JP4740262B2 - ハニカム体内への測定センサの位置決め方法および原動機付き乗り物 - Google Patents

Description

本発明の対象は、ハニカム体内への測定センサ、特にラムダプローブ（ラムダセンサ）の位置決め方法、当該ハニカム体、および、当該ハニカム体を有する原動機付き乗り物である。かかるハニカム体は、特に例えば自動車あるいは自動２輪車のような原動機付き乗り物の排気ガス装置における触媒担体またはフィルタ体として採用されている。

ハニカム体は、特に自動車、自動２輪車、４輪バイク、船あるいは航空機の排気ガス装置における触媒担体および／またはフィルタ体として採用され、流体、特に排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞（通路）を有している。この排気ガス装置は、通常、例えば独国実用新案登録第８８１６１５４号明細書に示されているように、特にハニカム体に形成することもできる特にラムダプローブおよび／または制御プローブのような測定センサも有している。例えば国際公開第０２／０７５１２６号パンフレットにより、金属層で構成され複数の空洞を含むハニカム構造物を有するハニカム体に、例えば触媒活性被覆に対して最小の表面損失しか生じないように測定センサを設ける方法が知られている。セラミックハニカム構造物を有するハニカム体において、測定センサを収容するためにハニカム構造物に空洞を設ける種々の方法が知られ、例えばハニカム構造物に穴を穿つ方法が知られている。

しかしこれらすべての方法の場合、測定センサのできるだけ系統的誤差のない測定結果を保証するために、測定センサがどこに位置決めされねばならないかはいまだ明らかにされていない。

本発明の課題は、従来技術について述べた技術的問題を少なくとも部分的に解消すること、および特に、ハニカム体内の測定センサの位置に起因して起こり得る系統的誤差ができるだけ少なくなるように測定センサが位置決めされる、ハニカム体内への測定センサの位置決め方法を提案することにある。また、当該ハニカム体および当該ハニカム体を備えた原動機付き乗り物を提案することにある。

ハニカム体内への測定センサの位置決め方法に関する課題は、本発明によれば、排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞を有するハニカム体内に測定センサを位置決めする方法において、
ハニカム体を含む排気ガス装置を備えた原動機付き乗り物を固定し、
試験手順によっておよび／または排気ガス装置の運転の計算によって、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体の運転中に水素濃度の１つの極小値が存在する前記ハニカム体の領域を求め、
水素濃度のこの極小値の領域に測定センサを配置する
ことによって解決される。
ハニカム体内への測定センサの位置決め方法に関する実施態様は次の通りである。
・測定センサ（９）を配置する領域（ｘ）は、ハニカム体（１）の軸方向長（Ｌ）の１０％の長さが極小値（１０，１１）の位置（ｘ _M ）を中心として軸方向（４）およびその逆方向にそれぞれ、すなわちｘ _M −Ｌ／１０＜ｘ＜ｘ _M ＋Ｌ／１０の軸方向領域に延びている（請求項２）。
・測定センサが、ハニカム体の端面の後方の実質的に２０〜６０ｍｍの領域に配置されている。
・極小値の位置（ｘ _M 、ｘ _M2 ）が、欧州のエバポレイティブエミッションテスト"ＳＨＥＤ２０００"、欧州の型式検定試験"Ｔｙｐｅ ＩＶ"あるいは米国の連邦試験法で決定される（請求項３）。
・位置決めのために次の測定センサすなわち
ａ）ラムダプローブ
ｂ）制御プローブ
の少なくとも１つが使われる（請求項４）。
・測定サンサの位置を決定するために利用される極小値が最小値である（請求項５）。
原動機付き乗り物に関する課題は、本発明によれば、排気ガスを発生する内燃機関と、少なくとも１つの排気ガス浄化構成要素が設けられた排気ガス装置とを備え、排気ガス浄化構成要素は、排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞を持ち測定センサを含むハニカム体を有している原動機付き乗り物において、本発明による方法が実施されることによって、測定センサが、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体の運転中に水素濃度の１つの極小値が存在する前記ハニカム体の領域に配置されることによって解決される。
なお、本発明によれば、次のようなハニカム体も提案される。
・排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞を備え測定センサを有するハニカム体において、
測定センサは、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体の運転中に水素濃度の少なくとも１つの極小値が存在する領域に配置されている。
・測定センサを配置する領域は、ハニカム体の軸方向長の実質的に１０％の長さが極小値の位置を中心として軸方向およびその逆方向にそれぞれ延びている。
・測定センサが、ハニカム体の端面の後方の実質的に２０〜６０ｍｍの領域に配置されている。
・測定センサが次のプローブすなわち
ａ）ラムダプローブ
ｂ）制御プローブ
の少なくとも１つを有している。
・測定センサを配置する領域は水素濃度の最小値を含んでいる。
・ハニカム体が少なくとも部分的なセラミックハニカム構造物を有している。
・ハニカム体が少なくとも部分的な金属ハニカム構造物を有している。

