JP3496607B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、例えば、ディーゼルエンジンなどの内燃機
関の排気中の微粒子の捕集を行う排気浄化装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気浄化装置として、例えば特
開平６−１５９０３７号公報には、流入排気の空燃比が
リーンのときにＮＯx を吸収し流入排気の酸素濃度が低
下したときに吸収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を
ディーゼルエンジンの排気通路に配置して排気中のＮＯ
x を吸収させ、その後前記ＮＯx 吸収剤に還元剤を供給
して吸収したＮＯx を前記ＮＯx 吸収剤から放出させる
とともに放出されたＮＯx を還元浄化する排気浄化装
置において、前記ＮＯx 吸収剤と排気中の微粒子を捕集
するパティキュレートフィルタとを相互に熱伝達可能な
位置に配置し、前記ＮＯx 吸収剤に還元剤を供給して前
記ＮＯx の放出と還元浄化を行った後に前記パティキュ
レートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼さ
せるようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置が開示されている。

【０００３】この装置では、ＮＯx 吸収剤に還元剤が供
給されるとＮＯx 吸収剤上で還元剤が燃焼してＮＯx
吸収剤の雰囲気酸素濃度が低下するため、ＮＯx 吸収剤
からＮＯx が放出され、還元剤により還元浄化される。
このとき、ＮＯx 吸収剤は還元剤の燃焼により温度が上
昇する。パティキュレートフィルタはＮＯx 吸収剤と相
互に熱伝達可能な位置に配置されているため、パティキ
ュレートフィルタはＮＯx 吸収剤の熱を受けて温度が上
昇する。このため、パティキュレートフィルタの再生を
行う際にはパティキュレートフィルタが充分な高温にな
っており、外部から多大なエネルギを供給することなく
容易にパティキュレートの着火燃焼が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような装
置では、排気温度が低く、かつ、パティキュレートフィ
ルタが低温のとき、捕集されたパティキュレートの燃焼
が促進されない。

【０００５】そこで、排気通路に排気弁を設け、排気を
絞って排気ガス圧を上げることで排気ガス温度を上昇さ
せることが考えられるが、排気弁を設けることは熱的に
難しい。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑み、排気温度が低
温状態であっても、パティキュレートフィルタの再生を
容易に行えるようにすることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。すなわち、本発明
は、内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の排気
通路に、酸化機能を有する触媒およびＮＯｘ吸収剤を担
持し排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキ
ュレートフィルタを配置するとともに、アルカリ金属元
素あるいはアルカリ土類金属元素を含む添加剤を前記パ
ティキュレートフィルタの上流側に添加する添加剤供給
装置を備えている。

【０００８】 パティキュレートフィルタは酸化機能を
有する触媒を担持している。酸化機能を有する触媒とし
ては、例えば酸化触媒あるいは三元触媒であり、これら
が多孔質セラミック上に担持されている。更に、パティ
キュレートフィルタはＮＯｘ吸収剤を担持している。Ｎ
Ｏｘ吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときに
はＮＯ x を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
ると吸収したＮＯ x を放出するＮＯ x の吸放出作用を有す
る。

【０００９】添加剤供給装置は、アルカリ金属元素ある
いはアルカリ土類金属元素を含む添加剤を前記パティキ
ュレートフィルタの上流側に添加する。アルカリ金属元
素とは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウ
ム、セシウム、フランシウムである。

【００１０】アルカリ土類金属元素とは、ベリリウム、
マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウ
ム、及びラジウムなどである。これらは、パティキュレ
ートを構成する煤（炭素）と排気ガス中の酸素と結合
し、例えば、カリウムは炭酸カリウムとなって排出され
る。しかも、この酸化反応は、低温状態で可能であるた
め、パティキュレートの燃焼が低排気温度状態で可能と
なる。

【００１１】ここで、前記添加剤供給装置は、前記パテ
ィキュレートフィルタにパティキュレートが堆積する場
合か否かを判定するパティキュレート堆積判定手段を備
え、この堆積判定手段によりパティキュレートが堆積す
る場合であると判断したとき、前記添加剤を添加するよ
うにするとよい。

【００１２】前記パティキュレート堆積判定手段は、例
えば、パティキュレートフィルタの上流側の排気ガス圧
とパティキュレートフィルタの下流側排気ガス圧との差
圧を検出する差圧検出手段を備え、この差圧検出手段に
より検出された差圧値が所定値より大きいとき、パティ
キュレートが堆積する場合であると判定する。

【００１３】前記パティキュレート堆積判定手段の他の
例としては、例えば、内燃機関の運転により発生する熱
の温度、例えば排気ガス温度を検出する温度センサと、
この温度センサから検出された温度から排気ガス中で燃
焼するスモーク燃焼量を算出するスモーク燃焼量算定手
段と、パティキュレートフィルタの上流側の排気通路中
におけるスモーク排出量を検出するスモークセンサとを
備え、スモーク燃焼量算定手段により算出されたスモー
ク燃焼量とスモークセンサで検出したスモーク排出量と
を比較して、スモーク燃焼量よりスモーク排出量が多い
ときにパティキュレートが堆積する場合であると判定す
る。

【００１４】さらに、内燃機関の運転状態を検出する運
転状態検出手段を備えるとともに、排気ガスの空燃比を
制御する空燃比制御手段を備え、運転状態検出手段によ
り検出した内燃機関の運転状態に応じて、再生処理の手
法を変えるようにしてもよい。

