JP2010096158A - 自動二輪車の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パラジウムを利用して、高い排気浄化性能を発揮する排気浄化装置を提供する。
【解決手段】単気筒４サイクルのエンジン１２と、エンジン１２の吸気負圧によって燃料を供給するキャブレター１３と、エンジン１２の排気ポート１２Ｂに接続された排気管１４及び排気マフラー１５と、排気マフラー１５内に設けられた触媒コンバータ３０とを備えた自動二輪車の排気浄化装置１０において、触媒コンバータ３０より上流側において排気管１４内に新気を導入する二次空気導入装置２０が設けられ、触媒コンバータ３０は、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）を含む貴金属を担持して構成され、貴金属の成分比率（重量比）がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１であり、貴金属の担持量が１０５９．４４〜２６４８．６０ｇ／ｍ³である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動二輪車の排気浄化装置に関する。

従来、自動二輪車の排気管に、排気を浄化する排気浄化装置として、触媒金属を塗布した触媒を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−３２９０３０号公報

自動二輪車に要求される特性は、例えば四輪車と比較して明らかに異なる特有のものであって、空燃比制御を例にとれば、四輪車のように狭い領域で制御することは困難であり、使用環境が過酷である。このため、自動二輪車の排気を浄化する触媒としては、高価であるものの排気浄化性能及び耐久性の両面で優れた特性を示す白金（Ｐｔ）を主成分とし、さらに、より高価なロジウム（Ｒｈ）を多く含む貴金属仕様の触媒（Ｐｔ／Ｒｈ系）が使用されることが多い。
しかしながら、高価な白金を主成分とする触媒を、例えば安価で利便性が高い小型二輪車に装着すれば、車両本体の価格に占める触媒の価格の割合が大きくなってしまうため、触媒性能を満足しつつコストを低減することが求められている。
そこで、白金と並び触媒機能を有するパラジウム（Ｐｄ）を利用することが考えられるが、パラジウムは白金と比較して、耐久性等の面で制約がある。このため、単に白金とパラジウムを置き換えただけでは、要求される排気浄化性能及び耐久性を満足することが難しく、Ｐｔ／Ｒｈ系の触媒を代替することは困難であった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、パラジウムを利用して、高い排気浄化性能を発揮する自動二輪車の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、単気筒４サイクルエンジンである内燃機関と、前記内燃機関の吸気負圧によって燃料を前記内燃機関に供給する気化器と、前記内燃機関の排気ポートに接続された排気管と、前記排気管内に設けられた触媒コンバータとを備えた自動二輪車の排気浄化装置において、前記触媒コンバータより上流側において前記排気管内に新気を導入する二次空気導入装置が設けられ、前記触媒コンバータは、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）を含む貴金属を担持して構成され、貴金属の成分比率（重量比）がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１であり、貴金属の担持量が１０５９．４４〜２６４８．６０ｇ／ｍ³（グラム／立法メートル）であること、を特徴とする自動二輪車の排気浄化装置を提供する。
この構成によれば、単気筒４サイクルエンジンを備え、このエンジンに気化器によって燃料を供給する構成とした自動二輪車において、パラジウムを主成分とした触媒コンバータによって排気浄化性能を満足し、触媒コンバータの耐久性を確保することができ、低コスト化を図ることができる。そして、この構成によれば、自動二輪車のＣＯ（一酸化炭素）排出量を１．０ｇ／ｋｍ未満、ＨＣ（炭化水素）＋ＮＯ_X（窒素酸化物）の総排出量を１．０ｇ／ｋｍ未満に抑えることが可能であり、白金を主成分とする触媒と比べて遜色のない高い排気浄化性能を実現できる。

また、前記排気管の内径が２３ｍｍ（ミリメートル）以下であり、前記内燃機関の排気出口と前記触媒コンバータとの間の前記排気管の長さが７００ｍｍ以下である構成としてもよい。
さらに、前記排気管は、前記排気ポートに接続された主管部と、前記触媒コンバータを収容する収容部と、これら主管部と収容部とを繋ぐ接続部とを有し、前記接続部はテーパーを有する形状に形成され、前記主管部及び前記収容部に対して溶接により接合されており、前記接続部の長さは２００ｍｍ以下である構成としてもよい。
これらの場合には、パラジウムを主成分として少量のロジウムを含む貴金属を担持した触媒コンバータが、より高い排気浄化性能を発揮することができる。

本発明によれば、気化器によって燃料を供給する構成とした自動二輪車において、パラジウムを主成分とした触媒コンバータによって排気浄化性能を満足し、触媒コンバータの耐久性を確保することができ、低コスト化を図ることができる。また、排気管の内径が２３ｍｍ以下であり、内燃機関の排気出口と触媒コンバータとの間の排気管の長さが７００ｍｍ以下である構成とし、或いは、接続部がテーパーを有する形状に形成されて主管部及び外筒に対して溶接により接合されており、接続部の長さは２００ｍｍ以下である構成とすることで、パラジウムを主成分として少量のロジウムを含む貴金属を担持した触媒コンバータが、より高い排気浄化性能を発揮することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る自動二輪車の排気浄化装置を周辺構成と共に模式的に示す図である。この排気浄化装置１０は、エアクリーナ１１からエンジン（内燃機関）１２に供給される空気にキャブレター１３で燃料を混合する自動二輪車に搭載され、エアクリーナ１１で浄化された二次空気（新気）をエンジン１２の排気ポート１２Ｂに供給する二次空気導入装置２０と、エンジン１２の排気ポート１２Ｂに排気管１４を介して接続された排気マフラー１５と、排気マフラー１５内に配置された触媒コンバータ３０とを備えている。なお、図１において、矢印Ｘは空気の流れを示し、矢印Ｙはバキュームプレッシャを示し、矢印Ｚはクランクケース内で発生したブローバイガスの流れを示している。

