專利名稱：檢測柴油機微粒過濾器完整性的方法
技術領域：
本發明涉及從柴油發動機廢氣中除去微粒物質的過濾器，具體涉及檢測柴油機微粒過濾器(DPF)的方法，用以檢測影響過濾效率的缺陷。
背景技術：
壁流柴油機微粒過濾器用于柴油機廢氣的純化。這種柴油機微粒過濾器通常由堇青石(美國專利4420316)或碳化硅(美國專利5914187)構成，它含有一個蜂窩體，該蜂窩體具有相互貫通的內部多孔薄壁，形成水壓直徑相等的平行通道，在結構體兩個端面之間縱向延伸。交錯的通道在蜂窩體一個端面上用陶瓷填充材料所堵塞，形成“格子板”圖案。該圖案在另一端面上是反的，從而使每個通道只有一端是封閉的。當柴油機廢氣經由一個端面(即進氣端)進入過濾器時，要從另一個端面(即出氣端)出去就必須多孔壁。
對于柴油機微粒的過濾，只有通道密度約為10-300個通道/in2(約1.5-46.5個通道/cm2)更宜為約100-200個通道/in2(約15.5-31個通道/cm2)的蜂窩結構體，才能認為在緊湊結構中形成足夠的薄壁表面積。壁厚的最小尺寸可為0.002in(約0.05mm)，用以形成結構的完整性，但一般約小于0.060in(1.5mm)，用以盡可能減小過濾器的體積。在優選的通道密度情況下，這些材料最常選用的壁厚范圍約為0.010-0.030in(約0.25-0.76mm)之間，例如0.019英寸。
上述結構能夠獲得的過濾效率可以達到甚至超過90％(基于柴油機廢氣微粒重量)。但是，生產工藝帶來的通道內壁破裂或穿孔等缺陷會降低DPF的過濾效率或完整性。這些缺陷使得含有煙炱微粒的柴油機廢氣可以通過該結構，而得不到過濾。
檢測影響所述柴油機過濾器的內部缺陷的方法在本領域并不陌生。Hijikata等人的美國專利5102434介紹了一種方法，它讓含有碳塵等微粒的氣體流入過濾器一端，從另一端排出，這另一端鄰近有張透氣網。碳塵或其他微粒會經過內壁上的漏洞或缺陷處逃逸到附近與外界相通的通道中，最終為網所俘獲。然后可以對照無缺陷的結構體檢查網上的圖案。
在另一種方法中，在蜂窩結構體的一端粘上一層透明膜，然后從另一端鼓入石墨粉。旋轉該結構體數次，從透明膜上存在的石墨粉檢測到發生泄漏的通道。
原來的這些方法存在若干缺點，特別是這兩種方法均需要一個焙燒過的堵塞的部件。當結構體還是生坯(即尚未焙燒)的時候，要修補成品中有缺陷的通道是非常費錢的。此外，在某些情況下，發生泄漏的通道也檢測不出來，據信這是由于微粒之間存在聚集現象(結果里顆粒太大，無法通過小的裂縫)。因此，仍然需要更加可靠、高效的方法，用以檢測柴油機微粒過濾器的完整性。
發明概述本發明提供了一種更加可靠、高效的方法，用來檢測捕集和燃燒柴油機廢氣微粒的陶瓷過濾器中是否存在完整性泄漏缺陷，它能夠克服上述問題和缺點。本發明說明書所用的術語“完整性泄漏缺陷”是指過濾器體的內壁或連接部分中存在的任何斷裂、縫隙、孔洞等。
具體的是，本發明提供了一種檢測方法，包括提供堵塞的生坯蜂窩結構體，該結構體有許多平行通道，它們從進氣端到出氣端貫穿整個結構；加壓使空氣進入蜂窩結構體的進氣端；在蜂窩結構體的出氣端檢測氣流，如果出氣端有空氣出來，就表明陶瓷過濾器中存在完整性泄漏缺陷。本發明說明書所用術語“生坯過濾器”指尚未焙燒的結構體。生坯過濾器的內壁上沒有孔隙，因而空氣無法通過內壁，除非存在完整性泄漏缺陷。
