JP2013545003A - フィルタの状態の検査のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

車両排気系統用のセラミック製ウォールフローフィルタ（１）を検査するための方法は、ａ）フィルタ（１）内の材料を加熱するのに適した熱エネルギー源（９）を提供する工程、ｂ）フィルタ（１）内の材料を加熱するために、フィルタの第１の端部（１０）に、熱エネルギー源（９）からの熱エネルギーを加える工程、ｃ）放射された放射線のパターンの画像（２４）を形成するためにフィルタ（１）の第２の端部（１１）で放射線検出器（１９）を用いて、フィルタ内の加熱された材料によって放射された赤外線放射（１８）を検出する工程を含み、放射された放射線のパターンはフィルタ（１）の状態の兆候を与える。本発明の別の態様は、該方法で使用するための装置を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の排気系統用のセラミック製ウォールフローフィルタの状態を検査するための方法と装置に関する。本発明は、とりわけ、連続再生式（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＣＲ−ＤＰＦ）などのフィルタの検査に適用可能である。

現代のディーゼル車両の排気系統には、車両の排気流からパーティキュレートマターを取り除くために、しばしばフィルタが備えられている。これらは、その長さに沿って伸びる細長い経路を有する、シリンダの軸に平行な円筒系のセラミック製モノリスである、ウォールフローフィルタである。その経路は、一方の端部で経路に入るガスが他方の端部で同じ経路から出ることができないように、両方の端部で交互に塞がれている。ガスは、排出されるために、フィルタの多孔壁を通って１つの経路から次の経路まで流れなければならない。こうすることで、ガス中の煤と灰は、フィルタの壁で捕捉される。

現代のディーゼル車両排気系統に好ましいフィルタは、エンジンからの排熱と排気ガスを用いて、パーティキュレートマターをフィルタ中で燃焼させ、それによってフィルタを再生させる、連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタである。

上記ウォールフローフィルタは、大型ディーゼル車両の運転の過程で煤と灰が混入することがある。高い運転温度での標準的な条件のもとで、このようなフィルタは、煤がフィルタから焼けだされることで、再生して効率よく自己清浄する。しかしながら、悪条件下、例えば、車両が、排気ガスが高温に達しない都市部で長時間の運転を行うか、あるいは、長時間にわたって使用された後などでは、フィルタは詰まりかねない。フィルタがたとえ局所的にでも詰まると、炭素と酸素の発熱反応によって生じる熱の損傷を受けることがある。激しい反応が生じると、フィルタの完全性は破損し、その効率性は低下する。これを防ぐ１つの手立ては、定期的な、一般的には、年一度の清浄を含む、規則的なメンテナンス体制にある。

点検と清浄の体制の一部として、不完全な清浄や、フィルタを使用するのに不適切なものにする潜在的な欠陥または損傷を確認するために、清浄の前後にフィルタの状態を評価することが望ましい。特許文献１は、フィルタの状態の検査を行う方法と装置を記載している。該方法は、フィルタを介して電磁放射線を透過する工程と、フィルタの状態を示すパターンの画像を形成するために、透過した放射線を検知する工程を含んでいる。画像は、フィルタの異なる部分を通る放射線の透過の様々な程度を表す色または濃淡の陰影を含んでいる。この方法は、コージライトなどのセラミック材料からできたフィルタでよく機能することがわかった。しかしながら、この方法は、たとえ清潔なフィルタがごくわずかな光しか透過しない場合でも、シリコンカーバイドのような他のフィルタ材料ではうまくいかないことが分かった。これは驚くべきことである。というのも、シリコンカーバイドは約５５０−７５０ｎｍの範囲で波長光の高い透過を示すため、この波長範囲の光を用いる検査は成功すると予想されたからである。さらに、この先行技術の方法は、一般的に金属が散りばめられたアルミナなどの不溶解性粒子のスラリーに浸漬させ、その後、乾燥させることで、セラミック材料に触媒コーティングが与えられるようなフィルタには効率的でないこともわかった。