【００１５】例えば、運転状態検出手段により内燃機関
が中負荷運転中であると判断されたとき、前記添加剤供
給装置により添加剤を添加し、内燃機関が低負荷運転中
であると判断されたとき、前記空燃比制御手段により排
気ガスの空燃比をリッチにするリッチスパイク制御を行
うようにする。排気ガスの空燃比制御は、燃焼室内に噴
射される燃料噴射の噴射量の増減、あるいは、排気通路
への燃料の噴射により行う。

【００１６】前記添加剤供給装置は、内燃機関の燃焼後
期（膨張行程後半）に添加剤を添加するようにしたり、
あるいは、内燃機関の燃料中に添加剤を添加するように
する。

【００１７】内燃機関の燃焼後期（膨張行程後半）に添
加剤を添加する趣旨は、排気ガス中に添加剤が混合され
て排気通路からパティキュレートフィルタに供給される
ようにするためである。この場合、添加剤をシリンダ内
に直接供給する添加剤供給装置を設けることが好まし
い。添加剤をシリンダ内に直接供給すると、燃焼ガス中
でのパティキュレートの発生を押さえることができる。

【００１８】また、パティキュレート堆積判定手段によ
りパティキュレートが堆積する場合であると判断したと
き、内燃機関に噴射される燃料中に添加剤を添加する
と、パティキュレートの酸化性が向上するので、内燃機
関から排出されるパティキュレートの量が減少する。同
時にパティキュレートフィルタでのパティキュレート燃
焼性も向上するので、パティキュレートフィルタの圧損
上昇を抑制できる。

【００１９】前記添加剤供給装置は、添加剤をパティキ
ュレートフィルタの上流側の排気通路に添加剤を添加す
ることに限らず、内燃機関の吸気管内に添加剤を添加す
るようにしてもよい。

【００２０】吸気管内に添加剤を添加すると結果として
燃料中に添加剤を添加したのと同様となり、発生するパ
ティキュレートの酸化性が向上するので、内燃機関から
排出されるパティキュレートの量が減少する。また、パ
ティキュレートフィルタでのパティキュレート燃焼性も
向上するので、パティキュレートフィルタの圧損上昇を
抑制できる。

【００２１】本発明は、燃焼室内の不活性ガス量を増大
していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、
燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内
における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生
成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低
温燃焼状態となる内燃機関に適用すると好適である。

【００２２】このような内燃機関において、排気ガスの
空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、低温燃焼時の
低排気温度時には、前記空燃比制御手段により排気ガス
の空燃比をリッチにするリッチスパイク制御を行い、そ
れよりも高い排気温度時には、前記添加剤供給装置によ
り添加剤を添加する。

【００２３】内燃機関の燃焼室内の不活性ガス量を増大
していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、
燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内
における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生
成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる。
この状態を低温燃焼状態というが、このようにするた
め、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスを機関吸
気通路内に再循環させる再循環装置を備えるとよい。こ
の場合、前記不活性ガスが再循環排気ガスからなる。以
上の各構成は、可能なかぎり組み合わせることができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１に本発明の第１
の実施例を示す。図１において、２はディーゼルエンジ
ン、４は吸気通路、６は排気通路を夫々示す。吸気通路
４内には吸気絞り弁８が設けられ、排気通路６には、酸
化機能を有する触媒、例えば三元触媒としてのＮＯx 吸
収剤を担持したパティキュラーフィルタ１０が配置され
ている。この吸気絞り弁８は通常時は全開とされてお
り、後述のようにＮＯx 吸収剤の再生を行う際に閉弁
され、内燃機関２の吸入空気量を絞りＮＯx 吸収剤に
流入する排気流量を低減する。図に１６で示すのは吸気
絞り弁８を駆動するソレノイド、負圧アクチュエータ等
の適宜な形式のアクチュエータである。

【００２５】排気通路６の途中には、パティキュレート
フィルタ１０上流側に排気通路６に添加剤を供給するた
めの添加剤供給装置１２が設けられている。本例では添
加剤として、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジ
ウム、セシウム、フランシウムなどのアルカリ金属元素
や、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロン
チウム、バリウム、及びラジウムなどのアルカリ土類金
属元素を有機溶剤に溶解した溶液を用いる。添加剤供給
装置１２は添加剤を排気通路６内に霧状に噴射するノズ
ルを備えている。

【００２６】パティキュレートフィルタ１０と添加剤供
給装置１２との間の排気通路６には排気温センサ１４が
配置され、この排気温センサ１４の検出信号は電子制御
ユニット（ＥＣＵ）３０に入力される。ＥＣＵ３０は、
ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメ
モリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポート
を双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピ
ュータからなり、燃料噴射量制御等の内燃機関の基本制
御を行う他、本例ではＮＯx 吸収剤の再生、パティキ
ュレートの燃焼等の制御をも行っている。

【００２７】これらの制御のため、ＥＣＵ３０は、吸気
絞り弁８を駆動するアクチュエータ１６、添加剤供給装
置１２および還元剤供給装置１２ｂを制御して、吸気絞
り弁８の開閉、添加剤供給装置１２からの添加剤供給の
調節と還元剤供給装置１２ｂからの還元剤供給の調節を
行う。