本發明還涉及檢測柴油機廢氣過濾器的完整性的設備，它包括一個外殼，此外殼上有個孔；安裝在外殼的孔中的堵塞的生坯過濾器，該過濾器可以拆卸；與外殼相連的鼓風機；檢測堵塞的生坯過濾器是否漏氣的裝置。
因此，利用本發明方法，如果過濾器體內不存在完整性泄漏缺陷，則在該結構體與進氣端面相反的另一個端面將不存在氣流。反過來，如果過濾器體內存在完整性泄漏缺陷，則在該結構體與進氣端面相反的另一個端面將存在氣流。這是因為空氣通過缺陷進入到相鄰的開放通道中，進而流出該結構體。通過檢測端面是否存在氣流，可以確定過濾器本體中存在完整性泄漏缺陷的數目和位置。
附圖簡述結合以下附圖將能更好地理解本發明。
圖1是本發明設備的一種實施方式的截面簡圖，該設備用來檢測柴油機廢氣微粒過濾器完整性，它包括固定在蜂窩過濾器本體出氣端的一個熱敏罩。
圖2是空氣流過蜂窩過濾器本體中完整性泄漏缺陷的運動示意圖。
圖3是本發明設備的一種實施方式的截面簡圖，該設備用來檢測柴油機廢氣微粒過濾器完整性，它包括一個聲傳感器，用來檢測蜂窩過濾器本體出氣端氣流發出的聲音。
優選實施方式詳述試看圖1，它是設備10的截面圖，該設備包括外殼12，它通過進氣管16與鼓風機14相連。合適的鼓風機14可購自Spencer Turbine Company(Hartford，CT)，型號為VB-004B-000(3/4HP)。外殼12里面裝有生坯過濾器30，該過濾器含有蜂窩結構體32，該結構體由陶瓷材料和許多端部堵塞的平行通道34a、34b構成，通道從進氣端36到出氣端38貫穿該結構體。通道34a、34b應以格子板方式交錯堵塞，使得每隔一個格子的通道34a、34b只在一端，即進氣端36或出氣端38被堵塞40。生坯過濾器30應由這樣的材料制備，該材料在爐子中焙燒時基本上變為堇青石相，如本領域所熟知的。
生坯過濾器30可以拆卸地安裝在外殼12上，進氣端36朝下。蜂窩體32的出氣端38朝上，并且伸出外殼12。盡管適用于具有任何幾何形狀的過濾器，但本發明特別適合檢測通道密度為200cpsi(通道/平方英寸)以及更高的結構體的連續泄漏缺陷。
用一條膠帶等將熱敏罩18固定在出氣端38上。在本發明實施方式中，熱敏罩較好為對溫度敏感的液晶膜，可購自Edmund IndustrialOptics(Barrington，NJ)。熱敏罩18用熱源20加熱到約25-30℃，所述熱源較好為120W的燈。這樣，當室溫(即約20℃)下的空氣從出氣端38開放的通道34b出來，并撞擊受熱罩18時，就形成顯示溫度變化的印記或記號。盡管圖中顯示熱敏罩18與出氣端38直接接觸，但可以設想，熱敏罩18也可以位于靠近但不直接接觸出氣端38的位置，只要它仍能發揮作用。熱源20靠近熱敏罩18，兩者之間的距離約為10-15in，宜為13in。
壓力約為1-15psi(磅/平方英寸)的空氣從鼓風機14通過進氣管16進入外殼12內部，在進氣端36通過許多開放通道34a進入到蜂窩過濾器32中。研究發現，空氣壓力越高，檢測到的泄漏缺陷越小。因此，空氣壓力宜保持在約10-15psi。
現在來看圖2，如果生坯過濾器蜂窩體32中存在完整性泄漏缺陷31，箭頭35代表的空氣將從在進氣端36開放的通道34a通過這些缺陷31進入隔壁的通道34b，由于通道34b的出氣端38開放，因此空氣將從蜂窩結構32中出來。空氣一旦出來，將接觸熱敏罩18，在它上面留下印記圖案。如上所述，印記的出現是溫度變化的結果，即室溫空氣對熱的熱敏罩起作用。接著可以檢查熱敏罩18，分析這些印記，確定結構中完整性泄漏缺陷的數目和位置。印記的大小一般可與完整性泄漏缺陷的大小相關。因此，可以設想，用不同壓力的空氣實驗幾次，將得到尺寸分布圖，即空氣壓力遞增，將產生連續變化的幾組印記。
