パティキュレートフィルタの放射状クラック検出装置

专利摘要:
本発明は、その濾過部が多孔質無機材から形成され、単一のモノリシック要素から成るか、あるいは複数のモノリシック要素を組み合わせることによって得られる、ハニカム型パティキュレートフィルタにおいて、フィルタに生じた放射状クラックを検出する装置からなるアセンブリにおいて、装置は、フィルタの少なくとも１つの長手方向部分上に、１枚のストリップ又は１本のワイヤの形態で配置された導電性材料を備え、導電性材料は、モノシリック要素、及び／又はコーティングセメント又は接合セメントに固着されると共に、導電性材料の導電率は、導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の導電率よりも大きく、かつ前記導電性材料の強度は、導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の強度よりも小さいか又は等しくなるようなものであり、導電性材料からなるストリップ又はワイヤの伝導率又は電気抵抗を測定する手段を有することを特徴とするアセンブリに関する。
公开号:JP2011508130A
申请号:JP2010538877
申请日:2008-12-19
公开日:2011-03-10
发明作者:シャンパーニュ，ゲタン；バロン，アルノー；パンテュロー，ダビド；ブテール，ベルナール；ブリオ，アンソニー
申请人:サン−ゴバン サントル ドゥ ルシェルシェ エ デトゥードゥ ユーロペン；
IPC主号:F01N3-02

专利说明:

[0001] 本発明は、内燃機関のディーゼル油を燃焼させることによって生じる煤を除去するため、特にエンジンの排気ラインに使用されるパティキュレートフィルタの分野に関する。より具体的には、本発明は、自動車やトラックや定置装置の内燃機関の排気ラインに特に使用されるハニカム・パティキュレートフィルタの放射状クラックを検出するための装置に関する。]
背景技術

[0002] 内燃機関の排気ガスに含まれる煤を濾過するための濾過構造体が従来技術ではよく知られている。これらの構造体は通常、その面の一方が濾過されるべき排気ガスを受け入れ、面の他方が濾過後の排気ガスを排出するようなハニカム構造体を有している。構造体は、受け入れ面と排出面との間に、多孔質の濾過壁で区切られ、互いに平行な軸線を伴った隣接ダクトの集合体から成り、それらのダクトは各端部の一方又は他方において閉じられており、受け入れ面で開口する入口チャンバと排出面で開口する出口チャンバを画定している。適切なシールを確実にするべく、構造体の周縁部はセメントによって取り囲まれることもあり、それは本記述の残りの部分においてコーティングセメントや外側コーティングとして知られるものである。チャンネルは、排気ガスがハニカム本体を通過した際に排気ガスが入口チャンネルの側壁を通って押し込められ、出口チャンネルへとアクセスするべく、整然と互い違いに閉じられている。この様にして、粒子や煤が堆積し、フィルタ本体の多孔質壁に蓄積されるようになっている。通常、濾過本体は、例えばコーディエライト、炭化ケイ素、又はチタン酸アルミニウムなどの多孔質セラミック材料を基礎としている。]
[0003] 既知のように、使用中、パティキュレートフィルタは一連の濾過段階（煤が蓄積する）と再生段階（煤が除去される）を経るようになっている。濾過段階においては、エンジンから放出される煤の粒子が捕捉されフィルタ内に堆積する。再生段階では、フィルタの濾過特性を回復させるべく、煤の粒子はフィルタ内部で焼却される。このため、多孔質構造体は、激しい熱的かつ機械的応力を被ることとなり、その応力によりやがてユニットの濾過性能に重大な損失を招くか、あるいはユニットの動作を完全に停止させてしまう可能性のあるマイクロクラックをもたらすかも知れない。このような現象は特に、大径又は全長が大きなモノリシックフィルタに見られる。]
[0004] これらの問題を解決してフィルタの寿命を向上させるために、今日に至るまで、複数のモノリシックハニカム要素を濾過ユニットに合体させた、より複雑な濾過構造体が提案されている。要素は通常、以下の説明では“接合セメント”として呼ばれるような、セラミックの性質を持った接合剤を用いて接着することにより互いに結合される。そのような濾過構造体の例は、例えば特許文献１〜５に記述されている。この種の構造体においては、より良い応力緩和を確実にするために、構造体のさまざまな部分（濾過エレメント、コーティングセメント、接合セメント）の熱膨張係数が実質上同じ概算値である必要がある。その結果として、前記部品は通常、炭化ケイ素ＳｉＣやコーディエライトやチタン酸アルミニウムなど、同一材料を基準として合成される。この選択によりフィルタの再生中の熱分布を均一にすることができる。本記述の意味において“同一材料を基準として”の意味するところは、前記材料が、少なくとも２５重量％、好ましくは少なくとも４５重量％、より好ましくは前記材料の少なくとも７０重量％を構成するということである。]
[0005] 欧州特許出願第８１６０６５号
欧州特許出願第１１４２６１９号
欧州特許出願第１４５５９２３号
国際公開公報第２００４／０９０２９４号
国際公開公報第２００５／０６３４６２号
欧州特許出願第１３６９１６１号]
先行技術

[0006] ＳＡＥ２００６−０１−１５２７号]
発明が解決しようとする課題

[0007] 前述のような煤フィルタは、主に、乗用車やトラックや定置装置のディーゼル燃料燃焼機関の排気ガス中の汚染物を減じる装置において大規模に使用されている。]