フィルタが点検中に作動する方法は、一般的に、吹出口面上のエンドプラグに対してセルの底で灰を固めるという結果をもたらす。当然、清浄するのが最も困難なセルの領域は、エンドプラグの真後ろの部分ということになる。したがって、実際に、完全な洗浄が達成されない場合、一般的に、エンドプラグに対してセルの底で閉塞物が見つかる。この閉塞物は、典型的にはきわめて短く、長さは５０ｍｍ未満が一般的である。光検査システムは、このような閉塞物を示すことと、分析のための２次元画像を提供することに非常に有効であることを証明した。しかしながら、閉塞物を含むセルの数または割合を知っても、フィルタ状態の完全な像は提供されない。例えば、セルがその深さの５％まで閉塞した場合の、５０％閉塞したセルを含むフィルタは、失われたその体積または表面領域の２．５％しか有さないことになるだろう。画像は失敗を示すであろうが、実際には、フィルタは、点検中に適切に作動すると予想され得る。

国際公報ＷＯ２００６／０１６１１７

本発明の態様は独立請求項で特定される。好ましい特徴は、従属請求項で特定される。

私たちは、驚くべきことに、車両排気系統用のセラミック製ウォールフローフィルタの状態は、該ウォールフローフィルタがその両端を介して赤外線を十分には透過しない時でさえ、フィルタの一方の端部に熱エネルギー源を加えた後に、もう一方の端部を調査することによって測定されてもよいことを発見した。

「熱エネルギー」という用語は、赤外線電磁放射、および、フィルタの性質および組成に依存して、熱を生成するためのフィルタ中の材料によって吸収される他の放射線、例えば、マイクロ波放射線を指すために本明細書で使用される。この用語は、フィルタの端面に直接加えられる熱源、例えば、熱板、水槽、または、熱した金属ブロックを用いることも含んでおり、熱源は、赤外線波長の放射線に加えて熱の直接伝導によって端面を熱する。

熱エネルギーの適切な源が１つの端部に加えられる際、適切な赤外線検出器を用いてもう１つの端部から見ても、細部はまったく見えない。しかしながら、徐々に、熱エネルギーがフィルタ中の材料によって吸収されるにつれ、材料は熱くなり、フィルタ中の開いた経路からあるパターンの放射線を放出する。該放射線は、経路内の閉塞物の深さに依存して放射される。

好ましくは、放射された放射線のパターンの画像は、フィルタの異なる部分を通る赤外線の放射の様々な程度を表す色または濃淡の陰影を含む。画像は様々な異なる色または濃淡を含んでもよく、各々の色または濃淡は、様々な量の放射された放射線を表す。好ましくは、画像は、少なくとも１０の異なる色または濃淡を含み、最も好ましくは、画像は少なくとも２００の異なる色または濃淡を包含する。

該方法は、ディーゼルパティキュレートフィルタを検査するのにとりわけ適している。ウォールフローフィルタは、その長さに沿って、１つの端部から反対側の端部まで伸びている細長い経路を含み、該経路は、一方の端部で経路に入るガスが反対側の端部で同じ経路から出ることができないものの、多孔性のフィルタ材料を通って１つの経路から次の経路まで流れなければならないように、両方の端部で交互に塞がれている。このようなフィルタは、一般的には、中心軸を含んだ円筒状であり、中心軸は、経路の長さに対して平行であるが、それ以外の断面形状であってもよい。このようなフィルタの多孔性材料は、典型的には結晶であり、例えば、コージライト、シリコンカーバイド、または、チタン酸アルミニウムを含んでもよい。

本発明は、閉塞物の深さの測定値を得る可能性を提供する。このことは、閉塞物がフィルタの高温面のエンドプラグに接しており、閉塞物の長さが比較的短い場合に、最も達成可能なように思われる。このような条件が満たされると、熱は、背景に対するコントラストの急速かつ検知可能な変化を与えるのに十分な時間と量で、灰を介して伝導することができると考えられる。フィルタ内の表面がより暖かくなるにつれ、表面は熱も放出する。熱のこの再放出は、いったん熱表面温度が構築されてフィルタ全体にわたってコントラストを着実に減少させると、伝導に勝る。極度に閉塞したセルは、さらに長い間コントラストが高いままであるが、閉塞物の量の検知はますます難しくなる。

高温面から離れて生じる閉塞物は、通常、発熱による損傷に関連付けられる。これらの領域は、かなりの期間、高いコントラストのままであるが、その大きさの形状と、一列に並べることが可能で、かつ、放射線が検出器に直接流れることを可能にする穴部（明るいスポット）を含む傾向とによって、もっとも容易に特定される。