還可以預見，檢查熱敏罩和檢測完整性泄漏缺陷的步驟可以實現自動化，用本領域常見的圖像分析儀提高效率。具體說來，可先用通常由電視攝像機或另一種光學器件組成的圖像分析儀掃描蜂窩結構體的出氣端，得到第一組信號，顯示通道的位置。接著，掃描熱敏罩，得到第二組信號，顯示印記的位置。利用這兩組數據，可用微處理器(即個人電腦)將印記的位置與含有完整性泄漏缺陷的通道的位置關聯起來。
可進一步預見，出氣端的氣流也可以用聲傳感器檢測，聲傳感器可探測到從開放通道出來的空氣發出的聲音。該實施方式的示意圖示于圖3。聲傳感器50固定在夾具52上，以便于定位和操作。適用于本發明的聲傳感器是Accu TrakVPE-1000，由Superior Signal Company(Spotswood，NJ)生產。在本發明實施方式中，聲傳感器50沿箭頭方向掃描蜂窩結構的出氣端。記錄一組信號，在微處理器上作出噪聲圖，如本領域所熟知的那樣。然后分析此噪聲圖，確定結構中完整性泄漏缺陷的數目和位置。
雖然已經介紹了本發明的幾個特定實施方式，也提到了一些改進方向，但本領域的技術人員應當理解，本發明還有其他一些沒有具體提到的改進方式，這些都包括在附屬權利要求所述范圍之內。
權利要求
1.檢測用于捕集和燃燒柴油機廢氣微粒的過濾器中完整性泄漏缺陷的方法，它包括a.提供堵塞的生坯蜂窩結構體，該結構體有許多平行通道，它們從進氣端到出氣端貫穿整個結構；b.加壓使空氣進入蜂窩結構的進氣端；c.在蜂窩結構體的出氣端檢測氣流，如果出氣端有空氣出來，就表明陶瓷過濾器中存在完整性泄漏缺陷。
2.權利要求1所述方法，其特征在于在蜂窩結構體出氣端檢測漏氣的步驟c)中，還包括a.在蜂窩結構出氣端安裝熱敏罩；b.對熱敏罩加熱；c.檢測熱敏膜的溫度變化，確定陶瓷過濾器中完整性缺陷存在的情況。
3.權利要求2所述方法，其特征在于熱敏罩是對溫度敏感的液晶膜。
4.權利要求1所述方法，其特征在于在蜂窩結構體出氣端檢測漏氣的步驟c)中，還包括a.用聲傳感器掃描出氣端；b.形成噪聲圖，確定陶瓷過濾器中完整性缺陷存在的情況。
5.權利要求1所述方法，其特征在于在步驟b)中，空氣在1-15psi的壓力下流過堵塞的蜂窩結構。
6.權利要求5所述方法，其特征在于空氣處于室溫。
7.檢測柴油機廢氣過濾器的完整性的設備，它包括外殼；外殼上有個孔；安裝在外殼的孔中的堵塞的生坯過濾器，該過濾器可以拆卸；與外殼相連的鼓風機；檢測堵塞的生坯過濾器漏氣情況的設備。
8.權利要求7所述設備，其特征在于堵塞的生坯過濾器是個壁流蜂窩體過濾器，該過濾器體由陶瓷材料組成，有許多從進氣端到出氣端貫穿該過濾器體的平行通道，通道有一堵塞的端。
9.權利要求8所述設備，其特征在于檢測漏氣情況的設備選自熱敏罩和聲傳感器。
10.權利要求9所述設備，其特征在于檢測漏氣情況的設備是熱敏罩。
全文摘要
檢測柴油機廢氣過濾器的完整性的方法，該方法是從結構一端加壓通入空氣，檢測另一端面是否存在氣流。柴油機廢氣過濾器在進行檢測時處于生坯狀態。
文檔編號G01M3/26GK1849504SQ03818400
公開日2006年10月18日 申請日期2003年6月25日 優先權日2002年6月26日
發明者R·H·海格, J·G·佩恩, L·R·佐勒三世 申請人:康寧股份有限公司