WO2011040365A1 - 鞍乗り型車両 - Google Patents

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伊藤　有
両角　直洋
瀧井　修
祥之 檜垣
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ヤマハ発動機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a saddle-ride type vehicle such as a motorcycle, and more particularly to a saddle-ride type vehicle equipped with an internal combustion engine that performs combustion at an air-fuel ratio smaller than a theoretical air-fuel ratio (that is, an air-fuel ratio on the fuel rich side).
  • a three-way catalyst is widely used to purify the combustion gas (exhaust gas) discharged from the engine of an automobile.
  • the three-way catalyst reduces or oxidizes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon) and NOx (nitrogen oxide) contained in the exhaust gas into water, carbon dioxide and nitrogen.
  • theoretical air-fuel ratio an air-fuel ratio in which fuel and air burn without excess or deficiency. Therefore, a method has been proposed in which the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by an oxygen sensor, and the fuel injection amount is feedback controlled so that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio based on the detected oxygen concentration.
  • the fuel injection amount is set so that the air-fuel ratio always becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
  • a saddle type vehicle such as a motorcycle having a smaller displacement than a four-wheeled vehicle may not be able to obtain a sufficiently high engine output.
  • Patent Document 1 proposes an exhaust gas purification system for an engine that performs combustion at an air-fuel ratio on the fuel rich side.
  • FIG. 15 shows an exhaust gas purification system 200 disclosed in Patent Document 1.
  • the exhaust gas purification system 200 includes an engine 201 and an exhaust pipe 207 connected to an exhaust port of the engine 201.
  • a first catalyst 202A and a second catalyst 202B disposed downstream of the first catalyst 202A are provided in the exhaust pipe 207, and further, the first catalyst 202A in the exhaust pipe 207 is provided.
  • a secondary air introduction pipe 203 for introducing secondary air is connected to a portion between the first catalyst 202B and the second catalyst 202B.
  • the first catalyst 202A and the second catalyst 202B have the same components as, for example, a known three-way catalyst.
  • the engine 201 is operated at an air-fuel ratio on the fuel rich side.
  • the exhaust gas from the engine 201 first comes into contact with the first catalyst 202A. Since the three-way catalyst exhibits a high NOx purification rate at the fuel rich air-fuel ratio, NOx in the exhaust gas is purified to the final required purification rate by the first catalyst 202A. At this time, part of CO and HC in the exhaust gas is also purified.
  • the secondary air introduced from the secondary air introduction pipe 203 is mixed into the exhaust gas that has passed through the first catalyst 202A, and the air-fuel ratio of the exhaust gas shifts to the fuel lean side.
  • the fuel-lean air-fuel ratio exhaust gas contacts the second catalyst 202B unpurified CO and HC in the exhaust gas are purified.
  • the exhaust gas is first brought into contact with the first catalyst 202A in a reducing atmosphere to mainly purify NOx, and then the exhaust gas is brought into contact with the second catalyst 202B in an oxidizing atmosphere to leave the remaining CO. It aims at purifying CO, HC, and NOx in exhaust gas with high efficiency by purifying HC and HC.
  • the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 201 can be made smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (that is, set to the fuel rich side). Engine output can be increased and drivability can be improved.
  • the carburetor method is sufficient as a method for creating the air-fuel mixture, which is advantageous in terms of cost compared to the case where the injection method is adopted.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the NOx purification rate in a saddle-ride type vehicle including an internal combustion engine that performs combustion at an air-fuel ratio smaller than the theoretical air-fuel ratio. It is in.
  • a saddle-ride type vehicle includes an internal combustion engine that performs combustion at an air-fuel ratio smaller than a stoichiometric air-fuel ratio, a first catalyst provided in an exhaust path that discharges combustion gas from the internal combustion engine, and the exhaust path In which secondary air is introduced into a portion between the first catalyst and the second catalyst in the exhaust path and a second catalyst provided downstream of the first catalyst.
  • a secondary air introduction device wherein each of the first catalyst and the second catalyst includes a noble metal component including at least one of platinum, rhodium, palladium, and gold, and the second catalyst further includes: An ammonia decomposing component for decomposing ammonia, and the ammonia decomposing component includes iridium and barium.
  • the second catalyst has a first catalyst layer containing the noble metal component and a second catalyst layer provided on the first catalyst layer and containing the ammonia decomposition component.
  • the second catalyst layer has an average thickness of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the second catalyst has a first region containing the ammonia decomposing component, and a second region located downstream of the first region and containing the noble metal component.
  • the first region has a length of 20 mm or more.
  • the secondary air introduction device introduces blow-by gas leaking from a combustion chamber of the internal combustion engine into a portion of the exhaust path between the first catalyst and the second catalyst. obtain.
  • the secondary air introduction device does not introduce blow-by gas into the exhaust passage for a predetermined period after the cold start of the internal combustion engine.
  • the saddle-ride type vehicle according to the present invention further includes a muffler, and the first catalyst and the second catalyst are disposed in the muffler.
  • the saddle-ride type vehicle includes a first catalyst and a second catalyst provided downstream of the first catalyst in the exhaust path, and further includes a first catalyst in the exhaust path.
  • a secondary air introduction device for introducing secondary air into a portion between the catalyst and the second catalyst is provided.
  • Combustion gas exhaust gas
  • Combustion gas discharged from an internal combustion engine that performs combustion at an air / fuel ratio smaller than the stoichiometric air / fuel ratio first contacts the first catalyst, and then the secondary air introduced by the secondary air introduction device.
  • the second catalyst is contacted after being mixed with air.