好ましくは、熱は、電磁放射線として加えられ、パルス化されるよりもむしろ、フィルタの端部に均一に加えられる。

任意の適切な熱源が使用されてもよい。熱源は、例えば、赤外線またはマイクロ波放射線を提供してもよい。便宜上、本発明は、熱源としての赤外線放射の使用に関して記載されているが、当然のことながら、本発明はこの実施形態に限定されない。例えば、熱エネルギーの源は熱板であり、好ましくは、熱エネルギーが加えられるフィルタの面と同じ形状および寸法のものであってもよい。１つの実施形態では、熱源は、赤外線を放射する１つ以上のランプである。あるいは、または、さらに、該方法は、１つ以上のレーザーダイオードまたは高出力発光ダイオードの使用を含んでもよい。

該方法は、放射線が、フィルタの１つの端部全体に同時に加えるために与えられるように、多くの放射源を提供する工程を含んでもよい。あるいは、フィルタの面全体を加熱するための放射線を提供するには不十分な１つの放射線源または多くの放射線源が与えられてもよく、該方法は、フィルタの面全体をスキャンするために、これらの放射源を移動させる工程を含んでもよい。

放射線検出器は、放射された放射線のパターンを検知して画像を形成するための赤外線カメラであってもよい。赤外線カメラは、多くの電荷結合素子（ＣＣＤ）、強誘電性の電気検出器、マイクロボロメーター、および、ＭＣＴアレイを含んでもよい。

該方法は、透過した放射線のパターンを検知して画像を形成するために、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイカメラの使用を含んでもよい。該カメラは、多くのピクセルを含む画像を生成してもよく、フィルタの各経路に少なくとも１つのピクセルが与えられる。好ましくは、少なくとも２５のピクセル、最も好ましくは、少なくとも９０のピクセルがフィルタの各経路に与えられる。

あるいは、該方法は、放射線のパターンを検知して画像を形成するために、焦点面アレイ検出器の使用を含んでもよい。このような検出器は、７００〜１４００ｎｍの間の波長を含む放射線、すなわち、赤外線に高感度である。

該方法は、フィルタの１つの面のほぼ全領域から放射された放射線を同時に検知するための多くの検出器の使用を含んでもよい。あるいは、該方法は、フィルタの異なる部分から放射された放射線を連続して検知するためにフィルタ上を移動する、１つの放射線検出器の使用を含んでもよい。あるいは、該方法は、フィルタの異なる部分から放射される放射線を連続して検知するために、リニアアレイ検出器の使用を含んでもよく、該検出器は、フィルタの端部でのみ１次元で、好ましくは、アレイの長さに垂直な方向に移動する。

該方法は、旋回軸上に取り付けられた端部の１つを有するアーム上に取り付けられた多くの放射線検出器の使用を含んでもよい。フィルタが円筒状の場合、旋回軸はフィルタの中心軸と一致してもよい。

該方法は、フィルタの端部の全体にわたって検出器を掃除するために、旋回軸の回転を含んでもよい。熱源は、フィルタの反対側の端部全体を覆う固定されたタイプであってもよく、または、検出器を用いた同期方法で移動してもよい。

該方法は、フィルタの状態の兆候を提供するために、放射された放射線のパターンの画像を分析する工程をさらに含んでもよい。分析は、放射された放射線の視覚的な画像を検査することによって、視覚的に行なわれてもよい。あるいは、該方法は、放射された放射線の画像を分析するためにプロセッサーの使用を含んでもよい。

好ましい実施形態において、複数の画像が時間間隔にわたって撮られ、これらの画像は、フィルタの所定の経路または領域における、閉塞物の場所、位置、および、大きさを測定するために用いられる。

分析は、放射された放射線の画像と、同等の損害を受けていないフィルタの放射された放射線の画像との比較を含んでもよい。損害を受けていないフィルタは、理論上のものであるか、または、画像は、損害を受けていないと知られているフィルタを用いた方法を行うことによって生成され得る。

分析は、画像中の個々のセルまたはセルの群を分析することを含んでもよく、各々のセルはフィルタ内の経路に一致する。

比較はフィルタの領域をチェックすることを含み、該領域では、画像は、放射線が、多かれ少なかれ、損害を受けていないフィルタによって放射されるよりも、検査されるフィルタから放射されたことを示す。