[0008] 今日では、なされた改善にもかかわらず、濾過構造体は自動車の寿命を通じて完全に信頼性のあるものとはなっていない。従って、例えばコーディエライトのようにその機械的強度が比較的低いような特定材料の場合には、管理の行き届かない再生時、あるいはフィルタの自発的再生時において放射状クラックの頻繁に発生する。この非制御段階時、フィルタの局部温度は、温度における大きな空間的不均一性を伴って８００℃を超える温度にまで達する場合があり、フィルタの完全性や濾過能力に多大な影響を及ぼすクラック発生を招くことがある。]
[0009] より具体的なことを言えば、最もの深刻なケースにおいて、全フィルタを覆うかもしれないような大型の放射状クラックが発生したような経験がある。]
[0010] 本技術ではしばしば“リングオフ”クラックとして知られる、このようなクラックがフィルタの断面を横切って放射面に発達する。再生段階時や過渡状態下（特に、エンジン加速時、例えば追い越し（パッシング）やエンジンの急速加熱時、例えばヒルクライム時や坂の下り時）でのフィルタ中心部・外周間に相当な温度差のために、モノリシックフィルタやアセンブリの周縁部に始まり、次いでフィルタの中心部に向かって通常、放射状に伝搬するということは、そのようなメカニズムは断定的に確立されたものではないとしても、一般的には是認された事実である。従って、これらのクラックはフィルタの温度勾配の発生に関連しており、あらゆるタイプのフィルタにも発生し、比較的高い熱膨張係数によって不利な状態となった、例えばＳｉＣフィルタのような最高熱機械強度を持ったフィルタにでさえ発生する。更に、金属缶によって付与された圧力が、フィルタ軸線に対して等・放射状であってかつ亀裂現象を激化させるような機械的応力を加える場合もあり得る。この種の亀裂は特に、フィルタの全期間に亘って、二部分へのフィルタ分裂を招く恐れがあり、これにより濾過性能の急激な低下を招き、ついでに言えば今日の排ガス基準に関して許容できないものとなる。更には、濾過されない煤によるフィルタ下流の汚染除去部材の汚染と、濾過性能の急激な低下とが組み合わさる可能性もある。その圧力降下特性を失うようなフィルタ損傷は又、このエンジンが最小圧力降下閾値に基づいて制御されている状態では、エンジン運転制御に関連する問題を招く。]
[0011] 前述したように、フィルタの再生中、特に煤の燃焼に関係する温度上昇時（その際のフィルタの平均温度は、４００〜１３００℃となる）において、温度勾配が生じる。フィルタ中心における温度は通常、フィルタの中心周辺温度よりも高い。この勾配は、フィルタの物理的かつ熱的特性に応じて変化する。このような現象は、本発明に従って参照され得る、例えば非特許文献１に記載されている。リングオフクラックとして知られる放射状クラックの発生の度合いは、その熱膨張係数がその機械的強度特性との関連で高いような材料を用いて作られるモノリシックフィルタにとっては、同じ温度勾配に対してますます大きい。]
[0012] 本発明の別の態様によれば、重量物運搬車に対してのパティキュレートフィルタの特定用途や、例えば“セリーヌ（ｃｅｒｉｎｅ）”タイプのように再生を補助するために添加物を使用する用途においては、パティキュレートフィルタは、燃焼の未燃残留物を除去してフィルタ寿命を延ばすため、フィルタが濾過装置と共に清浄化できるように、パティキュレートフィルタは排気ラインから定期的に取り外さなければならない。この作業は、通常、熱間状態又は大気温度での化学的処置（残留した堆積物の選択的エッチング）及び／又は機械的処置（出力チャネルを介したエアまたは液体の吹き出し）からなる。この清浄化処理中に課せられる応力は又、フィルタへの損傷を招くことにもなり、“リングオフ”タイプのクラック発生に寄与したり、及び／又は排気ラインの先の使用において発生していた同クラックの伝播に寄与する恐れがある。このようにして清浄化処理後損傷したフィルタは車両に再装着した際に前述したのと同じような欠点（即ち、濾過効率、圧力低下等を伴う問題）を示し、同じ結果をもたらす可能性がある。]
[0013] これらの問題を回避するため、そして、これこそが本発明の主題を構成するものであるが、フィルタの突発的故障や販売特約店での時期尚早のフィルタ交換を防止するべく、そのようなクラックの存在を検出すると共に、クラックが発生したり、及び／又は伝播するや否やクラック検出するような、シンプルかつ効果的なシステムを入手する必要がある。本発明による検出装置は、他の態様によれば、欠陥の起源を決定することを可能にするものである。]
[0014] 缶詰め状態又は缶詰されないフィルタを撮像することでクラックを検出する方法は従来技術より知られている。特許文献６がこれらシステムの一例を記述しており、ここで断層撮影法やＸ線、及び／又は超音波検査法を採用している。しかしながら、これらのシステムは車載設置の状態では使用不可能である。加えて、それらの方法にはスペースの問題や、放射線源があることに関係した安全性の問題が存在する。内視鏡技術も又知られているが、それらは嵌入的であり煩わしいものである。]
[0015] 特に再生段階中においてフィルタが経験する温度勾配を減じた状態において、接合セメント又は外側コーティングのいずれかに狙いを定めた導通システムもまた公知である。これらのシステムは、ジュール効果を利用した加熱を得るため高い抵抗値を持っている。しかしながら、それらはクラックの発生及び／又は伝播を検出することができない。]
[0016] それ故、現在では、シンプルかつ効果的であって利用者に負担をかけず、更にフィルタ基盤材料の如何に関係なく、モノリシックや組立型フイルタ等、如何なるタイプのフィルタに対しても適用可能な、“リングオフ”クラックとして知られる放射状クラックを検出する装置を提供する必要性がある。本発明は、パティキュレートフィルタ使用中においてもそのフィルタに直接、即ち自動車排気ラインに直接適用できるという利点も有するような装置に関係する。本発明による装置により、別の態様では、例えば重量物運搬車の残留物除去段階に続くような、排気ラインの外側でのフィルタの完全性チェックをシンプルかつ即座に実行することができる。]