排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞を有する本発明に基づくハニカム体内への測定センサの位置決め方法において、測定センサは、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体の運転中に水素濃度の少なくとも１つの極小値が存在する領域に位置決めされている。

特にラムダプローブは接触する水素濃度に敏感に反応し、即ち、プローブから送信された測定結果は接触する水素濃度に大きく左右されることが分かっている。かかる系統的誤差をできるだけ小さくし、特に測定結果のこの系統的誤差の時間的変動をできるだけ小さくするために、本発明に基づいて、測定センサを水素極小値の領域に配置することが提案される。かかる極小値の存在は、触媒担体として採用されるハニカム体で特に並行に進行する多くの化学反応に起因している。水素が消費される反応のほかに、例えば酸素の酸化時あるいは窒素酸化物の還元時に、例えば一酸化炭素（ＣＯ）と水（Ｈ₂Ｏ）が二酸化炭素（ＣＯ₂）と水素（Ｈ₂）に転換されるシフト反応のように水素が発生される反応も、あるいは水蒸気改質反応も進行する。

水素濃度の極小値の領域に測定センサを位置決めすると、有利に、水素に対する測定センサの交差感度により生ずる系統的誤差ができるだけ小さくなる。水素濃度極小値に対して僅かにずらされた測定センサの位置決めも、上述の系統的誤差のかなりの減少を引き起こすことが新たに判明した。これにより、極小値自体への測定点の位置決めだけでなく、極小値周辺の領域への位置決めも有利であり、本発明思想に属する。

好適には、ハニカム体が、例えば欧州のエバポレイティブエミッションテスト（Evaporative Emissions Test）“ＳＨＥＤ２０００”、欧州の型式検定試験（Type Approval Test）“Ｔｙｐｅ ＩＶ”あるいは米国の連邦試験法（Federal Test Procedure）のような標準排気ガス試験を受けることによって、極小値の位置が検出される。これらの試験において、正確な試験サイクルと、例えば燃料温度、燃料組成、走行速度などのような細部は予め決められる。

ここで“原動機付き乗り物”とは、本件明細書において、特に自動車、自動２輪車あるいは４輪バイク、船あるいは航空機を意味する。“水素濃度”とは、特に半径方向において水素濃度が平均化された軸方向の水素濃度を意味する。ハニカム体は、特に触媒担体および／または開放形粒子フィルタのようなフィルタ体、あるいは特に交互に閉鎖された通路を備えたディーゼル粒子トラップである。ハニカム体は外被管内に、空洞を含むか又は形成するハニカム構造物を有する。

“測定センサの位置”とは、特に測定センサの対称線あるいは縁の位置を意味する。“測定センサ”とは、ここでは特に、ラムダプローブ、制御プローブ、温度センサ、および／または、例えば炭化水素や窒素酸化物の濃度を検出するためのガス濃度センサを意味する。

本発明に基づく方法の有利な実施態様において、測定センサを位置決めする領域は、ハニカム体の軸方向長の実質的に１０％の長さが極小値の位置を中心として軸方向およびその逆方向にそれぞれ延びている。

これは、測定センサが、ハニカム体の軸方向長の実質的に１０％の長さを有し第１方向に延びる部分領と、ハニカム体の軸方向長の実質的に１０％の長さを有し第１方向とは逆方向の第２方向に延びる部分領域とに配置されていることを意味する。複数の水素濃度極小値が存在する際、特にこの領域における最小値が関係する。