エアクリーナ１１は、エアクリーナケース１１Ａの内部が、仕切り壁１１Ｂによってダーティサイド１１Ｃとクリーンサイド１１Ｄとの２室に仕切られている。ダーティサイド１１Ｃには、外気導入口１１Ｅが設けられ、この外気導入口１１Ｅを介して外気がダーティサイド１１Ｃ内に導入される。仕切り壁１１Ｂには、ダーティサイド１１Ｃとクリーンサイド１１Ｄとを連通する開口を覆うようにフィルタエレメント１１Ｆが配置され、ダーティサイド１１Ｃ内の空気がフィルタエレメント１１Ｆを通過して浄化された後にクリーンサイド１１Ｄに導入される。クリーンサイド１１Ｄには、空気排出口１１Ｇが設けられ、この空気排出口１１Ｇは、コネクティングチューブ１６を介してキャブレター１３に連結され、このキャブレター１３を介してエンジン１２の吸気ポート１２Ａに連通される。

エンジン１２は、自動二輪車に搭載される一般的な単気筒４サイクルエンジンであり、エンジン１２内のシリンダ孔（気筒）１２Ｃに連通する吸気ポート１２Ａを開閉する吸気バルブ１２Ｄと、シリンダ孔１２Ｃに連通する排気ポート１２Ｂを開閉する排気バルブ１２Ｅとを備え、シリンダ孔１２Ｃに摺動自在に配置されたピストン１２Ｆがコンロッド１２Ｇを介してクランクシャフト１２Ｈに連結される。このエンジン１２の吸気バルブ１２Ｄが開の状態でピストン１２Ｆが下がる吸気行程（排気バルブ１２Ｅは閉）の際に、ピストン１２Ｆの降下によって生じるエンジン１２側の負圧でエアクリーナ１１のクリーンサイド１１Ｄ内の空気がキャブレター１３を介してシリンダ孔１２Ｃのピストン１２Ｆ上方に吸い込まれると共に、キャブレター１３から燃料が供給されて燃料と空気の混合気がエンジン１２に供給される。
続いて、４サイクルエンジンの一般的な圧縮行程、燃焼工程を経た後に、排気バルブ１２Ｅが開いた状態（吸気バルブ１２Ｄは閉）でピストン１２Ｆが上昇する排気行程が実施されることにより、燃焼ガスが排気ポート１２Ｂに排出され、排気ガスとして排気管１４に排出される。

排気管１４の後端には接続管１７を介して排気マフラー１５が接続され、この排気マフラー１５は、排気管１４を通った高温・高圧の排気ガスを消音して外部に排出するサイレンサとして機能する。図１には、この排気マフラー１５が、複数の隔壁１５Ａ、１５Ｂによって複数の室に仕切られて各室を連通管１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅで連通した多段膨張型に構成されており、最も上流側に位置する前室に触媒コンバータ３０が配置されている。これら排気管１４（主管部）、排気マフラー１５（収容部）及び接続管１７（接続部）は一体となって、上記車両の排気管を構成する。

二次空気導入装置２０は、エアクリーナ１１のクリーンサイド１１Ｄの空気（二次空気）をエンジン１２の排気ポート１２Ｂに送る機構であり、エアクリーナ１１のクリーンサイド１１Ｄとエンジン１２の排気ポート１２Ｂとを接続する二次空気供給管２１を備える。この二次空気供給管２１の途中には、バルブユニット２２が設けられると共に、排気ポート１２Ｂから排気ガスを二次空気供給管２１へ逆流させないためのリードバルブ２３が、バルブユニット２２と排気ポート１２Ｂとの間に設けられる。なお、図１では、リードバルブ２３の追従性向上の観点から、リードバルブ２３を、排気ポート１２Ｂにより近い位置であるエンジン１２上方に配設した状態を示している。
バルブユニット２２は、エンジン減速時に排気ポート１２Ｂへの二次空気の供給を防ぐ二次空気供給制御バルブ２４を備えており、この二次空気供給制御バルブ２４は、エンジン１２の吸気ポート１２Ａとバルブユニット２２とをつなぐ連通管２５を介して伝わる吸気ポート１２Ａのバキュームプレッシャに応じて作動するように構成されている。
また、図中符号３５は、エアクリーナ１１のクリーンサイド１１Ｄと、エンジン１２のクランクケースとを連通する連通管である。この連通管３５は、クランクケース内で発生するブローバイガスをエアクリーナ１１およびキャブレター１３を通してエンジン１２に戻し、ブローバイガスの放出を防止するクランクケースエミッション制御装置として機能する。

排気浄化装置１０は、上述した排気管１４、排気マフラー１５、接続管１７、及び、排気マフラー１５内の触媒コンバータ３０等を備えている。
接続管１７は、内径が異なる排気管１４と排気マフラー１５とを、排気管１４から排気マフラー１５への排気ガスの流れを妨げないように繋いでいる。排気マフラー１５は、排気効率を高めるため、排気管１４よりも内径が太い管として構成される。このため、接続管１７の内径は、排気管１４に接合される側の端では、排気管１４の内径とほぼ等しく、排気マフラー１５に接合される側の端では排気マフラー１５の内径とほぼ等しくなっており、接続管１７は、一端から他端にかけて径が滑らかに変化するテーパーを有する形状となっている。また、排気管１４と接続管１７との接合部、及び、接続管１７と排気マフラー１５との接合部は、いずれも溶接により接合されている。