  • each of the first catalyst and the second catalyst includes a noble metal component including at least one of platinum, rhodium, palladium, and gold, first, NOx in the exhaust gas, CO, and CO are exhausted by the first catalyst. Part of the HC is purified, and then the remaining CO and HC are purified by the second catalyst. Since the second catalyst of the saddle-ride type vehicle according to the present invention further includes an ammonia decomposing component that decomposes ammonia (NH 3 ), the NH produced by the noble metal component of the first catalyst reducing NOx. 3 can be decomposed, and the production of NOx in the second catalyst can be suppressed. Therefore, according to the present invention, the NOx purification rate can be improved.
  • NH 3 ammonia decomposing component that decomposes ammonia
  • the ammonia decomposition component of the second catalyst contains iridium and barium.
  • the ammonia decomposing component contains iridium
  • the CO and HC purification by the noble metal component and the NH 3 purification by the ammonia decomposing component can be suitably performed in the second catalyst.
  • the ammonia decomposition component contains barium
  • the NOx purification rate can be further improved.
  • the internal combustion engine of the saddle-ride type vehicle according to the present invention performs combustion at an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (that is, an air-fuel ratio on the fuel rich side), so a high output is obtained and drivability is improved. Therefore, the saddle-ride type vehicle according to the present invention is excellent in both running performance and environmental performance.
  • the second catalyst preferably has a first catalyst layer containing the noble metal component and a second catalyst layer provided on the first catalyst layer and containing the ammonia decomposition component. Since the second catalyst has such a two-layer structure, the exhaust gas passes through the second catalyst layer containing the ammonia decomposing component before reaching the first catalyst layer containing the noble metal component. Therefore, NOx generation due to the oxidation of NH 3 in the first catalyst layer can be effectively suppressed, and the NOx purification rate can be further improved.
  • the second catalyst layer preferably has an average thickness of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the second catalyst may include a first region containing the ammonia decomposing component and a second region located on the downstream side in the exhaust path from the first region and containing the noble metal component. That is, the first region and the second region may be arranged in this order from the upstream side in the exhaust path. With such an arrangement, the exhaust gas passes through the first region containing the ammonia decomposing component before reaching the second region containing the noble metal component. Therefore, NOx generation due to the oxidation of NH 3 in the second region can be effectively suppressed, and the NOx purification rate can be further improved.
  • the length of the first region (the length along the gas flow direction in the exhaust path) is preferably 20 mm or more.
  • the secondary air introduction device can introduce blow-by gas leaking from the combustion chamber of the internal combustion engine into the exhaust path together with the secondary air (more specifically, in a portion between the first catalyst and the second catalyst). It is preferable. By mixing the secondary air and blow-by gas, it is possible to further reduce the NOx emission.
  • the secondary air introduction device does not introduce the blow-by gas into the exhaust path for a predetermined period after the cold start (cold start) of the internal combustion engine.
  • the blow-by gas is not introduced immediately after the cold start, that is, before the second catalyst is sufficiently activated, and after the predetermined period has elapsed since the cold start, that is, the second catalyst is sufficiently activated. By introducing the blow-by gas later, the blow-by gas in the second catalyst can be sufficiently burned.
  • the second catalyst contains an ammonia decomposing component, a sufficiently high NOx purification rate can be realized at a lower temperature than in the past. Therefore, since the first catalyst and the second catalyst can be arranged at positions farther away from the conventional internal combustion engine, both the first catalyst and the second catalyst can be arranged in the muffler. . By disposing the first catalyst and the second catalyst in the muffler, heat damage can be prevented. Further, an advantage in appearance can be obtained.
  • the NOx purification rate can be improved in a saddle-ride type vehicle equipped with an internal combustion engine that performs combustion at an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • FIG. 1 shows typically the structure of the exhaust-gas purification system with which the saddle-riding type vehicle in suitable embodiment of this invention is provided.
  • (A) is a graph showing the NOx purification rate when barium is added to iridium as a NOx purification catalyst and when it is not added
  • (b) is a graph showing the addition of barium to iridium as an NH 3 purification catalyst. for the case of not adding the case of a graph illustrating the NH 3 purification rate.
  • It is sectional drawing which shows the example of the structure of the 1st catalyst with which the saddle riding type vehicle in suitable embodiment of this invention is provided.
  • (A) And (b) is sectional drawing which shows the example of the structure of the 2nd catalyst with which the saddle-riding type vehicle in suitable embodiment of this invention is provided. It is a figure which shows the example of the structure of the 2nd catalyst with which the saddle riding type vehicle in suitable embodiment of this invention is provided.
  • (A) And (b) is sectional drawing which shows the example of the more concrete structure of the 2nd catalyst shown in FIG. It is a figure which shows typically the structure of the exhaust-gas purification system with which the saddle-riding type vehicle in suitable embodiment of this invention is provided. It is a figure which shows typically the structure of the exhaust-gas purification system with which the saddle-riding type vehicle in suitable embodiment of this invention is provided.
  • FIG. 14 is a view showing an example of a motorcycle provided with the exhaust gas purification system shown in FIG. 1, FIG. 8, FIG. 9 or FIG. It is a figure which shows typically the structure of the conventional exhaust gas purification system.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of an exhaust gas purification system provided in a saddle-ride type vehicle according to the present embodiment.
  • the saddle-ride type vehicle in this embodiment includes an internal combustion engine 1, a first catalyst 2 ⁇ / b> A and a second catalyst 2 ⁇ / b> B, and a secondary air introduction device 3.
  • the internal combustion engine 1 (typically a 4-stroke gasoline engine) 1 performs combustion at an air / fuel ratio smaller than the stoichiometric air / fuel ratio (14.7 in the case of a gasoline engine). By performing combustion at an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, at an air-fuel ratio on the fuel rich side, a higher output can be obtained than when combustion is performed at the stoichiometric air-fuel ratio. Typically, combustion is performed at an air fuel ratio of 12.5 or more and 14.5 or less.
  • the internal combustion engine 1 is supplied with an air-fuel mixture from a carburetor (vaporizer) 4 through an intake passage 5a.