本発明に基づく方法の有利な実施態様において、測定センサは、ハニカム体の端面、特に排気ガス入口側端面の後方の実質的に２０〜６０ｍｍ、好ましくは３０〜４０ｍｍの領域に配置されている。

多くのハニカム体は、例えば流れに影響を与える構造物を空洞内に形成することによって与えられる優先流れ方向を有する。このため、排気ガス装置内に組み込まれていないハニカム体の場合でも、排気ガス入口側ははっきり分かる。驚くべきことに、多くのハニカム体において、水素濃度の極小値はハニカム体の排気ガス入口側端面の後方の実質的に２０〜６０ｍｍ、特に３０〜４０ｍｍの領域に位置している。

本発明に基づく方法の他の有利な実施態様において、極小値の位置は、欧州のエバポレイティブエミッションテスト（Evaporative Emissions Test）“ＳＨＥＤ２０００”、欧州の型式検定試験（Type Approval Test）“Ｔｙｐｅ ＩＶ”あるいは米国の連邦試験法（Federal Test Procedure）で検出される。しかし他の試験方法も可能であり、本発明思想に属する。

本発明に基づく方法の他の有利な実施態様において、位置決めのために次の測定センサすなわち
ａ）ラムダプローブ
ｂ）制御プローブ
の少なくとも１つが使われる。

制御プローブとは、制御回路の一部である測定センサを意味する。制御プローブはラムダプローブの機能を有するか又はラムダプローブであり、制御プローブによって別の機能も実施できる。例えば、制御プローブは、温度センサ、および／または、例えば炭化水素または窒素酸化物の濃度を検出するためのガス濃度センサを有することができる。

本発明に基づく方法の他の有利な実施態様において、１つの極小値は最小値である。

ハニカム体の運転パラメータに関係して、水素濃度の複数の極小値が生じるので、測定センサは水素濃度最小値の領域に配置されると好ましい。

本発明における別の課題に応じて、排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞を備え測定センサを有するハニカム体において、測定センサは、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体の運転中に水素濃度の少なくとも１つの極小値が存在する領域に配置されている。

極小値の領域に測定センサを配置すると、水素に対する測定センサの交差感度に基づく系統的誤差が最小になる。好適には、測定センサとしてラムダプローブあるいは制御プローブが有利である。極小値は、欧州のエバポレイティブエミッションテスト（Evaporative Emissions Test）“ＳＨＥＤ２０００”、欧州の型式検定試験（Type Approval Test）“Ｔｙｐｅ ＩＶ”あるいは米国の連邦試験法（Federal Test Procedure）のような公知の試験法で検出される。好適には、測定センサの位置は上述した方法に応じて決定される。

本発明に基づくハニカム体の他の有利な実施態様において、測定センサを配置する領域は、ハニカム体の軸方向長の実質的に１０％の長さが極小値の位置を中心として軸方向およびその逆方向にそれぞれ延びている。

本発明に基づくハニカム体の他の有利な実施態様において、測定センサは、ハニカム体の端面、特に排気ガス入口側端面の後方の実質的に２０〜６０ｍｍ、好ましくは３０〜４０ｍｍの領域に配置されている。

本発明に基づくハニカム体の他の有利な実施態様において、測定センサは次のプローブすなわち
ａ）ラムダプローブ
ｂ）制御プローブ
の少なくとも１つを有している。

本発明に基づくハニカム体の他の有利な実施態様において、測定センサを配置する領域は水素濃度の最小値を含んでいる。

本発明に基づくハニカム体の他の有利な実施態様において、ハニカム体は少なくとも部分的なセラミックハニカム構造物および／または少なくとも部分的な金属ハニカム構造物を有している。

この場合、ハニカム構造物は、場合によっては例えば金属から成る挿入物を入れて、モノリシックセラミックスとして構成される。ハニカム構造物は、少なくとも部分的に構造化された層と、場合により実質的に平形の層とで形成され、その例えば少なくとも部分的に構造化された層はスパイラル状に巻回され、あるいは例えば実質的に平形の層と少なくとも部分的に構造化された層とから成る積層体が捻られる。これらの層は、薄板層、繊維層、特にセラミックス繊維および／または金属繊維から成る繊維層、他の多孔質層、特に金属多孔質層および／またはセラミックス多孔質層およびそれらの混合体および／または複合体を有する。ハニカム構造物は、例えば押出成形され、ラピッドプロトタイピング（Rapid Prototyping）技術により構成され、あるいは巻回され、あるいは捻られる。あらゆる巻回技術、捻り技術および押出技術が可能であり、本発明思想に属する。