課題を解決するための手段

[0017] 具体的には、本発明は、その濾過部が多孔質無機材から形成され、単一のモノリシック要素から成るか、あるいは複数のモノリシックハニカム要素を接合セメントを用いた接着よって結合することで得られ、さらにコーティングセメントによって被覆することが可能なハニカム型パティキュレートフィルタにおいて、該フィルタに生じた放射状クラックを検出する装置からなるアセンブリであって、前記装置は、
前記フィルタの少なくとも１つの長手方向部分上に、１枚のストリップ又は１本のワイヤの形態をもって配置された導電性材料であって、前記導電性材料はモノシリック要素、及び／又はコーティングセメント又は接合セメントに固着されると共に、前記導電性材料の導電率は、該導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の導電率よりも大きく、かつ前記導電性材料の強度は、特に周囲温度と１２００℃の間の温度において該導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の強度よりも小さいか又は等しくなるような、前記導電性材料、及び
導電性材料からなる前記ストリップ又は前記ワイヤの伝導率又は電気抵抗を測定する手段、を有することを特徴とするアセンブリに関係している。]
[0018] 従って、導電性材料から成る前記ストリップ又はワイヤに固着される前記フィルタ部分は、前記ストリップ又はワイヤが位置する場所に依存して、モノリシック要素か、コーティングセメントか、接合セメントか、あるいはこれら部品の幾つかから成る組み合わせとなる。]
[0019] 例えば、導電性材料からなる前記ストリップ又はワイヤは、前記フィルタの長さに沿う少なくとも中央位置に配置され、好ましくは、前記フィルタの半径又は幅に沿う周縁位置に配置される。]
[0020] 好ましくは、オームで測定された前記導電性材料の抵抗は、８００℃又はそれ以下の温度において、前記導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の抵抗のせいぜい１０分の１であり、好ましくは、６００℃それ以下の温度において導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の抵抗のせいぜい１００分の１である。]
[0021] 典型的には、前記導電性材料の弾性率に対する破壊係数の比率は、導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の同比率の少なくとも１．１倍以下であり、好ましくは導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の同比率のせいぜい２分の１である。]
[0022] 前記ストリップ又はワイヤを構成する前記導電性材料は、金属導体又はセラミック導体から成る群から選択された、少なくとも１つの要素を有する。]
[0023] 本発明の考えられる一実施形態によれば、前記導電性材料は、モノリシック要素、及び／又は可能ならコーティンググセメント又は接合セメントに接して固着される金属ワイヤ又はテープから成り、特にクロメル（商標登録）又はアルメル（商標登録）又はインコネル（商標登録）タイプのワイヤ、あるいは他の高融点金属から成る。]
[0024] 他の実施形態によれば、前記導電性材料はセラミック材のストリップから成り、該セラミック材は、鉄、ニッケル、シリコン、クロム、タングステンの金属群、特にアルミニウム、インコネル、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒ、ＳｉＣｒ、ＭｏＳｉ2の金属合金、ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3型の金属酸化物、特にＷＣ、Ｂ4Ｃ、ＳｉＣの金属炭化物、あるいは、例えばグラファイトなどの導電性カーボン、のいずれかから選択された導電性材料の粒子を有する。この実施形態において、前記導電性材料を構成する前記セラミック材は、導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料と同じ材料に基づくものであっても良い。]
[0025] あるいは、これに代わる実施形態として、前記導電性材料は、導電性材料が固着されるフィルタを成す材料の上に付着した浸透導電性粒子の列からなるストリップから成り、前記粒子は好ましくは、鉄、ニッケル、シリコン、クロム、タングステンの金属群、特にアルミニウム、インコネル、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒ、ＳｉＣｒ、ＭｏＳｉ2の金属合金、例えばＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3などの金属酸化物、特にＷＣ、Ｂ4Ｃ、ＳｉＣの特定の金属炭化物、あるいは、例えばグラファイトなどの導電性カーボン、のいずれかから選択される。]
[0026] 本発明によれば、導電性材料からなる前記ワイヤ又はストリップは、前記コーティングセメントの周辺に配置されるか、あるいはコーティングセメント内部に埋設されるようにしても良い。]
[0027] 前記フィルタが、接合セメントを用いて互いに接着された複数のモノリシックハニカム要素から成る実施形態において、導電性材料からなる前記ワイヤ又はストリップは、接合セメントの周辺に配置されるか、あるいは接合セメント内に埋設されるようにしても良い。]
