KR20080055934A - 입자 여과 장치 제어 및 제조 방법 - Google Patents

입자 여과 장치 제어 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 주제는 디젤 엔진의 배기 라인에서 사용하기 위한 미립자 필터의 견고성을 점검하기 위한 방법이며, 먼저 상기 필터의 매연 질량 한계를 결정하는 단계와, 새 필터를 상기 매연 질량 한계의 최소 2배 및 최대 3배 수준의 매연으로 적재하는 단계와, 상기 필터가 가혹 재생을 겪게 하는 단계를 포함하고, 그 후, 순서에 상관없이, 상기 필터의 여과 효율을 결정하는 단계와, 상기 필터의 압력 강하를 측정하고 이를 새로운 필터의 압력 강하와 비교하는 단계와, 상기 필터의 균열의 수준을 측정하는 단계와, 마지막으로 기계적 응력 이후에 상기 필터의 무결성을 점검하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 주제는 필터의 견고성을 진단하기 위한 방법이다.
디젤 엔진, 미립자 필터, 견고성, 매연 질량 한계, 여과 효율

Description

입자 여과 장치 제어 및 제조 방법{METHODS FOR CONTROLLING AND MAKING PARTICLE FILTERING DEVICES}
본 발명은 연료의 연소에 의해 생성된 매연을 제거하기 위하여 디젤 엔진의 배기 라인에서 사용되는 미립자 필터 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 이러한 필터의 열기계학적 특성을 제어 및 진단하기 위한 방법과 미립자 필터를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진은 상당량의 매연을 발생시키는 것으로 공지되어 있다. 이는 발생되는 모든 매연 입자를 연소시키기에는 불충분한 연소 챔버 내의 온도와 연소 화염의 한가운데에서 산소가 없는 상태에서의 탄화수소 열분해에서 기인한다. 이러한 매연은 차량 외부로 배출되는 경우, 미연 탄화수소를 응축시키는 핵으로 작용함으로써, 흡입될 수도 있고 바로 폐포로 이동할 수 있는 작은 크기의 고형 입자를 구성한다.
차량 외부로의 매연 배출을 제한하고 점점 엄격해지는 환경 기준을 충족시키기 위하여, 선택적으로 촉매 장치와 결합된 여과 장치를 배기 라인에 제공하는 것이 공지되어 있으며, 상기 촉매 장치는 오염 가스 배출물을 불활성 가스로 전환하는 것을 목적으로 한다. 오염 가스 배출물에는 특히 미연 탄화수소와 질소산화 물(NOx) 또는 일산화탄소(CO)도 있다.
일반적으로 "미립자 필터(particulate filter)"로 칭해지는 매연 여과 장치는 대체로 다공성 세라믹 필터 지지부로 구성된다. 이러한 지지부는 대체로 벌집 구조를 지니며, 상기 구조의 일 표면은 여과되는 배기 가스의 유입을 허용하고 다른 표면은 여과되는 배기 가스의 배출을 허용한다. 이러한 표면 사이에서, 필터 구조는 다공성 벽에 의해 서로 분리되어 있는 종적이고 평행한 채널의 조립체를 구비하고, 배기 가스가 상기 다공성 벽을 통과하도록 하기 위하여 상기 채널은 채널의 일 단부에서 마감된다. 조립체를 잘 밀봉하기 위하여, 구조물의 주연부는 코팅 시멘트로 알려진 시멘트로 둘러싸인다. 필터는 종종 캐닝(canning)으로 칭해지는 보호 도장(protective coating)으로도 둘러싸이고, 유리 섬유 매트와 금속 자켓(jacket)으로 형성된다. 더욱 양호한 내열 충격성을 부여하기 위하여, 때때로 필터는 벌집 구조를 갖는 평행 6면체의 모놀리식(monolithic) 요소들의 조립체로 구성되고, 상기 요소는 시멘트를 이용하여 조립된다.
통상적으로 사용되는 세라믹은 대개 근청석(Mg2Al4Si2O18) 또는 탄화 규소(SiC)이며, 상기 탄화 규소(SiC)는 열 전도성과 내식성의 특성 때문에 선호된다.
