JP2016516151A - 排気部品の触媒効率の試験 - Google Patents

Abstract

本発明は、排気部品、とりわけ、大型車両用ディーゼルエンジン排気システムで使用される排気部品の触媒効率を試験するための装置と方法に関する。排気部品は一般に排気ガスが通る複数の細長い経路を有し、経路は排気部品の第１の端面と第２の端面の間に延びる。方法は、排気ガスを、排気部品内に通過させる工程、および、排気ガスが前記排気部品を通過する前後に、排気ガスの特性を測定する工程を含み、経路を通る排気ガスの流れは、排気ガスが通過する排気部品の体積が減少するように、制限される。【選択図】図１

Description

（発明の分野）
本発明は、排気部品を試験するための装置と方法に関する。とりわけ、本発明は、大型車両用ディーゼルエンジン排気システムで使用される排気部品の触媒効率を試験するための装置と方法に関する。

（関連技術）
ディーゼルエンジン用の現代の排気後処理システムは、ますます高度化されつつある。典型的には、これらのシステムは、排気ガス中に存在する潜在的に有害な汚染物質の量を減らすために考案された様々な部品からなる。これらの汚染物質は、「Ｎｏｘ」と総称される窒素酸化物（ＮＯ）や二酸化窒素（ＮＯ２）のような窒素の酸化物、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料、または、炭化水素、および粒子状物質を含んでいる。

これらの汚染物質を減らすか除去するために、後処理システムは典型的には以下の部品を含んでいる：
（ｉ）一酸化炭素を二酸化炭素（ＣＯ_２）に、未燃燃料を水とＣＯ_２に変換するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）部、
（ｉｉ）特定のすすと灰中の粒子状物質の量を減らすディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）、
（ｉｉｉ）ＮＯとＮＯ２を窒素に変換することによりＮＯｘ値を下げるための選択的接触還元触媒（ＳＣＲＣ）部、および
（ｉｖ）選択的接触還元プロセスの一部として尿素の形態で排気システムに注入される過剰なアンモニアを取り除くためのアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）部。

ディーゼルパティキュレートフィルターは一般に、円筒状の金属周辺部またはスリーブ内に入れられた円筒状のセラミック製のモノリスコア（または別のタイプのモノリス）を含むウォールフロー型フィルターである。車両の排気システム用のフィルターの全径は一般に２００〜４００ｍｍである。セラミックフィルターのコアには、その長さに沿って延びる多くの細長い経路がある。これらの経路は一般にほぼ正方形の断面を有しており、その幅は１−２ｍｍである。経路と経路の間で、フィルタコアの壁は多孔性セラミック材料から形成される。フィルター中の隣接する経路は１つおきの端部においてセラミック材料で塞がれており、その結果、一方の端部で経路に入る排気ガスはもう一方の端部で同じ経路から出ることができない出るためには、排気ガスは１本の経路から次の経路までフィルターの多孔性の壁を通り抜けなければならない。その際に、ガス中のすすと灰はフィルター内部や壁に積もっていく。フィルターの金属製スリーブはそれぞれの端部にフランジを備え、フランジは、使用中に、車両の排気システムの他の部分にフィルターを接続するのに役立つ。

ディーゼルパティキュレートフィルターの壁は一般に、再生のプロセスを促進するために触媒ウォシュコート（ｃａｔａｌｙｓｔ ｗａｓｈｃｏａｔ）でコーティングされ、このとき、フィルター中に堆積したすすは周期的に焼き払われるか、フィルターから酸化する。対照的に、灰は不燃性であることから灰の堆積物は絶えず蓄積し、ゆえに、ディーゼルパティキュレートフィルターは周期的に清掃することが必要となる。空気ジェット、圧搾された空気パルス、および水ベースプロセスを含む様々な既存の方法を用いて、ディーゼルパティキュレートフィルターを清掃する。

軽量車両のディーゼルエンジン用途（車、バン、および他の小型車両を含む）では、灰の蓄積プロセスは比較的遅く、ディーゼルパティキュレートフィルターを頻繁に掃除する必要はない。しかしながら、大型車両用途（トラック、バス、掘削機、トラクターなど）では、エンジンははるかに集中的に使用され、ディーゼルパティキュレートフィルターの掃除は、定期的に、一般には、使用法に依存して１年または２年ごとに必要である。