【００２８】電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、空燃
比制御手段３０ａとしても機能し、ＮＯx 吸収剤の再生
処理のため、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御して、
空燃比をリッチにして排気ガス温度を高くするリッチス
パイク制御を行う。

【００２９】また、ＥＣＵ３０は、機関回転数やトル
ク、機関の温度等を検出して運転状態を判断する運転状
態検出手段３０ｂとしても機能する。運転状態検出手段
３０ｂでの検出結果に従って、各種の制御が行われる。

【００３０】図２にはパティキュレートフィルタ１０の
拡大断面図を示す。図２を参照すると、パティキュレー
トフィルタ１０は多孔質セラミックから成り、排気ガス
は矢印で示されるように図中左から右に向かって流れ
る。パティキュレートフィルタ１０内には、上流側に栓
１８が施された第１通路２２と下流側に栓２０が施され
た第２通路２４とが交互に配置されハニカム状をなして
いる。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排
気ガスは第２通路２４から多孔質セラミックの流路壁面
を通過して第１通路２２に流入し、下流側に流れる。こ
のとき、排気ガス中のパティキュレートは多孔質セラミ
ックによって捕集され、パティキュレートの大気への放
出を防止する。

【００３１】第１および第２通路２２および２４の壁面
にはＮＯx 吸収剤２６が担持されている。ＮＯx 吸収
剤２６は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウ
ムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウム
Ｂａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタン
Ｌａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少な
くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。Ｎ
Ｏx 吸収剤２６は流入排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯx を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が
低下すると吸収したＮＯx を放出するＮＯx の吸放出
作用を行う。

【００３２】上述のＮＯx 吸収剤２６を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯx 吸収剤２６は実際にＮＯx の
吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズム
については明らかでない部分もある。しかしながらこの
吸放出作用は図３に示すようなメカニズムで行われてい
るものと考えられる。次にこのメカニズムについて白金
ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって
説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、
希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

【００３３】即ち、流入排気ガスがかなりリーンになる
と流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図３
（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-又はＯ^2-
の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス
に含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と
反応し、ＮＯ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。

【００３４】次いで生成されたＮＯ₂の一部は白金Ｐｔ
上で更に酸化されつつＮＯx 吸収剤２６内に吸収され
て酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図３（Ａ）に示
されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯx 吸収剤２
６内に拡散する。このようにしてＮＯx がＮＯx 吸収
剤２６内に吸収される。

【００３５】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Ｐｔの表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯx 吸収剤２６のＮ
Ｏx 吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯx 吸収剤２
６内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。これ
に対して流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ₂の
生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に
進み、斯くしてＮＯx 吸収剤２６内の硝酸イオンＮＯ₃
^-がＮＯ₂の形で吸収剤から放出される。即ち、流入排気
ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯx 吸収剤２６からＮ
Ｏx が放出されることになる。流入排気ガスのリーン
の度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下
し、従って流入排気ガスのリーンの度合いを低くすれば
ＮＯx 吸収剤２６からＮＯx が放出されることにな
る。

【００３６】一方、このとき流入排気ガスの空燃比をリ
ッチにすると、ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又は
Ｏ^2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガス
の空燃比をリッチにすると流入排気ガス中の酸素濃度が
極度に低下するためにＮＯx吸収剤２６からＮＯ₂ が放
出され、このＮＯ₂ は図３（Ｂ）に示されるように未燃
ＨＣ，ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このよう
にして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂が存在しなくなるとＮ
Ｏx 吸収剤２６から次から次へとＮＯ₂ が放出され
る。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時
間のうちにＮＯx吸収剤２６からＮＯx が放出されて還
元浄化されることになる。本例ではディーゼルエンジン
が使用されているため通常運転時の排気空燃比はリーン
であり、ＮＯx 吸収剤２６は排気中のＮＯx を吸収す
る。また、燃焼室内への燃料噴射をしたり、パティキュ
レートフィルタ１０上流側の排気通路６に還元剤として
燃料が供給されるとパティキュレートフィルタ１０を通
過する排気ガスの空燃比はリッチになり、ＮＯx 吸収剤
２６からの上記ＮＯx の放出と還元が行われる。この制
御をリッチスパイク制御という。また、供給する還元剤
はディーゼルエンジン２の燃料が使用される。本例で、
リッチスパイク制御は、空燃比制御手段３０ａにより、
燃焼室内への燃料噴射により行うこととしている。な
お、ここでいう排気の空燃比とはＮＯx 吸収剤２６上
流側の排気通路６とエンジン燃焼室または吸気通路に供
給された空気と燃料との比率をいうものとする。従って
排気通路６に空気や還元剤が供給されていないときには
排気空燃比は内燃機関の運転空燃比（エンジン燃焼室内
の燃焼空燃比）に等しくなる。次に図４を参照しつつ本
例の動作について説明する。図４はＮＯx 吸収剤２６
の再生とパティキュレートフィルタ１０に捕集されたパ
ティキュレートの燃焼の制御ルーチンを示すフローチャ
ートである。

【００３７】この制御のために、ＥＣＵ３０上に、パテ
ィキュレート堆積判定手段３０ｃが実現されており、ま
た、ＥＣＵ３０のＲＯＭ（リードオンリメモリ）には、
パティキュラーマターがパティキュレートフィルタ１０
に堆積する運転条件が、図５に示すように、エンジン回
転数とエンジン負荷（トルク）との関係においてマップ
の形で記憶されている。