  • the intake path 5 a is a space surrounded by the intake pipe 5 connected to the intake port of the internal combustion engine 1, and an air cleaner 6 is provided on the upstream side of the carburetor 4.
  • the first catalyst 2A is provided in the exhaust path 7a for discharging the combustion gas from the internal combustion engine 1, and the second catalyst 2B is provided in the exhaust path 7a on the downstream side of the first catalyst 2A. ing.
  • the exhaust path 7 a is a space surrounded by the exhaust pipe 7 connected to the exhaust port of the internal combustion engine 1.
  • the secondary air introduction device 3 introduces secondary air into a portion 7a 'between the first catalyst 2A and the second catalyst 2B in the exhaust path 7a.
  • the secondary air introduction device 3 includes, for example, a secondary air introduction pipe 3a connected to the exhaust pipe 7, and a reed valve (lead valve) provided between the secondary air introduction pipe 3a and the air cleaner 6 as shown in the figure. valve) 3b.
  • the reed valve 3b functions as a check valve that prevents the backflow of the secondary air supplied from the air cleaner 6 to the secondary air introduction pipe 3a.
  • the secondary air introduction device 3 may be configured to be able to introduce secondary air between the first catalyst 2A and the second catalyst 2B, and the configuration of the secondary air introduction device 3 is illustrated here. It is not limited to what you are doing.
  • a muffler (silencer) 8 for reducing exhaust noise is connected to the downstream end of the exhaust pipe 7.
  • Each of the first catalyst 2A and the second catalyst 2B contains a noble metal component.
  • the noble metal component includes at least one of platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), and gold (Au).
  • the noble metal components of the first catalyst 2A and the second catalyst 2B are purified by oxidizing or reducing CO, HC, NOx in the combustion gas (exhaust gas) discharged from the internal combustion engine 1.
  • the second catalyst 2B of the exhaust gas purification system in the present embodiment further includes an ammonia decomposition component that decomposes ammonia.
  • the ammonia decomposition component contains iridium (Ir) and barium (Ba). Iridium and barium are contained in the second catalyst 2B as simple substances or compounds. Note that the first catalyst 2A does not contain iridium and barium.
  • the exhaust gas purification system in the present embodiment includes the first catalyst 2A and the second catalyst 2B having the above-described configuration, thereby increasing the exhaust gas from the internal combustion engine 1 that performs combustion at the fuel-rich side air-fuel ratio. It can be purified with efficiency. In particular, the generation of NOx derived from NH 3 can be prevented, and the final NOx purification rate can be improved. Hereinafter, the reason will be specifically described.
  • Table 1 shows reactions in the first catalyst 202A and the second catalyst 202B of the conventional exhaust gas purification system 200.
  • the first catalyst 202A purification of CO, HC and NOx is performed as shown by the equations (1), (2) and (3). Specifically, CO and HC react with H 2 O to generate CO 2 and H 2 , as shown by formulas (1) and (2), respectively. NOx reacts with H 2 to produce NH 3 and H 2 O. Some of the NOx reacts with NH 3 produced by the reaction of formula (3), but is decomposed by the N 2 and H 2 O as shown in equation (4), all of the NH 3 is the reaction Is not consumed. In addition, as shown in the formula (5), only a small amount of NH 3 is decomposed. That is, in the conventional exhaust gas purification system 200, NH 3 is generated during the NOx purification in the upstream first catalyst 202A, and a part thereof is supplied to the second catalyst 202B.
  • the remaining CO and HC are purified as shown in the equations (6) and (7). Specifically, CO and HC are oxidized to produce CO 2 or CO 2 and H 2 O, as shown in equations (6) and (7), respectively. Further, in the second catalyst 202B, as shown in the equation (8), NH 3 is oxidized and NOx is generated.
  • NOx is reduced not only to N 2 but also to NH 3 by the first catalyst 202A, so that NH 3 is oxidized by the second catalyst 202B and NOx is reduced. Will be generated. Therefore, the NOx purification rate cannot be sufficiently increased.
  • Table 2 shows reactions in the first catalyst 2A and the second catalyst 2B of the exhaust gas purification system in the present embodiment.
  • reaction shown in (5) occurs as a side reaction. That is, CO, HC and NOx are purified and NH 3 is generated, and a part of the NH 3 is supplied to the second catalyst 2B.
  • the remaining CO and HC are purified as shown in the equations (6) and (7).
  • the second catalyst 2B of the present embodiment contains an ammonia decomposing component, the produced NH 3 is decomposed by the reaction represented by the formula (9). That is, in the second catalyst 2B of the present embodiment, the ammonia decomposition reaction of the formula (9) occurs as a main reaction. Therefore, the NOx production reaction due to the oxidation of NH 3 as shown in the formula (8) is reduced. Therefore, NOx generation is suppressed.
  • the exhaust gas cleaning system in the present embodiment since NH 3 by the ammonia decomposing component contained in the second catalyst 2B (NH 3 produced by the reduction of NOx) are decomposed, in the second catalyst 2B The generation of NOx is suppressed and the NOx purification rate is improved.
  • the ammonia decomposition component of the second catalyst 2B contains iridium.
  • metal elements that function as catalysts for decomposing ammonia vanadium (V), iron (Fe), copper (Cu), and the like are known, but according to the study of the present inventor, these are used as ammonia decomposing components.
  • V vanadium
  • Fe iron
  • Cu copper
  • the second catalyst 2B the oxidation of NH 3 and CO and HC is performed almost simultaneously in an oxidizing atmosphere.
  • the second catalyst 2B preferably performs the purification of CO and HC by the noble metal component and the purification of NH 3 by the ammonia decomposition component in parallel. Can do.