画像の異なる領域の相対的な輝度および暗さが分析されてもよい。

１分未満でフィルタの評価を行うのに十分なエネルギーを熱源が提供することが望ましい。適切なコントラストの画像を得るのに必要とされる時間は、熱源とフィルタの高温面との距離、および、加えられる熱の種類と強さに依存するだけでなく、モノリスを形成するために用いられる材料の種類、フィルタ内の灰の量と場所、および、フィルタの含水量の影響もうける。熱源がまずフィルタの第１の端部に加えられると、画像は第２の端部では目に見えない。この点は、瞬間の画像を得るためにフィルタを通して電磁波が透過される従来技術の検査方法とは対照的である。私たちの現在の検査配置では、加熱後１０−１５秒で画像が形成され始め、加熱時間が３０−６０秒になると良好なコントラストが得られる。私たちの計算によると、好ましくは１０ｋＷ．ｍ^−２の最小出力が用いられなければならない。最小の放射発散度または射度は必須ではなく、熱源が第１の端部にどれだけ近いかに依存し、熱源が発熱による損傷を引き起こすほど十分にはフィルタを加熱しない場合、例えば、１０〜２０ｋＷ．ｍ^−２、または、３０ｋＷ.ｍ^−２以上の任意のより高い出力が使用されてもよい。私たちの計算では、さまざまなセラミック製のフィルタについて、３０−６０秒以内に、適切な温度、典型的には、２０℃以上の大気にまでフィルタ面材料を上昇させるには１０〜２０ｋＷ．ｍ^−２で十分であるだろう。

私たちは、３２０×２４０の解像度の熱探知カメラを使用する予定である。したがって、７６８００のピクセルを生成する。私たちの最も小さな知覚可能な視野は、約１５０平方インチ（９６７７４ ｍｍ^２）の目標領域を与える、１４ｘ１０．５インチ（３５６ｘ２６７ ｍｍ）である必要があるだろう。

現在、私たちは、５０−２５０の（オープン）セル／平方インチ（７．７５および３８．７５のオープンセル／ｃｍ^２、または、１００−５００の（合計）セル／平方インチ（１５．５−７７．５のセル／ｃｍ^２）のモノリスを予測している。
１５０ｘ１００ｃｐｉ＝視野に１５０００個のセル
１５０ｘ２００ｃｐｉ＝視野に３００００個のセル
１５０ｘ３００ｃｐｉ＝視野に４５０００個のセル
１５０ｘ４００ｃｐｉ＝視野に６００００個のセル
１５０ｘ５００ｃｐｉ＝視野に７５０００個のセル

したがって、理論上、私たちは、ｃｐｉの数に依存して、１−５のセル当たりのピクセルを有していなければならない。

実際には、１００ ｃｐｉ（３．９４個のセル／ｍｍ）のフィルタの画像が妥当であり、ある程度であれば、セルの壁さえ検知することが可能である。しかしながら、４００ｃｐｉ（１５．７５個のセル／ｍｍ）では、いくつかのセルの鮮明度は失われ、画像は、干渉縞と干渉パターンを示し始める。しかしながら、各々の閉塞したセルが４つのクローズドセルに常に囲まれているため、１つの閉塞したセルは、さらにセル密度が高いモノリス上でさえ検知可能なポジティブコントラスト領域を呈する。

特に光増強技術が使用されると、画像の優れた統計分析が、高いセル密度を備えたモノリス上で可能になるであろうと思われる。開発の結果として、十分な大きさ、鮮明度および感度の市販のアレイがもたらされれば、回線走査画像キャプチャシステム（ｌｉｎｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｃａｐｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ）は１つの選択肢になることもある。

本発明の実施形態は、以下の図面を参照して、ほんの一例としてさらに記載される。

連続再生式のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＣＲ−ＤＰＦ）のようなウォールフローフィルタの部分的な斜視図を示す。 図１のウォールフローフィルタの断面図である。 フィルタを通るガスの流れを示す、図１のフィルタの一部の断面図である。 本発明の実施形態で使用される装置の線図である。 サンプルフィルタの赤外線と可視光線の画像を示す。 サンプルフィルタの赤外線画像と、清浄工程で使用されるフィルタ支持部を示す。 本発明の態様に応じた方法で使用するための、複数の時間間隔で得られた、フィルタから放射された赤外線のパターンの一連の赤外線画像を示す。