[0028] 本発明の範囲から逸脱することなく、導電性材料からなる前記ワイヤ又はストリップは、前記フィルタの前記濾過部に接触するか、あるいはその内側に配置される。]
[0029] 例えば、前記要素や複数の要素、前記コーティングセメント、及び前記接合セメントは、同一のセラミック材に基づくものであり、好ましくは炭化ケイ素ＳｉＣに基づくものである。]
[0030] 本発明は又、前述の装置を用いてハニカム型パティキュレートフィルタの放射状クラックを検出する方法であって、導電性材料からなる前記ストリップ又は電気ワイヤの伝導率、又は電気抵抗を測定する手段は、
電圧測定値、ＡＣ又はＤＣ電流測定値、又は、例えば印加電圧での電気抵抗測定値の中から選択されたパラメータであって、連続して測定可能であるか、あるいは、例えば前記フィルタの寿命の初めの時点など、所定の様々な瞬間において測定可能なパラメータを測定して、フィルタを装着した車両を始動した状態で、フィルタ再生前、再生中又は再生後、所定温度範囲内において前記パラメータ測定値を較正し、
得られた値を、“リングオフ”クラックとして知られる放射状クラック検出のための閾値と比較し、
前記クラックが発生したことをドライバ又はオペレータに警告するための信号を発するように構成されることを特徴とする方法に関係している。]
[0031] 導電性材料からなる前記ストリップ又は電気ワイヤの伝導率、又は電気抵抗を測定する前記手段は又、
エンジン制御システムに接続されたコンピュータ又は電子モジュールによって、予め定められた閾値との比較を実行し、
前記比較の一関数として、エンジン管理パラメータ又はフィルタ再生管理装置パラメータを修正し、以てフィルタ入口での温度を低下させるか、あるいはフィルタ上流の酸素含有量を下げることでフィルタへの応力を低減するように構成されるようにしても良い。]
[0032] 導電性材料からなる前記ストリップ又は電気ワイヤの伝導率、又は電気抵抗を測定する前記手段は又、
フィルタ再生システムに接続されたコンピュータ又は電子モジュールによって、予め定められた閾値との比較を実行し、
特に、煤の限界質量を減じることにより、前記比較の一関数として、フィルタ再生システムの管理パラメータを修正するように構成されるようにしても良い。]
[0033] 本発明によれば、前述したように、導電性材料からなるストリップ又はワイヤは、それが固着されるフィルタの部分よりも小さい電気抵抗（測定が行われる範囲で）を持つ必要がある。例えば、仮に、ストリップ又はワイヤがモノリシック要素と外部コーティングの間に位置するならば、その電気抵抗はフィルタや前記コーティングを構成する材料のそれよりもかなり低くする必要がある。仮に、ストリップ又はワイヤがフィルタの外側コーティングに接触した位置にあるならば、それは、コーティングを構成する材料のそれよりも低いか、あるいはフィルタと金属缶との間に位置する繊維断熱材よりも更に低くなるような抵抗を持つ必要がある。]
[0034] 本発明による導電性材料からなるストリップ又はワイヤの特性は、それを装着したフィルタを構成する材料に応じて選択される。特に、ストリップ又はワイヤは、フィルタを構成する多孔質無機材料内の応力レベルと同等又はそれ以下の熱機械応力レベルにおいて、使用温度で機械的破損が生じるような材料から形成される。この様な特性こそが、詰まるところフィルタにおけるリングオフ型のクラック検出を確実にすることができる。即ち、本発明は、フィルタの通常使用条件下において、好ましくは周辺温度と１２００℃の間の温度において、ストリップ又はワイヤの機械的強度がフィルタの濾過部を構成する材料のそれよりも小さいか又は等しいことを前提とし、前述したような装置の如何なる形態に関係するものとして理解されるべきである。本発明によれば、ストリップ又はワイヤを構成する導電性材料の機械的強度レベルは、それ故変化するものであり、またフィルタを構成する材料に応じて選択される。従って、コーディエライトの場合に使用される導電性材料は、再結晶化したＳｉＣのために使用される導電性材料とは異なることになり、それははるかに高い熱力学的かつ機械的強度を有する。本発明による導電性材料の選択時には、例えばフィルタ幾何学のような他のパラメータ（特に、フィルタ形状、チャネル形状、濾過壁の厚さ、より一般的には、フィルタの機械的強度に影響するようなどんな幾何学的要因）も又、前記フィルタの使用条件や、特にトラックフィルタの場合のフィルタ洗浄温度と併せて考慮するようにしても良い。]
[0035] 更に又、本発明によれば、導電体を構成する材料における弾性率に対する破壊係数の比率は、フィルタを構成する材料のそれに近似することが好ましい。]
[0036] 本発明の別の態様によれば、発明に従って導電性材料からなるストリップ又はワイヤは、フィルタに如何なる付加応力を導入せず、かつフィルタの通常使用条件下において、モノリシック要素又はコーティングセメント、あるいは接合セメントに固着した状態を保つようなものが選択される。]
[0037] 本発明の意義の範囲内において、ストリップやワイヤとモノリシック要素、又はコーティングセメントや接合セメントは、これらに付与される機械的又は熱機械的応力の如何に係わらず、特に通常のフィルタ使用条件下であって、とりわけ連続的な再生段階中において、アセンブリが連結された状態を保持する程、充分、密着しているならば、お互いに対し固着されているものと理解される。]
[0038] 特に、本発明では、ストリップやワイヤを構成する導電性材料の膨張係数が、フィルタ部を構成する多孔質材料の膨張係数に出来るだけ近似することが好ましい。]
[0039] 本発明によって信頼性の高い結果を得ることができるものは、以下の構成に対してである。