  • iridium can function as a catalyst for directly purifying NOx, as shown in FIG. 2, the NH 3 purification rate is much higher than the NOx purification rate by iridium. Therefore, rather than using iridium as the NOx purification catalyst, NOx is first purified by the noble metal component of the first catalyst 2A as in the present embodiment, and NH 3 generated by the purification is removed from the second catalyst 2B. By decomposing with an ammonia decomposing component (including iridium), the NOx purification rate in the entire exhaust gas purification system can be increased.
  • the ammonia decomposition component contains barium, the NOx purification rate can be further increased. This effect has been experimentally confirmed as will be described later, and is presumed to be produced for the following reason.
  • Barium contained in the ammonia decomposition component acts to trap NOx (NOx that could not be purified by the first catalyst 2A or NOx produced by oxidation of NH 3 ).
  • NOx NOx that could not be purified by the first catalyst 2A or NOx produced by oxidation of NH 3
  • a reaction in which nitric oxide (NO) is trapped by barium present as barium oxide is represented by the following formula (10). 2BaO + 4NO + 3O 2 ⁇ 2Ba (NO 3 ) 2 (10)
  • NH 3 is purified by a decomposition reaction represented by the following formula (11) using NO trapped by the reaction of the formula (10).
  • the ammonia decomposing component contains barium, that is, by adding barium to the ammonia decomposing component, NH 3 is decomposed using the remaining NOx (or generated from NH 3 ). Therefore, the NOx purification rate can be further increased.
  • iridium can also function as a catalyst for directly purifying NOx.
  • the inventors of the present application confirmed that the effect of improving the purification rate by adding barium was also obtained when iridium was used as the NOx purification catalyst.
  • the effect of improving the purification rate was more remarkable when iridium was used as the NH 3 purification catalyst (ammonia decomposition component) as in this embodiment.
  • FIG. 3A shows an example of the NOx purification rate when barium is added to iridium as the NOx purification catalyst and when it is not added.
  • FIG. 3B shows an example of the NH 3 purification rate when barium is added to iridium as the NH 3 purification catalyst and when it is not added.
  • the abundance ratio of iridium and barium in the ammonia decomposition component is not particularly limited, but is preferably 5: 1 to 1:20 in molar ratio. If the amount of barium added is less than when the molar ratio is 5: 1, a sufficient purification rate improving effect may not be obtained. Moreover, when the addition amount of barium is made larger than the case of molar ratio 1:20, the effect corresponding to the addition amount may not be acquired.
  • the ammonia decomposing component of the second catalyst 2B may contain not only iridium and barium but also other metal elements that function as a catalyst for decomposing ammonia. However, from the viewpoint of suitably decomposing ammonia, it is preferable not to include vanadium, iron, or copper already described.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams schematically showing a cross-sectional structure in the vicinity of the surfaces of the first catalyst 2A and the second catalyst 2B.
  • the first catalyst 2 ⁇ / b> A includes a carrier substrate 11 and a catalyst layer 12 provided on the carrier substrate 11.
  • the carrier substrate 11 is, for example, a honeycomb structure (referred to as a “metal carrier”) formed from metal.
  • the catalyst layer 12 includes the above-described noble metal component.
  • the catalyst layer 12 preferably further includes at least one of alumina, ceria, and zirconia. Alumina, ceria and zirconia preferably function as a support and cocatalyst for the noble metal component.
  • the second catalyst 2B has a carrier base 21 and a catalyst layer 22 provided on the carrier base 21.
  • the carrier substrate 21 is a metal carrier, for example.
  • the catalyst layer 22 includes both the above-described noble metal component and ammonia decomposition component. That is, the catalyst layer 22 contains a precious metal component and an ammonia decomposition component.
  • the catalyst layer 22 preferably further includes at least one of alumina, ceria, and zirconia. Alumina, ceria and zirconia suitably function as a support and a co-catalyst for the ammonia decomposition component including the noble metal component and iridium and barium.
  • the second catalyst 2B is provided on the carrier base 21, the first catalyst layer 23 provided on the carrier base 21, and the first catalyst layer 23. And a second catalyst layer 24.
  • the first catalyst layer 23 includes a noble metal component
  • the second catalyst layer 24 includes an ammonia decomposition component. That is, the first catalyst layer 23 containing a noble metal component (but not containing iridium and barium) and the second catalyst layer 24 containing an ammonia decomposition component are laminated in this order on the support substrate 21.
  • the second catalyst layer 24 is disposed outside the first catalyst layer 23.
  • the first catalyst layer 23 preferably further includes at least one of alumina, ceria, and zirconia.
  • Alumina, ceria and zirconia preferably function as a support and cocatalyst for the noble metal component.
  • the second catalyst layer 24 preferably further contains alumina.
  • Alumina suitably functions as a support and cocatalyst for ammonia decomposition components including iridium and barium.
  • the second catalyst 2B preferably has the structure shown in FIG. 5B rather than the structure shown in FIG. Since the second catalyst 2B has a two-layer structure as shown in FIG. 5B, the exhaust gas contains the ammonia decomposition component before reaching the first catalyst layer 23 containing the noble metal component. Pass through layer 24. Therefore, NOx generation due to the oxidation of NH 3 in the first catalyst layer 23 can be effectively suppressed, and the NOx purification rate can be further improved. If the second catalyst 2B has the structure shown in FIG. 5A, an advantage that the manufacturing process of the second catalyst 2B can be simplified is obtained.
  • the second catalyst 2B may have a structure as shown in FIG.
  • the second catalyst 2B has a first region R1 containing an ammonia decomposition component and a second region R2 located downstream from the first region R1 and containing a noble metal component. That is, the first region R1 and the second region R2 are arranged in this order from the upstream side in the exhaust path 7a.
  • a catalyst layer 25 containing an ammonia decomposing component is provided on the support substrate 21.
  • a catalyst layer 26 containing a noble metal component (but not containing iridium and barium) is provided on the support substrate 21.
  • the exhaust gas passes through the first region R1 containing the ammonia decomposition component before reaching the second region R2 containing the noble metal component. Therefore, NOx production due to oxidation of NH 3 in the second region R2 can be effectively suppressed, so that the NOx purification rate can be further improved.