図１および２は、円筒状の金属の囲い（ｍｅｔａｌ ｓｕｒｒｏｕｎｄ）またはスリーブ（４）内に含まれる円筒状のセラミック製モノリスコア（２）を含む、ウォールフローフィルタ（１）の概略図を示している。車両排気系統用のフィルタ（１）の全体直径は、一般に１００〜４００ｍｍである。セラミック製のフィルタコア（２）は、その長さに沿って伸びる多くの細長い経路（６）を有する。これらの経路（６）は一般にほぼ正方形の断面を有しており、幅は約０．６−２ｍｍである。図１では、明瞭さのために、フィルタ（１）の寸法と比較した経路（６）の相対的な大きさを拡大している。経路（６）の間で、フィルタコア（２）の壁（７）が多孔性のセラミックから形成される。セラミックは、例えば、コージライト（マグネシウム鉄アルミニウム環状珪酸塩）、シリコンカーバイド、または、チタン酸アルミニウムであってもよい。典型的な多孔度は、１０−２０μｍの平均孔径を有して４０−５０％の間であるか、または、Ｅｕｒｏ ６ ｆｉｌｔｅｒｓについてはさらに小さい。１つの端部（６ｂ）の経路（６）に入る排気ガスがもう一方の端部の同じ経路（６ｂ）から出ることができないように、フィルタ（１）の近隣の経路（６）は、セラミック材料のプラグ（３ａ、３ｂ）（図３）によって１つおきの端部で塞がれる。出るためには、ガスは、フィルタ（１）の多孔質壁（７）を通って、１つの経路（６ｂ）から次の経路（６ａ）まで通り抜けなければならない。フィルタ（１）の金属製スリーブ（４）は、使用中に、車両の排気系統へのフィルタ（１）の接続を助ける、フランジ（８）を各端部に含む。図１に示される実施形態では、フランジ（８）は、通常、円筒状スリーブ（４）の上部および底部の端部から角度をなして外側に延出する。しかしながら、フランジは、様々な取り付け具を受け入れるために異なる設計であってもよい。

車両排気系統、典型的には、ディーゼルエンジンの排気系統に取り付けられると、排気ガスがフィルタ（１）を通って、第１の端部（１０）から第２の端部（１１）に流れる。したがって、パーティキュレートマターは、フィルタの第１の端部（１０）でその開放端部を有する経路（６）に蓄積する。パーティキュレートマター、典型的には煤と灰が捕捉され、多孔性のセラミック製の壁（７）によってガス流から取り除かれるので、フィルタの第２の端部（１１）で開放端部を有する経路（６）は一般的に、他の経路（６）よりも著しく清潔である。

ウォールフローフィルタ（１）は、大型ディーゼル車両で一般的に用いられるであろう。時間とともに、フィルタ（１）には、排気流からフィルタ処理された煤および灰が混入されるようになる。車両の排気からの熱をうけて、フィルタが、煤と二酸化窒素との反応によってフィルタから煤を焼き切ることで、自己清浄を行うように、ＣＲ−ＤＰＦは設計される。しかしながら、悪条件下、例えば、車両の排気が定期的に十分な高温に達しない場合、あるいは、長時間の使用後では、フィルタまたはフィルタの１以上の経路は、閉塞しかねない。これは、フィルタの材料を燃やす発熱反応を引き起こすことがある。閉塞物および／またはフィルタ材料に対するその後の損害は、フィルタの完全性を損傷し、その性能を損ないかねない。