엔진의 작동 중에, 미립자 필터는 다공성 벽에 퇴적되는 매연 입자로 적재된다. 연소 챔버에서와 같은 동일한 방식으로, 매연의 연소를 허용하는데 필요한 최저 온도의 문제가 존재한다. 매연이 필터에 남아있기 때문에, 연소 반응이 연소 챔버에서보다 느려질 수도 있으며, 이는 매연의 연소 온도를 600℃ 근처까지 떨어 뜨리는 것을 가능하게 한다. 그러나 이러한 이익은 엔진의 전체 작동 범위에 걸쳐 필터 내에서 매연의 연소를 보장하기에는 불충분하다. 따라서 매연이 연소하는 동안 여과 사이클 이후에 재생 사이클을 제공하는 것이 필요하다.
따라서 미립자 필터는 다음 방법에 의해 작용한다.
- 배기 가스의 온도가 허용하는 경우 매연의 준 동시(quasi-simultaneous) 여과 및 연소,
- 배기 가스의 온도가 매우 낮은 경우 필터 내 매연 입자의 잔존 및 축적,
- 매연의 축적으로 인한 압력 강하가 용인할 수 없게 되기 이전에의 필터의 재생.
매연 잔존 상태 동안에 필터의 점진적 막힘은 특히 엔진의 연료 소비의 증가로 나타나는 압력 강하의 증대를 야기한다.
연료가 배기 라인에서 연소되는 엔진 사이클의 후반부에 연료를 분사하는 후분사를 사용하여 배기 가스의 온도를 상승시킴으로써 재생 단계가 실행된다.
재생 동안에는 매연의 발열 연소 때문에, 필터가 높은 온도를 겪으며, 게다가 매연 입자가 필터의 중앙부와 하류부에 주로 퇴적됨으로써 필터의 재료에 불균일한 온도가 가해진다. 따라서 필터는 여과 능력의 부분적 손실 또는 총손실로 이어되는 재료 내의 미소균열을 발생시킬 수 있는 고열 충격을 겪는다.
필터의 견고성을 지속시키기 위하여 열기계학적 강도 면에서 소정의 필터의 성능을 예측하고 제어할 수 있는 것이 중요하다.
"견고성(robustness)"이라는 용어는 본 발명의 의미 내에서, 직접적 조정 없 이, 간선도로에서 60%, 시내에서 15% 및 고속도로에서 25%의 시간으로 구동되는 조건을 포함하는 형태인 통상적인 구동 조건 하에서 허용 작동 수준을 유지하는 필터의 능력을 의미한다.
"매연 질량 한계(soot mass limit)"로 알려진 일반적으로 사용되는 파라미터는 소위 가혹 재생(severe regeneration) 사이클이 균열을 발생시키기 시작하는 필터에 축적된 매연 함유량으로 결정된다. 가혹 재생은, 재생이 이미 진행중일 때 엔진이 공전속도(통상적으로 800 rpm의 속도)로 변하는 것이 특징이다. 이는 낮은 배기 가스 유량에 대해서 산소의 대량 공급에 의하여 매연의 연소를 가속시키는 효과를 갖는다. 따라서 매연 질량 한계가 결정되면, 자동차 제조업자들에게 있어서는 이 질량 한계 이하로 축적된 매연 질량에 대해서만 재생이 발생하도록 재생 빈도를 구성하는 것이 문제이다. 필터에 축적된 매연의 질량을 즉시 추정하는 시스템이 발달되어 왔으며, 대체로 압력 강하의 측정, 즉 필터의 상류부와 하류부 사이의 차압을 기초로 한다.
그러나 발명자들은 이러한 파라미터가 견고성을 예측하는 면에서 불충분하고, 필터의 다음 작동 동안에 모든 재생이 매연 질량 한계 이하에서 수행되는 것을 보장하는 것이 특히 불가능하다고 설명한다. 매연 질량 한계보다 대체로 높은 매연 질량, 특히 매연 질량 한계의 약 2배에 대하여 재생이 발생하는 결과를 다양한 계수들이 가져올 수 있다는 것은 발명자들에게는 명백했다. 이는 특히 (예컨대, 오일 다량 소모와 관련된) 엔진의 기술적 문제의 경우 또는 도시 환경에서의 운전시, 연소 챔버의 외부로 배출되는 매연 양에 대한 과소평가 또는 실제로 축적된 매 연 질량과 측정된 압력 강하 사이의 낮은 상관관계가 특히 문제가 될 수도 있다. 이러한 문제점의 일 해결방안은 재생 빈도를 증가시키는 것이나, 이는 연료 소비를 증가시키는 단점을 지닌다.