  • Both the structure shown in FIG. 5B and the structure shown in FIG. 6 are preferable in terms of increasing the NOx purification rate.
  • the heat generated by the oxidation reaction of CO and HC in the first catalyst layer 23 can be used for the decomposition reaction of NH 3 in the second catalyst layer 24. Therefore, there is an advantage that the effect of reducing NOx is high even at a low temperature.
  • the drying and baking after the application of the slurry for forming the catalyst layer is only required once (in the case of the two-layer structure, it is performed twice). The advantage that the cost can be reduced is obtained.
  • the average thickness of the second catalyst layer 24 in the structure shown in FIG. 5B is preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less from the viewpoint of more reliably decomposing NH 3 .
  • the length of the first region R1 in the structure shown in FIG. 6 is 20 mm or more from the viewpoint of more reliably decomposing NH 3. It is preferable that
  • blow-by gas (blow-by gas; indicated by BG in the figure) leaking from the combustion chamber of the internal combustion engine 1 is secondary air (SA and SA in the figure) upstream of the reed valve 3b.
  • the secondary air introduction device 3 can introduce the blow-by gas together with the secondary air into the portion 7a 'between the first catalyst 2A and the second catalyst 2B. According to the study of the present inventor, it has been found that the supply of blow-by gas in addition to the secondary air further improves the NOx purification rate of the entire system.
  • the secondary air introduction device 3 does not introduce the blow-by gas into the exhaust path 7a for a predetermined period after the cold start of the internal combustion engine 1 (cold start).
  • the cold start refers to a start in a state where the temperature of the internal combustion engine 1 is equal to or lower than the outside air temperature (when cold).
  • the blow-by gas is not introduced immediately after the cold start, that is, before the second catalyst 2B is sufficiently activated, and after the predetermined period has elapsed since the cold start, that is, the second catalyst 2B is sufficiently activated.
  • the blow-by gas can be sufficiently burned in the second catalyst 2B.
  • An example of a configuration that allows such selective introduction of blow-by gas is shown in FIG.
  • the secondary air introduction device 3 has a blow-by gas switching valve 3 c that switches the introduction destination of the blow-by gas.
  • the blow-by gas switching valve 3c By this blow-by gas switching valve 3c, the blow-by gas is introduced into the intake passage 5a for a predetermined period from the cold start, and the blow-by gas is mixed with the secondary air after the predetermined period.
  • the “predetermined period” during which the blow-by gas is not introduced into the exhaust path 7a is from the cold start until the temperature of the second catalyst 2B reaches the activation temperature or higher (typically 300 ° C. or higher). For example, 20 to 200 seconds.
  • the second catalyst 2B has the structure shown in FIG. 5B in Examples 1 and 4, the structure shown in FIG. 6 in Example 2, and the structure shown in FIG. 5A in Example 3.
  • the catalyst provided on the upstream side of the exhaust path (corresponding to the first catalyst 2A) and the catalyst provided on the downstream side (corresponding to the second catalyst 2B) both contain a noble metal component.
  • the upstream catalyst and the downstream catalyst do not contain ammonia decomposition components (iridium and barium).
  • the downstream catalyst contains iridium but does not contain barium.
  • the calcined product 100 g of ion-exchanged water, 20 g of alumina sol, and 5 g of aluminum nitrate hexahydrate were pulverized with a ball mill for 1 hour (pH is 4.5) to obtain a slurry for the first catalyst layer 23. .
  • a slurry for the second catalyst layer 24 was prepared. Specifically, first, 95 g of ⁇ -alumina and 9.3 g of barium acetate were mixed in 200 g of ion-exchanged water and evaporated to dryness to produce 5% Ba- ⁇ -alumina. To 98 g of this 5% Ba- ⁇ alumina, 200 g of ion exchange water and 2.0 g of iridium nitrate in terms of Ir amount were added and stirred at 40 ° C. for 2 hours to adsorb iridium to 5% Ba- ⁇ alumina. Next, after the said mixture was dried at 120 degreeC for 12 hours, it baked at 600 degreeC for 1 hour.
  • the calcined product 100 g of ion-exchanged water, 20 g of alumina sol, and 5 g of aluminum nitrate hexahydrate were pulverized with a ball mill for 1 hour (pH is 4.5) to obtain a slurry for the second catalyst layer 24. .
  • the coating amount after firing was 100 g / L.
  • the first catalyst layer 23 containing 0.5 g / L of platinum and 1.5 g / L of palladium and having an average thickness of 55 ⁇ m was formed.
  • a slurry for the second catalyst layer 24 was applied on the first catalyst layer 23, dried at 120 ° C, and fired at 600 ° C.
  • the coating amount after firing was 100 g / L.
  • the second catalyst layer 24 containing 2.0 g / L of iridium and 5.0 g / L of barium and having an average thickness of 55 ⁇ m was formed.
  • the first catalyst 2A and the second catalyst 2B produced as described above were attached to the upstream side and the downstream side of the exhaust path 7a, respectively, to produce an exhaust gas purification system having the configuration shown in FIG.
  • Example 2 [First catalyst] A first catalyst 2A was produced in the same manner as in Example 1.
  • a slurry for the catalyst layer 25 in the first region R1 a slurry having the same composition as the slurry for the second catalyst layer 24 of Example 1 was prepared. Further, a slurry having the same composition as the slurry for the first catalyst layer 23 of Example 1 was prepared as the slurry for the catalyst layer 26 in the second region R2.
  • the slurry for the catalyst layer 25 in the first region R1 is applied to the front half of the metal carrier 21 (ie, up to 80 mm from the inlet), and the second region is applied to the rear half of the metal carrier 21 (ie, up to 80 mm from the outlet).
