(57)【要約】【課題】理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関を備えた鞍乗り型車両において、ＮＯｘの浄化率を向上させる。【解決手段】本発明による鞍乗り型車両は、理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関１と、内燃機関１から燃焼ガスを排出する排気経路７ａ内に設けられた第１の触媒２Ａと、排気経路７ａ内において第１の触媒２Ａよりも下流側に設けられた第２の触媒２Ｂと、排気経路７ａの第１の触媒２Ａと第２の触媒２Ｂとの間の部分に二次空気を導入する二次空気導入装置３とを備える。第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂのそれぞれは、白金、ロジウム、パラジウムおよび金の少なくとも１つを含む貴金属成分を含む。第２の触媒２Ｂは、さらに、アンモニアを分解するアンモニア分解成分を含む。第２の触媒２Ｂのアンモニア分解成分は、イリジウムを含む。【選択図】図１
2010101310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関と、
前記内燃機関から燃焼ガスを排出する排気経路内に設けられた第１の触媒と、
前記排気経路内において前記第１の触媒よりも下流側に設けられた第２の触媒と、
前記排気経路の、前記第１の触媒と前記第２の触媒との間の部分に二次空気を導入する二次空気導入装置と、を備え、
前記第１の触媒および前記第２の触媒のそれぞれは、白金、ロジウム、パラジウムおよび金の少なくとも１つを含む貴金属成分を含み、
前記第２の触媒は、さらに、アンモニアを分解するアンモニア分解成分を含み、
前記アンモニア分解成分はイリジウムを含む、鞍乗り型車両。
【請求項２】
前記第２の触媒は、
前記貴金属成分を含む第１触媒層と、
前記第１触媒層上に設けられ、前記アンモニア分解成分を含む第２触媒層と、を有する請求項１に記載の鞍乗り型車両。
【請求項３】
前記第２触媒層は、１０μｍ以上１００μｍ以下の平均厚さを有する請求項２に記載の鞍乗り型車両。
【請求項４】
前記第２の触媒は、
前記アンモニア分解成分を含む第１領域と、
前記第１領域よりも下流側に位置し、前記貴金属成分を含む第２領域と、を有する請求項１に記載の鞍乗り型車両。
【請求項５】
前記第１領域は、２０ｍｍ以上の長さを有する請求項４に記載の鞍乗り型車両。
【請求項６】
マフラをさらに備え、
前記第１の触媒および前記第２の触媒は前記マフラ内に配置されている請求項１から５のいずれかに記載の鞍乗り型車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動二輪車等の鞍乗り型車両に関し、特に、理論空燃比よりも小さい空燃比（つまり燃料リッチ側の空燃比）で燃焼を行う内燃機関を備えた鞍乗り型車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車両のエンジンから排出される燃焼ガス（排気ガス）を浄化するため、三元触媒が広く用いられている。三元触媒は、排気ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）およびＮＯx（窒素酸化物）を水や二酸化炭素、窒素に還元または酸化する。
【０００３】
三元触媒を用いて効率よく還元・酸化を行うためには、燃料と空気とが過不足なく燃焼する空燃比（「理論空燃比」と呼ばれる。）で燃焼を行うことが好ましい。そのため、排気ガス中の酸素濃度を酸素センサにより検出し、検出した酸素濃度に基づいて空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御する方式が提案されている。
【０００４】
ところが、エンジンは、理論空燃比よりも小さい空燃比（つまり燃料リッチ側の空燃比）で燃焼を行う方が高い出力が得られるので、空燃比が常に理論空燃比となるように燃料噴射量を制御すると、四輪自動車に比べて排気量の小さい自動二輪車等の鞍乗り型車両では、十分に高いエンジン出力を得られないことがある。また、厳密なフィードバック制御を行なうためには、現在自動二輪車に多く用いられているキャブレタ方式ではなく、インジェクション（燃料噴射）方式で混合気を作り出す必要があるので、製造コストが増加してしまう。
【０００５】
特許文献１には、燃料リッチ側の空燃比で燃焼を行うエンジン用の排気ガス浄化システムが提案されている。図１１に、特許文献１に開示されている排気ガス浄化システム２００を示す。
【０００６】
排気ガス浄化システム２００は、図１１に示すように、エンジン２０１と、エンジン２０１の排気ポートに接続された排気管２０７を備えている。排気管２０７内には、第１の触媒２０２Ａと、第１の触媒２０２Ａよりも下流側に配置された第２の触媒２０２Ｂとが設けられており、さらに、排気管２０７の第１の触媒２０２Ａと第２の触媒２０２Ｂとの間の部分に、二次空気を導入するための二次空気導入管２０３が接続されている。第１の触媒２０２Ａおよび第２の触媒２０２Ｂは、例えば公知の三元触媒と同じ成分を有している。
【０００７】
この排気ガス浄化システム２００では、エンジン２０１は、燃料リッチ側の空燃比で運転される。エンジン２０１からの排気ガスは、まず第１の触媒２０２Ａに接触する。三元触媒は、燃料リッチ側の空燃比では高いＮＯｘ浄化率を示すため、排気ガス中のＮＯｘは、第１の触媒２０２Ａによって最終所要浄化率まで浄化される。また、このとき、排気ガス中のＣＯおよびＨＣの一部も浄化される。
【０００８】