本実施形態の触媒コンバータ３０は、パラジウム（Ｐｄ）を主たる成分とし、ロジウム（Ｒｈ）を含む触媒を金属製の担体に担持したものである。
触媒コンバータ３０を構成する担体は耐熱性を有するものであればよく、例えば、ステンレス、鉄−アルミニウム−クロム系合金等の金属製のものを用いることができる。この担体にウォッシュコートにより坦持層を形成し、この担持層に貴金属を担持させる。また、担体の形状は任意であるが、好適な例としては、いわゆるハニカム型と呼ばれる、円筒形状に細孔が形成された形状や、パンチングメタルを円筒形状に形成した形状が挙げられる。

本実施形態では、外形が円筒形状で、その内部に、軸方向に延びる多数の細孔を有するハニカム形状の、金属製の担体を用いた場合を例示して説明する。この担体には、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とするスラリーを担体の表面にコーティングすることでウォッシュコート層が形成され、このウォッシュコート層に、触媒として作用する貴金属が担持されている。この担体が有する細孔は、排気管１４から流入した排気ガスが流れる方向に延びており、排気ガスが細孔を通過する間に、細孔表面のウォッシュコート層に担持された貴金属によって、排気ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯ_X（窒素酸化物）が浄化される。

触媒コンバータ３０に担持された貴金属は、パラジウムとロジウムとを含み、その成分比（パラジウムとロジウムの重量比）は、Ｐｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１（すなわち、Ｐｄ：Ｒｈ＝２０：１〜８：１）の範囲内にあることが最も好ましい。
従来、優れた触媒として知られている白金（Ｐｔ）とロジウムを含むＰｔ／Ｒｈ系の貴金属触媒は、多くの場合、白金とロジウムの成分比が、重量比でＰｔ／Ｒｈ＝５／１（すなわち、Ｒｈ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）＝０．１６７）である。この成分比にならって、白金をパラジウムに置き換えたＰｄ／Ｒｈ＝５／１（すなわち、Ｒｈ／（Ｐｄ＋Ｒｈ）＝０．１６７）の構成からなる触媒は、上記のＰｔ／Ｒｈ系の貴金属触媒の排気浄化性能に比べて劣っており、特に経時的な性能の低下が著しい。排気浄化性能の向上とともに耐久性の向上を図るには、排気浄化性能及び耐久性に優れたロジウムの比率を高めることが考えられるが、本発明者らは、パラジウムに対するロジウムの比率が上記比率より低い領域で、高い排気浄化性能が得られるとの知見を得た。

すなわち、触媒コンバータ３０に担持される貴金属の成分比を、重量比で、Ｐｄ／Ｒｈ＝５／１から、徐々にロジウムの比率が低下するよう変更すると、Ｐｄ／Ｒｈ＝７／１（すなわち、Ｒｈ／（Ｒｈ＋Ｐｄ）＝０．１２５）の場合に性能の向上が見られ、成分比がＰｄ／Ｒｈ＝８／１（すなわち、Ｒｈ／（Ｒｈ＋Ｐｄ）＝０．１１１）〜Ｐｄ／Ｒｈ＝２０／１（すなわち、Ｒｈ／（Ｒｈ＋Ｐｄ）＝０．０４７６）の範囲にある場合に、Ｐｔ／Ｒｈ＝５／１のＰｔ／Ｒｈ系の触媒と同等以上の排気浄化性能が得られた。
このように良好な排気浄化性能が得られた理由としては、触媒としてのパラジウムが酸化雰囲気下における耐久性に優れており、表面酸化状態における浄化能力も優れていること、及び、表面が還元状態にある場合には、少量のロジウムが、パラジウムに対するＨＣの吸着能を適切なレベルに低下させ、パラジウムからのＨＣの脱離を促進することが考えられる。

このように、ロジウムの成分比が少なくなるように貴金属の成分比を設定することで、パラジウムを主成分として少量のロジウムを含む触媒によって、白金を主成分として多くのロジウムを含む触媒と同等、或いはそれ以上の排気浄化性能を実現できる。そして、最も好ましい成分比は、Ｐｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１の範囲である。この触媒は、高価な白金を用いず、また、より高価なロジウムを少量しか含んでいないため、コストの面で非常に有利であり、また、希少性の高い白金を用いないので、材料供給の安定性においても有利である。
さらに、上記の構成は、耐久性で白金に劣るパラジウムを用いているにも関わらず、高い耐久性を有し、安定して良好な排気浄化性能を発揮できる。

また、触媒コンバータ３０における貴金属の担持量は、パラジウムとロジウムとを合わせた総担持量として、３０ｇ／ｆｔ³（グラム／立方フィート）以上であることが好ましく、最も好ましくは、３０〜７５ｇ／ｆｔ³の範囲内である。なお、３５．３１４７ｆｔ³＝１ｍ³（立方メートル）であるから、上記の範囲をＳＩ単位系で表現すれば１０５９．４４〜２６４８．６０ｇ／ｍ³に相当する。
担持量が３０ｇ／ｆｔ³未満では、排気浄化性能が上記のＰｔ／Ｒｈ系の触媒に比べて劣り、３０ｇ／ｆｔ³以上の場合はＰｔ／Ｒｈ系の触媒と同等かそれ以上の排気浄化性能が得られる。担持量が７５ｇ／ｆｔ³を超える場合、排気浄化性能は十分であるが、ロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝８／１より多くても少なくても、排気浄化性能に有意な差が現れない。言い換えれば、３０〜７５ｇ／ｆｔ³の範囲内では、ロジウムの成分比を減少させることによって、より優れた排気浄化性能が得られるため、低コスト化および材料の安定供給の両面で非常に有利であることから、担持量の最も好ましい範囲は４０〜７５ｇ／ｆｔ³であるといえる。