ディーゼルパティキュレートフィルターが掃除のために車両から取り除かれる場合、様々な方法を用いて、フィルターを車両に再度はめ込む前にフィルターを良好な状態で保つ。これらの方法は気流の試験や他の診断技術を含む。これらの物理的な試験に加えて、ディーゼルパティキュレートフィルターが満足な状態を確認するために、ディーゼルパティキュレートフィルターの触媒効率を測定することも望ましい。ディーゼルパティキュレートフィルターが車両から取り除かれた際に、ディーゼルパティキュレートフィルターの触媒効率を試験するための標準的な方法は、定置ディーゼルエンジンからフィルターを通って排気ガスを流し、フィルターの前後でガスの関連する化学成分の値を測定することである。定置エンジンの代替物は、パティキュレートフィルタがローリングロード装置（ｒｏｌｌｉｎｇ−ｒｏａｄ ｄｅｖｉｃｅ）上の固定された試験車両に取り付けられた車両動力計構造である。特許文献１では、エンジン排気部の触媒コンバーターの触媒活性を試験する方法が記載されており、これは、コンバーターを正常な運転温度まで熱するためにエンジンを動かすことを含む。いったんコンバーターが所望の温度に達すると、エンジンは止められ、エンジンの燃料および点火システムは動作不能となり、空気導入システムなどのコンバーターの上流の位置で炭化水素源が導入される。その後、エンジンがクランクでかけられ、炭化水素をポンプでくみ上げて、炭化水素が空気と混じり合うシステムを通って、コンバーターに送られる。使い尽くされた成分は分析され、コンバーターの活性がその値に基づいて決定される。

すべての方法では、車両排気システム中のパティキュレートフィルタの使用を模倣するように設計された装置を使用するだけでなく、特別に装備した試験施設における静的な排気ガス分析器の使用も許可している。

これらの試験方法の重要な特徴は、試験用のパティキュレートフィルタを通る排気ガスの流速である。フィルターの触媒活性を正確に評価するために、意義のあるガス流速、つまり、車両で使用する際にフィルターが経験するであろう典型的な流速と実質的に同じ速度を用いる必要がある。大型のディーゼルエンジンは、毎秒１ｍ３以上の排気ガスを生産することができる。フィルターを通るガスの流速は一般に「空間速度」の形で測定され、これは所定時刻にフィルターを通る体積変位（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ）の数に関連する。例えば、大型車両の典型的な空間速度は、毎時５０，０００−２５０，０００（体積変位）の範囲であってもよい。これは、２０リットルのフィルターで、１立方メーター／秒、すなわち、５０変化／秒、毎分３０００変化、または、毎時１８０，０００の変化を処理することができると仮定している。

大型車両用途で使用されるパティキュレートフィルタを試験する間にこれらの空間速度を繰り返すためには、大容量の大型エンジンを使用する必要がある。しかしながら、このタイプの大型エンジンを使用すると、典型的な試験施設は、設置と動作に係る費用の両方の観点から、複雑かつ高価なものになる。従来の試験方法に関連した多くの他の問題もある。第１に、異なる大きさと形状のフィルターでは、これらを試験用のエンジンの排出ラインに安全に接続させるために特別なアダプターが必要である。第２に、触媒効率を測定するべくフィルターが必要な温度に達するのにかかる時間のせいで、試験プロセスの期間はかなり長い。これらの温度は一般に２５０°Ｃを超え、フィルターのコアの材料は一般に大きな熱容量を有しており、したがって、熱平衡に達するために比較的長い時間がかかることがある。最後に、試験後のフィルターは熱く、排気ガスから熱のせいで通常は３００°Ｃを超えることから、フィルターを取り除くことは難しい。

結果として、触媒活性の試験は一般に、使用されている部品の通常の評価ではなく、新しいエンジンまたは排気システム用の専門的な開発プログラムに限定される。

前述の記載はパティキュレートフィルタの試験について議論してきたが、ＤＯＣ、ＳＣＲＣ、および、ＡＳＣなどの他の排気部品を試験するためにも、同じまたは同様の方法が一般に使用されることが認識されよう。そのため、以下の記載における排気部品についての言及は、ＤＰＦ、ＤＯＣ、ＳＣＲＣ、およびＡＳＣを含む多くの異なる後処理システムを含んでいることが理解されよう。

米国特許５，４３１，０４３号

したがって、本発明の目的は、触媒効率試験の速度、効率、およびコストを改善する、排気部品を試験する装置および方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、排気部品の触媒効率を試験する方法が提供され、排気部品は、排気ガスが通る第１と第２の端部間に延びた複数の細長い経路を有し、該方法は、
排気ガスを、排気部品を通過させる工程、および、
排気ガスが前記排気部品を通過する前後に、排気ガスの特性を測定する工程を含み、
経路を通る排気ガスの流れは、排気ガスが通過する排気部品の体積が減少するように、制限される。

本発明の第２の態様によれば、排気部品の触媒効率の試験で使用される装置が提供され、排気部品は、排気ガスが通過する複数の細長い経路を有し、前記経路は、前記排気部品の第１の端面と第２の端面の間に延び、
該装置は、
第１のクランプ手段と第２のクランプ手段であって、それぞれが、排気ガスが運ばれる際に通る導管の端部を収容するための開口部を含むシーリングプレートを備える、クランプ手段、および、
第１のクランプ手段のシーリングプレートが排気部品の前記第１の端面と接触し、第２のクランプ手段のシーリングプレートが排気部品の前記第２の端面と接触するクランプ位置に、第１のクランプ手段と第２のクランプ手段を移動させる手段であって、その結果、第１のシーリングプレートと第２のシーリングプレートの開口部が位置合わせされ、それによって、前記開口部の間で前記排気部品を通るガスの流路が定められる、手段、を備える。