次に、第１の触媒２０２Ａを通過した排気ガスに、二次空気導入管２０３から導入された二次空気が混入され、排気ガスの空燃比は燃料リーン側にシフトする。この燃料リーン側の空燃比の排気ガスが第２の触媒２０２Ｂに接触することによって、排気ガス中の未浄化のＣＯおよびＨＣが浄化される。
【０００９】
つまり、この方式では、排気ガスをまず還元雰囲気下で第１の触媒２０２Ａと接触させて主にＮＯｘを浄化し、その後排気ガスを酸化雰囲気下で第２の触媒２０２Ｂと接触させて残りのＣＯおよびＨＣを浄化することにより、排気ガス中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを高効率で浄化することができる。
【００１０】
特許文献１の排気ガス浄化システム２００によれば、エンジン２０１に供給される混合気の空燃比を理論空燃比より小さく（つまり燃料リッチ側に設定）できるので、排気量の小さい鞍乗り型車両のエンジン出力を高くでき、ドライバビリティーを向上できる。また、混合気を作り出す方式としてキャブレタ方式で十分であり、インジェクション方式を採用する場合に比べてコストの点で有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００４／１１３６９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、本願発明者が詳細な検討を行ったところ、特許文献１に開示されている方式では、後に詳述するように、第１の触媒２０２ＡによってＮＯｘの一部が窒素（Ｎ2）ではなくアンモニア（ＮＨ3）に還元されてしまうことがわかった。そのため、生成したＮＨ3が第２の触媒２０２Ｂによって酸化されてＮＯｘが生成してしまう。従って、実際には、ＮＯｘの浄化率を十分に高くすることができない。このような現象は、燃料リッチ側の空燃比で燃焼を行うエンジンから排出される排気ガスを、二次空気を導入しつつ、２つの触媒（二次空気の導入部よりも上流側と下流側とにそれぞれ配置された触媒）で浄化処理する場合に発生する特異なものである。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関を備えた鞍乗り型車両において、ＮＯｘの浄化率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による鞍乗り型車両は、理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関と、前記内燃機関から燃焼ガスを排出する排気経路内に設けられた第１の触媒と、前記排気経路内において前記第１の触媒よりも下流側に設けられた第２の触媒と、前記排気経路の、前記第１の触媒と前記第２の触媒との間の部分に二次空気を導入する二次空気導入装置と、を備え、前記第１の触媒および前記第２の触媒のそれぞれは、白金、ロジウム、パラジウムおよび金の少なくとも１つを含む貴金属成分を含み、前記第２の触媒は、さらに、アンモニアを分解するアンモニア分解成分を含み、前記アンモニア分解成分はイリジウムを含む。
【００１５】
ある好適な実施形態において、前記第２の触媒は、前記貴金属成分を含む第１触媒層と、前記第１触媒層上に設けられ、前記アンモニア分解成分を含む第２触媒層と、を有する。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記第２触媒層は、１０μｍ以上１００μｍ以下の平均厚さを有する。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記第２の触媒は、前記アンモニア分解成分を含む第１領域と、前記第１領域よりも下流側に位置し、前記貴金属成分を含む第２領域と、を有する。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記第１領域は、２０ｍｍ以上の長さを有する。
【００１９】
ある好適な実施形態において、本発明による鞍乗り型車両は、マフラをさらに備え、前記第１の触媒および前記第２の触媒は前記マフラ内に配置されている。
【００２０】
本発明による鞍乗り型車両は、排気経路内に、第１の触媒と、第１の触媒よりも下流側に設けられた第２の触媒とを備えており、さらに、排気経路の第１の触媒と第２の触媒との間の部分に二次空気を導入する二次空気導入装置を備えている。理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関から排出された燃焼ガス（排気ガス）は、まず、第１の触媒に接触し、続いて、二次空気導入装置によって導入された二次空気と混合された後に第２の触媒に接触する。第１の触媒および第２の触媒のそれぞれは、白金、ロジウム、パラジウムおよび金の少なくとも１つを含む貴金属成分を含んでいるので、まず、第１の触媒によって排気ガス中のＮＯｘと、ＣＯおよびＨＣの一部が浄化され、続いて、第２の触媒によって残りのＣＯおよびＨＣが浄化される。本発明による鞍乗り型車両の第２の触媒は、さらに、アンモニア（ＮＨ3）を分解するアンモニア分解成分を含んでいるので、第１の触媒の貴金属成分がＮＯｘを還元することにより生成したＮＨ3を分解することができ、第２の触媒でのＮＯｘの生成を抑制できる。そのため、本発明によれば、ＮＯｘの浄化率を向上させ得る。また、第２の触媒のアンモニア分解成分は、イリジウムを含んでいる。アンモニア分解成分がイリジウムを含んでいることにより、第２の触媒において、貴金属成分によるＣＯおよびＨＣの浄化と、アンモニア分解成分によるＮＨ3の浄化とを並行して好適に行うことができる。本発明による鞍乗り型車両の内燃機関は、理論空燃比よりも小さい空燃比（つまり燃料リッチ側の空燃比）で燃焼を行うので、高い出力が得られ、ドライバビリティーが向上する。従って、本発明による鞍乗り型車両は、走行性能と環境性能の両方に優れる。