さらに、少なくとも１つのハニカム体を有する本発明に基づく原動機付き乗り物を提案する。ここで“原動機付き乗り物”とは、特に自動車、自動２輪車、あるいは４輪バイク、船あるいは航空機を意味する。

これは特に、かかるハニカム体を有する少なくとも１つの排気ガス浄化構成要素が配置された排気ガス装置を備えた原動機付き乗り物を意味する。排気ガス装置は、通常、排気ガスを発生する内燃機関（例えばディーゼルエンジンやオートーエンジン）と排気ガス管とを有し、排気ガスはその排気ガス管を通して流れ方向に導かれ、有害物質を転換あるいは除去するために排気ガス管内に配置された排気ガス浄化構成要素（例えば触媒コンバータ、フィルタ、粒子トラップ、吸収器など）と接触される。その場合、ハニカム体を備えた少なくとも１つの排気ガス浄化構成要素は上述したように形成されている。好適には、少なくとも１つの測定センサの配置は、所望の排気ガス装置に対する測定センサ位置が、試験法（テスト・プロセジュア）および／または（例えばコンピュータ支援での）計算によって求められるように行われる。

本発明に基づく方法に対して開示されたすべての利点は、本発明に基づくハニカム体および本発明に基づく原動機付き乗り物に転用および利用でき、その逆も言える。

以下図を参照して本発明を詳細に説明する。なお本発明はここに図示された特に有利な実施例とその利点に限定されるものではない。

図１は本発明に基づくハニカム体１の第１実施例を概略的に示している。ハニカム体１はハニカム構造物２を有し、このハニカム構造物２は、流体が少なくとも部分的に貫流できハニカム体１の軸方向４に延びる複数の空洞（通路）３を有している。これらの空洞３は、実質的に平形の層５と、少なくとも部分的に構造化された層６とにより形成されている。少なくとも部分的に構造化された層６は、理解し易くする理由から、ハニカム構造物２の一部しか横断面図で示されておらず、波形に形成されている。この関係において、実質的に平形とは、実質的に平形の層５が少なくとも部分的に構造化された層６の構造物の振幅より小さい振幅を持つ構造物を有していてもよいことを意味する。この実施例において、両層５、６は積層体の形に積層され、２個の固定点７を中心として捻られている。

ハニカム構造物２は測定センサ収容部８を有し、その中に測定センサ９が収容されている。測定センサ９として、特にラムダプローブ、制御プローブ、温度センサ、および／または、例えば炭化水素または窒素酸化物の濃度を検出するためのガス濃度センサが利用される。特に、制御プローブにも含まれるラムダプローブが有利である。測定センサ９は、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体１の運転中に水素濃度極小値の領域に位置する場所に置かれている。軸方向４に関するその極小値位置は上述した試験で検出される。

図２は、本発明に基づくハニカム体１内の水素（Ｈ₂）の濃度ｃの推移を相対単位で概略的に示している。濃度ｃは軸方向４における座標ｘに関して記されている。ハニカム体１はこの実施例では７０ｍｍの長さＬを有している。濃度ｃの推移は最小値としての第１極小値１０を極小値座標ｘ_Mに有する。水素濃度ｃの第２極小値１１は第２極小値座標ｘ_M2に存在する。極小値座標ｘ_Mはハニカム体１の端面１２の後方の３０〜４０ｍｍの領域に位置する。ハニカム体１の端面１２は、図２に示された濃度推移において座標ｘの零点にある。測定センサ９は第１極小値１０の極小値座標ｘ_Mの領域に配置されている。