好ましくは、排気ガスが通過する排気部品の体積は、５０％未満であり、特に好ましくは１５％乃至３０％の間である。

排気部品の一部のみを通る排気ガスの流れを制限することによって、排気部品の加熱速度は、排気ガスが排気部品全体を通過する方法と比較して、増加する。これにより、触媒試験温度に急速に到達することができ、それによって排気部品の試験に必要な時間が著しく減少する。

さらに、排気ガスが排気部品の一部を通ってのみ流れることから、大容量の大型車両の排気部品を試験するときでさえ、必要とされる代表的な空間速度で排気ガスを生成するために、小型のエンジンを使用することができる。これにより、試験装置の資本コストが削減され、燃料消費量も減ることから運転費用も減少する。

本発明の試験方法は排気部品の一部のみを通る排気ガスの流れを制限しているが、我々は、排気部品の内部構造が均一であることから、この結果が排気部品全体の触媒効率を代表していることに気付いた。

有利なことに、幾つかの実施形態では、ガスが通過する排気部品の体積は、ガスが排気部品の周辺領域を通過しないように、中心に位置している。これらの実施形態では、排気部品の周辺領域が排気ガスによって加熱されないため、排気部品の外表面は気温に近いままであり、試験後、排気部品を簡単に取り扱うことができる。

好ましくは、方法は、第１の密閉手段を、排気部品の前記第１の端面に当て、第２の密閉手段を、排気部品の前記第２の端面に当てる工程であって、その結果、前記第１の密閉手段と前記第２の密閉手段が、ガス漏れしない密封を形成し、排気ガスが排気部品の複数の経路を通過するのを防ぐ、工程を含む。特に好ましい実施形態では、第１の密閉手段は、第１のシーリングプレートを含み、第２の密閉手段は第２のシーリングプレートを含み、方法は、前記第１のシーリングプレートと前記第２のシーリングプレートの間で排気部品をクランプで留める工程をさらに含む。

したがって、シーリングプレートを使用することで、先行技術方法と比較して、クランプ構造が改善される。シーリングプレートは、排気部品の端面に直接接触し、それによって、その間で排気部品をクランプで留める。したがって、試験用の排出ラインに排気部品を接続するために特別なアダプターは必要としない。なぜなら、本発明の試験方法では、排気ガスを排気部品全体に通過させる必要がないからであり、そのため、排気部品の全体な形状や大きさを考慮する必要はないからである。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、ほんの一例としてここからさらに記載される。
本発明の好ましい実施形態に係る排気部品の触媒効率を試験する際に使用される試験セルを示す。 排気部品の端面に接する図１の試験セルのシーリングプレートを示す。 本発明の好ましい実施形態に係る試験セルを含む試験システムの概略図である。 図１の試験セル内のフィルターの結果を用いてなされた測定および／または計算を示すグラフである。 図１の試験セル内のフィルターの結果を用いてなされた測定および／または計算を示すグラフである。 図１の試験セル内のフィルターの結果を用いてなされた測定および／または計算を示すグラフである。 本発明の別の実施形態に係る試験セルを示す。 図７の試験セルを用いた試験の結果を示す。 図７の試験セルを用いた試験の結果を示す。 所定のＤＰＦのための異なる噴射率での炭化水素の変換を示すグラフである。 本発明の態様に従ってフィルターの詳細な試験の結果を示す。 本発明の態様に従ってフィルターの詳細な試験の結果を示す。 炭化水素を酸化させない触媒を用いたフィルターの対応する試験結果を示す。

図１は、ディーゼルパティキュレートフィルターなどの排気部品（２）の触媒効率を試験するための試験セル（１）を示す。試験セル（１）は、排気部品（２）の第１の端面（４）に排気ガスを運ぶ入口ガス流路と、排気部品（２）を通過した後に、排気部品（２）の第２の端面（６）から排気ガスを運ぶ出口ガス流路とを含む。排気ガスは好ましくはディーゼルエンジンからの排気ガスであるが、あるいは、排気部品中の触媒の作用を受ける材料、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素、または、炭化水素を含む任意の温風またはガス流であってもよい。

試験中、選択された試験用ガスの値と排気ガスの温度は、部品（２）の触媒効率を決定するために、排気ガスが排気部品（２）を通る前後に測定される。例えば、典型的な排気部品（２）の触媒効率は、以下の方程式から与えられてもよい。