【００２１】
第２の触媒は、上記貴金属成分を含む第１触媒層と、第１触媒層上に設けられ上記アンモニア分解成分を含む第２触媒層とを有することが好ましい。第２の触媒がこのような２層構造を有することにより、排気ガスは、貴金属成分を含む第１触媒層に到達する前にアンモニア分解成分を含む第２触媒層を通過する。そのため、第１触媒層でＮＨ3が酸化されることによるＮＯｘの生成を効果的に抑制できるので、ＮＯｘの浄化率をいっそう向上させ得る。
【００２２】
ＮＨ3の分解をより確実に行う観点からは、第２触媒層は、１０μｍ以上１００μｍ以下の平均厚さを有することが好ましい。
【００２３】
あるいは、第２の触媒は、上記アンモニア分解成分を含む第１領域と、第１領域よりも排気経路内において下流側に位置し、上記貴金属成分を含む第２領域とを有してもよい。つまり、排気経路内で第１領域および第２領域が上流側からこの順に配置されてもよい。このような配置により、排気ガスは、貴金属成分を含む第２領域に到達する前にアンモニア分解成分を含む第１領域を通過する。そのため、第２領域でＮＨ3が酸化されることによるＮＯｘの生成を効果的に抑制できるので、ＮＯｘの浄化率をいっそう向上させ得る。
【００２４】
ＮＨ3の分解をより確実に行う観点からは、第１領域は、２０ｍｍ以上の長さ（排気経路内でのガス流方向に沿った長さ）は、２０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
また、本発明によれば、第２の触媒がアンモニア分解成分を含んでいることにより、従来よりも低温で十分に高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。そのため、第１の触媒および第２の触媒を、内燃機関から従来よりも離れた位置に配置することができるので、第１の触媒および第２の触媒の両方をマフラ内に配置することができる。第１の触媒および第２の触媒をマフラ内に配置することにより、熱害を防止することができる。また、外観面での利点も得られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関を備えた鞍乗り型車両において、ＮＯｘの浄化率を向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の好適な実施形態における鞍乗り型車両が備える排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】イリジウムによるＮＯｘ浄化率およびＮＨ3浄化率を示すグラフである。
【図３】本発明の好適な実施形態における鞍乗り型車両が備える第１の触媒の構造の例を示す断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の好適な実施形態における鞍乗り型車両が備える第２の触媒の構造の例を示す断面図である。
【図５】本発明の好適な実施形態における鞍乗り型車両が備える第２の触媒の構造の例を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、図５に示す第２の触媒のより具体的な構造の例を示す断面図である。
【図７】ＥＵ３モードにおける時間（ｓ）と車両速度（ｋｍ／ｈ）との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、実施例１〜３および比較例１〜３の排気ガス浄化システムについて、ＣＯ（一酸化炭素）、ＴＨＣ（全炭化水素）およびＮＯx（窒素酸化物）の排出量を示すグラフである。
【図９】本発明の好適な実施形態における鞍乗り型車両が備える排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【図１０】図１または図９に示す排気ガス浄化システムを備えた自動二輪車の例を示す図である。
【図１１】従来の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１に、本実施形態における鞍乗り型車両が備える排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す。本実施形態における鞍乗り型車両は、図１に示すように、内燃機関１と、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂと、二次空気導入装置３とを備えている。
【００３０】
内燃機関（典型的には４ストロークガソリンエンジン）１は、理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う。理論空燃比よりも小さい空燃比、すなわち、燃料リッチ側の空燃比で燃焼を行うことにより、理論空燃比で燃焼を行う場合よりも高い出力を得られる。典型的には、１２．５以上１４．５以下の空燃比で燃焼が行われる。内燃機関１は、キャブレタ（気化器）４から吸気経路５ａを介して混合気を供給される。吸気経路５ａは、内燃機関１の吸気ポートに接続された吸気管５によって囲まれた空間であり、キャブレタ４の上流側には、エアクリーナ６が設けられている。
【００３１】
第１の触媒２Ａは、内燃機関１から燃焼ガスを排出する排気経路７ａ内に設けられており、第２の触媒２Ｂは、排気経路７ａ内において第１の触媒２Ａよりも下流側に設けられている。排気経路７ａは、内燃機関１の排気ポートに接続された排気管７によって囲まれた空間である。
【００３２】