１）導電性材料が次の形態を以てフィルタに組み込まれるもの。
フィルタ又はコーティングに接触・固着する、１つ又はそれ以上の金属、又はセラミックワイヤ又はテープ、特にクロメル（登録商標）、アルメル（登録商標）又はインコネル（登録商標）タイプ、あるいは他の高融点金属からなるワイヤ、
フィルタの長手方向部分、フィルタコーティング上、フィルタの接合セメント上、又は１つ又はそれ以上のフィルタチャンネルに堆積した導電性粒子を伴うコーティング。特に導電性材料が、鉄、ニッケル、シリコン、クロム、タングステンの金属群、合金（特にアルミニウム、インコネル、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒ、ＳｉＣｒ、ＭｏＳｉ2）、金属酸化物（ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3等）、又は特定の金属炭化物（特にＷＣ、Ｂ4Ｃ、ＳｉＣ）、あるいは導電性カーボン（グラファイト）、のいずれかから選択された導電性材料からなる浸透性粒子を堆積することで得られる場合、信頼性の点で最良の結果が得られた。
上述したような導電性材料からなる粒子を含有する導電性セメントであって、該セメントはその際、フィルタ上、ストリップ内に配置され、フィルタのモノリシック要素や外側コーティング、あるいは接着結合部に固着される。典型的には、導電性材料を構成するセラミック材料はその際、導電性材料が固着されるフィルタ部分を構成する材料、即ち、結合セメントや外側コーティング、あるいはフィルタの濾過部を構成する材料と同一材料に基づいている。
２）導電性ストリップ又はワイヤは、測定システムとの接触が考案可能であることを条件として、フィルタの中央領域において、あるいはより一般的には、亀裂が発生しそうな領域において、その全長に沿って配置されることが好ましい。
３）以下に掲げる各配置・形状のいずれか１つが、電気ストリップ又はワイヤの良好な接続のために採用される。
・外側のコーティング上に配置
・外側のコーティング内への埋設
・組立型フィルタの場合には、接着接合セメントの厚さ部分内への埋設
・フィルタチャンネル内の配置。]
[0040] 実例として、本発明の範囲を制限しない図１乃至図９が、本発明とその幾つかの実施形態をより理解してもらうべく純粋に付与される。] 図９
図面の簡単な説明

[0041] 本発明により導電性材料からなるストリップを装着したフィルタの第１実施形態を示す図である。
本発明により導電性材料からなるストリップを装着したフィルタの第１実施形態を示す図である。
導電性ストリップがフィルタの中央部のみに存在するような別の実施形態を示す図である。
導電性ストリップがフィルタの中央部のみに存在するような別の実施形態を示す図である。
それぞれ個々に動作する複数の導電性ストリップがフィルタの表面に配置される実施形態を示す図である。
連続するストリップが互いに接続されて並列抵抗システムを構成する、前出実施形態にかわる代替実施形態を示す図である。
ストリップは馬蹄形状またはＵ字形状であって、測定装置につながる電極は１つの同じ面上に位置決めされる実施形態を示す図である。
導電性材料からなるストリップがフィルタの表面の大部分を覆うべく螺旋状に巻き付けられた形状を有する、前出実施形態の代替実施形態を示す図である。
前出実施形態と同一ではあるが、測定装置につながる電極はフィルタの反対側の面上に位置決めされる実施形態を示す図である。
導電性ストリップの抵抗Ｒｓを測定するための装置の第１の構造を概略的に示す図である。
導電性ストリップの抵抗Ｒｓを測定するための装置の第２の構造を概略的に示す図である。]
実施例

[0042] 図１ａは、本発明による、導電性ストリップ２を装着したフィルタ１の全体図である。図１ａに示すように、導電性ストリップ１は前述したように導電性材料からなり、ここではフィルタの外側のコーティングを覆う層の形態で示されている。しかしながら、当然これは本発明に何らかの限定を設けるものではなく、ストリップは前述したようにフィルタの他の地点に配置しても良い。] 図１ａ
[0043] 図１ａに示したフィルタは、接合セメント３を用いて、例えばＳｉＣやコーディエライトやチタン酸アルミニウムなどの多孔質無機材からなるモノリシック要素４をハニカム構造体の形態に組み立てることによって得られる組立フィルタである。コネクタ５は導電性ストリップ２の各側部に位置する。] 図１ａ
[0044] 作動時、コネクタ５は導電性ストリップと接触状態にあり、導電性ストリップ２の電気伝導率又は抵抗を測定するための装置に接続される（本装置は図１には示されない。図８又は図９を参照のこと）。被覆セメントに生じる、“リングオフクラック”として知られる放射状クラック６の形のフィルタの破損は又、それに固着された導電性ストリップ２の破損と不連続状態の電気測定を誘起する。本発明によれば、この不連続状態によってフィルタにおけるクラックを確実に検出することができるようになる。] 図８ 図９
[0045] 本発明によれば、コネクタ５・導電性ストリップ２間の電気的接触は、如何なる公知かつ適当な溶接、又は“ろう付け”技術を用いて達成しても良く、特に導体が金属テープやワイヤの場合には尚更であり、又、後者が例えば導電性セメントであったり、あるいはセラミックや耐熱性接着剤を使用した接合の場合には、コネクタを電気的導体にアンカー付けしたり被覆させる技術を用いて達成しても良い。図１ｂに示すように、コネクタ５は、ストリップ２からのどんな脱落も回避するようなＴ字状端部７を持つことが好ましい。] 図１ｂ