排気部品（２）は、第１の端面（４）と第２の端面（６）の間に延びる複数の経路を含むガス流部分またはコア（３）と、コア（３）を部分的に囲む周辺部またはケーシング（５）とを含む。排気部品（２）が車両に設置されるとき、車両のエンジンからの排気ガスは、コア（３）全体を通って第１の端面（４）から第２の端面（６）まで流れる。この例において、排気部品（２）は円筒状であり、ケーシング（５）は管状であり、コア（３）の第１と第２の端面（４および６）は環状である。管状のケーシング（５）の第１の端部（７）はコア（３）の第１の端面（４）を越えて広がり、管状のケーシング（５）の第２の端部（９）はコア（３）の第２の端面を越えて広がり、それによって、排気部品（２）のフランジ（７）および（９）を形成する。一般に、コア（３）はセラミック材料で作られ、ケーシング（５）は金属で作られる。

試験セル（１）は、エンジンの排気装置の第１の端部または高温の試験用ガスの他の適切な源に連結可能であり、かつ、第１のクランプ手段（１２）への第２の端部（１０）に接続される、排気ガス入口導管（８）を含む。第１のクランプ手段（１２）は、排気部品（２）の第１の端面（４）に対してガス漏れしない密封を形成するための第１のシーリングプレート（１４）と入口管（１６）とを含む。

図２に最も明白に示されるように、シーリングプレート（１４）は、周辺部のまわりに延びるリム（２０）を有する支持プレート（１８）を含む。シール層（２２）は、支持プレート（１８）の１つの表面上に設けられる。シール層（２２）は、シーリングプレート（１４）が排気部品（２）の端面（４）に対して押圧される際にガス漏れしない密封を形成する耐熱材料で作られる。好ましい実施形態では、シール層（２２）はセラミック製のフェルト材料で作られる。

シーリングプレート（１４）は、入口管（１６）の端部が挿入される中央開口部（２４）を有する。このように、シーリングプレート（１４）は、入口管（１６）の端部のまわりで密閉式フランジを形成し、入口管は、入口導管（８）の第２の端部（１０）と排気部品（２）の第１の端面（４）の間にガス流の通路を提供する。

試験セル（１）は、第１の端部（２８）で第２のクランプ手段（３０）に接続される排気ガス出口導管（２６）をさらに含む。出口導管（２６）の第２の端部は、排気ガスを大気に排出することができるように配される。

第２のクランプ手段（３０）は、第１のクランプ手段（１２）と実質的に同じであり、排気部品（２）の第２の端面（６）に対してガス漏れしない密封を形成するための第２のシーリングプレート（３２）と、第２の端面（６）と出口導管（２６）の第１の端部（２８）との間でガス流の通路を供給する出口管（３４）とを含む。

シーリングプレート（３２）は、第１のシーリングプレート（１４）に関して記載されたように、シール層（３８）が設けられた支持プレート（３６）を含む。シール層（３８）は、シーリングプレート（３２）が排気部品（２）の端面（６）に対して押圧される際にガス漏れしない密封を形成する耐熱材料で作られる。好ましい実施形態では、シール層（３８）はセラミック製のフェルト材料で作られる。シーリングプレート（３２）は、出口管（３４）の端部が挿入された中央開口部（４０）を有する。このように、シーリングプレート（３２）は、出口管（３４）の端部のまわりに密閉式フランジを形成する。

試験される排気部品（２）は、第１と第２のクランプ手段（１２と３０）の間に位置する支持プラットフォーム（４２）上の試験セル（１）において支持される。支持プラットフォーム（４２）は、以下にさらに記載されるように、第２のシーリングプレート（３２）が通り抜けることができる中央開口部（４４）を有する。使用時、排気部品（２）はプラットフォーム（４２）上に配され、ケーシング（５）の第２の端部（９）はプラットフォーム（４２）の上面（４６）に接し、開口部（４４）は第２の端面（６）の少なくとも一部に位置合わせされる。好ましい実施形態では、開口部（４４）を、第２の端面（６）の中央部分に位置合わせする。

試験セル（１）は、互いに対する、または、互いから離れる相対的運動のために配され、かつ、該運動に適している、第１と第２の作動手段（４８）、（５０）を含む。この実施形態では、第１の作動手段（４８）は、第１のクランプ手段（１２）が排気部品（２）の第１の端面（４）から距離をおいて保持される第１の解放位置と、第１のクランプ手段（１２）が排気部品（２）の第１の端面（４）と接触している第２の係合またはクランプ留め位置との間で、第１のクランプ手段（１２）を移動させるように配される。第２の作動手段（５０）は、同様に、第２のクランプ手段（３０）が排気部品（２）の第２の端面（６）から距離をおいて保持される第１の解放位置と、第２のクランプ手段（３０）が排気部品（２）の第２の端面（６）と接触している第２の係合またはクランプ留め位置との間で、第２のクランプ手段（３０）を移動させるように配される。解放位置で、第２のクランプ手段（３０）は、支持プラットフォーム（４２）の下に位置する。第２のクランプ手段（３０）が係合位置まで移動すると、シーリングプレート（３２）は、支持プラットフォーム（４２）の開口部（４４）を通って第２の端面（６）に接触する。