二次空気導入装置３は、排気経路７ａの、第１の触媒２Ａと第２の触媒２Ｂとの間の部分７ａ’に二次空気を導入する。二次空気導入装置３は例えば図示しているように、排気管７に接続された二次空気導入管３ａと、二次空気導入管３ａとエアクリーナ６との間に設けられたリードバルブ３ｂとを含んでいる。リードバルブ３ｂは、エアクリーナ６から二次空気導入管３ａに供給される二次空気の逆流を防止する逆止弁として機能する。なお、二次空気導入装置３は、第１の触媒２Ａと第２の触媒２Ｂとの間に二次空気を導入し得る構成であればよく、二次空気導入装置３の構成はここで例示しているものに限定されない。排気管７の下流側端部には、排気音を低減させるためのマフラ（消音器）８が接続されている。
【００３３】
第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂのそれぞれは、貴金属成分を含んでいる。貴金属成分は、具体的には、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）および金（Ａｕ）の少なくとも１つを含む。第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂの貴金属成分は、内燃機関１から排出される燃焼ガス（排気ガス）中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを酸化あるいは還元することによって浄化する。
【００３４】
本実施形態における排気ガス浄化システムの第２の触媒２Ｂは、さらに、アンモニアを分解するアンモニア分解成分を含んでいる。アンモニア分解成分は、具体的には、イリジウム（Ｉｒ）を含んでいる。イリジウムは、単体または化合物として第２の触媒２Ｂに含まれている。
【００３５】
本実施形態における排気ガス浄化システムは、上述した構成を有する第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂを含むことにより、燃料リッチ側の空燃比で燃焼を行う内燃機関１からの排気ガスを高効率で浄化することができる。特に、ＮＨ3に由来するＮＯｘの生成を防止でき、最終的なＮＯｘ浄化率を向上できる。以下、この理由を具体的に説明する。
【００３６】
まず、図１１に示した従来の排気ガス浄化システム２００において、ＮＯｘの浄化率を十分に高くできない理由を説明する。表１に、従来の排気ガス浄化システム２００の第１の触媒２０２Ａおよび第２の触媒２０２Ｂにおける反応を示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
第１の触媒２０２Ａでは、式（１）、（２）および（３）で示されているように、ＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘの浄化が行われる。具体的には、ＣＯおよびＨＣは、式（１）および（２）でそれぞれ示されるように、Ｈ2Ｏと反応してＣＯ2とＨ2とを生成する。また、ＮＯｘは、Ｈ2と反応してＮＨ3とＨ2Ｏとを生成する。一部のＮＯｘは、式（３）の反応により生成したＮＨ3と反応して、式（４）に示すようにＮ2とＨ2Ｏとに分解されるが、すべてのＮＨ3がこの反応によって消費されるわけではない。また、式（５）に示されるように分解されるＮＨ3もわずかである。つまり、従来の排気ガス浄化システム２００では、上流側の第１の触媒２０２ＡにおけるＮＯｘ浄化の際にＮＨ3が生成され、その一部が第２の触媒２０２Ｂに供給されてしまう。
【００３９】
第２の触媒２０２Ｂでは、式（６）および（７）で示されるように、残りのＣＯ、ＨＣの浄化が行われる。具体的には、ＣＯおよびＨＣは、式（６）および（７）でそれぞれ示されるように、酸化されてＣＯ2あるいはＣＯ2とＨ2Ｏとを生成する。また、第２の触媒２０２Ｂでは、式（８）で示されるように、ＮＨ3が酸化されてＮＯｘが生成されてしまう。
【００４０】
このように、従来の排気ガス浄化システム２００では、第１の触媒２０２ＡでＮＯｘがＮ2だけでなくＮＨ3にも還元されてしまうので、ＮＨ3が第２の触媒２０２Ｂで酸化されてＮＯｘが生成されてしまう。そのため、ＮＯｘの浄化率を十分に高くすることができない。
【００４１】
続いて、本実施形態における排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘの浄化率を向上できる理由を説明する。表２に、本実施形態における排気ガス浄化システムの第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂにおける反応を示す。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
第１の触媒２Ａでは、従来の排気ガス浄化システムにおける第１の触媒２０２Ａと同様に、式（１）、（２）および（３）で示される反応が主反応として起こり、式（４）および（５）で示される反応が副反応として起こる。つまり、ＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘの浄化が行われるとともにＮＨ3が生成され、その一部は第２の触媒２Ｂに供給される。
【００４４】
第２の触媒２Ｂでは、式（６）および（７）で示されるように残りのＣＯ、ＨＣの浄化が行われる。また、本実施形態の第２の触媒２Ｂはアンモニア分解成分を含んでいるので、生成されたＮＨ3は式（９）で示される反応によって分解される。つまり、本実施形態の第２の触媒２Ｂでは、式（９）のアンモニア分解反応が主反応として起こる。従って、式（８）に示されるようなＮＨ3の酸化によるＮＯｘ生成反応は減少する。そのため、ＮＯｘの生成が抑制される。