[0046] 本発明によれば、このような構成において、コネクタと、それらを測定システムに接続するケーブルの双方を保護するための手段を設け、それらを排気ライン内のフィルタを囲むカンから電気的に絶縁すると共にそれらを温度的に保護したり、必要ならそれらを排気の腐食性雰囲気から保護するようにしても良い。]
[0047] 図２ａ及び２ｂは、導電性ストリップ２がフィルタの中央部８にだけあるような別実施形態を示している。抵抗Ｒｓの導電性ストリップは、最も簡単な方法で、例えば印加電圧の下での前記抵抗Ｒｓを連続して測定することにより抵抗測定する従来装置９に接続される。] 図２ａ
[0048] 図３は、先の実施形態と同様な実施形態を概略的に示しているが、そこでは複数の抵抗２１乃至２４が使用され、夫々、抵抗測定装置９１乃至９４に接続されている。この構造により更に、フィルタの“リングオフ”クラック又はクラックの変化と伝播を評価することが可能になる。] 図３
[0049] 図４は、各ストリップがあたかも１つの抵抗のように作用し、複数の抵抗を並列に取り付けた電気システムの構造に従って各ストリップ２１乃至２４が配置されるという点で、先の実施形態とは異なる実施形態を示している。それ故、この実施形態は又、フィルタの“リングオフ”クラック又はクラックの変化と伝播や、ストリップの各クラックに対応して装置９によって測定された抵抗増加を評価することが可能になる。] 図４
[0050] 図５乃至図７は、ストリップ２がフィルタ表面の一層大きな領域をカバーでき、それによりクラックがどこに発生しても早期に検出できるような種々の実施形態を示している。] 図５ 図７
[0051] 図８は、導電性ストリップ２の抵抗Ｒｓを測定するための第１の実施形態を示している。導電性ストリップは、例えば本システムが車載システムである時、車両のバッテリであるようなジェネレータ１１によって設定電圧で駆動された回路内において、抵抗Ｒ３に対して直列に配置される。] 図８
[0052] 仮にストリップ２が破損した場合、その際生じる抵抗Ｒｓの急激な増加によって、電圧計１０を介して即座に異常検出することが可能になる。]
[0053] 図９は、導電性ストリップ２の抵抗Ｒｓを測定するための装置の別実施形態を示している。前述したように、導電性ストリップ２は、例えば本システムが車載システムである時、車両のバッテリであるようなジェネレータ１１によって設定電圧で駆動された回路内において、抵抗器Ｒ３に対して直列に配置される。電圧コンパレータ１２により、抵抗器Ｒ３の端子間電圧が抵抗器Ｒ１の端子間電圧に対して比較される。好ましくは、測定を容易ならしめるため、抵抗器Ｒ１、Ｒ３の各抵抗値は実質的に等しくなるように選択される。同様に、抵抗器Ｒ２の抵抗値は、導電性ストリップ２とコネクタ５の選択によって成される抵抗値に近似するように選択される。さらに好ましくは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各抵抗値は、導電性ストリップ２とコネクタ５の選択によって成される抵抗値にかなり近似するようにそれぞれ等しく選択される。ストリップ２に破壊や損傷がある時には、Ｒ３の端子電圧が降下してＲ１とはかなり相違することとなり、その際クラックの出現が電圧コンパレータ１２によって即座に検出される。] 図９
[0054] 本発明とその利点は、以下の例を読むことでより一層理解されるだろう。当然ながらこれらの例は、記述された如何なる観点でも本発明を制限するものとして考慮されるべきものではない。]
[0055] 例１
接合セメントによって連結された、シリコンカーバイドから成るフィルタ要素のアセンブリを有するフィルタ構造体が、特許文献２に記載された技術に従って合成された。]
[0056] 再結晶化されたＳｉＣからなる正方形断面の、１６個のモノリシックフィルタ要素が最初に押し出し乾燥され、次いで例えば特許文献２に記載されたような公知技術を駆使して焼成された。]
[0057] 次いで、以下のものを混合することにより接合（及び被覆）セメントが用意された。
粒度１０〜２００μｍである８５重量％のＳｉＣ粉末、
Ａｌｍａｔｉｓ社より市販された４重量％の焼成アルミナ粉末、
Ａｌｍａｔｉｓ社より市販された１０重量％の反応型アルミナ粉末、
０．９重量％のセルロース型一時的・可塑化バインダ、
０．１重量％のＳＴＰＰ（トリポリリン酸ナトリウム）型解膠剤。]
[0058] 適切な粘度のセメントを得るため、この混合物の重量の１０％に相当する水量が加えられた。]
[0059] 上記セメントを用いてモノリスが組み立てられた後、構造体は約１４４ｍｍの直径の円筒構造体を得るために、その外周面が機械加工された。ＭｏＳｉ2の導電性粒子（株式会社グッドフェローＳＡＲＬによる供給）を混合させたＳｉＣに基づくスラリーがこの構造体に塗布された。前記ＭｏＳｉ2粒子は、ＳＴＰＰ（トリポリリン酸ナトリウム）型解膠剤、及びＭｏＳｉ2粉末の量に対し含有量０．５重量％のセルロース型の有機バインダの添加を伴い、４５μｍのオーダーの中位径と９９．５％の純度によって特徴付けられている。この混合物は、存在するＭｏＳｉ2粉末の量に対し約１０％の含有率を以て水を添加することで湿潤化され、セメントの良好な状態で拡散するのに適する粘度と、支持部の良好な被覆状態を獲得するように形成された。]
[0060] スラリーの沈着は、図２に示すように構造体の表面に長手方向のストリップを獲得するような方法で実行される。有利なこととして、周辺の濾過チャンネル内の沈着により、導電膜の連続性に対する制御が良好になる。良好な電気接点を確実にするため、フィルタの各端部には、インコネル型の高融点金属からなる、数センチ長さでかつ０．５ｍｍチューブ状の電極が導電性セメントのストリップの中に貼り付けられた。製造のその後の段階及び使用中での分離を回避すると共に、導電性セメントにおける電極のより良い係留部となるために、電極の端部にはＴ字状の肩部が作られた。導電性セメントを硬化させるため構造体は１１０℃で乾燥された。]