この実施形態では、作動手段（４８）および（５０）のそれぞれは、１対の空気圧シリンダー（５２）および（５４）を含む。空気圧シリンダー（５２）および（５４）のそれぞれの自由端はそれぞれの作動部材（５６および５８）に接続され、これらの作動部材（５６および５８）が第１のクランプ手段（１２）と第２のクランプ手段（３０）に取り付けられることで、シリンダー（５２）および（５４）の作動時に、第１のクランプ手段（１２）と第２のクランプ手段（３０）を係合位置と解放位置との間で移動させることができる。他の実施形態では、任意の適切な作動手段が使用されてもよく、係合位置と解放位置の間の第１のクランプ手段（１２）と第２のクランプ手段（３０）の移動は、本明細書に記載されるように、単なる直線運動でなくてもよいことが認識されよう。

入口センサー（６０）は入口導管（８）の第２の端部（１０）に位置し、出口センサー（６２）は出口導管（２６）の第１の端部（２８）に位置する。これらのセンサー（６０および６２）は、排気ガスが排気部品（２）を通り抜ける前後に、排気ガスの物理的および化学的な性質を検知する。入口センサー（６０）と出口センサー（６２）は、温度センサー、ＮＯｘセンサー、ＣＯおよびＣＯ_２センサー、炭化水素センサー、および、圧力センサーを含んでもよい。

クランプ手段（１２）（３０）、作動手段（４８）（５０）、および支持プラットフォーム（４２）は、図１に示されるように、ハウジングまたはフレーム（６４）の内部に収容される。好ましい実施形態では、ハウジング（６４）は、換気扇（６６）の設けられた密閉されたチャンバである。

排気部品（２）を迅速に詰め込み取り除くことができるように、支持プラットフォーム（４２）は、ハウジング（６４）に出入りするように配される。このように、使用時、プラットフォーム（４２）は、ハウジング（６４）から滑り出てもよく、試験される排気部品（２）はプラットフォーム（４２）に置かれもよく、その後、プラットフォーム（４２）がハウジング（６４）内に滑りながら戻ってもよい。この実施例において、支持プラットフォーム（４２）はローラー（６８）に取り付けられる。

図３は、上に記載された試験セル（１）を組み込む試験システム（７０）を示す。システム（７０）は、この実施例ではディーゼルエンジン（７２）である排気ガスの源（７２）を含む。ディーゼルエンジン（７２）は好ましくは約４０ｋＷの出力電力でターボチャージャーで過給され、一定の１５００ｒｐｍで毎秒約１００リットルの排気ガスを生産する。他の実施形態では、排気ガスの源（７２）は、ガスバーナーのような高温ガスの代替源であってもよく、または、触媒の作用を受ける窒素酸化物ガスまたは別の材料が加えられた加熱した空気の流れであってもよい。

エンジン（７２）からの排気ガスはパティキュレートフィルタ（７４）を通過し、これにより、排気ガス流からの微粒子の炭素がろ過され、試験されている排気部品（２）上に炭素が蓄積するのを防ぐ。パティキュレートフィルタ（７４）は、エンジン（７２）で背圧を最小限に抑えるために、大容量フィルターであることが好ましい。排気ガスは、試験用ガスが注入される熱風の気流などの高温ガスの源を含むこともある。

ろ過された排気ガスは、入口導管（８）を介して試験セル（１）に入る前に、流量制御弁（７６）を通る。好ましくは、試験セル（１）の入口導管（８）とエンジン（７２）をつなき、および、排気ガスが通る、すべての導管は、排気ガスからの熱エネルギーの損害を最小限に抑えるために熱的に絶縁される。排気ガスが排気部品（２）を通過すると、排気ガスは出口導管（２６）を通って大気に放出される。

流量制御弁（７６）を用いて、排気部品（２）に入る排気ガスの流速を制御し、それによって、試験が行なわれる空間速度が制御される。制御弁（７６）を用いて迂回経路（７８）を通る排気ガスの流れをそらし、試験セル（１）を迂回させ、および、排気ガスを直接大気に放出することもできる。とりわけ、排気部品（２）を替えている間に排気ガスをそらすと、その結果、排気ガスは入口導管（８）の端部から連続的に放射されなくなり、排気部品を替えるたびにエンジン（７２）を止める必要がなくなる。