【００４５】
このように、本実施形態における排気ガス浄化システムでは、第２の触媒２Ｂに含まれるアンモニア分解成分によってＮＨ3（ＮＯｘの還元によって生成したＮＨ3）が分解されるので、第２の触媒２ＢにおけるＮＯｘの生成が抑制され、ＮＯｘの浄化率が向上する。
【００４６】
また、本実施形態では、第２の触媒２Ｂのアンモニア分解成分がイリジウムを含んでいる。アンモニアを分解する触媒として機能する金属元素としては、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）などが公知であるが、本願発明者の検討によれば、これらをアンモニア分解成分として用いても、式（６）および（７）で示されるようなＣＯ、ＨＣの浄化を行いつつ、式（９）で示されるようなＮＨ3の分解反応を進めることは困難であることがわかった。第２の触媒２Ｂでは、酸化雰囲気下でＮＨ3とＣＯおよびＨＣの酸化をほぼ同時に行うことになるので、上述したバナジウム、鉄、銅をアンモニア分解成分として用いると、ＮＨ3が酸化され過ぎてＮＯｘが発生するか、もしくは、このようなＮＯｘの発生を抑制しようとすると、ＣＯやＨＣの浄化率を十分に高くすることができない。これに対し、アンモニア分解成分がイリジウムを含んでいることにより、第２の触媒２Ｂにおいて、貴金属成分によるＣＯおよびＨＣの浄化と、アンモニア分解成分によるＮＨ3の浄化とを並行して好適に行うことができる。
【００４７】
なお、イリジウムは、ＮＯｘを直接浄化する触媒としても機能し得るが、図２に示すように、イリジウムによるＮＯｘ浄化率よりも、ＮＨ3浄化率の方がはるかに高い。そのため、イリジウムをＮＯｘ浄化触媒として用いるよりも、本実施形態のように、第１の触媒２Ａの貴金属成分によってＮＯｘをまず浄化し、その浄化に伴って発生したＮＨ3を第２の触媒２Ｂのアンモニア分解成分（イリジウムを含む）で分解することにより、排気ガス浄化システム全体でのＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００４８】
続いて、図３および図４を参照しながら、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂのより具体的な構造の例を説明する。図３および図４は、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂの表面近傍の断面構造を模式的に示す図である。
【００４９】
第１の触媒２Ａは、図３に示すように、担体基材１１と、担体基材１１上に設けられた触媒層１２とを有する。担体基材１１は、例えば、金属から形成されたハニカム構造体（「メタル担体」と呼ばれる。）である。触媒層１２は、上述した貴金属成分を含んでいる。触媒層１２は、アルミナ、セリアおよびジルコニアの少なくとも１つをさらに含むことが好ましい。アルミナ、セリアおよびジルコニアは、貴金属成分の担体および助触媒として好適に機能する。
【００５０】
第２の触媒２Ｂは、図４（ａ）に示すように、担体基材２１と、担体基材２１上に設けられた触媒層２２とを有する。担体基材２１は、例えばメタル担体である。触媒層２２は、上述した貴金属成分およびアンモニア分解成分の両方を含んでいる。つまり、触媒層２２中には貴金属成分およびアンモニア分解成分が混在している。触媒層２２は、アルミナ、セリアおよびジルコニアの少なくとも１つをさらに含むことが好ましい。アルミナ、セリアおよびジルコニアは、貴金属成分とイリジウムを含むアンモニア分解成分の担体および助触媒として好適に機能する。
【００５１】
あるいは、第２の触媒２Ｂは、図４（ｂ）に示すように、担体基材２１と、担体基材２１上に設けられた第１触媒層２３と、第１触媒層２３上に設けられた第２触媒層２４とを有する。第１触媒層２３は、貴金属成分を含んでおり、第２触媒層２４は、アンモニア分解成分を含んでいる。つまり、担体基材２１上に貴金属成分を含む第１触媒層２３とアンモニア分解成分を含む第２触媒層２４がこの順で積層されている。さらに言い換えると、第２触媒層２４は、第１の触媒層２３よりも外側に配置されている。第１触媒層２３は、アルミナ、セリアおよびジルコニアの少なくとも１つをさらに含むことが好ましい。アルミナ、セリアおよびジルコニアは、貴金属成分の担体および助触媒として好適に機能する。また、第２触媒層２４は、アルミナをさらに含むことが好ましい。アルミナは、イリジウムを含むアンモニア分解成分の担体および助触媒として好適に機能する。
【００５２】
ＮＯｘの浄化率をより向上させる観点からは、第２の触媒２Ｂは、図４（ａ）に示した構造よりも、図４（ｂ）に示した構造を有することが好ましい。第２の触媒２Ｂが図４（ｂ）に示したような２層構造を有することにより、排気ガスは、貴金属成分を含む第１触媒層２３に到達する前にアンモニア分解成分を含む第２触媒層２４を通過する。そのため、第１触媒層２３でＮＨ3が酸化されることによるＮＯｘの生成を効果的に抑制できるので、ＮＯｘの浄化率をいっそう向上させることができる。なお、第２の触媒２Ｂが図４（ａ）に示した構造を有していると、第２の触媒２Ｂの製造プロセスを簡略化できるという利点が得られる。
【００５３】