【００３８】ＥＣＵ３０上に実現されるパティキュレー
ト堆積判定手段３０ｃは、このＲＯＭに記憶されたマッ
プを参照してパティキュレート堆積判定を行う。このマ
ップから明かなように、エンジン回転数とエンジン負荷
（トルク）との関係において、パティキュラーマターが
パティキュレートフィルタ１０に堆積する領域と、パテ
ィキュレートの連続燃焼が可能な領域と、リッチスパイ
クによりＮＯx 吸収剤の再生が可能な領域とが存在す
る。このような領域は内燃機関の運転上の経験則から見
い出される。

【００３９】図４に示したルーチンはＥＣＵ３０により
一定時間毎の割込みによって実行される。まず、ステッ
プ１０で、ＥＣＵ３０に入力されたエンジン回転数とト
ルクから、マップを参照して、パティキュレートがパテ
ィキュレートフィルタ１０に堆積する領域であるかを判
定し、その領域にあるときは、ステップ２０に進み添加
剤供給装置１２から、添加剤を噴射する。また、同時に
吸気絞り弁８が開弁される。これによって多量の空気が
パティキュレートフィルタ１０内に流入する。よって、
パティキュレートフィルタ１０に捕集されたパティキュ
レートに着火される。なお、図示していないが、パティ
キュレートフィルタ１０上流側に電気ヒータ等の補助的
加熱手段を設け、パティキュレートフィルタ１０を加熱
するようにすればパティキュレートの着火が促進され
る。 ここでは、例えば、添加剤として供された例えば
カリウムＫが、パティキュレートを構成するＨＣ及び供
給された酸素Ｏ₂ と結合し、下記の式のごとく炭酸カ
リウムとなって排出される。 ２ｍ・Ｋ＋Ｃ_mＨ_n＋｛（６ｍ＋ｎ）／４｝Ｏ₂ →ｍ・
Ｋ₂ＣＯ₃＋（ｎ／２）Ｈ₂Ｏ （ｍ、ｎは自然数） アルカリ金属やアルカリ土類金属を添加すると、通常の
燃焼温度より低い温度でパティキュレートを燃焼でき
る。換言すれば、低排気温度のときでもパティキュレー
トの燃焼が可能であるということである。逆に言えば、
排気低温時にパティキュレートが堆積しやすいので、添
加剤の添加が有効なものであるといえる。パティキュラ
ーマターがパティキュレートフィルタ１０に堆積する領
域でない場合、その場合より高負荷運転か低負荷運転の
場合であるが、ステップ３０へと進む。ステップ３０で
は、リッチスパイクによりＮＯx 吸収剤の再生が可能な
領域であるかどうかが判定される。

【００４０】ステップ３０で、リッチスパイクによりＮ
Ｏx 吸収剤の再生が可能な領域であると判定された場合
は、ＮＯx 吸収剤再生開始条件が備わっていることを前
提としてリッチスパイク制御を行う。ＮＯx 吸収剤再生
開始条件は、例えば、減速時であり、ＮＯx 吸収剤２
６が活性化温度以上であり、かつ前回再生を実行してか
ら所定時間以上経過していること等である。これらは運
転状態検出手段３０ｂの判断による。

【００４１】ＮＯx 吸収剤再生開始条件が成立してい
ないと判定された場合には、リッチスパイク制御は行わ
ずに処理を終了する。 ＮＯx 吸収剤再生開始条件が成
立した場合であれば、ステップ４０でリッチスパイク制
御を行う。ここでは、吸気絞り弁８が閉弁される。これ
によってパティキュレートフィルタ１０に流入する空気
量が減少される。次いで、内燃機関の燃焼室での燃料噴
射量を増加して、排気空燃比をリッチにする。あるい
は、別途設けた還元剤供給装置から還元剤として燃料を
排気通路に噴射する。その燃料はＮＯx 吸収剤２６の
触媒作用によって燃焼し排気ガス中の酸素が消費され
る。

【００４２】このため、パティキュレートフィルタ１０
内の排気ガス中の酸素濃度が極度に低下して排気ガスの
空燃比はリッチとなる。これによって、前述のように、
ＮＯx 吸収剤２６からＮＯx が放出され、この放出さ
れたＮＯx は還元浄化されることとなる。なお、リッ
チスパイク制御により排気温度が上昇するので、パティ
キュレートが燃焼し、パティキュレートフィルタが再生
される。

【００４３】なお、上記したように、リッチスパイク制
御のため、燃料噴射量を制御する代わりに、パティキュ
レートフィルタ１０上流側の排気通路６にＮＯx 吸収剤
の再生のために使用される還元剤を供給するための還元
剤供給装置を別途設ける場合、還元剤としては、排気中
で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するもので
あれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プ
ロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリ
ン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できるが、貯蔵、
補給等の際の煩雑さを避けるためディーゼルエンジン２
の燃料である軽油を還元剤として使用するのが好的であ
る。

【００４４】以上説明したように、パティキュレート堆
積領域、ずなわち、中負荷運転時には添加剤の添加でパ
ティキュレートの燃焼が可能なり、それよりも低負荷の
領域ではリッチスパイク制御によりＮＯx 吸収剤の再生
と同時に、パティキュレートの燃焼が可能となり、運転
状態に応じた適切なパティキュレートフィルターの再生
処理を行うことができる。