エンジン（７２）は発電機（８０）を駆動させるように配される。一般に、これは、４００Ｖと５０Ｈｚで約３５ｋＷを生産することができる３相発電機である。発電機（８０）の電気出力は負荷分散手段（ｌｏａｄ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｍｅａｎｓ）（８２）に供給され、該手段は、ヒーター（８４）と負荷バンク（ｌｏａｄ ｂａｎｋ）（８６）との間で発電機（８０）の電気出力の平衡を保つことにより、一定の負荷の下でエンジン（７２）を維持する。

負荷バンク（８６）は、発電機（８０）の十分な電気エネルギー出力を消散させることができる、電熱ヒーター要素または冷却ファンといった任意の均衡のとれた３相負荷であってもよい。

ヒーター（８４）は、流量制御弁（７６）と試験セル（１）の入口導管（８）の間に位置する。ヒーター（８４）を用いて試験セル（１）に至る入口で排気ガスの温度を急速に加熱して制御する。このようにして排気ガスにさらなる熱エネルギーを加えることにより、排気ガスの加熱効果だけに依存するよりもずっと早く排気部品（２）は必要な触媒動作温度に達することができる。ヒーター（８４）は好ましくは約２０ｋＷの典型的な電力定格を備えた３相のダクトヒーターである。

他の実施形態では、排気部品（２）を直接加熱するために、ヒーターまたは他の適切な発熱体が使用されてもよい。

触媒効率を試験する方法は、ウォールフロー型ディーゼルパティキュレートフィルターをとりわけ参照することでここに記載される。

パティキュレートフィルタ（２）は、第２の端面（６）の中央領域が開口部（４４）に位置合わせされるように、支持表面（４２）に置かれる。空気圧シリンダー（５２）および（５４）をその後作動させ、第１と第２のクランプ手段（１２）（３０）を係合位置へと移動させる。一般に、第１のクランプ手段（１２）は、第２のクランプ手段（３０）の前の位置係合位置に移動し、その結果、フィルター（２）は支持プラットフォーム（４２）上に固定される。この位置で、パティキュレートフィルタ（２）は、第１と第２のシーリングプレート（１４）（３２）の間でクランプで留められ、支持表面（４２）に支持される。シーリングプレート（１４）（３２）はパティキュレートフィルタ（２）の端面（４）（６）に直接接触しており、フィルター（２）の寸法とは正確に一致する必要はなく、試験セル（１）にパティキュレートフィルタ（２）をクランプで留めることは先行技術のシステムよりも簡単である。

クランプで留められた位置において、第１と第２のシーリングプレート（１４）（３２）は、開口部（２４）（４０）がフィルター（２）の軸に沿ってフィルター（２）の対向する端部で位置合わせされるように、位置付けられる。それぞれのシール層（２２）（３８）は、各々の端面（４）（６）で開口部（２４）（４０）を囲む複数の経路を覆い、密閉する。好ましくは、シール層（２２）（３８）の寸法は、シール層（２２）（３８）が少なくとも２０の経路を覆う距離にわたって外側に延びるようなものである。それゆえ、フィルター（２）を通るガス流の経路は、開口部（２４）（４０）の間で定義され、すなわち、フィルター（２）内の全経路の一部のみに限定され、したがって、フィルター（２）の体積の一部のみに限定される。ガス流経路の体積は、少数のまたは多くの経路が排気ガス流に晒されるように、異なる大きさの開口部（２４）（４０）を有するシーリングプレート（１４）（３２）を選択することによって変えられてもよい。シーリングプレート（１４）（３２）は、ガス流路の体積がフィルター（２）の体積の５０％未満であるように、好ましくはフィルター（２）の体積の１５％乃至３０％であるように、最も好ましくはフィルター（２）の体積の約２０％となるように、選択される。

パティキュレートフィルタ（２）がシーリングプレート（１４）（３２）の間でクランプで留められると、流量制御弁（７６）は、排気ガスがエンジン（７２）から試験セル（１）まで流れるように、位置決めされる。排気ガスは、入口導管（８）を通って、入口管（１６）を通って、および、開口部（２４）によって定義されるパティキュレートフィルタ（２）の第１の端部の一部を通って流れる。フィルター（２）を通るガス流路の体積が従来の試験方法よりも小さいため、パティキュレートフィルタ（２）は触媒の試験温度に急速に達することができる。試験温度に達するのにかかる時間は、上記のように、排気ガスが試験セル（１）に入る前に、ヒーター（８４）に排気ガス流を通すことによって排気ガスをあらかじめ加熱することでさらに短縮されることもある。

パティキュレートフィルタ（２）が所望の動作温度で熱平衡に達すると、入口と出口のセンサー（６０）（６２）を使って試験の測定が行われ、一般に、試験の結果は約５分以内に得られる。

試験が終わると、排気ガス流を大気へとそらすために流量制御弁（７６）が位置付けられ、第１と第２のクランプ手段（１２）（３０）は、パティキュレートフィルタ（２）から解放される。その後、フィルター（２）は試験セル（１）から取り除かれる。ガス流の経路の体積が限定され、試験時間も短いことから、パティキュレートフィルタ（２）のケーシング（５）は気温のままであるため、フィルター（２）を上記のように取り除く際にはいかなる専門的な手段も必要としない。一般に、１分または２分以内にフィルター（２）を取り外して別のフィルターと取り替えることができる。