また、第２の触媒２Ｂは、図５に示すような構造を有してもよい。図５に示す構造では、第２の触媒２Ｂは、アンモニア分解成分を含む第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１よりも下流側に位置し、貴金属成分を含む第２領域Ｒ２とを有する。つまり、排気経路７ａ内で第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２が上流側からこの順に配置されている。第１領域Ｒ１では、図６（ａ）に示すように、担体基材２１上にアンモニア分解成分を含む触媒層２５が設けられている。第２領域Ｒ２では、図６（ｂ）に示すように、担体基材２１上に貴金属成分を含む触媒層２６が設けられている。図５に示すような配置により、排気ガスは、貴金属成分を含む第２領域Ｒ２に到達する前にアンモニア分解成分を含む第１領域Ｒ１を通過する。そのため、第２領域Ｒ２でＮＨ3が酸化されることによるＮＯｘの生成を効果的に抑制できるので、ＮＯｘの浄化率をいっそう向上させ得る。
【００５４】
図４（ｂ）に示した構造および図５に示した構造は、いずれもＮＯｘの浄化率を高くする点で好ましい。図４（ｂ）に示した構造を採用すると、さらに、第１触媒層２３でのＣＯ、ＨＣの酸化反応により発生する熱を第２触媒層２４でのＮＨ3の分解反応に用いることができるので、低温でもＮＯｘを低減する効果が高いという利点が得られる。これに対し、図５に示した構造を採用すると、触媒層を形成するためのスラリーの塗布後の乾燥や焼成が１回で済むため（二層構造の場合には２回となる）、製造コストを低減できるという利点が得られる。
【００５５】
図４（ｂ）に示した構造における第２触媒層２４の平均厚さは、ＮＨ3の分解をより確実に行う観点からは、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、図５に示した構造における第１の領域Ｒ１の長さ（排気経路７ａ内でのガス流方向に沿った長さ）は、ＮＨ3の分解をより確実に行う観点からは、２０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００５６】
次に、本実施形態における排気ガス浄化システムを実際に試作し、その効果を検証した結果を説明する。
【００５７】
以下の方法により、本実施形態における排気ガス浄化システムを３種類（実施例１〜３）と、比較のための排気ガス浄化システム（比較例１〜３）とを作製した。第２の触媒２Ｂは、実施例１では図４（ｂ）に示した構造、実施例２では図５に示した構造、実施例３では図４（ａ）に示した構造を有する。また、比較例１〜３では、排気経路の上流側に設けられる触媒（第１の触媒２Ａに相当）と下流側に設けられる触媒（第２の触媒２Ｂに相当）はいずれも貴金属成分を含む。ただし、比較例１では上流側の触媒および下流側の触媒はアンモニア分解成分を含まない。比較例２では、下流側の触媒がアンモニア分解成分としてＶ−ＴｉＯ2を含み、比較例３では、下流側の触媒がアンモニア分解成分としてＦｅ−ゼオライトを含む。
【００５８】
（実施例１）
［第１の触媒］
直径４５ｍｍで長さ６０ｍｍ、セル数１００ｃｐｓｉのメタル担体１１を用意し、このメタル担体１１に市販の還元触媒材料（Ｐｔ＝１．０ｗｔ％、Ｒｈ＝０．２ｗｔ％、ＣｅＯ2−ＺｒＯ2＝３０ｗｔ％、残部がＡｌ2Ｏ3）を１００ｇ／Ｌでコーティングすることによって触媒層１２を形成し、第１の触媒２Ａを作製した。第１の触媒２Ａ中の白金、ロジウムの濃度は、Ｐｔ＝１．０ｇ／Ｌ、Ｒｈ＝０．２ｇ／Ｌであった。
【００５９】
［第２の触媒］
まず、第１触媒層２３用のスラリーを調製した。具体的には、まず、イオン交換水２００ｇにγアルミナを７０ｇ、セリア−ジルコニア（Ｃｅ：Ｚｒ＝１：１）を３０ｇ、ジニトロジアミン白金をＰｔ量換算で０．５ｇ、硝酸パラジウムをＰｄ量換算で１．５ｇ加え、４０℃で２時間撹拌（ｐＨは２．０から２．５に変化）した。次に、上記混合物を１２０℃で１２時間乾燥させた後に、６００℃で１時間焼成した。続いて、この焼成物と、イオン交換水１００ｇ、アルミナゾル２０ｇおよび硝酸アルミニウム六水和物５ｇとをボールミルで１時間粉砕し（ｐＨは４．５）、第１触媒層２３用のスラリーを得た。
【００６０】
次に、第２触媒層２４用のスラリーを調製した。具体的には、まず、イオン交換水２００ｇにγアルミナを１００ｇ、硝酸イリジウムをＩｒ量換算で２．０ｇ加え、４０℃で２時間撹拌（ｐＨは２．５から３．５に変化）することによって、イリジウムをγアルミナに吸着させた。次に、上記混合物を１２０℃で１２時間乾燥させた後に、６００℃で１時間焼成した。続いて、この焼成物と、イオン交換水１００ｇ、アルミナゾル２０ｇおよび硝酸アルミニウム六水和物５ｇとをボールミルで１時間粉砕し（ｐＨは４．５）、第２触媒層２４用のスラリーを得た。
【００６１】
続いて、直径５４ｍｍで長さ８０ｍｍ、セル数１００ｃｐｓｉのメタル担体２１の表面上に、第１触媒層２３用のスラリーを塗布し、１２０℃で乾燥、６００℃で焼成を行った。焼成後のコート量は、１００ｇ／Ｌであった。これにより、白金を０．５ｇ／Ｌ、パラジウムを１．５ｇ／Ｌ含み、平均して５５μｍの厚さを有する第１触媒層２３を形成した。
【００６２】
次に、第１触媒層２３上に、第２触媒層２４用のスラリーを塗布し、１２０℃で乾燥、６００℃で焼成を行った。焼成後のコート量は、１００ｇ／Ｌであった。これにより、イリジウムを２．０ｇ／Ｌ含み、平均して５５μｍの厚さを有する第２触媒層２４を形成した。このようにして、第２の触媒２Ｂを作製した。第２の触媒２Ｂ中の白金、パラジウム、イリジウムの濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌ、Ｉｒ＝２．０ｇ／Ｌであった。
【００６３】
上述したようにして作製した第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂをそれぞれ排気径路７ａの上流側および下流側に取り付け、図１に示した構成の排気ガス浄化システムを作製した。
【００６４】
（実施例２）
［第１の触媒］