  • the slurry for the catalyst layer 26 of R2 was applied, dried and fired to form the catalyst layers 25 and 26, and the second catalyst 2B was produced.
  • the first catalyst 2A and the second catalyst 2B produced as described above were attached to the upstream side and the downstream side of the exhaust path 7a, respectively, to produce an exhaust gas purification system having the configuration shown in FIG.
  • Example 3 [First catalyst] A first catalyst 2A was produced in the same manner as in Example 1.
  • a metal carrier 21 having the same specifications as the metal carrier 21 for the second catalyst 2B of Example 1 was prepared.
  • a slurry for the catalyst layer 22 was prepared as follows. Specifically, first, 95 g of ⁇ -alumina and 9.3 g of barium acetate were mixed in 200 g of ion-exchanged water and evaporated to dryness to produce 5% Ba- ⁇ -alumina.
  • this calcined product 100 g of ion-exchanged water, 20 g of alumina sol, and 5 g of aluminum nitrate hexahydrate were pulverized with a ball mill for 1 hour (pH is 4.5) to obtain a slurry for the catalyst layer 22.
  • the slurry for the catalyst layer 22 was applied, dried at 120 ° C., and fired at 600 ° C. In this way, a second catalyst 2B was produced.
  • the first catalyst 2A and the second catalyst 2B produced as described above were attached to the upstream side and the downstream side of the exhaust path 7a, respectively, to produce an exhaust gas purification system having the configuration shown in FIG.
  • Example 4 As shown in FIG. 8, the first catalyst 2A and the second catalyst 2B produced by the same method as in Example 1 are attached to the upstream side and the downstream side of the exhaust path 7a, respectively, and blow-by gas is introduced into the exhaust path 7a. An exhaust gas purification system with the above configuration was produced.
  • [Downstream catalyst] A catalyst containing no iridium and barium was produced in the same manner as the second catalyst 2B of Example 1 except that the second catalyst layer 24 was not formed.
  • An exhaust gas purification system was produced using the two catalysts produced as described above.
  • a catalyst containing iridium but not containing barium was prepared in the same manner as the second catalyst 2B of Example 1, except that barium acetate was not added and ⁇ -alumina was used as it was.
  • An exhaust gas purification system was produced using the two catalysts produced as described above.
  • the exhaust gas purification systems of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are attached to a motorcycle with a displacement of 125 cc, and in the EU3 mode, CO (carbon monoxide), THC (total hydrocarbons) and NOx (nitrogen oxides) Emissions were measured.
  • the EU3 mode as shown in FIG. 10, the measurement is performed while periodically changing the vehicle speed as time passes.
  • the exhaust temperature was set to 850 ° C. in advance, and the catalyst was forcibly deteriorated by operating for 6 hours.
  • FIGS. 11A to 11C are graphs showing the CO emission amount (g / km), the THC emission amount (g / km), and the NOx emission amount (g / km), respectively.
  • FIG. 12 is a graph in which the horizontal axis represents the relative ratio of CO emissions (Comparative Example 1 is set to 1), and the vertical axis represents the relative ratio of NOx emissions (Comparative Example 1 is set to 1).
  • the CO emission amount and the THC emission amount are almost the same in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.
  • the NOx emission amount is smaller in Comparative Example 2 than in Comparative Example 1, and is smaller in Example 1. Therefore, it can be seen that the downstream catalyst (second catalyst 2B) contains iridium to reduce the NOx emission amount, and further contains barium to further reduce the NOx emission amount.
  • Example 1 to 4 have less NOx emission than Comparative Example 1. Furthermore, in Examples 1, 2, and 4, the NOx emission amount is smaller than that in Example 3. From this, it can be seen that the structure shown in FIG. 5B or 6 is preferable to the structure shown in FIG. 5A from the viewpoint of increasing the NOx purification rate. In consideration of the amount of CO emission, Examples 1 and 4 are more preferable than Example 2, and it can be seen that the structure shown in FIG. 5B is most excellent in terms of environmental performance. The reason why the structure shown in FIG. 5B is superior to the structure shown in FIG. 6 is that the heat generated by the oxidation reaction of CO and HC in the first catalyst layer 23 in the structure shown in FIG.
  • the two catalyst layers 24 can be used for the decomposition reaction of NH 3 , and CO and HC can be oxidized closer to the internal combustion engine 1 (that is, at a higher temperature) than the structure shown in FIG. Further, in Example 4, the NOx emission amount is smaller than that in Example 1, and it can be seen that the NOx purification rate is further improved by introducing blow-by gas into the exhaust path 7a.
  • the NOx emission amount can be reduced as compared with the prior art.
  • FIG. 1 shows a configuration in which the first catalyst 2A and the second catalyst 2B are arranged upstream of the muffler 8, but as shown in FIG.
  • the second catalyst 2B may be arranged in the muffler 8.
  • the exhaust gas purification system of the present embodiment since the second catalyst 2B contains an ammonia decomposition component, a sufficiently high NOx purification rate can be realized at a lower temperature than in the past. That is, the exhaust gas purification system of the present embodiment can be suitably used even at a lower temperature than in the past.
  • the conventional exhaust gas purification system shown in FIG. 15 can be used at 650 ° C. to 900 ° C.
  • the exhaust gas purification system of this embodiment can be used at 550 ° C. to 900 ° C.
  • the first catalyst 2A and the second catalyst 2B can be disposed at a position away from the internal combustion engine 1 as compared with the conventional case.
  • the first catalyst 202A is arranged at a position 150 to 400 mm away from the engine 201.
  • the first catalyst 2A can be arranged at a position away from the internal combustion engine 1 by 150 mm to 600 mm. Therefore, in the exhaust gas purification system of this embodiment, both the first catalyst 2A and the second catalyst 2B can be arranged in the muffler 8.