システムを通るガス流速は、位置Ｔ３で排気ダクトにはめられた適切な装置（パイロット管）を用いて測定されることもある。さらに、所望の流速または空間速度でガスが確実に試験体積を通過することが必要とされるため、圧力測定Ｐ１と共に測定を利用して、流れ／背圧データが提供されてもよい。

使用されたフィルター（ＣＴＦ ０３）の結果が図４に示されている。フィルターは、熱した排気ガスを使用して、４分未満で３００°Ｃ以上の安定温度に達し、ＮＯおよびＮＯ２の濃度に対する安定した値は５分以内に達成される。小型エンジンを使用するにもかかわらず、試験領域全体で高流速が達成された（毎時５０，０００の空間速度）。高流速で触媒活性の適切な測定値が得られる。（使用されたフィルターおよび新しいフィルターの各々について）図５および６で示されるように、使用されたフィルターでは、測定された１５％のＮＯ変換効率が達成され、新しいフィルターでは、５回の清掃サイクルの後に２５％のＮＯ変換効率が見られる。この後者の結果によると、清掃サイクルを繰り返しても触媒効率には損害を与えないことが示唆されている。標準的な方法を使用して、これらの結果をエンジン試験台の結果を用いて調整して、高い相関性を有することが分かり、本方法が触媒効率の代表的なものであるが、迅速でコスト効率が良い結果を提供していることが確認された。

上に記載された試験方法のコスト、速度、および精度により、多くの排気部品の評価のための通常の品質管理試験として本試験方法を用いることができる。

ここで、図７に目を向けると、試験セル（１）の代替的な実施形態が示されている。この実施形態では、排気部品（２）の制限された検査体積（８８）を通る排気ガスは、混合弁（９０）を通って試験用ガス（９８）が加えられた高温ガス流（７２）から作られる。試験ガスは、排気部品（２）内で触媒の作用を受ける任意の材料であってもよい。実施例は、酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、または、炭化水素、例えば、メタン、エタン、プロパン、または、ブタンである。ガス流は任意の好都合な源からの熱風であってもよい。この実施形態において、排気部品（２）の触媒効率は、低コストで１０分以内に、かつ、排気ガスを形成するのにエンジンを使うことなく、試験されてもよい。本実施例において、入って来るガス流は流量センサー（９４）によって測定され、制御装置（９２）によって制御される。ガスの温度は温度センサー（９６）によって測定され、背圧は圧力計（１００）によって測定される。排気部品（２）の入口と出口の温度は、各々の温度センサー（ｔｈｅｒｍｏｓｅｎｓｏｒｓ）（１０２および１０８）によって測定される。入口ガス分析器（１０４）および出口ガス分析器（１０６）を用いて、排気部品（２）の上流と下流のガス中の試験材料の濃度を分析する。

図８に示されるように、所定の当初の温度で所定のフィルターに、増量した試験ガス（この実施例ではブタン）を加えることにより、試験ガスの測定と（温度変化から測定された）触媒活性との間の直接的な相関関係を示している。上の線は高触媒活性のフィルターのものであり、下の線は低触媒活性のフィルターのものである。この方法により、エンジンを使用することなく触媒能率を迅速かつ容易に試験することができる。プロパンについての試験結果も得られたが、ブタンの結果と非常に類似していた。プロパン（２２２０ｋｇ／ｍｏｌ）の変換の間に遊離したエネルギーは、ブタン（２８７８ｋｇ／ｍｏｌ）よりもわずかに少なかったが、プロパンの着火温度の方がわずかに高く、試験温度を４５０°Ｃまで上げることができた。

図９では、触媒活性を備えたフィルターの入口と出口の温度に関する結果が示されている。使用される試験用ガスはブタンであった。約５分後、入口温度は約３４０°Ｃで実質的に一定のままであった。出口温度は、ブタンがガス流から取り除かれたとき、急激に落ちこむ前に、ブタンの濃度増加に伴い増加した。

図１０は、異なる噴射率で市販のＤＰＦ（９．５’’／２４１ｍｍ）による炭化水素のパーセンテージ変換を示す。ＤＰＦは３５０°Ｃの温度で維持された。噴射率が低いと炭化水素のパーセンテージ変換は高くなる。

図１１のグラフは、ディーゼル酸化触媒（Ｅｍｉｎｏｘ ＤＯＣ）の温度の変化を示し、熱した排気ガスは触媒の制限区域を通過している。この実施例において、排気ガスは温風の流れであり、ステージ２の間に、プロパンが触媒の上流で温風の流れに注入された。測定された温度は３５０°Ｃ以下からほぼ４５０°Ｃまで上昇した。したがって、制限区域を使用しても、全触媒の触媒効率に関連付けられ得る実質的な温度上昇は妨げられない。