ここで図４を参照すると、本発明の実施形態に従って使用される装置が例証される。フィルタ（１）、この実施例ではＣＲ−ＤＰＦは、熱エネルギー源（９）に面する第１の端部（１０）で、高さを調節可能な脚部（５）に取り付けられる。この実施例において、熱エネルギー源（９）は、フィルタ（１）の第１の端部（１０）に面した開いている窓（１５）を有するハウジング（１４）内に１つ以上の赤外線ランプ（１２）を含む。窓（１５）からの放射線の放出を増強するために、ランプ（１２）の各々には、好ましくは反射器（１３）が設けられる。好ましくは、赤外線源は、０．９−３μｍの範囲のピーク波長で放射される。１つの実施形態では、私たちは、赤外線ランプとして、４×１５００ＷのＲｕｂｙの有色ランプを使用した。該ランプは、約０．７−７μｍの間の波長で赤外線を放射し、０．９−２μｍの範囲でエネルギーの約９０％、および、約１．２μｍで放射ピークに達する。ランプは、この放射線を反映するとともにそれ自体も（約１００℃まで）熱くなる反射器で支持され、そうすることで、より長い波長で低い値の放射線を放射する。熱エネルギー源（９）からの放射線は、フィルタ（１）の第１の端部（１０）に加えられる。入射放射線はフィルタ（１）のコアに吸収され、当初、検知可能な放射線はフィルタ（１）の第２の端部（１１）からは放射されない。しばらく時間が経った後、典型的には１０−５０秒後、入射放射線によって加熱されたフィルタ（１）内の材料は、フィルタの第２の端部（１１）から現れる赤外線（１８）を放射するのに十分なほど熱くなる。この実施例における放射された赤外線（１８）は、フレネルレンズ（１７）によって焦点を合わされ、レンズ（１７）の焦点距離（２０）の距離だけレンズ（１７）から離して置かれた熱探知カメラ（１９）に向けられる。この実施形態では、熱エネルギー源（９）によって放射された電磁放射線は赤外線である。しかしながら、他の波長、例えば、マイクロ波放射線も使用されてもよい。好ましい放射線の種類は、長い波長のＩＲまたは短い波長のマイクロ波である。

理論によって縛られることなく、私たちは、そこで行われていることは、入射放射線が吸収されて、フィルタ（１）の第１の（高温）端部（１０）のエンドプラグ（３ａ）とセル壁（７）を選択的に加熱することだと考えている。加熱された表面は、典型的には、異なる波長で、および、フィルタの他の部分によって放射された放射線よりも高い強度で、「黒体」放射線を放射する。放射された放射線は、経路の長さによって部分的に平行にされ、フィルタ（１）の第２の（冷温）端部（１１）から出る。熱探知カメラ（１９）は、７−１４μｍの波長帯でもっとも感度が高く、フィルタの冷温面と高温面の両方から焦点の合ったＩＲ放射線を受け取る。冷温面は気温であり、その一方で、高温面は、優れたコントラストの画像が得られる前に、約４０℃に達するのが一般的である。高温面の内部端部からの放射線は、レンズによって集められる前に、セルの長さを通り抜けなければならない。その際に、多くの放射線は、その経路に沿って基板に再吸収されて、検出される量を制限し、フィルタの残り部分の温度をゆっくりと上げると考えられている。熱が高温面に継続的に加えられるにつれ、フィルタに沿った温度勾配は上昇し続ける。

冷温端部に対して開かれた経路（セル）内の任意の閉塞物は、ヒートシンクとして働き、その結果、より低い温度が観察される。時間が経つにつれ、閉塞物は暖まり、赤外線を放射し始める。高温端部に近い閉塞物は、冷温端部に近い閉塞物よりもはやく暖まり、一定の時間にわたって、閉塞物領域の出現の変化を測定することによって、閉塞物の深さの近似値を得る可能性を与える。第１の端部で開かれた経路（６）の閉塞物に関する情報は、先の冷温端部が放射線源（９）に近く、先の高温端部がレンズ（１７）に近くなるように、フィルタの向きを変えることによって得られてもよい。該方法によって、フィルタの三次元画像が可能となるとともに、その閉塞物が構築され得る。

フィルタが許容可能なほどに清潔であるかどうかは、フィルタがロット判定基準に合格するか否かによって決められてもよい。該基準は、放出された放射線のパターンの観察によって測定される、フィルタ内の閉塞した経路の数または割合が、あらかじめ決められた閾値を超えるかどうかにかかっていることもある。例えば、１０％で設定されると、熱画像を観察することによって、経路の１５％に閉塞物があることが分かる。その結果は失敗であり、フィルタの洗浄は許容できないものだと考えられるだろう。