따라서, 미립자 필터의 견고성을 점검하고 진단하며, 이 견고성이 보장되도록 하는 필터 재료 및 구조를 선택하는 것을 가능하게 할 필요가 있다.
이러한 목적에 있어서, 본 발명의 제1 양태는 디젤 엔진의 배기 라인에서 사용되는 미립자 필터의 견고성을 점검하기 위한 방법이며, 다음의 단계들을 포함한다.
- 먼저 상기 필터의 매연 질량 한계를 결정하는 단계와, 새 필터를 상기 매연 질량 한계의 최소 2배 및 최대 3배 수준의 매연으로 적재하는 단계와, 상기 필터가 가혹 재생을 겪게 하는 단계와,(아래 단계는 순서와 상관 없음)
- 상기 필터의 여과 효율을 결정하는 단계와,
- 상기 필터의 압력 강하를 측정하고 이를 새로운 필터의 압력 강하와 비교하는 단계와,
- 상기 필터의 균열의 수준을 측정하는 단계와,
- 기계적 응력 이후에 상기 필터의 무결성을 점검하는 단계.
본 발명의 다른 양태는 디젤 엔진의 배기 라인에서 사용하기 위한 미립자 필터의 견고성을 진단하는 방법이며, 본 발명에 따라 점검하는 방법을 수행하는 단계와, 상기 필터의 여과 효율, 압력 강하의 변동, 균열 수준 및 무결성을 미리 정해진 수치 및/또는 미리 정해진 수준과 비교함으로써 필터의 견고성을 진단하는 단계를 포함한다.
이러한 방법은, 높은 정확도로 미립자 필터의 견고성의 여부를 보장하고, 이를 보다 적은 비용으로 가능하게 하며, 이러한 목적을 달성하는데 필요하고 충분한 세트의 시험이 수행되었다.
매연 질량 한계의 결정은 양호하게는, 상이한 매연 질량으로 적어도 10개의 필터 군을 적재시키는 단계와, 각각의 상기 필터를 가혹 재생을 겪게 하는 단계와, 육안으로 보이는 균열이 나타나는 매연 질량을 결정하는 단계를 포함한다.
가혹 재생은 양호하게는 매연의 연소 시작 후 엔진을 공전속도로 변화시키는 단계를 포함한다. 가혹 재생 단계는, 한 종류의 필터의 매연 질량 한계를 결정하는 문제인 경우와, 본 발명에 따른 시험 세트를 실행하기 이전에 매연으로 적재된 필터를 재생시키는 문제인 경우에 동일한 방식으로 바람직하게 수행된다.
새로운 필터는 양호하게는 가혹 재생을 겪기 이전에 매연 질량 한계의 약 2.5배의 매연 수준으로 적재된다.
필터의 여과 효율은 필터의 유입구에서의 양에 대한 필터의 배출구에서 배출되는 매연의 양을 측정함으로써 바람직하게 결정된다. 이를 위하여, 매연 측정기(smoke meter)를 디젤 엔진의 배기 라인에 배치된 미립자 필터의 상류부 및 하류부에 위치시키는 것이 가능하다. 매연 측정기는 매연으로 인한 흑색화(blackening)의 측정에 의하여 배출된 매연 입자의 양을 결정할 수 있다. 측정하는 동안, 엔진은 양호하게는 최고 출력에 대응하는 작동 포인트에 위치된다.
"압력 강하(pressure drop)"라는 표현은 본 발명의 의미 내에서 필터의 상류부 및 하류부 사이의 차압을 의미한다. 압력 강하는 새로운 필터와 재생된 필터에 대하여 동일한 프로토콜을 따라 측정되어야 한다. 당업자들에게 공지된 다양한 방법들이 존재한다.
필터의 균열 정도는 양호하게는 특히 특허 출원 공보 제FR-A-2 840 405호에 기술된 방법에 따른 비파괴 형식 방법을 사용하여 측정되며, 특히 필터를 통한 초음파의 전파를 측정함으로써 이뤄진다. 전파 파라미터들(전파 속도, 초음파의 주파수 및 진폭) 중에서, 속도는 균열의 양 및 심각성에 대한 신뢰도 높은 지표로 입증되었다. 새로운 물질을 통한 초음파의 전파 속도에 대한 전파 속도에서의 너무 큰 감소는 특히 균열의 존재와 상당히 관련이 있을 수 있다. 따라서 균열 정도의 측정은 양호하게는 필터를 통한 초음파의 전파 속도 측정과 새로운 필터를 통한 등가 측정 사이의 비교를 통해 수행된다.