[0061] 乾燥された構造体は、その後、モノリシック要素間の結合部を製造する際、既に使用されたのと同じセメントで被覆された。]
[0062] アセンブリは、フィルタとその要素の満足すべき結束性を確実にするため、及び保護的な外側コーティングを硬化するために、充分高い温度で焼鈍処理された。]
[0063] 以上のようにして合成された生のフィルタ構造体の特性を表１に示す。]
[0064] フィルタはその後、フィルタと金属筐体の間に断熱繊維マットを挟んだ状態で、その缶（“筐体”という技術用語が広く使用されている）の中に挿入された。各電極は、特にアルミナ・ベースの熱的かつ電気的に絶縁性のある鞘を使用し、溶接によって高温使用環境に適した電気ケーブルに接続された。各ケーブルはパッキン押えを介して筐体を通過し、オーム計との接触が図られた。]
[0065] 導体、電極及びセラミックストリップからなるフィルタの端子抵抗は標準抵抗である。]
[0066] このため、排気ラインを再現するべく、理想的には１つの排気ラインがこのような特徴を持つフィルタ・フォーマットを有する車両が装備する測定手段に対応する形を以て、フィルタは、その検出装置を搭載した筐体キャンニングと共に、圧力降下を測定する手段を搭載したエンジンテスト・リグに据え付けられた。]
[0067] フィルタには、当業者では良く知られた方法により、４ｇ／フィルタ・リッター（ｌ）の割合で煤が充満された。]
[0068] このようにして煤を堆積したフィルタは、例えばＤＷ１０ＡタイプのＰＳＡ２ｌ燃焼噴射ディーゼルエンジンのようなエンジンの排気ラインに据え付けられ、以下のように定義された再生処理を受けた。この再生処理に関しては、トルク９５Ｎｍ、１７００回転／分のエンジン速度で２分間の安定化運転がなされた後、７０度の位相でポスト噴射が実行され、１８ｍ3／ショットのポスト噴射送出がなされた。ひとたび煤の燃焼が開始されたならば、具体的には圧力降下が少なくとも４秒間、減少したならば、５分間に亘るトルク４０Ｎｍの運転のため、１０５０回転／分にエンジン速度が下られ、煤の燃焼が早められた。フィルタに対してはその後、残留煤を排除するべく、４０００回転／分のエンジン速度でかつ３０分間のエンジン運転がなされた。]
[0069] 抵抗は連続して測定されたが、発明者らは、温度に応じたフィルタ抵抗における変化に関係した変動以外に如何なる抵抗の増加を観察しなかった。]
[0070] フィルタはその後、筐体から取り外されたが、発明者らはリングオフタイプのクラックを発見することはなかった。]
[0071] フィルタは前述したのと同じ条件下において筐体に再装着され、更に１２ｇ／フィルタ・リッター（ｌ）の割合で煤が充満され、前述したのと同じ条件下で過酷な再生テストがなされた。]
[0072] 抵抗は連続して測定され、発明者らは、１０５０回転／分のエンジン速度でのエンジン運転状態の間であって、即ち煤が燃焼し始め、フィルタ内に高振幅の半径方向温度勾配が生じた瞬間に、フィルタ端子抵抗に急激な増加を確認することができた。次にフィルタはその筐体から削除され、発明者らによって、導電性ストリップの破損の原因となる“リングオフ”タイプのクラックの存在を確認することができた。]

权利要求:

請求項1
その濾過部が多孔質無機材から形成され、単一のモノリシック要素から成るか、あるいは複数のモノリシックハニカム要素を、接合セメントを用いた接着によって結合することで得られ、さらにコーティングセメントによって被覆することが可能な、ハニカム型パティキュレートフィルタにおいて、該フィルタに生じた放射状クラックを検出する装置からなるアセンブリにおいて、前記装置は、前記フィルタの少なくとも１つの長手方向部分上に、１枚のストリップ又は１本のワイヤの形態をもって配置された導電性材料であって、前記導電性材料はモノシリック要素、及び／又はコーティングセメント又は接合セメントに固着されると共に、前記導電性材料の導電率は、該導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の導電率よりも大きく、かつ前記導電性材料の強度は、特に周囲温度と１２００℃の間の温度において、該導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の強度よりも小さいか又は等しくなるような、前記導電性材料、及び導電性材料からなる前記ストリップ又は前記ワイヤの伝導率又は電気抵抗を測定する手段、を有することを特徴とするアセンブリ。
請求項2
導電性材料からなる前記ストリップ又は前記ワイヤは、前記フィルタの長さに沿って少なくとも中央位置に配置され、好ましくは、前記フィルタの半径又は幅に沿って周縁位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
請求項3
オームで測定された前記導電性材料の抵抗は、８００℃又はそれ以下の温度において、前記導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の抵抗のせいぜい１０分の１であり、好ましくは、６００℃それ以下の温度において導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の抵抗のせいぜい１００分の１であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアセンブリ。
請求項4