さらに、上記の効果は、エンジン１２が単気筒である場合に、最も顕著である。後に実施例で詳述するように、エンジン１２が２気筒以上の場合には、排気浄化性能に若干の低下が見られ、排気浄化性能に変動が見受けられる。一方、エンジン１２が単気筒である場合には、触媒コンバータ３０によって安定して良好な排気浄化性能が得られるため、最も好ましいといえる。
また、排気浄化装置１０においては、二次空気導入装置２０によって排気管１４に二次空気が供給される構成であることが好ましい。これは、排気管１４に二次空気が供給されない構成においては、Ｐｔ／Ｒｈ系触媒を超えるような排気浄化性能が得られなかったことから、明らかである。

このような結果が得られた理由としては、排気ポート１２Ｂから排気管１４に排出される排気ガス中の未燃焼ガスの一部が、排気管１４に供給された二次空気と混合されることで燃焼反応を起こし、この過程において排気ガス中の未燃焼ガスと空気の濃度分布のばらつきが発生することが考えられる。
さらに、図１に示したリードバルブ装着型の二次空気導入装置２０では、エンジン１２の排気ポート１２Ｂから排出される排気ガスの排気脈動が負のときにリードバルブ２３が開いて二次空気が排気ガス中に供給される。このため、排気管１４には、シリンダ孔１２Ｃから排出された排気ガスと、二次空気導入装置２０から排気ポート１２Ｂに供給される二次空気とが、順次送出されるので、触媒コンバータ３０には、排気ガスと二次空気とが交互に入り込み、濃度分布のばらつきをより大きくしている。
また、エンジン１２は単気筒であるから、排気脈動による排気管１４内の排気ガスの圧力変動が顕著に生じるので、排気ガス中の濃度分布のばらつきが、より顕著になっていることも考えられる。
このように、二次空気供給機構２０の影響およびエンジン１２が単気筒であることが、排気ガス中の濃度分布のばらつきを生じさせ、触媒コンバータ３０における燃焼ガスの分解を促進させ、優れた排気浄化性能が発揮されるものと考えられる。
なお、排気管１４に導入される外気（新気）は、二次空気導入装置２０が供給する二次空気に限らず、新鮮な空気であれば良い。異物や水分の混入を避けられる点では、本実施形態のように、エアクリーナ１１により浄化された空気が導入されることが好ましい。

さらに、発明者らは、上記のようにエンジン１２が単気筒であること、及び、二次空気導入装置２０により排気管１４に二次空気が供給されることに加え、排気管１４の内径及び長さについても好ましい条件を得た。具体的には、排気管１４内を流れる排気が、濃度分布のばらつきを残した状態で触媒コンバータ３０に達するようにするため、排気管１４の内径は、φ２３（２３ｍｍ）以下であることが好ましい。また、図１中に符号Ｌ１で示す排気管１４の長さは、７００ｍ以下であることが好ましい。
この場合、排気管１４内を流れる排気ガスが、濃度の均質化が十分に進行しないうちに触媒コンバータ３０に流入するので、良好な排気浄化性能が得られる。ここで、排気管１４の長さＬ１は、エンジン１２のシリンダブロックと排気管１４との接合面から、接続管１７と排気マフラー１５との接合部までの長さである。同様に、排気ガスの均質化を防ぐため、接続管１７の長さＬ２は、２００ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本実施形態において、触媒コンバータ３０は排気マフラー１５に収容されて保持されるが、排気マフラー１５の内径が太いほど排気抵抗が小さく、効率よく排気できる。上述したように排気管１４の内径は２３ｍｍ以下であることが好ましいので、排気マフラー１５の内径は、排気管１４の内径より大きいことが好ましく、最も好適な例としては、排気マフラー１５の内径Ｄが排気管１４の内径ｄの２倍より大きい構成（Ｄ／ｄ＞２／１）が挙げられる。

さらにまた、本実施形態のエンジン１２は、エンジン１２の吸気負圧により燃料をエンジン１２に供給するキャブレター１３（気化器）を備えている。
自動二輪車の燃料供給装置としてキャブレターを採用した場合、空燃比は理論空燃比よりも濃く（リッチに）設定されることが一般的であり、エンジン１２の排出ガス中の酸素濃度は薄く、二次空気導入装置２０によって供給される二次空気は、その分多くなっている。この構成では、上述した排気ガス中の未燃焼ガスと空気の濃度分布のばらつきが大きいため、上述したＰｄ／Ｒｈ系の触媒コンバータ３０が高い排気浄化性能を発揮できる。つまり、本発明に係るＰｄ／Ｒｈ系の触媒は、キャブレター１３を備えたエンジン１２に適用した場合に、特に効果的である。