実施例１と同様にして第１の触媒２Ａを作製した。
【００６５】
［第２の触媒］
実施例１の第２の触媒２Ｂ用のメタル担体２１と同じ仕様のメタル担体２１を用意した。第１領域Ｒ１の触媒層２５用のスラリーとして、実施例１の第２触媒層２４用のスラリーと同じ組成のスラリーを調整した。また、第２領域Ｒ２の触媒層２６用のスラリーとして、実施例１の第１触媒層２３用のスラリーと同じ組成のスラリーを調整した。メタル担体２１の入口から４０ｍｍのところまで第１領域Ｒ１の触媒層２５用のスラリーを塗布し、メタル担体２１の出口から４０ｍｍのところまで第２領域Ｒ２の触媒層２６用のスラリーを塗布し、乾燥、焼成を行って触媒層２５、２６を形成した。第１領域Ｒ１の触媒層２５用および第２領域Ｒ２の触媒層２６用のスラリーは、いずれも焼成後のコート量が２００ｇ／Ｌ、厚さが平均１１０μｍとなるように塗布した。このようにして、第２の触媒２Ｂを作製した。第２の触媒２Ｂ中の白金、パラジウム、イリジウムの濃度は、全体でＰｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌ、Ｉｒ＝２．０ｇ／Ｌであった。
【００６６】
（実施例３）
［第１の触媒］
実施例１と同様にして第1の触媒２Ａを作製した。
【００６７】
［第２の触媒］
実施例１の第２の触媒２Ｂ用のメタル担体２１と同じ仕様のメタル担体２１を用意した。実施例１の第１触媒層２３用のスラリーと同じ組成のスラリーと、第２触媒層２４用のスラリーと同じ組成のスラリーとを同量混合することによって、触媒層２２用のスラリーを調製した。メタル担体２１の表面上に、触媒層２２用のスラリーを塗布し、乾燥、焼成を行って触媒層２２を形成した。触媒層２２用のスラリーは、焼成後のコート量が２００ｇ／Ｌとなるように塗布した。このようにして、第２の触媒２Ｂを作製した。第２の触媒２Ｂ中の白金、パラジウム、イリジウムの濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌ、Ｉｒ＝２．０ｇ／Ｌであった。
【００６８】
（比較例１）
［上流側の触媒］
実施例１の第１の触媒２Ａと同様の方法により、排気経路の上流側に設ける触媒を作製した。
【００６９】
［下流側の触媒］
第２触媒層２４を形成しない点以外は実施例１の第２の触媒２Ｂと同様にして、イリジウムを含まない触媒を作製した。触媒中の白金、パラジウムの濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌであった。
【００７０】
上述したようにして作製した２つの触媒を用いて排気ガス浄化システムを作製した。
【００７１】
（比較例２）
［上流側の触媒］
実施例１の第１の触媒２Ａと同様の方法により、排気経路の上流側に設ける触媒を作製した。
【００７２】
［下流側の触媒］
第２触媒層２４にイリジウムに代えてＶ−ＴｉＯ2を含む点以外は実施例１の第２の触媒２Ｂと同様にして、Ｖ−ＴｉＯ2を含む触媒を作製した。触媒中の白金、パラジウム、Ｖ−ＴｉＯ2の濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌ、Ｖ−ＴｉＯ2＝１００ｇ／Ｌであった。
【００７３】
上述したようにして作製した２つの触媒を用いて排気ガス浄化システムを作製した。
【００７４】
（比較例３）
［上流側の触媒］
実施例１の第１の触媒２Ａと同様の方法により、排気経路の上流側に設ける触媒を作製した。
【００７５】
［下流側の触媒］
第２触媒層２４にイリジウムに代えてＦｅ−ゼオライトを含む点以外は実施例１の第２の触媒２Ｂと同様にして、Ｆｅ−ゼオライトを含む触媒を作製した。触媒中の白金、パラジウム、Ｆｅ−ゼオライトの濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌ、Ｆｅ−ゼオライト＝１００ｇ／Ｌであった。
【００７６】
上述したようにして作製した２つの触媒を用いて排気ガス浄化システムを作製した。
【００７７】
（検証結果）
実施例１〜３および比較例１〜３の排気ガス浄化システムを排気量１２５ｃｃの自動二輪車に取り付け、ＥＵ３モードでＣＯ（一酸化炭素）、ＴＨＣ（全炭化水素）およびＮＯx（窒素酸化物）の排出量を測定した。ＥＵ３モードでは、図７に示すように、時間の経過とともに車両速度を周期的に変化させながら測定が行われる。また、測定に際し、あらかじめ排気温度を８５０℃に設定し、６時間運転を行って触媒を強制的に劣化させた。測定結果を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。
【００７８】
図８（ａ）および（ｂ）からわかるように、ＣＯの排出量やＴＨＣの排出量については、実施例１〜３と比較例１〜３とで大きな差はない。これに対し、図８（ｃ）からわかるように、ＮＯｘの排出量については、実施例１〜３と比較例１〜３とで大きな差があり、実施例１〜３では比較例１〜３に比べてＮＯｘ排出量が大きく低減されている。このように、本実施形態における排気ガス浄化システムによれば、ＮＯｘ排出量を従来よりも少なくすることができる。
【００７９】
また、図８（ｃ）からわかるように、実施例１および２では、実施例３よりもさらにＮＯｘ排出量が少ない。このことからも、ＮＯｘ浄化率を高くする点からは、図４（ａ）に示した構造よりも図４（ｂ）および図５に示した構造が好ましいことがわかる。また、図８（ａ）に示したＣＯ排出量なども考慮すると、総合的には実施例１がもっとも好ましく、図４（ｂ）に示した構造が環境性能の点でもっとも優れていることがわかる。図４（ｂ）に示す構造が図５に示す構造よりも優れている理由は、図４（ｂ）に示す構造では第１触媒層２３でのＣＯ、ＨＣの酸化反応により発生する熱を第２触媒層２４でのＮＨ3の分解反応に使用できることと、ＣＯ、ＨＣの酸化を図５に示す構造よりも内燃機関１の近くで（つまり高温で）行い得ることにある。