図５の上の写真は、本発明の態様に従って準備されたシリコンカーバイドフィルタの熱画像（２４）を示す。フィルタ（１）は、３ｋＷの総出力を有するＩＲ放射ランプからの赤外線で放射された。該ランプは、ほぼ２．２μｍの波長の放射線を放射し、１分間でフィルタの表面温度を２０−２５℃上げる。典型的には、優れたコントラストの熱画像を得るために、約３０秒の加熱が必要とされた。時間を遅らせた後、放射された放射線の画像は熱探知カメラによってキャプチャされた。容易に見てとれるように、フィルタ（１）は、中心コアのまわりに並べられた６つのセグメントを含む。セメント線（２１）は容易に目に見える。１つのセグメントは、暗領域として現れるいくつかの部分的に閉塞した経路（６ｃ）を有する。様々な波長の透過光を用いて、このフィルタを見ようとする試みは失敗に終わった。

図５の中央の写真は、上の画像と同じ方法を用いて得られたものである。フィルタはＣＲＴタイプのコージライトフィルタであった。画像（２４）は、領域（２２）における発熱による広範囲な損害によって閉塞したセルを示す。比較することによって、図５の下の画像は、白色光で後ろから照らした際に標準カメラによって撮像された同じフィルタを示す。

ここで、図６を参照すると、シリコンカーバイドフィルタの濃淡を付けた（ｇｒｅｙｓｃａｌｅｄ）赤外線画像（２４）が示されている。上の画像は清潔なフィルタを示す。下の画像において、先の清潔なフィルタには、粉末の灰および煤によって部分的に閉塞したいくつかの経路があった。部分的に閉塞した経路（６ｃ）ははっきりと目に見える。

図７ａ−７ｎは、図６のシリコンカーバイドフィルタの得られた一連の熱画像を示す。赤外線を１回目に利用してからの時間間隔（秒）が、各画像の左下隅に与えられる。時間０（図７ａ）での開始時、熱画像は判別不能である。約２５秒後（図７Ｂ）、フィルタの面と閉塞したセルが目に見え始める。約１００秒（図７ｅ）から１５０秒後（図７ｇ）までは、画像のコントラストはもっとも高く、閉塞したセル（６ｃ）ははっきりと目に見える。さらなる放射は結果として全体の加熱をもたらし、画像は徐々にコントラストを失う。

閉塞物の位置に依存して、画像を生成するのには多かれ少なかれ時間かかると予想される。フィルタの「高温」面に近い閉塞物が迅速に熱くなる一方で、「冷温」面に近い閉塞物は熱くなるのにより長い時間がかかると予想される。従って、所定の温度まで加熱されることによって、閉塞物の画像が薄くなるまでの時間を測定することで、閉塞物の深さを示すことができる。フィルタのもう１つの端部から加えられる熱エネルギー、例えば、電磁放射線を用いて、同じ閉塞物を同様に測定することによって、閉塞物に関する３次元情報が得られてもよい。加熱時間は、電磁放射線の性質および強度、フィルタの面に併せて用いられる放射線量、フィルタ材料の組成物および経路の寸法、などの因子に左右されるであろう。閉塞物の深さは、他の手段を用いることによって、例えば、金属ロッドが経路に挿入され得る深さを測定することによって、直接測定されてもよい。このような測定は、測定された撮像時間を、既知の閉塞物の深さに関連づけることによって、該方法を調整するために用いられてもよい。

フィルタの材料を加熱する電磁放射線の代替源として、私たちは、熱した金属板、とりわけ、埋め込まれた電気素子によって摂氏数百度の温度まで加熱された黒ずんだ銅板を使用することを提唱する。この配置の利点は、それが、はるかに広いスペクトルにわたって、より長い波長の放射線によりフィルタ表面の非常に均一な加熱を与えることができるということである。この黒体によって放射される放射線の大部分は７−１４μｍの範囲であり、熱探知カメラの感度と一致する。このことは、熱探知カメラが放射線源の波長に良好に同調しやすいことから、フィルタ内の損傷の検出を著しく改善することが予想される。第１の端部に加えられる熱エネルギーは第２の端部を通して伝播されないが、熱エネルギーは吸収されるため、フィルタプラグの損傷を受けた領域は、もう１つの端部への熱エネルギーの伝達をある程度は可能にする。したがって、損傷を受けた領域は、高温スポットとして画像中で明るく示されなければならない。

「第１の端部」および「第２の端部」という用語は、本明細書では便宜上使用されていること、および、該方法は高温面としてフィルタのいずれかの端部とともに用いられてもよいこと、ならびに、フィルタの各端部は高温面として用いられてもよく、閉塞物の長さおよび位置に関する様々な情報が提供され、３次元画像の作成が可能となることに留意する。