このように、本発明を適用した実施形態に係る排気浄化装置１０によれば、エンジン１２の吸気負圧によって燃料をエンジン１２に供給するキャブレター１３と、エンジン１２の排気ポートに接続された排気管１４と、排気管１４内に設けられた触媒コンバータ３０と、を備えた自動二輪車の排気浄化装置１０において、触媒コンバータ３０より上流側において排気管１４内に新気を導入する二次空気導入装置２０が設けられ、触媒コンバータ３０は、パラジウム及びロジウムを含む貴金属を担持して構成され、貴金属の成分比率（重量比）がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１であり、貴金属の担持量が１０５９．４４〜２６４８．６０ｇ／ｍ³である。このため、キャブレター１３によって燃料を供給する構成とした自動二輪車において、排気浄化性能を満足した上で、パラジウムを主成分とした触媒コンバータ３０の耐久性を確保し、低コスト化を図ることができる。そして、この構成によれば、例えば、自動二輪車に排気浄化装置１０を装着した場合に、ＣＯ排出量を１．０ｇ／ｋｍ未満、ＨＣ＋ＮＯ_Xの総排出量を１．０ｇ／ｋｍ未満に抑えることが可能な、白金を主成分とする触媒と比べても遜色のない、高い排気浄化性能を実現できる。
また、排気管１４の内径が２３ｍｍ以下であり、エンジン１２の排気出口と触媒コンバータ３０との間の排気管１４の長さが７００ｍｍ以下である構成とすれば、より好ましい。さらに、触媒コンバータ３０は、排気管１４の内径ｄに対してＤ／ｄ＞２／１を満たす内径Ｄを有する排気マフラー１５に収容され、排気管１４と排気マフラー１５とは、テーパーを有する接続管１７を介して溶接により接合されており、接続管１７の長さは２００ｍｍ以下である構成としてもよい。

なお、触媒コンバータ３０のウォッシュコートの主たる成分はアルミナに限定されず、他のセラミックスの微粒子を用いてもよい。また、上記ウォッシュコート層を形成する際に用いるスラリーには、必要量のバインダを混合してもよい。このバインダとしては、ジルコニア系化合物、アルミナ系化合物、シリカ系化合物等が好ましく例示できる。また、ウォッシュコート層の形成に用いるスラリーの溶媒としては、水や有機溶媒を用いることが可能であるが、溶解度や環境負荷等を考慮すると水が好ましい。
担体のウォッシュコート層にパラジウムを坦持させるために用いる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩（ジクロロテトラアンミンパラジウム等）等が挙げられる。また、ロジウムを坦持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩、錯塩（ペンタアンミンクロロロジウム、ヘキサアンミンロジウム等）等が挙げられるが、これらは一例であり、触媒コンバータ３０に上述した量のパラジウム及びロジウムを担持させるものであれば特に制限されない。また、貴金属を担持する担体として、セラミックス製のハニカム型担体等を用いることも可能である。
また、本実施形態では、排気浄化装置１０を自動二輪車に搭載する場合について説明したが、この自動二輪車の種類や形態に関して何ら制限されない。

以下、本発明を、具体的な実施例によってさらに詳細に説明する。
［実施例１］Ｐｄ／Ｒｈ系触媒コンバータの製造
アルミナ及び必要量のバインダを含む公知の水系スラリーを調製し、このスラリーを、円筒形のメタルハニカム型の触媒担体（径４０ｍｍ×長さ６０ｍｍ）にコーティングした後、乾燥させ焼成し、触媒担体にウォッシュコート層を形成した。続いて、硝酸パラジウムと硝酸ロジウムとを溶解した所定濃度の混合水溶液に、ウォッシュコート層を形成した触媒担体を浸漬し、引き上げて余分な水分を吹き払った後に乾燥した後、焼成し、触媒コンバータを製造した。この触媒コンバータを、図１に示すように排気マフラーとともにエンジンに組み付け、図１の排気浄化装置１０を構成した状態で、後述する測定（評価）を行った。
また、上記の混合水溶液における硝酸パラジウムの濃度と硝酸ロジウムの濃度とを個別に調整することにより、ウォッシュコート層に担持されるパラジウムとロジウムの重量比が異なる複数種類の触媒コンバータを調整した。
また、硝酸パラジウムと硝酸ロジウムとを溶解した混合水溶液の濃度、及び、この混合水溶液に触媒担体を浸漬する浸漬時間を調整することによって、パラジウム及びロジウムの総担持量を、２０ｇ／ｆｔ³（７０６．２９ｇ／ｍ³）、３０ｇ／ｆｔ³（１０５９．４４ｇ／ｍ³）、４０ｇ／ｆｔ³（１４１２．５９ｇ／ｍ³）、５０ｇ／ｆｔ³（１７６５．７４ｇ／ｍ³）、６０ｇ／ｆｔ³（２１１８．８８ｇ／ｍ³）、７５ｇ／ｆｔ³（２６４８．６０ｇ／ｍ³）、１００ｇ／ｆｔ³（３５３１．４７ｇ／ｍ³）にそれぞれ調整して、触媒コンバータを製造した。

［比較例１］Ｐｔ／Ｒｈ系触媒コンバータの製造
アルミナ及び必要量のバインダを含む公知の水系スラリーを調製し、このスラリーを、円筒形のメタルハニカム型の触媒担体（径４０ｍｍ×長さ６０ｍｍ）にコーティングした後、乾燥させ焼成し、触媒担体にウォッシュコート層を形成した。続いて、所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液と所定濃度の硝酸ロジウム水溶液との混合水溶液に、ウォッシュコート層を形成した触媒担体を浸漬し、引き上げて余分な水分を吹き払った後に乾燥した後、焼成し、触媒コンバータを製造した。この触媒コンバータを、実施例１で製造した触媒コンバータと同様に、図１に示すように排気マフラーとともにエンジンに組み付け、図１の排気浄化装置１０を構成した状態で、後述する測定（評価）を行った。