【００４５】＜実施例２＞次に図６を用いて本発明の第
２の実施例について説明する。ここでは、パティキュラ
ーマターがパティキュレートフィルタ１０に堆積する領
域であるかを判定するパティキュレート堆積判定手段３
０ｃがＥＣＵ３０上に実現され、パティキュレートフィ
ルタ１０の上流側と下流側に圧力センサ１０ａ、１０ｂ
をそれぞれ設け、両者の差圧を差圧計１０ｃで計測し、
差圧計１０ｃにより検出された差圧値が所定値より大き
いと判断されたときにパティキュレートが堆積する場合
であると判定する。

【００４６】すなわち、パティキュレートフィルタ１０
の上流側と下流側に設けた圧力センサ１０ａ、１０ｂ、
差圧計１０ｃを備えた差圧検出手段３０ｄがＥＣＵ３０
上に実現されている。なお、１２ａは、添加剤供給装置
を構成する噴射弁であり、１２ｂは添加剤を圧送するポ
ンプである。他の構成は、実施例１と同様であるため、
その説明を省略する。なお、パティキュレートフィルタ
１０の上流側のみに圧力センサを設け、その計測値が所
定以上になったとき、パティキュレートが堆積する場合
であると判定してもよい。パティキュレートフィルタ１
０にパティキュレートが堆積すると、上流側の背圧が上
昇するからである。

【００４７】＜実施例３＞図７で示したように、ここで
は、パティキュラーマターがパティキュレートフィルタ
１０に堆積する領域であるかを判定するパティキュレー
ト堆積判定手段３０ｃがＥＣＵ３０上に実現されてい
る。そして、内燃機関の運転により発生する排気熱の温
度を検出する温度センサ１０ｄと、パティキュレートフ
ィルタの上流側の排気通路中におけるスモーク排出量を
検出するスモークセンサ１０ｅとを備えている。これら
センサは、ＥＣＵ３０に接続されている。ＥＣＵ３０上
には、温度センサ１０ｄから検出された排気温度から排
気ガス中で燃焼するスモーク燃焼量を算出するスモーク
燃焼量算定手段３０ｅが実現されている。

【００４８】パティキュレート堆積判定手段３０ｃは、
スモーク燃焼量算定手段３０ｅにより算出されたスモー
ク燃焼量とスモークセンサ１０ｅで検出したスモーク排
出量とを比較して、スモーク燃焼量よりスモーク排出量
が多いときにパティキュレートが堆積する場合であると
判定する。他の構成は、実施例１と同様であるため、そ
の説明を省略する。

【００４９】＜実施例４＞ここでは、図８に示したよう
に、噴射弁１２ａとポンプ１２ｂとを備え、添加剤をポ
ンプ１２ｂで汲み上げて噴射弁１２ａから噴射して供給
するための添加剤供給装置１２をシリンダに設け、上記
した各実施例のように、パティキュレート堆積判定手段
３０ｃによりパティキュラーマターがパティキュレート
フィルタ１０に堆積する領域であると判定された場合、
内燃機関の燃焼後期に添加剤をシリンダ内に直接噴射す
る。

【００５０】このようにすると、燃焼後期にパティキュ
レートの酸化が進み、内燃機関から排出されるパティキ
ュレートの量が減少するだけでなく、パティキュレート
フィルタでのパティキュレート燃焼性も向上するので、
パティキュレートフィルタの圧損上昇を抑制できる。な
お、２ａは燃料噴射弁である。

【００５１】＜実施例５＞ここでは、図９に示したよう
に、燃料タンク２ｂから燃料ポンプ２ｃにより燃料噴射
弁２ａを介してシリンダ内に燃料を供給する燃料噴射系
に、添加剤をポンプ１２ｂにて供給するようにしたもの
で、内燃機関の回転数、トルク等の情報から実施例１の
ように、あるいは、実施例２又は３のような方法でパテ
ィキュレート堆積判定手段によりパティキュラーマター
がパティキュレートフィルタ１０に堆積する領域である
と判定された場合、燃料ポンプと添加剤添加用のポンプ
１２ｂとの間に設けた電磁制御弁１２ｃを開いて燃料に
添加剤を混合し、燃料噴射弁２ａからシリンダ内に噴射
するようにした例である。

【００５２】このように、燃料中に添加剤を添加する
と、パティキュレートの酸化性が向上するので、内燃機
関から排出されるパティキュレートの量が減少する。ま
た、パティキュレートフィルタでのパティキュレート燃
焼性も向上するので、パティキュレートフィルタの圧損
上昇を抑制できる。

【００５３】＜実施例６＞ここでは、図１０に示したよ
うに、噴射弁１２ａとポンプ１２ｂとを備え、添加剤を
ポンプ１２ｂで汲み上げて噴射弁１２ａから噴射して供
給するための添加剤供給装置１２を吸気管４に設け、上
記した各実施例のように、パティキュレート堆積判定手
段１０ｃによりパティキュラーマターがパティキュレー
トフィルタ１０に堆積する領域であると判定された場
合、添加剤を吸気管内に噴射する。