図３は、本発明に基づくハニカム体１のハニカム構造物２の一部を概略縦断面図で示している。このハニカム構造物２は、この実施例の場合、セラミックスからモノリシック的に例えば押出成形され、図示されていない測定センサ９を収容するための測定センサ収容部８を有している。測定センサ収容部８、従って測定センサ９も極小値座標ｘ_Mの領域に位置し、その領域は、好適には、ハニカム体１の軸方向長Ｌの１０％の長さが極小値座標ｘ_Mを中心として軸方向４およびその逆方向にそれぞれ延びている。即ち、測定センサ９つまり測定センサ収容部８はｘ_M−Ｌ／１０＜ｘ＜ｘ_M＋Ｌ／１０の領域に位置している。この場合、測定センサ９の位置は、測定センサ９の縁並びに測定センサ９の対称軸に関係する。測定センサ９が軸方向４に対して直角でなく、９０°と異なった角度でハニカム構造物２内に挿入される場合、測定センサ９は上述の有利な領域内で、測定センサ９の一部しかその領域に位置しないときも、極小値座標ｘ_Mを中心にして配置される。

本発明に基づく測定センサ９の位置決め方法は、水素に対する測定センサ９の存在する交差感度のために生ずる系統的誤差ができるだけ小さくなるように、測定センサ９をハニカム体１の中に位置決めすることを有利に可能にする。これは特にラムダプローブに当てはまる。本発明に基づくハニカム体１は、系統的誤差ができるだけ小さい特に信頼できる測定データを発信するように位置決めされた測定センサ９を有している。

本発明に基づくハニカム体の第１実施例の概略図。 本発明に基づくハニカム体における水素濃度の推移の概略線図。 本発明に基づくハニカム体の長手軸線に関連した部分概略縦断面図。

符号の説明

１ ハニカム体
２ ハニカム構造物
３ 空洞（通路）
４ 軸方向
５ 実質的に平形の層
６ 少なくとも部分的に構造化された層
７ 固定点
８ 測定センサ収容部
９ 測定センサ
１０ 第１極小値
１１ 第２極小値
１２ 端面
Ｌ ハニカム体の軸方向長
ｃ 水素濃度
ｘ_M 極小値座標
ｘ_M2 第２極小値座標

Claims (6)

1. 排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞（３）を有するハニカム体（１）内に測定センサ（９）を位置決めする方法において、
   ハニカム体を含む排気ガス装置を備えた原動機付き乗り物を固定し、
   試験法によっておよび／または排気ガス装置の運転の計算によって、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体（１）の運転中に水素濃度（ｃ）の１つの極小値（１０，１１）が存在する前記ハニカム体（１）の領域（ｘ）を求め、
   水素濃度（ｃ）のこの極小値（１０，１１）の領域（ｘ）に測定センサ（９）を配置する
   ことを特徴とするハニカム体内への測定センサの位置決め方法。
2. 測定センサ（９）を配置する領域（ｘ）は、ハニカム体（１）の軸方向長（Ｌ）の１０％の長さが極小値（１０，１１）の位置（ｘ_M）を中心として軸方向（４）およびその逆方向にそれぞれ、すなわちｘ _M −Ｌ／１０＜ｘ＜ｘ _M ＋Ｌ／１０の軸方向領域に延びていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 極小値（１０，１１）の位置（ｘ_M、ｘ_M2）が、欧州のエバポレイティブエミッションテスト"ＳＨＥＤ２０００"、欧州の型式検定試験"Ｔｙｐｅ ＩＶ"あるいは米国の連邦試験法で決定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 位置決めのために次の測定センサ（９）すなわち
   ａ）ラムダプローブ
   ｂ）制御プローブ
   の少なくとも１つが使われることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 測定サンサの位置を決定するために利用される極小値（１０）が最小値であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
6. 排気ガスを発生する内燃機関と、少なくとも１つの排気ガス浄化構成要素が設けられた排気ガス装置とを備え、排気ガス浄化構成要素は、排気ガスが少なくとも部分的に貫流できる複数の空洞（３）を備え測定センサ（９）を含むハニカム体（１）を有している原動機付き乗り物において、請求項１乃至５の１つに記載の方法が実施されることによって、測定センサ（９）が、原動機付き乗り物の排気ガス装置におけるハニカム体（１）の運転中に水素濃度（ｃ）の１つの極小値（１０，１１）が存在する前記ハニカム体（１）の領域に配置されることを特徴とする原動機付き乗り物。

Images