필터의 기계적 무결성은 양호하게는, 특히 엔진의 배기 라인 내 필터가 겪은 그러한 진동 상태에서 필터가 있게 된 이후에 필터의 구성요소들이 단단히 부착되어 남아있는지를 증명함으로써 점검된다. 본 발명에서 "구성요소(components)"라는 용어는 필터 주위의 섬유 매트와 조립된 필터의 경우에 시멘트에 의해 서로 조립된 평행6면체의 모놀리식 요소를 의미한다. 불충분한 기계적 무결성은 필터와 섬유 매트의 분리, 또는 조립된 필터의 1개 이상의 모놀리식 요소들의 분리에 의하여 증명될 수도 있다.
작동의 편리함으로 인해, 시험은 양호하게는 대기 온도에서 수행된다. 때때로 더 높은 온도에서 수행될 수도 있다. 바람직하게는, 경험하는 진동은 50 Hz와 250Hz 사이의 주파수 및 30g의 가속도에 대한 적어도 15분의 지속시간을 특징으로 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 의미 내에서, 다음의 지수들이 정의된다.
- 여과 효율 지수
- 압력 강하 지수
- 균열 지수
- 무결성 지수
이러한 지수들은 매연 질량 한계를 미리 결정하고 이 매연 질량 한계의 약 2.5배가 적재된 필터에 가혹 재생을 수행하여, 이하에서 정의되는 프로토콜에 의해 측정된다.
매연 질량 한계의 결정과 가혹 재생은 압력 강하를 측정하는 장치가 구비된 엔진 시험 벤치 상에서 수행된다. 사용되는 엔진은 "PSA"사에서 제조한 DW10A형의 엔진이다. 이는 2L의 배기량을 갖는 직접 분사식 디젤 엔진이다. 상기 엔진은 황 함유량이 350ppm이하이고 25ppm의 산화 세륨을 함유하는 연료를 공급받으며, 상기 산화 세륨은 대체로 매연 연소 온도를 낮추기 위하여 사용되는 첨가물이다. 미립자 필터에는 엔진과 산화 촉매장치의 하류부의 보호덮개가 장착되어 있다.
적어도 10개의 필터의 새로운 필터 군은 연속적으로 다음의 단계들을 거친다.
전술된 바와 같이 보호 피복을 구비한 필터를 열적으로 안정시키기 위하여 엔진은 30분간 4000rpm에서의 최대 파워에서 작동된다. 그 후, 필터는 해체되고 초기 질량을 결정하기 위하여 보호 피복과 함께 중량이 측정된다. 그 후, 필터는 배기 라인에 재장착되고, 다양한 매연 질량이 적재되게 하기 위하여 다른 지속시간 동안 50Nm의 토크에 대하여 3000rpm에서 엔진의 작동 상태에 있게 된다. 필터의 중량이 측정되고, 매연의 질량은 측정된 질량과 초기 질량 사이의 차이로부터 각 필터에 대하여 결정된다.
따라서, 적재된 필터는 정의된 가혹 재생을 경험하기 위해 라인에 재장착되며, 2분 동안 95Nm의 토크에 대하여 엔진 속도 1700rpm에서의 안정화 이후에, 후분사는 후분사 유속 18㎣/분사(shot)에 대하여 70°로 조정되어 수행된다. 일단 매연 연소가 시작되면, 더욱 정확하게는 압력 강하가 적어도 4초 동안 감소하는 경우, 매연 연소를 가속하기 위하여 엔진 속도는 5분 동안 40Nm의 토크에 대하여 1050rpm으로 감소된다. 그 후, 필터는 잔존된 매연을 제거하기 위하여 30분 동안 엔진 속도 4000rpm의 상태에 있게 된다.
이에 따른 재생된 필터는 육안으로 보이는 존재 가능한 균열을 나타내기 위하여 분할된 이후에 검사된다. 매연 질량 한계는 이러한 균열이 나타나는 매연의 질량에 해당한다.
그 후, 상기 시험된 필터와 동일한 특성을 지닌 동일한 새 필터에 대해 점검 방법이 수행된다.