前記導電性材料の弾性率に対する破壊係数の比率は、導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の同比率の少なくとも１．１倍以下であり、好ましくは導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料の同比率のせいぜい２分の１であることを特徴とする前出請求項の１つに記載のアセンブリ。
請求項5
前記ストリップ又は前記ワイヤを構成する前記導電性材料は、金属導体又はセラミック導体から成る群から選択された、少なくとも１つの要素を有することを特徴とする前出請求項の１つに記載のアセンブリ。
請求項6
前記導電性材料は、モノリシック要素及び／又は可能ならコーティンググセメント又は接合セメントに接して固着される金属ワイヤ又はテープから成り、特にクロメル（商標登録）、又はアルメル（商標登録）又はインコネル（商標登録）タイプのワイヤあるいは他の高融点金属から成ることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
請求項7
前記導電性材料はセラミック材のストリップから成り、該セラミック材は、鉄、ニッケル、シリコン、クロム、タングステンの金属群、特にアルミニウム、インコネル、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒ、ＳｉＣｒ、ＭｏＳｉ2の金属合金、ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3型の金属酸化物、特にＷＣ、Ｂ4Ｃ、ＳｉＣの金属炭化物、あるいは、例えばグラファイトなどの導電性カーボン、のいずれかから選択された導電性材料の粒子を有することを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
請求項8
前記導電性材料を構成する前記セラミック材は、導電性材料が固着されるフィルタ部分を成す材料と同じ材料に基づくことを特徴とする請求項７に記載のアセンブリ。
請求項9
前記導電性材料は、導電性材料が固着されるフィルタを成す材料の上に付着した浸透導電性粒子の列からなるストリップから成り、前記粒子は好ましくは、鉄、ニッケル、シリコン、クロム、タングステンの金属群、特にアルミニウム、インコネル、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒ、ＳｉＣｒ、ＭｏＳｉ2の金属合金、例えばＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3などの金属酸化物、特にＷＣ、Ｂ4Ｃ、ＳｉＣの特定の金属炭化物、あるいは、例えばグラファイトなどの導電性カーボン、のいずれかから選択されることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
請求項10
導電性材料からなる前記ワイヤ又はストリップは、前記コーティングセメントの周辺に配置されるか、あるいはコーティングセメント内部に埋設されることを特徴とする前出請求項の１つに記載のアセンブリ。
請求項11
前記フィルタは、接合セメントを用いて互いに接着された複数のモノリシックハニカム要素から成り、導電性材料からなる前記ワイヤ又はストリップは、接合セメントの周辺に配置されるか、あるいは接合セメント内に埋設されることを特徴とする請求項１乃至請求項９の１つに記載のアセンブリ。
請求項12
導電性材料からなる前記ワイヤ又はストリップは、前記フィルタの前記濾過部に接触するか、あるいはその内側に配置されることを特徴とする前出請求項の１つに記載のアセンブリ。
請求項13
前記要素や複数の要素、前記コーティングセメント、及び前記接合セメントは、同一のセラミック材に基づくものであり、好ましくは炭化ケイ素ＳｉＣに基づくものであることを特徴とする前出請求項の１つに記載のアセンブリ。
請求項14
前出請求項の１つに記載の装置を用いて、ハニカム型パティキュレートフィルタの放射状クラックを検出する方法であって、導電性材料からなる前記ストリップ又は電気ワイヤの伝導率、又は電気抵抗を測定する手段は、電圧測定値、ＡＣ又はＤＣ電流測定値、又は、例えば印加電圧での電気抵抗測定値の中から選択されたパラメータであって、連続して測定可能であるか、あるいは、例えば前記フィルタの寿命の初めの時点など、所定の様々な瞬間において測定可能なパラメータを測定して、フィルタを装着した車両を始動した状態で、フィルタ再生前、再生中又は再生後、所定温度範囲内において前記パラメータ測定値を較正し、得られた値を、リングオフ・クラックとして知られる放射状クラック検出のための閾値と比較し、前記クラックが発生したことをドライバ又はオペレータに警告するための信号を発するように構成されることを特徴とする方法。
請求項15
導電性材料からなる前記ストリップ又は電気ワイヤの伝導率、又は電気抵抗を測定する前記手段は、エンジン制御システムに接続されたコンピュータ又は電子モジュールによって、予め定められた閾値との比較を実行し、前記比較の一関数として、エンジン管理パラメータ又はフィルタ再生管理装置パラメータを修正し、以てフィルタ入口での温度を低下させるか、あるいはフィルタ上流の酸素含有量を下げることでフィルタへの応力を低減するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
請求項16
導電性材料からなる前記ストリップ又は電気ワイヤの伝導率、又は電気抵抗を測定する前記手段は、フィルタ再生システムに接続されたコンピュータ又は電子モジュールによって、予め定められた閾値との比較を実行し、特に、煤の限界質量を減じることにより、前記比較の一関数として、フィルタ再生システムの管理パラメータを修正するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。