［実施例２］排気浄化性能（Ｅ／Ｍ性能）の評価
実施例１で製造した触媒コンバータ、及び、比較例１で製造した触媒コンバータは、上述のように図１の排気浄化装置１０と同様に構成された形態で自動二輪車に搭載され、この自動二輪車を運転することで評価を行った。
この評価にあたっては、まず、使用により劣化した場合の耐久性を検討するため、電気炉内で、窒素雰囲気中において摂氏９５０度で６時間加熱し、エージングを施した。
続いて、自動二輪車を、図７に示すように系時的に速度を変化させる速度モードに従って運転し、図中に示したサンプリング期間中に排気マフラーから排出される排気ガスの全量を収集した。収集した排気ガスのガス組成を分析することにより、排気浄化性能を評価した。
具体的には、排気浄化性能として特に重要なＨＣ濃度に着目し、比較例１で製造した白金／ロジウム系触媒コンバータ（Ｐｔ／Ｒｈ＝５／１）を用いた場合の排気ガス中のＨＣ濃度を１とし、このＨＣ濃度に対する比（以下、浄化性能比という）として求めた。従って、浄化性能比を示す数が小さいほど、排気浄化性能が高いことになる。

［実施例３］貴金属の成分比と排気浄化性能との相関
実施例１の方法により、パラジウムとロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２／１〜２５／１の範囲で異なる１８種類の触媒コンバータを複数製造し、実施例２の方法により排気浄化性能を評価した。また、比較例１の方法で、白金とロジウムの成分比がＰｔ／Ｒｈ＝２／１〜１０／１の範囲で異なる１０種類の触媒コンバータを複数製造し、実施例２の方法により排気浄化性能を評価した。いずれの触媒コンバータも、貴金属の担持量は５０ｇ／ｆｔ³とした。
図２は、縦軸に浄化性能比をとり、横軸にロジウムとパラジウムまたは白金との成分比をとったグラフである。
図２に示すように、比較例のＰｔ／Ｒｈ系触媒ではロジウムの成分比が高いほど排気浄化性能が高く、ロジウムの成分比が低いほど排気浄化性能が低いという結果が得られた。基準であるＰｔ／Ｒｈ＝５／１の場合に対し、Ｐｔ／Ｒｈ＝１０／１の場合の浄化性能比は２に達する。同様に、実施例１のＰｄ／Ｒｈ系触媒コンバータは、Ｐｄ／Ｒｈ＝２／１〜６／１の範囲では、ロジウムの成分比が高いほど排気浄化性能が高く、ロジウムの成分比が低いほど排気浄化性能が低い。
しかしながら、実施例１のＰｄ／Ｒｈ系触媒コンバータの排気浄化性能は、ロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝６／１より低くなると向上し、Ｐｄ／Ｒｈ＝８／１の場合には、比較例１のＰｔ／Ｒｈ＝５／１の場合と同等の排気浄化性能を示した。さらにロジウムの成分比が低い場合も、Ｐｄ／Ｒｈ＝２０／１の場合まで同様に高い排気浄化性能が得られた。ロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１より少なくなると、排気浄化性能の低下が見られた。
以上のことから、パラジウムとロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１の範囲において、実施例１の触媒コンバータは、白金／ロジウム系の触媒コンバータと同等またはそれ以上の、高い排気浄化性能を示すことが明らかになった。

［実施例４］貴金属の担持量と排気浄化性能との相関
実施例１の方法により、パラジウムとロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２／１〜２５／１の範囲で異なる７種類の触媒コンバータを、貴金属の総担持量が２０ｇ／ｆｔ³、３０ｇ／ｆｔ³、４０ｇ／ｆｔ³、５０ｇ／ｆｔ³、６０ｇ／ｆｔ³、７５ｇ／ｆｔ³、１００ｇ／ｆｔ³の７種類となるように製造した。
図３は、縦軸に浄化性能比をとり、横軸にロジウムとパラジウムとの成分比をとったグラフに、貴金属の総担持量毎に結果をプロットしたものである。
この図３に示すように、排気浄化性能は貴金属の総担持量と正の相関を有し、担持量が２０ｇ／ｆｔ³の場合の傾向として、ロジウムの比率を高めると浄化性能比が低下するが、実施例３のようにロジウムの比率を低下させた場合に浄化性能比が低下するという特異性は、現れなかった。担持量が３０〜７５ｇ／ｆｔ³の場合はＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１の範囲で、ロジウムの比率を低くした状態で、ロジウムを多く含む場合と同等の特性が得られるという特性が確認された。また、担持量が４０ｇ／ｆｔ³以上の場合は、Ｐｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１の範囲で浄化性能比がほぼ１以下となり、白金を主成分とする触媒コンバータに遜色のない排気浄化性能が得られる。
また、総担持量が７５ｇ／ｆｔ³を超え、１００ｇ／ｆｔ³になると、成分比（Ｐｄ／Ｒｈ）の変化に対する排気浄化性能の変化が小さくなることが明らかになった。つまり、ロジウムの成分比を少なく抑えることの効果が有意に現れなくなるので、低コスト化および材料の安定供給の両面で有利な範囲は３０〜７５ｇ／ｆｔ³であるといえる。