【００８０】
なお、図１には、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂがマフラ８よりも上流側に配置されている構成を示しているが、図９に示すように、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂをマフラ８内に配置してもよい。本実施形態の排気ガス浄化システムでは、第２の触媒２Ｂがアンモニア分解成分を含んでいることにより、従来よりも低温で十分に高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。つまり、本実施形態の排気ガス浄化システムは、従来より低い温度でも好適に使用できる。例えば、図１１に示した従来の排気ガス浄化システムが６５０℃〜９００℃で使用できるのに対し、本実施形態の排気ガス浄化システムは、５５０℃〜９００℃で使用できる。
【００８１】
そのため、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂを、内燃機関１から従来よりも離れた位置に配置することができる。例えば、図１１に示した従来の排気ガス浄化システムでは、第１の触媒２０２Ａがエンジン２０１から１５０ｍｍ〜４００ｍｍ離れた位置に配置される。これに対し、本実施形態の排気ガス浄化システムでは、第１の触媒２Ａは内燃機関１から１５０ｍｍ〜６００ｍｍ離れた位置に配置され得る。そのため、本実施形態の排気ガス浄化システムでは、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂの両方をマフラ８内に配置することができる。
【００８２】
第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂの周辺は、浄化反応に伴って発生する反応熱により高温となる。図９に示すように、第１の触媒２Ａおよび第２の触媒２Ｂをマフラ８内に配置することにより、周辺部品の軟化や劣化（熱害）を防止することができる。また、外観面の利点（意匠性の向上など）も得られる。
【００８３】
上述したように、本実施形態の排気ガス浄化システムによれば、理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関から排出される燃焼ガス中のＮＯｘを高効率で浄化することができる。
【００８４】
本実施形態における排気ガス浄化システムは、ＮＯｘ浄化性能に優れているので、自動二輪車に好適に用いられる。図１０に、本実施形態における排気ガス浄化システムを備えた自動二輪車１００を示す。自動二輪車１００は、エンジン１と、エンジン１の排気ポートに接続された排気管７と、排気管７に接続された消音器８とを備えている。排気管７内には、図示していないが、第１の触媒２Ａ、第２の触媒２Ｂが設けられており、自動二輪車１００は、さらに、排気管７内に二次空気を導入するための二次空気導入装置３も備えている。
【００８５】
自動二輪車１００では、燃料リッチ側の空燃比でエンジン１が運転されるので、高いエンジン出力が得られ、高いドライバビリティーが得られる。また、自動二輪車１００は、上述した排気ガス浄化システムを備えているので、燃料リッチ側の空燃比で運転されるエンジン１からの排気ガスに含まれるＮＯｘを高効率で浄化できる。そのため、自動二輪車１００は、走行性能と環境性能の両方に優れる。
【００８６】
なお、図１および図９には、キャブレタ４が設けられる構成（キャブレタ方式）を例示したが、自動二輪車１００は、インジェクタが設けられる構成を有してもよい（つまりインジェクション方式で混合気を作り出してもよい。）。
【００８７】
また、本実施形態における排気ガス浄化システムは、自動二輪車に限定されず、ライダーが跨って乗る鞍乗り型車両全般に好適に用いられる。例えば、バギーなどのＡＴＶにも用いられる。一般に、鞍乗り型車両は排気量が小さいので、内燃機関を燃料リッチ側の空燃比で運転することが好ましく、本実施形態の排気ガス浄化システムを搭載する意義が大きい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明によると、理論空燃比よりも小さい空燃比で燃焼を行う内燃機関を備えた鞍乗り型車両において、ＮＯｘの浄化率を向上させ得る。本発明は、自動二輪車をはじめとする各種の鞍乗り型車両に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００８９】
１    内燃機関
２Ａ    第１の触媒
２Ｂ    第２の触媒
３    二次空気導入装置
３ａ    二次空気導入管
３ｂ    リードバルブ
４    キャブレタ
５    吸気管
５ａ    吸気経路
６    エアクリーナ
７    排気管
７ａ    排気経路
８    消音器
１１、２１  担体基材
１２、２２、２５、２６    触媒層
２３    第１触媒層
２４    第２触媒層
Ｒ１  第２の触媒の第１領域
Ｒ２  第２の触媒の第２領域
１００    自動二輪車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010101310.tif 000013
【図１０】
2010101310.tif 000014
【図１１】
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