流量を目標値に調整するようにした。これにより、ＤＰＦ１０による流路抵抗のばらつきに関係なく、それらのＤＰＦ１０に一定流量の気体を流通させることができる。そして、このようにＤＰＦ１０に一定流量の気体を流通させた状態で、ＤＰＦ１０の圧力損失を測定するようにした。すなわち、気体の流量変化による圧力損失の変化を排除した状態で、ＤＰＦ１０の圧力損失を検査するようにした。これにより、ＤＰＦ１０の隔壁１２による流路抵抗のばらつきに関係なく、ＤＰＦ１０の圧力損失を精度よく測定することができる。

また、流量計１２６によりチャンバ１１０内を流れる気体の実流量を測定するようにした。すなわち、ＤＰＦ１０外で気体の実流量を測定するようにしたので、その流量測定によってＤＰＦ１０による流路抵抗が変化することを防止することができる。

ここで、実流量は気体の温度、湿度及び圧力の変化に伴って変化する。これに対し、第１実施形態では、チャンバ１１０内の温度、湿度及び圧力に基づいて実流量の目標値を設定するようにした。これにより、気体の温度、湿度、圧力が変化したとしても、ＤＰＦ１０に実質的に一定流量の気体を流通させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の検査方法には、第１実施形態の検査方法と同様に検査装置１００を用いる。ただし、第２実施形態では検査プログラムが第１実施形態と異なる。

図４は、第２実施形態において制御部１８０により実行される検査プログラムの流れを示すフローチャートである。なお、第１実施形態の検出プログラムの処理と実質的に同一の処理には、図４において図３と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、実流量の目標値を予め規定された固定値とする。したがって、制御部１８０は、第１実施形態の検出プログラムにおける目標値設定処理（図３に示すステップＳ１０２参照）を実行することなく、ファン１４２を始動させる（ステップＳ１０４参照）。

次に、制御部１８０は、第１実施形態の検出プログラムと同様にして、ファン１４２の回転速度を変更する（ステップＳ１０６参照）。ただし、実流量としては後述する処理において補正されたものを用いる。

次に、制御部１８０は、第１実施形態の検出プログラムと同様にして、排気流路を流れる気体の実流量を測定する（ステップＳ１０８参照）。

次に、制御部１８０は、チャンバ１１０内の温度、湿度及び圧力に基づいて実流量を補正する（ステップＳ２０９参照）。具体的には、制御部１８０は、例えば次式（１）に示すように、流量計１２６の流量信号により測定した実流量Ｑ０（ｍ3／ｓ）とチャンバ１１０内の温度Ｔ（℃）、湿度Ｈ（％ＲＨ）及び圧力Ｐ（ｈＰａ）とから所定の演算により補正後の実流量Ｑ（ｍ3／ｓ）を算出する。ただし、次式（１）において、Ｆ（Ｈ）は図５に示すように、湿度Ｈが大きくなるにつれて減少する値を示している。このようにして制御部１８０は、上記温度、湿度及び圧力の変化に伴う実流量の増減を相殺するように実流量を補正する。
Ｑ＝Ｑ０＊２９３．１５／（２７３．１５＋Ｔ）＊Ｐ／１０１３＊Ｆ（Ｈ）・・・（１）
次に、制御部１８０は、補正後の実流量と目標値とを比較する（ステップＳ２１０参照）。そして、補正後の実流量と目標値とが異なる場合、制御部１８０はステップＳ１０６の処理に戻る。一方、補正後の実流量と目標値とが同一である場合、制御部１８０は、ステップＳ１１２の処理を実行する。すなわち、制御部１８０は、補正後の実流量が目標値になるまでステップＳ１０６、Ｓ１０８、Ｓ２０９、Ｓ２１０の処理を繰り返し実行する。そして、補正後の実流量が目標値になると、制御部１８０は、ＤＰＦ１０の圧力損失を測定する。以降の処理は、第１実施形態の検査プログラムの処理と実質的に同一である。

以上詳述した第２実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

第１実施形態と同様にして、排気流路を流れる気体の実流量を目標値に調整するようにしたので、ＤＰＦ１０の隔壁１２による流路抵抗が異なったとしても、それらのＤＰＦ１０に一定流量の気体を流通させることができる。また、気体の流量変化による圧力損失の変化を排除した状態で、ＤＰＦ１０の圧力損失を精度よく検査することができる。

また、第１実施形態と同様にして、ＤＰＦ１０外で気体の実流量を測定するようにしたので、その流量測定によってＤＰＦ１０による流路抵抗が変化することを防止することができる。

また、実流量は気体の温度、湿度及び圧力の変化に伴って変化する。これに対し、第２実施形態では、流量計１２６の流量信号により測定した実流量をチャンバ１１０内の温度、湿度及び圧力に基づいて補正するようにした。これにより、気体の温度、湿度、圧力が変化したとしても、ＤＰＦ１０に実質的に一定流量の気体を流通させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記第１、第２実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

上記第１、第２実施形態では、ＤＰＦ１０の圧力損失の検査に検査装置１００を用いた。しかしながら、ＤＰＦ１０の圧力損失の検査に用いる検査装置の構成は適宜変更することができる。例えば、検査装置１００にチャンバ１１０を設けなくてもよい。また例えば、排気流路中に集塵フィルタ１５０や整流板１６０を設けなくてもよい。