(매연이 없는) 새 필터의 압력 강하는 100㎥/h보다 큰 공기 유속에 대하여 측정된다. 초음파의 전파 속도는 대체로 50kHz의 주파수에서도 측정된다. 예를 들어, 사용되는 장비는 "Pundit plus"라는 이름으로 "CNS Farnell"사에 의해 판매되는 것일 수도 있다.
그 후, 필터는 매연 질량 한계의 2.5배와 동일한 함유량으로 미리 정의된 매연으로 적재되고, 전술된 프로토콜에 따라 재생된다.
여과 효율 지수는, 필터 상류부의 매연 입자의 양과, 상기 필터 상류부의 매연 입자의 양에 대한 상기 필터 하류부의 매연 입자의 양 사이의 차이로 정의된다.
이를 위하여, 매연 측정기는 미립자 필터의 상류부와 하류부에 위치되고, 상기 미립자 필터는 30분 동안 4000rpm에서의 최대 파워로 작동하는 엔진의 배기 라인에 위치된다.
견고한 필터는 이러한 측정 기준, 즉 여과 효율 지수가 85% 이상인 기준을 갖춰야 한다.
다음으로, 재생된 필터의 압력 강하는 새 필터에 관한 것과 동일한 작동 프로토콜을 따름으로써 측정되고, 압력 강하 지수는 새 필터의 압력 강하에 대한 재생된 필터의 압력 강하의 편차 백분율로서 정의된다. 이 지수는 양수 또는 음수일 수도 있으며, 음수의 경우는 대체로 균열의 발생으로 인해서 일어난다.
견고한 필터는 절대치로 10% 이하의 압력 강하 지수를 가져야 한다.
균열 지수는 본 발명에 따른 재생된 필터를 통한 초음파의 전파 속도와 새 필터를 통한 초음파의 전파 속도 사이의 편차 백분율에 해당하며, 이 두 전파 속도의 측정은 동일한 작동 프로토콜에 따라 수행된다. 이러한 지수는 대체로 음수이 다.
견고한 필터는 -30% 이상의 균열 지수를 가져야 한다.
이후, 필터는 무결성 시험을 받게 된다.
필터는 다양한 장소에 가속도계가 장치된 전기역학적 시험 벤치 상에서 보호 피복 내에 위치한다. 제1 가속도계는 일 평면의 중앙에서 필터와 접촉하게 위치하고, 제2 가속도계는 보호 피복의 금속 자켓 상에 위치한다. 적어도 2축의 이러한 2개의 가속도계는 필터의 축 방향의 진동 및 반경 방향의 진동과, 필터와 보호 피복 사이의 선택적 디커플링을 측정가능하고, 보호 피복된 필터의 전기역학적 벤치로의 부착에 대한 안정성을 제어가능하다.
재생된 필터는 소정의 가속도에 각각 대응하여 15분의 연속적인 홀드를 포함하는 185Hz의 주파수에서의 진동 사이클에 있게 된다. 제1 홀드는 5g의 가속도에 해당하고, 제2 홀드는 10g의 가속도에 해당하며, 가속도는 각 연속적인 홀드에 대하여 10g의 단계로 증가된다.
이 진동 시험은 "LDS Test and Measurement LLC"사에 의해 판매되는 전기역학적 시험 벤치 상에서 수행될 수도 있으며, 상기 전기역학적 시험 벤치는 10kN의 최대 힘을 갖는 유압 잭(jack)을 구비하고 35kN 능력을 갖으며, 21L/min의 유속을 갖는 200bar의 유압 제어 유닛을 구비하고 0Hz 내지 500Hz의 주파수 범위에서 작동한다.
무결성 지수는 시험의 후반부에서 필터로부터 분리된 구성요소의 수로서 정의된다. 견고한 필터는 반드시 0의 무결성 지수를 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 디젤 엔진의 배기 라인에 사용되는 미립자 필터의 견고성을 진단하는 방법이며, 앞에서 정의된 바와 같이 여과 효율 지수, 압력 강하 지수, 균열 지수 및 무결성 지수를 결정하는 단계와, 85% 이상의 여과 효율 지수, 절대치로 10% 이하의 압력 강하 지수, -30% 이상의 균열 지수 및 0의 무결성 지수를 갖는 경우에 필터가 견고하다고 진단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 마지막 양태는 디젤 엔진의 배기 라인에 사용되는 미립자 필터를 제조하는 방법이며, 무기 원료와 선택적으로는 화학적 성질 및/또는 입자 크기로 정의되는 유기 원료의 혼합물을 성형하는 단계와, 특정 파라미터에 따라 건조 및 소성시키는 단계를 포함하며, 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
- 원료의 화학적 성질과 입자 크기 및/또는 성형, 건조 및 소성(firing) 파라미터의 각 조합에 대하여, 본 발명에 따른 진단 방법을 수행하는 단계,
- 견고한 미립자 필터를 획득할 수 있는 일 조합을 선택하는 단계,
- 선택된 조합을 미립자 필터를 생산하기 위하여 사용하는 단계.