図１２において、４００°Ｃの温風流には当初（ステージ１）、炭化水素は注入されなかった。１００ｌ／分（ステージ２）のプロパンの注入により、出口温度は大幅に上昇し、１５０ｌ／分（段階３）により出口温度はさらに上昇した。５０ｌ／分（ステージ４）に減らすと出口温度は低下し、プロパン注入をやめると（ステージ５）、出口温度は、炭化水素の酸化がない状態と一貫して、入口温度と同じ値にまで再度低下した。

対照的に、図１３のグラフによると、プロパンが注入されたＤＰＦについて入口と出口の温度の間の実質的な差はなく、試験されているＤＰＦが炭化水素を酸化させる触媒を含まないことを示している。

本発明は、速度と効率を改善する、排気部品を試験する装置と方法を提供する。本発明は、特に清掃後にディーゼルパティキュレートフィルターなどの排気部品で使用されてもよい触媒効率に関する迅速なＱＣ試験を提供する。この試験は、約５分以内に、かつ、エンジンを使用する必要なく、「合否」結果を提供することもある。適切な空間速度と２５０°Ｃ以上、とりわけ、３００°Ｃ以上の動作／触媒温度は、コスト効率の良いやり方で容易に達成されることもある。

Claims (14)

1. 排気部品を車両から取り外した際に排気部品の触媒効率を試験する方法であって、
   排気部品は、排気ガスが通過する複数の細長い経路を有し、前記経路は、前記排気部品の第１の端面と第２の端面の間に延び、
   該方法は、
   第１の密閉手段を、排気部品の前記第１の端面に当て、第２の密閉手段を、排気部品の前記第２の端面に当てる工程であって、その結果、前記第１の密閉手段と前記第２の密閉手段が、ガス漏れしない密封を形成し、排気ガスが排気部品の複数の経路を通過するのを防ぐ、工程、
   排気ガスを、排気部品内を通過させる工程、および、
   排気ガスが前記排気部品を通って流れる前後に、排気ガスの特性を測定する工程を含み、
   前記経路を通る排気ガスの流れは、排気ガスが通過する排気部品の体積が減少するように、前記第１の密閉手段と前記第２の密閉手段によって制限される、方法。
2. 排気ガスが通過する排気部品の体積は、５０％未満である、請求項１に記載の方法。
3. 排気ガスが通過する排気部品の体積は、１５％乃至３０％である、請求項１に記載の方法。
4. ガスが通過する排気部品の体積は、ガスが排気部品の周辺領域を通過しないように、排気部品の中心に位置している、請求項１に記載の方法。
5. 第１の密閉手段は第１のシーリングプレートを含み、第２の密閉手段は第２のシーリングプレートを含み、該方法は、前記第１のシーリングプレートと前記第２のシーリングプレートの間で排気部品をクランプで留める工程をさらに含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 排気部品はパーティキュレートフィルタである、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 排気ガスが排気部品を通る前に排気ガスをあらかじめ加熱する工程を含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 排気ガスを、排気部品内に通過させる工程は、排気ガスの入口に加熱したガス流を与える工程を含み、加熱したガスは排気部品中の触媒の作用を受ける材料を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記材料は排気部品の加熱したガス流の中に注入される、請求項８に記載の方法。
10. 前記材料は、窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素、または、これらのガスの少なくとも複数の混合物である、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記排気部品を加熱する工程を含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 排気部品の触媒効率を試験するために請求項１の方法で使用される装置であって、
    排気部品は、排気ガスが通過する複数の細長い経路を有し、前記経路は、前記排気部品の第１の端面と第２の端面の間に延び、
    該装置は、
    第１のクランプ手段と第２のクランプ手段であって、それぞれが、排気ガスが運ばれる際に通る導管の端部を収容するための開口部を含むシーリングプレートを備える、クランプ手段、
    前記開口部内にあり、排気ガスの源に接続された導管、および、
    第１のクランプ手段のシーリングプレートが排気部品の前記第１の端面と接触し、第２のクランプ手段のシーリングプレートが排気部品の前記第２の端面と接触するクランプ位置に、第１のクランプ手段と第２のクランプ手段を移動させる手段であって、その結果、第１のシーリングプレートと第２のシーリングプレートの開口部が位置合わせされ、それによって、前記開口部の間で前記排気部品を通るガスの流路が定められる、手段、
    を備える、装置。
13. シーリングプレートはセラミック製のフェルト材料で作られたシール層を含む、請求項１２に記載の装置。
14. クランプ位置に、第１のクランプ手段と第２のクランプ手段を移動させる手段は、空気圧シリンダーを含む、請求項１２または１３に記載の装置。