［実施例５］エンジンの気筒数による排気浄化性能への影響
実施例１の方法により製造した触媒コンバータ（供試仕様：成分比Ｐｄ／Ｒｈ＝１１／１、総担持量５０ｇ／ｆｔ³）を排気浄化装置に組み込み、自動二輪車に搭載して、実施例２の方法により排気浄化性能の評価を行った。
自動二輪車としては、排気量１２５ｃｍ³の単気筒のエンジンを搭載した車両、及び、排気量１２５ｃｍ³の２気筒のエンジンを搭載した車両を用い、５回ずつ排気浄化性能の評価を行った。各車両はいずれもキャブレター及び二次空気導入装置を備えていた。
表１に、５回分の浄化性能比を車両毎に示す。

表１に示すように、単気筒のエンジンを搭載した車両に実施例１の触媒コンバータを装着した場合には、５回とも良好な排気浄化性能が得られた。これに対し、２気筒のエンジンを搭載した車両に実施例１の触媒コンバータを装着した場合、回毎に排気浄化性能のばらつきが大きく、かつ、全ての回において浄化性能比が１を上回っており、良好な排気浄化性能は得られなかった。

［実施例６］エンジンの排気量による排気浄化性能への影響
実施例１の方法により製造した触媒コンバータ（供試仕様：成分比Ｐｄ／Ｒｈ＝１１／１、総担持量５０ｇ／ｆｔ³）を排気浄化装置に組み込み、自動二輪車に搭載して、実施例２の方法により排気浄化性能の評価を行った。
自動二輪車としては、それぞれ排気量が５０ｃｍ³、１２５ｃｍ³、２５０ｃｍ³のエンジンを搭載した３種類の車両を用いた。各車両はいずれも単気筒であり、キャブレター及び二次空気導入装置を備えていた。但し、２５０ｃｍ³のエンジンを搭載した車両についてのみ、径４０ｍｍ×長さ１２０ｍｍのメタルハニカム型の触媒担体を用いて製造した触媒コンバータを装着して評価を行った。
図４は、縦軸に浄化性能比をとり、横軸にロジウムとパラジウムとの成分比をとったグラフに、車両毎の結果をプロットしたものである。
この図４に示すように、いずれの車両に装着した場合も、排気浄化性能は良好な結果を示した。従って、単気筒のエンジンであれば、排気量にかかわらず良好な排気浄化性能が得られることが明らかになった。

［実施例７］排気管の径と排気浄化性能との相関
実施例１の方法により製造した触媒コンバータ（供試仕様：成分比Ｐｄ／Ｒｈ＝１１／１、総担持量５０ｇ／ｆｔ³）を排気浄化装置に組み込み、自動二輪車（供試仕様：排気量１２５ｃｍ³、単気筒、キャブレター仕様、二次空気導入装置付き）に搭載して、実施例２の方法により排気浄化性能を評価した。この評価は、外径、肉厚及び内径が異なる６種類の排気管を用いた場合の各々について行った。
表２に、排気管の種類毎の浄化性能比を示し、浄化性能比を示す値が小さいほど、排気浄化性能が高いことを示す。

表２に示す結果から、排気管の内径の変化が排気浄化性能に影響を与えることが明らかになった。そして、内径が２３ｍｍを超えたケースでは浄化性能比が１を上回ったため、良好な排気浄化性能が得られる好ましい排気管の内径が、２３ｍｍ以下であることが明らかになった。

［実施例８］排気管の長さと排気浄化性能との相関
実施例１の方法により製造した触媒コンバータ（供試仕様：成分比Ｐｄ／Ｒｈ＝１１／１、総担持量５０ｇ／ｆｔ³）を排気浄化装置に組み込み、自動二輪車（供試仕様：排気量１２５ｃｍ³、単気筒、キャブレター仕様、二次空気導入装置付き）に搭載して実施例２の方法により排気浄化性能を評価した。
この評価は、長さが異なる８種類の排気管を用いた場合の各々について行った。
表３に、排気管の長さ毎の浄化性能を示し、浄化性能比を示す値が小さいほど、排気浄化性能が高いことを示す。

表３に示す結果から、排気管の長さが排気浄化性能に影響を与えることが明らかになり、長さ４４０〜７００ｍｍでは良好な排気浄化性能を示し、長さ５２０〜７００ｍｍでは、特に好ましい排気浄化性能を示した。これに対し、排気管の長さが７５０ｍｍのケースでは浄化性能比が１を上回ったため、良好な排気浄化性能が得られる好ましい排気管の長さが７００ｍｍ以下であることが明らかになった。

［実施例９］接続管の長さと排気浄化性能との相関
実施例１の方法により製造した触媒コンバータ（供試仕様：成分比Ｐｄ／Ｒｈ＝１１／１、総担持量５０ｇ／ｆｔ³）を排気浄化装置に組み込み、自動二輪車（供試仕様：排気量１２５ｃｍ³、単気筒、キャブレター仕様、二次空気導入装置付き）に搭載して、実施例２の方法により排気浄化性能を評価した。
この評価は、排気マフラーと排気管とを繋ぐ接続管として、長さが異なる８種類の接続管を用いた場合の各々について行った。
表４に、接続管の長さ毎の浄化性能比を示し、浄化性能比を示す値が小さいほど、排気浄化性能が高いことを示す。

表４に示す結果から、接続管の長さが排気浄化性能に影響を与えることが明らかになり、長さ１０〜２００ｍｍでは良好な排気浄化性能を示したのに対し、接続管の長さが２５０ｍｍのケースでは浄化性能比が１を上回った。このため、良好な排気浄化性能が得られる好ましい接続管の長さが２００ｍｍ以下であることが明らかになった。