【００５４】その効果は、実施例５と同様である。すな
わち、吸気管内に添加剤を噴射すると、添加剤を含む新
気に燃料が噴射されるので、燃料が燃料中に添加剤を添
加した場合と同様、発生するパティキュレートの酸化性
が向上するので、内燃機関から排出されるパティキュレ
ートの量が減少する。また、パティキュレートフィルタ
でのパティキュレート燃焼性も向上するので、パティキ
ュレートフィルタの圧損上昇を抑制できる。

【００５５】＜実施例７＞ 本発明は、燃焼室内の不活
性ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大して
ピークに達し、燃焼室内の不活性ガス量を更に増大して
いくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲の
ガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発
生しなくなる低温燃焼状態となる内燃機関に適用すると
好適である。

【００５６】このような内燃機関において、排気ガスの
空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、低温燃焼時の
低排気温度時には、前記空燃比制御手段により排気ガス
の空燃比をリッチにするリッチスパイク制御を行い、そ
れよりも高い排気温度時には、前記添加剤供給装置によ
り添加剤を添加する。すなわち、図５のマップにおける
リッチスパイク可能領域が前者であり、パティキュレー
ト堆積領域が後者となる。

【００５７】内燃機関の燃焼室内の不活性ガス量を増大
していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、
燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内
における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生
成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる。
この状態を低温燃焼状態というが、このような低温燃焼
状態を実現する好的な実施形態としては、内燃機関の燃
焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環
させる再循環装置、すなわちＥＧＲ装置を例示できる。

【００５８】そのようなＥＧＲ装置を備えた内燃機関の
例を図１１に示す。図１１は４ストローク圧縮着火式内
燃機関を示している。図１１を参照すると、１は機関本
体、１０２はシリンダブロック、１０３はシリンダヘッ
ド、１０４はピストン、１０５は燃焼室、１０６は電気
制御式燃料噴射弁、１０７は吸気弁、１０８は吸気ポー
ト、１０９は排気弁、１１０は排気ポートを夫々示す。
吸気ポート１０８は対応する吸気枝管１１１を介してサ
ージタンク１１２に連結され、サージタンク１１２は吸
気ダクト１１３を介してエアクリーナ１１４に連結され
る。吸気ダクト１１３内には電気モータ１１５により駆
動されるスロットル弁１１６が配置される。一方、排気
ポート１１０は排気マニホルド１１７および排気管１１
８を介してパティキュレートフィルタ１１９に連結さ
れ、パティキュレートフィルタ１１９の下流にはＮＯx
吸収剤１２０が配置される。

【００５９】図１１に示されるように排気マニホルド１
１７内には空燃比センサ１２１が配置される。排気マニ
ホルド１１７とサージタンク１１２とはＥＧＲ通路１２
２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２２内には電
気制御式ＥＧＲ制御弁１２３が配置される。また、ＥＧ
Ｒ通路１２２周りにはＥＧＲ通路１２２内を流れるＥＧ
Ｒガスを冷却するための冷却装置１２４が配置される。
図１１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１２
４内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却
される。

【００６０】一方、各燃料噴射弁１０６は燃料供給管１
２５を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール１２
６に連結される。このコモンレール１２６内へは電気制
御式の吐出量可変な燃料ポンプ１２７から燃料が供給さ
れ、コモンレール１２６内に供給された燃料は各燃料供
給管１２５を介して燃料噴射弁１０６に供給される。コ
モンレール１２６にはコモンレール１２６内の燃料圧を
検出するための燃料圧センサ１２８が取付けられ、燃料
圧センサ１２８の出力信号に基づいてコモンレール１２
６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ１２
７の吐出量が制御される。

【００６１】電子制御ユニット１３０はデジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス１３１によって互いに接
続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）１３２、ＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）１３３、ＣＰＵ（マイクロ
プロセッサ）１３４、入力ポート１３５および出力ポー
ト１３６を具備する。空燃比センサ１２１の出力信号は
対応するＡＤ変換器１３７を介して入力ポート１３５に
入力され、燃料圧センサ１２８の出力信号も対応するＡ
Ｄ変換器１３７を介して入力ポート１３５に入力され
る。アクセルペダル１４０にはアクセルペダル１４０の
踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ１
４１が接続され、負荷センサ１４１の出力電圧は対応す
るＡＤ変換器１３７を介して入力ポート１３５に入力さ
れる。また、入力ポート１３５にはクランクシャフトが
例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクラン
ク角センサ１４２が接続される。一方、出力ポート１３
６は対応する駆動回路１３８を介して燃料噴射弁１０
６、電気モータ１１５、ＥＧＲ制御弁１２３および燃料
ポンプ１２７に接続される。

【００６２】図１２は機関低負荷運転時においてスロッ
トル弁１１６の開度およびＥＧＲ率を変化させることに
より空燃比Ａ／Ｆ（図１２の横軸）を変化させたときの
出力トルクの変化、およびスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ
x の排出量の変化を示す実験例を表している。図１２か
らわかるようにこの実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくな
るほどＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１４．
６）以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上とな
っている。

【００６３】図１２に示されるようにＥＧＲ率を増大す
ることにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率
が４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度に
なったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセ
ント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮ
Ｏx の発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，
ＣＯの発生量は増大し始める。

【００６４】図１３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近で
スモークの発生量が最も多いときの燃焼室５内の燃焼圧
変化を示しており、図１３（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１３
付近でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室５内の
燃焼圧の変化を示している。図１３（Ａ）と図１３
（Ｂ）とを比較すればわかるようにスモークの発生量が
ほぼ零である図１３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生
量が多い図１３（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低い
ことがわかる。