上記第１、第２実施形態では、圧力計１２２、温度計１２４、湿度計１２６を排気流路内に配置し、それらに排気流路内の温度、湿度及び圧力を検出させたが、それらを排気流路外に配置し、それらに環境温度、環境湿度及び大気圧を検出させてもよい。

上記第１、第２実施形態では、ＤＰＦ１０の圧力損失の検査工程を検査装置１００により自動化した。しかしながら、一部の工程を手動で行ってもよい。例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、作業者が温度、湿度及び圧力を検査装置１００に入力するようにしてもよいし、作業者が実流量及び目標値を比較しながらファン１４２の回転速度を調整するようにしてもよいし、排気流路に調量弁を設けてその開度を作業者が調整するようにしてもよい。また、第１実施形態において、作業者が実流量の目標値を検査装置１００に入力するようにしてもよい。

上記第１、第２実施形態では、ブロア１４０によりＤＰＦ１０内の気体を吸引したが、ＤＰＦ１０内に気体を送り込むようにしてもよい。例えば、検査装置１００の排気流路中に設けた集塵フィルタ１５０、整流板１６０、流量計１２６の位置関係を気体の流れに従って逆転させ、ブロア１４０のファン１４２を逆回転させることにより、ＤＰＦ１０内に気体を送り込むことができる。

上記第１実施形態では、排気流路内を流れる気体の温度、湿度及び圧力に基づいて実流量の目標値を設定したが、上記気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つに基づいて実流量の目標値を設定してもよい。一方、上記第２実施形態では、排気流路内を流れる気体の温度、湿度及び圧力に基づいて実流量を補正したが、上記気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つに基づいて実流量を補正してもよい。

上記第１実施形態では、ファン１４２の始動前にチャンバ１１０内を流れる気体の温度、湿度及び圧力を一度だけ測定し、その気体の温度、湿度及び圧力に基づいて実流量の目標値を設定した。しかしながら、実流量測定時、その直前又は直後の気体の温度、湿度及び圧力を測定し、その気体の温度、湿度及び圧力に基づいて実流量の目標値を更新するようにしてもよい。これにより、ＤＰＦ１０内に一定流量の気体を精度よく流通させることができる。

上記第２実施形態では、ファン１４２の始動前にＤＰＦ１０内を流れた気体の温度、湿度及び圧力を一度だけ測定し、その温度、湿度及び圧力に基づいて実流量を補正した。しかしながら、実流量測定時、その直前又は直後の気体の温度、湿度及び圧力を測定し、その温度、湿度及び圧力に基づいて実流量を補正するようにしてもよい。これにより、ＤＰＦ１０内に一定流量の気体を精度よく流通させることができる。

本発明の実施形態に係る検査装置を示す図。 （ａ）はＤＰＦの断面図、（ｂ）はＤＰＦの正面図。 本発明の第１実施形態に係る検査プログラムの流れを示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る検査プログラムの流れを示すフローチャート。 実流量の補正方法を説明するための図。

符号の説明

１０…ＤＰＦ、１１…構造体本体、１２…隔壁、１４…セル、１６…閉塞部、１００…検査装置、１１０…チャンバ、１１２…治具、１２０…差圧計、１２２…圧力計、１２４…温度計、１２６…流量計、１２６…湿度計、１３０〜１３２…排気管、１４０…ブロア、１４２…ファン、１８０…制御部。

Claims (5)

1. 隔壁により区画された複数のセルと、隣り合う前記セルの端部を互い違いに閉塞する閉塞部とを有する多孔質のハニカム構造体に適用され、前記ハニカム構造体の前記セルが開口する一端側から他端側に向けて前記ハニカム構造体内に気体をブロアにより流通させ、前記ハニカム構造体内を気体が通過する際の圧力損失を検査する検査方法において、
   前記圧力損失の検査に際し、前記ハニカム構造体内から気体を吸引する吸引力又は前記ハニカム構造体内に気体を送出する送出力を調整することにより、予め設定した一定流量の気体を前記ハニカム構造体内に流通させることを特徴とするハニカム構造体の圧力損失の検査方法。
2. 前記ハニカム構造体内を流通する気体の実流量を測定し、その実流量が目標値になるように前記吸引力又は前記送出力を調整する請求項１に記載のハニカム構造体の圧力損失の検査方法。
3. 前記実流量を前記ハニカム構造体外で測定する請求項２に記載のハニカム構造体の圧力損失の検査方法。
4. 前記ハニカム構造体内を流通する気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つを測定し、その気体の温度、湿度及び圧力の変化に伴う前記実流量の増減に追従させるように、測定した気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つに基づいて前記目標値を増減させる請求項２又は３に記載のハニカム構造体の圧力損失の検査方法。
5. 前記ハニカム構造体内を流通する気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つを測定し、その気体の温度、湿度及び圧力の変化に伴う前記実流量の増減を相殺するように、測定した気体の温度、湿度及び圧力の少なくとも１つに基づいて前記実流量を補正し、補正後の前記実流量が前記目標値になるように前記吸引力又は前記送出力を調整する請求項２又は３に記載のハニカム構造体の圧力損失の検査方法。

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