  • the periphery of the first catalyst 2A and the second catalyst 2B becomes high temperature due to the reaction heat generated with the purification reaction. As shown in FIG. 13, by disposing the first catalyst 2A and the second catalyst 2B in the muffler 8, it is possible to prevent softening and deterioration (thermal damage) of peripheral parts. Moreover, the advantage of an external appearance (an improvement in design property, etc.) is also obtained.
  • NOx in the combustion gas discharged from the internal combustion engine that performs combustion at an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio can be purified with high efficiency.
  • FIG. 14 shows a motorcycle 100 equipped with an exhaust gas purification system in the present embodiment.
  • the motorcycle 100 includes an engine 1, an exhaust pipe 7 connected to the exhaust port of the engine 1, and a silencer 8 connected to the exhaust pipe 7.
  • a first catalyst 2A and a second catalyst 2B are provided in the exhaust pipe 7, and the motorcycle 100 further introduces secondary air into the exhaust pipe 7.
  • a secondary air introduction device 3 is also provided.
  • the motorcycle 100 since the engine 1 is operated at an air-fuel ratio on the fuel rich side, a high engine output can be obtained and high drivability can be obtained.
  • the motorcycle 100 since the motorcycle 100 includes the above-described exhaust gas purification system, NOx contained in the exhaust gas from the engine 1 operated at the fuel-rich air-fuel ratio can be purified with high efficiency. Therefore, the motorcycle 100 is excellent in both running performance and environmental performance.
  • 1, 8, 9, and 13 exemplify a configuration in which the carburetor 4 is provided (carburetor method), the motorcycle 100 may have a configuration in which an injector is provided (that is, injection). Mixtures may be created in a manner.)
  • the exhaust gas purification system in the present embodiment is not limited to motorcycles, and can be suitably used for all saddle riding type vehicles on which riders ride. For example, it is also used for ATV such as buggy. Generally, since saddle-ride type vehicles have a small displacement, it is preferable to operate the internal combustion engine at an air-fuel ratio on the fuel rich side, and it is significant to mount the exhaust gas purification system of this embodiment.
  • the NOx purification rate can be improved in a saddle-ride type vehicle equipped with an internal combustion engine that performs combustion at an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the present invention is suitably used for various saddle-ride type vehicles including motorcycles.

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Abstract

　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（７ａ'）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。アンモニア分解成分は、イリジウムおよびバリウムを含む。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ることができる。

Description

鞍乗り型車両
　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。
　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。
　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。
　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。
　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１５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。
　排気ガス浄化システム２００は、図１５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。
　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。
　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。
　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を目論んでいる。
　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。
国際公開第２００４／１１３６９６号
　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。
　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。
　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およびバリウムを含む。
　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。
　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。
　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。
　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。
　ある好適な実施形態において、前記二次空気導入装置は、前記内燃機関の燃焼室から漏れるブローバイガスを、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導入し得る。
　ある好適な実施形態において、前記二次空気導入装置は、前記内燃機関の冷間始動から所定の期間、ブローバイガスの前記排気経路への導入を行わない。
　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。
　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、イリジウムおよびバリウムを含んでいる。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。さらに、アンモニア分解成分がバリウムを含んでいることにより、ＮＯｘ浄化率のさらなる向上が可能となる。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。
　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。
　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。
　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。
　ＮＨ3の分解をより確実に行う観点からは、第１領域の長さ（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。
　二次空気導入装置は、内燃機関の燃焼室から漏れるブローバイガスを、二次空気とともに排気経路に（より具体的には第１の触媒と第２の触媒との間の部分に）導入し得ることが好ましい。二次空気とブローバイガスとを混合することにより、ＮＯｘ排出量のさらなる低減を図ることができる。
　また、二次空気導入装置は、内燃機関の冷間始動（コールドスタート）から所定の期間、ブローバイガスの排気経路への導入を行わないことがさらに好ましい。冷間始動直後、つまり、第２の触媒が十分に活性化する前にはブローバイガスの導入を行わず、冷間始動から所定の期間経過後、つまり、第２の触媒が十分に活性化した後にブローバイガスの導入を行うことにより、第２の触媒におけるブローバイガスの燃焼を十分に行うことができる。
　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。
　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ることができる。