Claims (17)

1. 第１の端部と第２の端部を有する、車両の排気系統用のセラミック製ウォールフローフィルタを検査するための方法であって、
   前記方法は、
   ａ）フィルタ内の材料を加熱するのに適した熱エネルギー源を提供する工程、
   ｂ）フィルタ内の材料を加熱するために、フィルタの第１の端部に、熱エネルギー源からの熱エネルギーを加える工程、
   ｃ）放射された放射線のパターンの画像を形成するために、フィルタの第２の端部で放射線検出器を用いて、フィルタ内の加熱された材料によって放射された赤外線放射を検出する工程を含み、放射された放射線のパターンはフィルタの状態の兆候を与える、方法。
2. フィルタの第１の端部に加えられる熱エネルギーは、第２の端部を通って十分には伝達されない、請求項１に記載の方法。
3. 画像の形成は、複数の時間間隔をあけて行われ、複数の画像を生成する、請求項１または２に記載の方法。
4. 複数の画像は、フィルタの第１の端部に熱エネルギーを加えてから、５−３００秒間、好ましくは、１５−６０秒間に得られる、請求項３に記載の方法。
5. フィルタの第１の端部に熱エネルギーを加えるのをやめる工程、
   フィルタの第２の端部に熱エネルギーを加える工程、および、
   放射された放射線のパターンの画像を形成するために、フィルタの第１の端部で放射線検出器を用いて、加熱された材料によって放射された赤外線放射を検出する工程をさらに含み、
   放射された赤外線のパターンはフィルタの状態の兆候を与える、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 画像の形成は、複数の時間間隔をあけて行われ、複数の画像を生成する、請求項５に記載の方法。
7. フィルタの経路内の閉塞物の位置と長さを、前記閉塞物に対応する熱画像が形成されるまたは薄くなるまでにかかる時間から、測定する工程をさらに含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. フィルタの経路内の閉塞物の位置と長さを、前記閉塞物に対応する各々の熱画像が形成されるまたは薄くなるまでにかかる時間から、測定する工程をさらに含む、請求項５または６に記載の方法。
9. 放射された放射線パターンを観察することによって測定されるフィルタ内の閉塞した経路の数または割合が、あらかじめ決められた閾値を超えるかどうかによって、フィルタがロット判定基準に合格するか否かを測定する工程をさらに含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 加えられた熱エネルギーは、放射線検出器によって検出される放射された放射線の放射ピーク波長とは大きく異なる放射ピーク波長を有する、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 加えられた熱エネルギーは、０．９−３μｍの範囲で放射ピーク波長を有し、放射された放射線は、７−１４μｍの波長帯でピーク波長を有する、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 画像の少なくとも一部は、その他の画像とは異なるコントラストを有し、加えられた熱エネルギーはほとんど変化していない、請求項３または４に記載の方法。
13. フィルタのセラミック材料はシリコンカーバイドである、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. フィルタのセラミック材料は触媒コーティングを支持し、セラミック材料は好ましくは、コージライト、シリコンカーバイド、または、チタン酸アルミニウムである、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
15. 請求項１乃至１４のいずれかの方法を用いるための装置であって、
    前記装置は、
    ａ）車両排気系統用のセラミック製ウォールフローフィルタ内の材料を加熱するのに適した熱エネルギー源、
    ｂ）熱エネルギーが、熱エネルギー源から放射されると、フィルタ内の加熱された材料によって放射された赤外線放射が放射された放射線のパターンの画像を形成するような温度まで、フィルタの第１の端部の少なくとも一部を加熱するように、フィルタを取り付けるための手段、および、
    ｃ）フィルタ内の加熱された材料によって放射された放射線のパターンの画像を形成することができる放射線検出器を備え、放射された放射線のパターンはフィルタの状態の兆候を与える、装置。
16. 熱エネルギー源は、少なくとも１０ｋＷ．ｍ^−２、好ましくは１０乃至２０ｋＷ．ｍ^−２の単位面積当たりの出力を有する、請求項１５に記載の装置。
17. 熱エネルギー源は、フィルタの第１の端部の少なくとも一部の温度を少なくとも２０℃、上昇させるために並べられ、かつ、上昇させるのに適している、請求項１５または１６に記載の装置。

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