사용되는 무기 원료는 화학적 성질과 입자 크기 또는 입자 크기 분포에 의해 정의된다. 이러한 2개의 파라미터는 필터의 견고성과 열기계학적 특성에 중요한 역할을 하며, 특히 획득된 물질의 화학적 성질과 구조, 그 중에서도 물질의 세공성(세공 크기 분포, 세공 분포 균질성), 결정의 화학적 성질 및 결정 경계 등에 결정적인 영향을 미친다.
유기 재료가 종종 추가되어, 성형 이전에 혼합물의 점성과 가소성을 조절가능하게 한다.
성형 파라미터와 성형 종류는 획득된 물질의 구조에도 영향을 미친다. 따라서, 벌집 구조를 획득하기 위하여 압출에 의한 성형 동안, 예컨대, 다이(die)의 형상은 벽의 두께 또는 채널 밀도에 직접 영향을 미친다.
건조 및 소성 파라미터, 특히 시간/온도 사이클도 물질의 구조와 성질에 영향을 미치며, 예컨대 소성 파라미터는 물질의 치밀화 또는 사용되는 무기 원료의 화학적 또는 결정학적 변형을 일으킬 수도 있다.
본 발명은 다음의 예시적인 실시예의 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 수 있다.
벌집 구조를 지닌 평행6면체의 모놀리식 요소들의 조립체로 구성된 재결정화 탄화 규소(R-SiC) 필터가 다음 방법에 따라 획득되었는데, 즉 상기 요소들이 압출되고, 2000℃보다 높은 온도에서 소성되어 결국 탄화 규소를 기초로 하는 시멘트를 사용하여 조립되었다. 그 후, 획득된 구조물은 원형의 기저부로 된 실린더 형상이 되도록 기계 가공되고, 그 후 시멘트로 코팅되었다. 결국 생산된 필터는 14.38cm의 직경과 25.4cm의 길이를 가졌다. 모놀리식 요소들의 채널 밀도는 ㎠당 31채널이었다. 이러한 필터의 제조는, 예컨대, 특허 출원 공보 제EP-A-816 065호 또는 제EP-A-1 142 619호에 기술되어 있다.
여과 효율, 압력 강하, 균열 및 무결성 지수를 결정하기 위하여, 이러한 형태의 필터의 매연 질량 한계가 성질이 동일한 12개의 필터를 사용하여 위에서 정의한 프로토콜에 따라 측정되었다. 획득된 매연 질량 한계는 7g/L, 즉 필터의 리터 당 7 그램이었다.
새 필터는 본 발명에 따른 제어 방법을 사용하여 특징이 지워졌다. 새 필터의 압력 강하는 16.1 mbar이었다.
그 후, 필터는 매연 질량이 18그램 또는 매연 질량 한계의 약 2.5배인 매연으로 적재되었다. 그 후, 전술된 방법을 따른 가혹 재생을 겪은 후, 본 발명에 따른 시험을 거쳤다. 필터의 여과 효율 지수는 88%이었으며, 이는 매연의 88%가 여과된 것을 의미하였다. 재생된 필터의 압력 강하는 1.2%만이 상승한 16.3mbar이었으며, 이 값은 압력 강하 지수와 일치하였다. 초음파의 전파 속도는 새 필터를 통한 전파 속도에 대하여 23% 감소하였으며, 이는 균열 지수를 -30%보다 큰 -23%로 결정하는 것을 가능하게 하였다. 무결성 지수는 0이었으며, 필터의 어떤 요소도 진동 시험 이후에 해체되지 않았다.
시험한 필터와 동일한 새 필터가 120,000km에 대하여 간선도로에서 60%, 시내에서 15% 및 고속도로에서 25%의 시간을 구동하는 것을 포함하는 구동 조건 상태에 놓였으며, 필터의 허용가능한 작동이 유지될 수 있었다.