【００６５】図１２および図１３に示される実験結果か
ら次のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが
１５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図
１２に示されるようにＮＯx の発生量がかなり低下す
る。ＮＯx の発生量が低下したということは燃焼室１０
５内の燃焼温度が低下していることを意味しており、従
って煤がほとんど発生しないときには燃焼室１０５内の
燃焼温度が低くなっていると言える。同じことが図１３
からも言える。即ち、煤がほとんど発生していない図１
３（Ｂ）に示す状態では燃焼圧が低くなっており、従っ
てこのとき燃焼室１０５内の燃焼温度は低くなっている
ことになる。

【００６６】第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図１２に示されるようにＨＣおよびＣ
Ｏの排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成
長せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中
に含まれる図１４に示されるような直鎖状炭化水素や芳
香族炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられる
と熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原
子が集合した固体からなる煤が生成される。この場合、
実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのよ
うな形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図１
４に示されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで
成長することになる。従って、上述したように煤の発生
量がほぼ零になると図１２に示される如くＨＣおよびＣ
Ｏの排出量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又
はその前の状態の炭化水素である。図１２および図１３
に示される実験結果に基づくこれらの考察をまとめると
燃焼室１０５内の燃焼温度が低いときには煤の発生量が
ほぼ零になり、このとき煤の前駆体又はその前の状態の
炭化水素が燃焼室１０５から排出されることになる。こ
のことについて更に詳細に実験研究を重ねた結果、燃焼
室１０５内における燃料およびその周囲のガス温度が或
る温度以下である場合には煤の成長過程が途中で停止し
てしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼室１０５内にお
ける燃料およびその周囲の温度が或る温度以上になると
煤が生成されることが判明したのである。

【００６７】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はＮＯx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はＮＯx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯx の発生量が低下する。このときＮＯx の発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
x の発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。

【００６８】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室１０５から排出させるか、或
いは煤の形で燃焼室１０５から排出させるかについては
極めて大きな差がある。

【００６９】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室５内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。

【００７０】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。

【００７１】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。

【００７２】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、ＣＯ2 やＥＧＲガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
いることは好ましいと言える。

【００７３】図１５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
い、ＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とス
モークとの関係を示している。即ち、図１５において曲
線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ
９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷
却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線
ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示して
いる。

【００７４】図１５の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガ
スを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセント
よりも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、こ
の場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば
煤がほとんど発生しなくなる。一方、図１５の曲線Ｂで
示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧ
Ｒ率が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生
量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パ
ーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。

【００７５】また、図１５の曲線Ｃで示されるようにＥ
ＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が
５５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、こ
の場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば
煤がほとんど発生しなくなる。なお、図１５は機関負荷
が比較的高いときのスモークの発生量を示しており、機
関負荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ
率は若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率
の下限も若干低下する。このように煤がほとんど発生し
なくなるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関
負荷に応じて変化する。

【００７６】本発明は、このようなＥＧＲによって、低
温燃焼可能な内燃機関において、最も好的に適用され
る。このような内燃機関では、特に図５で示される領域
が顕著に現れるからである。

【００７７】このような実施例７に示した内燃機関では
特に、図５で示したパティキュレート堆積領域におい
て、排気温度が低い上に、ＥＧＲによる低温燃焼が実現
できないので、パティキュレートがパティキュレートフ
ィルタに堆積してしまうので、実施例１から６に示した
具体的な技術を適用することで、パティキュレートを燃
焼せしめることができる。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、パティキュレートフィ
ルタの再生にあたり、アルカリ金属元素あるいはアルカ
リ土類金属元素を含む添加剤を添加するので、低温状態
でもパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレ
ートを燃焼させることができる。

【００７９】そして、パティキュレートフィルタにパテ
ィキュレートが堆積する場合か否かを判定するパティキ
ュレート堆積判定手段によりパティキュレートが堆積す
る場合であると判断したとき、前記添加剤を添加するの
で、添加剤を効果的に使用でき、無駄に消費することが
ない。

【００８０】さらに、内燃機関の運転状態を検出する運
転状態検出手段を備えるとともに、排気ガスの空燃比を
制御する空燃比制御手段を備え、運転状態検出手段によ
り検出した内燃機関の運転状態に応じて、再生処理の手
法を変えることで、運転状態に応じた適切なパティキュ
レートフィルタの再生処理を行うことができる。

【００８１】内燃機関の燃焼後期（膨張行程後半）に添
加剤を添加するようにしたり、あるいは、内燃機関の燃
料中に添加剤を添加することで、パティキュレートの酸
化性が向上するので、内燃機関から排出されるパティキ
ュレートの量が減少する。同時にパティキュレートフィ
ルタでのパティキュレート燃焼性も向上するので、パテ
ィキュレートフィルタの圧損上昇を抑制できる。

【００８２】本発明は、燃焼室内の不活性ガス量を増大
していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、
燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内
における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生
成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低
温燃焼状態となる内燃機関に適用することで、このよう
な内燃機関におけるパティキュレートフィルタの再生処
理をより好的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】パティキュレートフィルタ１０の拡大断面図で
ある。