［比較例２］車両の燃料供給の仕様による排気浄化性能への影響
この比較例は、燃料供給装置としてキャブレターでなく燃料噴射装置（ＦＩ）を用いた場合の排気浄化性能を検討するために行った。
実施例１の方法により、パラジウムとロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２／１〜２５／１の範囲で異なる７種類の触媒コンバータ（総担持量５０ｇ／ｆｔ³）を製造し、それぞれ排気浄化装置に組み込み、自動二輪車に搭載して実施例２の方法により排気浄化性能を評価した。自動二輪車の供試仕様は、排気量１２５ｃｍ³、単気筒、二次空気導入装置付き、燃料噴射装置仕様であった。
図５は、縦軸に浄化性能比をとり、横軸にロジウムとパラジウムとの成分比をとったグラフである。
図５に示す結果は、実施例６（図４）の排気量１２５ｃｍ³のケースと比較できる。実施例６のケースでは、パラジウムとロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１の範囲において特に高い排気浄化性能を示すのに対し、本比較例（図５）では、ロジウムの比率が低下するに従って排気浄化性能が低下しており、実施例６のような排気浄化性能の向上はなかった。
この実施例６と比較例２とを対照することにより、気化器仕様の車両に搭載された場合に、ロジウムが占める成分比が少ないほど排気浄化性能が向上するという効果が得られることが明らかになった。

［比較例３］二次空気導入装置の有無による排気浄化性能への影響
この比較例は、二次空気導入装置を備えていない車両を用いた場合の排気浄化性能を検討するために行った。
実施例１の方法により、パラジウムとロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２／１〜２５／１の範囲で異なる７種類の触媒コンバータ（総担持量５０ｇ／ｆｔ³）を製造し、それぞれ排気浄化装置に組み込み、自動二輪車に搭載して実施例２の方法により排気浄化性能を評価した。自動二輪車の供試仕様は、排気量１２５ｃｍ³、単気筒、気化器仕様であり、二次空気導入装置を備えていない車両であった。
図６は、縦軸に浄化性能比をとり、横軸にロジウムとパラジウムとの成分比をとったグラフである。
図６に示す結果は、実施例６（図４）の排気量１２５ｃｍ³のケースと比較できる。実施例６のケースでは、パラジウムとロジウムの成分比がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１の範囲において特に高い排気浄化性能を示すのに対し、本比較例（図６）では、ロジウムの比率が低下するに従って排気浄化性能が低下しており、実施例６のような排気浄化性能の向上はなかった。
この実施例６と比較例３とを対照することにより、二次空気導入装置が配設された場合に、ロジウムが占める成分比が少ないほど排気浄化性能が向上するという効果が得られることが明らかになった。

以上のような裏付けにより、本発明を適用した排気浄化装置は、パラジウムを主成分とする貴金属を触媒として用い、高い排気浄化性能が得られることが明らかになった。また、エージングを伴う排気浄化性能の評価において良好な結果が得られたことから、パラジウムを主成分とする触媒でありながら、優れた耐久性を有することも明らかになった。そして、パラジウムを主成分として、通常より明らかに少ない量のロジウムを含む貴金属を触媒として、高い排気浄化性能を満足するので、低コスト化、及び、材料の安定供給の面で有用な排気浄化装置を実現できる。

本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X等の成分を高い能力で浄化できるので、自動車や自動二輪車等の車両の排気ガスを浄化する目的に適用できる。

本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す図である。 貴金属の成分比と排気浄化性能との相関を示す図表である。 貴金属の担持量と排気浄化性能との相関を示す図表である。 エンジンの排気量による排気浄化性能への影響を示す図表である。 車両の燃料供給の仕様による排気浄化性能への影響を示す図表である。 二次空気導入装置による排気浄化性能への影響を示す図表である。 排気浄化性能の評価方法を示す図表である。

符号の説明

１０ 排気浄化装置
１１ エアクリーナ
１２ エンジン
１２Ｂ 排気ポート
１３ キャブレター（気化器）
１４ 排気管（主管部）
１５ 排気マフラー（収容部）
１６ コネクティングチューブ
１７ 接続管（接続部）
２０ 二次空気導入装置
２１ 二次空気供給管
３０ 触媒コンバータ

Claims (3)

1. 単気筒４サイクルエンジンである内燃機関と、前記内燃機関の吸気負圧によって燃料を前記内燃機関に供給する気化器と、前記内燃機関の排気ポートに接続された排気管と、前記排気管内に設けられた触媒コンバータとを備えた自動二輪車の排気浄化装置において、
   前記触媒コンバータより上流側において前記排気管内に新気を導入する二次空気導入装置が設けられ、
   前記触媒コンバータは、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）を含む貴金属を担持して構成され、貴金属の成分比率（重量比）がＰｄ／Ｒｈ＝２０／１〜８／１であり、貴金属の担持量が１０５９．４４〜２６４８．６０ｇ／ｍ³であること、
   を特徴とする自動二輪車の排気浄化装置。
2. 前記排気管の内径が２３ｍｍ以下であり、前記内燃機関の排気出口と前記触媒コンバータとの間の前記排気管の長さが７００ｍｍ以下であること、
   を特徴とする請求項１記載の自動二輪車の排気浄化装置。
3. 前記排気管は、前記排気ポートに接続された主管部と、前記触媒コンバータを収容する収容部と、これら主管部と収容部とを繋ぐ接続部とを有し、
   前記接続部はテーパーを有する形状に形成され、前記主管部及び前記収容部に対して溶接により接合されており、前記接続部の長さは２００ｍｍ以下であること、
   を特徴とする請求項１または２記載の自動二輪車の排気浄化装置。

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