본 발명에 따른 제어 및 진단 방법은 새 필터와 복구된 필터 둘 다의 질을 제어하는 데에 적용될 수도 있다. "복구된 필터(restored filter)"라는 표현은 엔진의 배기 라인에서 작동한 이후에 세척된 필터를 의미한다.
본 발명에 따른 방법은 신소재의 개발 또는 제조 방법의 측면에서 견고한 필터의 선택 또는 필터 생산의 통계적 제어에 대해서도 매우 적합하다.
전술한 설명은 소정의 가능한 본 발명의 실시예를 예증 가능하게 한다. 이러한 설명은 제한되지 않으며, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 다른 변형을 수행할 수 있음이 명백히 이해된다.

Claims (10)

  1. 디젤 엔진의 배기 라인에서 사용하기 위한 미립자 필터의 견고성을 점검하는 방법이며,
    - 먼저 상기 필터의 매연 질량 한계를 결정하는 단계와, 새 필터를 상기 매연 질량 한계의 최소 2배 및 최대 3배 수준의 매연으로 적재하는 단계와, 상기 필터가 가혹 재생을 겪게 하는 단계를 포함하고, 그 후, 순서에 상관없이,
    - 상기 필터의 여과 효율을 결정하는 단계와,
    - 상기 필터의 압력 강하를 측정하고 이를 새로운 필터의 압력 강하와 비교하는 단계와,
    - 상기 필터의 균열의 수준을 측정하는 단계와,
    - 기계적 응력 이후에 상기 필터의 무결성을 점검하는 단계를 포함하는 견고성 점검 방법.
  2. 제1항에 있어서, 새로운 필터는 매연 질량 한계의 약 2.5배 수준의 매연으로 적재되는 것을 특징으로 하는 견고성 점검 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 매연 질량 한계를 결정하는 단계는 상이한 매연 질량으로 적어도 10개의 필터 군을 적재시키는 단계와, 상기 각각의 필터를 가혹 재생을 겪게 하는 단계와, 육안으로 보이는 균열이 나타나는 매연 질량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 견고성 점검 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가혹 재생은 매연의 연소 시작 후, 엔진을 공전속도로 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 견고성 점검 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 필터의 여과 효율은 유입구에서의 양에 대하여 필터의 배출구에서 배출되는 매연의 양을 측정함으로써 결정되며, 상기 필터는 최고 출력에 대응하는 작동 포인트에 위치된 디젤 엔진의 배기 라인에 위치하는 것을 특징으로 하는 견고성 점검 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 균열 수준을 측정하는 단계는 필터를 통한 초음파의 전파 측정과 새로운 필터를 통한 등가 측정 사이의 비교에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 견고성 점검 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 필터의 기계적 무결성은 필터가 진동 상태를 겪은 이후에, 필터의 구성요소가 단단히 부착되어 남아있음을 증명함으로써 점검되는 것을 특징으로 하는 견고성 점검 방법.
  8. 디젤 엔진의 배기 라인에서 사용하기 위한 미립자 필터의 견고성을 진단하는 방법이며,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항을 따른 제어 방법을 수행하는 단계와, 상기 필터의 여과 효율, 압력 강하의 변동, 균열 수준 및 무결성을 미리 정해진 수치 및/또는 미리 정해진 수준과 비교함으로써 필터의 견고성을 진단하는 단계를 포함하는 견고성 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서, 필터는 85% 이상의 여과 효율 지수, 절대치로 10% 이하의 압력 강하 지수, -30% 이상의 균열 지수 및 0의 무결성 지수를 갖는 경우에 필터가 견고한 것으로 진단되는 것을 특징으로 하는 견고성 진단 방법.
  10. 디젤 엔진의 배기 라인에 사용하기 위한 미립자 필터를 제조하는 방법이며, 무기 원료와 선택적으로는 화학적 성질 및/또는 입자 크기로 정의되는 유기 원료의 혼합물을 성형하는 단계와, 특정 파라미터에 따라 건조 및 소성시키는 단계를 포함하며,
    - 원료의 화학적 성질과 입자 크기 및/또는 성형, 건조 및 소성 파라미터의 각 조합에 대하여, 제8항 또는 제9항에 따른 진단 방법을 수행하는 단계와,
    - 견고한 미립자 필터를 획득할 수 있는 일 조합을 선택하는 단계와,
    - 선택된 조합을 미립자 필터를 생산하기 위하여 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미립자 필터 제조 방법.
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