【図３】ＮＯx の吸放出作用を説明するための図であ
る。

【図４】図１の実施例のＮＯx 吸収剤の再生とパティ
キュレートフィルタの再生操作を示すフローチャートで
ある。

【図５】パティキュレート堆積領域を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施例を示す図である。

【図９】本発明の第５の実施例を示す図である。

【図１０】本発明の第６の実施例を示す図である。

【図１１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。

【図１２】スモークおよびＮＯx の発生量等を示す図で
ある。

【図１３】燃焼圧を示す図である。

【図１４】燃料分子を示す図である。

【図１５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す
図である。

【符号の説明】

２…ディーゼルエンジン ６…排気通路 ８…吸気絞り弁 ９…排気切換え弁 １０（１１９）…パティキュレートフィルタ １０ｄ…温度センサ １０ｅ…スモークセンサ １２…添加剤供給装置 ２６…ＮＯx 吸収剤 ３０（１３０）…ＥＣＵ（電子制御ユニット） ３０ａ…空燃比制御手段 ３０ｂ…運転状態検出手段 ３０ｃ…パティキュレート堆積判定手段 ３０ｄ…差圧検出手段 ３０ｅ…スモーク燃焼量算定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｎ ３０１Ｔ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｒ (56)参考文献 特開 昭63−242324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−100218（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−294226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−77718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−68712（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−18228（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02 F02D 21/08 F02D 41/04 F02D 43/00 F02D 45/00 F01N 3/24

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に、酸化機能を有す
   る触媒およびＮＯｘ吸収剤を担持し排気ガス中のパティ
   キュレートを捕集するパティキュレートフィルタを配置
   するとともに、アルカリ金属元素あるいはアルカリ土類
   金属元素を含む添加剤を前記パティキュレートフィルタ
   の上流側に添加する添加剤供給装置を備えた内燃機関の
   排気浄化装置において、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段とを更
   に備え、運転状態検出手段により内燃機関が中負荷運転
   中であると判断されたとき、前記添加剤供給装置により
   添加剤を添加し、内燃機関が低負荷運転中であると判断
   されたとき、前記空燃比制御手段により排気ガスの空燃
   比をリッチにするリッチスパイク制御を行うことを特徴
   とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気通路に、酸化機能を有す
   る触媒およびＮＯｘ吸収剤を担持し排気ガス中のパティ
   キュレートを捕集するパティキュレートフィルタを配置
   するとともに、アルカリ金属元素あるいはアルカリ土類
   金属元素を含む添加剤を前記パティキュレートフィルタ
   の上流側に添加する添加剤供給装置を備えた内燃機関の
   排気浄化装置において、 前記内燃機関が、燃焼室内の不活性ガス量を増大してい
   くと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室
   内の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内におけ
   る燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度
   よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる低温燃焼
   状態となる内燃機関であって、 排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段を更に備
   え、低温燃焼時の低排気温度時には、前記空燃比制御手
   段により排気ガスの空燃比をリッチにするリッチスパイ
   ク制御を行い、それよりも高い排気温度時には、前記添
   加剤供給装置により添加剤を添加することを特徴とする
   内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記燃焼室から排出された排気ガスを機
   関吸気通路内に再循環させる再循環装置を備え、前記不
   活性ガスが再循環排気ガスからなる請求項２記載の内燃
   機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記添加剤供給装置は、前記パティキュ
   レートフィルタにパティキュレートが堆積する場合か否
   かを判定するパティキュレート堆積判定手段を備え、こ
   のパティキュレート堆積判定手段によりパティキュレー
   トが堆積する場合であると判断したとき、前記添加剤を
   添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 前記パティキュレート堆積判定手段は、
   パティキュレートフィルタの上流側の排気ガス圧とパテ
   ィキュレートフィルタの下流側排気ガス圧との差圧を検
   出する差圧検出手段を備え、この差圧検出手段により検
   出された差圧値が所定値より大きいときにパティキュレ
   ートが堆積する場合であると判定することを特徴とする
   請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 【請求項６】 前記パティキュレート堆積判定手段は、
   内燃機関の運転により発生する熱の温度を検出する温度
   センサと、この温度センサから検出された温度から排気
   ガス中で燃焼するスモーク燃焼量を算出するスモーク燃
   焼量算定手段と、パティキュレートフィルタの上流側の
   排気通路中におけるスモーク排出量を検出するスモーク
   センサとを備え、スモーク燃焼量算定手段により算出さ
   れたスモーク燃焼量とスモークセンサで検出したスモー
   ク排出量とを比較して、スモーク燃焼量よりスモーク排
   出量が多いときにパティキュレートが堆積する場合であ
   ると判定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関
   の排気浄化装置。
7. 【請求項７】 前記添加剤供給装置は、内燃機関の燃焼
   後期に添加剤を添加することを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 前記添加剤供給装置は、添加剤をシリン
   ダ内に直接供給することを特徴とする請求項７記載の内
   燃機関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】 前記添加剤供給装置は、パティキュレー
   ト堆積判定手段によりパティキ ュレートが堆積する場合
   であると判断したとき、内燃機関に噴射される燃料中に
   添加剤を添加することを特徴とする請求項４記載の内燃
   機関の排気浄化装置。
10. 【請求項１０】 前記添加剤供給装置は、内燃機関の吸
    気管内に添加剤を添加することを特徴とする請求項１〜
    ３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。