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。 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。 （ａ）は、ＮＯｘ浄化触媒としてのイリジウムにバリウムを添加した場合と添加しなかった場合とについてＮＯｘ浄化率を示すグラフであり、（ｂ）は、ＮＨ3浄化触媒としてのイリジウムにバリウムを添加した場合と添加しなかった場合とについてＮＨ3浄化率を示すグラフである。 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。 （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。 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。 （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。 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。 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。 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。 （ａ）～（ｃ）は、実施例１、比較例１および２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。 実施例１～４および比較例１の排気ガス浄化システムについて、横軸にＣＯ排出量の相対比をとり、縦軸にＮＯｘ排出量の相対比（比較例１を１とする）をとったグラフである。 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１、図８、図９または図１３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。 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。
　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。
　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。
　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（ガソリンエンジンの場合１４．７）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。
　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。
　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（lead valve）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。
　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。
　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）およびバリウム（Ｂａ）を含んでいる。イリジウムおよびバリウムは、単体または化合物として第２の触媒２Ｂに含まれている。なお、第１の触媒２Ａは、イリジウムおよびバリウムを含んでいない。
　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。
　まず、図１５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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　さらに、本実施形態では、アンモニア分解成分がバリウムを含んでいることにより、ＮＯｘ浄化率をいっそう高くすることができる。この効果は、後に詳述するように実験的に確認されており、以下の理由により奏されると推測される。
　アンモニア分解成分に含まれるバリウムは、ＮＯｘ（第１の触媒２Ａで浄化しきれなかったＮＯｘやＮＨ3の酸化により生成したＮＯｘ）をトラップするように作用する。例えば、酸化バリウムとして存在するバリウムによって一酸化窒素（ＮＯ）がトラップされる反応は、下記式（１０）で示される。
　２ＢａＯ＋４ＮＯ＋３Ｏ2→２Ｂａ（ＮＯ3）2　　　・・・（１０）
　このようにしてトラップされたＮＯｘを利用して、ＮＨ3の分解反応が進められる。例えば、式（１０）の反応によってトラップされたＮＯを利用して、下記式（１１）に示す分解反応によってＮＨ3が浄化される。
　３Ｂａ（ＮＯ3）2＋１０ＮＨ3→３ＢａＯ＋８Ｎ2＋１５Ｈ2Ｏ・・・（１１）
　上述したように、アンモニア分解成分がバリウムを含んでいる、つまり、アンモニア分解成分にバリウムを添加することにより、残存している（あるいはＮＨ3から生成した）ＮＯｘを利用したＮＨ3の分解を行うことができるので、ＮＯｘ浄化率をいっそう高くすることができる。
　既に述べたように、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。本願発明者が確認したところ、バリウム添加による浄化率の向上効果は、ＮＯｘ浄化触媒としてイリジウムを用いる場合にも得られた。ただし、浄化率の向上効果は、本実施形態のようにＮＨ3浄化触媒（アンモニア分解成分）としてイリジウムを用いる場合の方が顕著であった。
　図３（ａ）に、ＮＯｘ浄化触媒としてのイリジウムにバリウムを添加した場合と添加しなかった場合とについてのＮＯｘ浄化率の例を示す。また、図３（ｂ）に、ＮＨ3浄化触媒としてのイリジウムにバリウムを添加した場合と添加しなかった場合とについてのＮＨ3浄化率の例を示す。
　図３（ａ）に示すように、ＮＯｘ浄化触媒としてのイリジウムにバリウムを添加すると、約４０％の浄化率向上効果が得られる。これに対し、ＮＨ3浄化触媒としてのイリジウムにバリウムを添加すると、約６０％の浄化率向上効果が得られる。このように、ＮＨ3浄化触媒（アンモニア分解成分）としてのイリジウムにバリウムを添加することにより、顕著な効果が得られる。なお、図３（ａ）および（ｂ）に示されている数値（約４０％、約６０％という浄化率向上効果）は、ある仕様の試作例についてのものであり、仕様が異なればこれらの絶対値が異なることは言うまでもない。
　アンモニア分解成分中におけるイリジウムとバリウムとの存在比率は特に限定されるものではないが、モル比で５：１～１：２０であることが好ましい。バリウムの添加量がモル比５：１の場合よりも少ないと、十分な浄化率向上効果が得られないことがある。また、バリウムの添加量をモル比１：２０の場合よりも多くすると、添加量に見合った効果が得られないことがある。
　なお、第２の触媒２Ｂのアンモニア分解成分は、イリジウムおよびバリウムだけでなく、アンモニアを分解する触媒として機能する他の金属元素を含んでいてもよい。ただし、アンモニアの分解を好適に行う観点からは、既に述べたバナジウム、鉄、銅を含まないことが好ましい。
　続いて、図４および図５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４および図５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。
　第１の触媒２Ａは、図４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。
　第２の触媒２Ｂは、図５（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およびバリ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。
　あるいは、第２の触媒２Ｂは、図５（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（ただしイリジウムおよびバリウムを含まない）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、イリジウムおよびバリ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。
　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５（ａ）に示した構造よりも、図５（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５（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５（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。
　また、第２の触媒２Ｂは、図６に示すような構造を有してもよい。図６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７（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７（ｂ）に示すように、担体基材２１上に貴金属成分を含む（ただしイリジウムおよびバリウムを含まない）触媒層２６が設けられている。図６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。
　図５（ｂ）に示した構造および図６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５（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６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。
　図５（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６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。
　続いて、図８を参照しながら、排気ガス浄化システム全体でのＮＯｘ浄化率を向上させ得るさらに好ましい構成を説明する。
　図８に示す構成では、内燃機関１の燃焼室から漏れるブローバイガス（blow-by gas；図中にＢＧと表記されている）が、リードバルブ３ｂの上流で二次空気（図中にＳＡと表記されている）と混合される。従って、二次空気導入装置３は、ブローバイガスを第１の触媒２Ａと第２の触媒２Ｂとの間の部分７ａ’に二次空気とともに導入することができる。本願発明者の検討によれば、二次空気に加えてブローバイガスを供給することにより、システム全体でのＮＯｘ浄化率がさらに向上することがわかった。
　また、二次空気導入装置３は、内燃機関１の冷間始動（コールドスタート）から所定の期間、ブローバイガスの排気経路７ａへの導入を行わないことがさらに好ましい。冷間始動とは、内燃機関１の温度が外気温以下の状態（冷間時）での始動を指す。冷間始動直後、つまり、第２の触媒２Ｂが十分に活性化する前にはブローバイガスの導入を行わず、冷間始動から所定の期間経過後、つまり、第２の触媒２Ｂが十分に活性化した後にブローバイガスの導入を行うことにより、第２の触媒２Ｂにおけるブローバイガスの燃焼を十分に行うことができる。ブローバイガスのこのような選択的導入を可能にする構成の例を図９に示す。
　図９に示す構成では、二次空気導入装置３は、ブローバイガスの導入先を切り替えるブローバイガス切替弁３ｃを有する。このブローバイガス切替弁３ｃにより、冷間始動から所定の期間は、ブローバイガスは吸気経路５ａに導入され、所定の期間経過後は、ブローバイガスは二次空気と混合される。
　なお、ブローバイガスの排気経路７ａへの導入を行わない「所定の期間」とは、冷間始動から第２の触媒２Ｂの温度が活性化温度以上（典型的には３００℃以上）になるまでの期間であり、例えば２０秒～２００秒である。
　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。
　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４種類（実施例１～４）と、比較のための排気ガス浄化システム（比較例１、２）とを作製した。第２の触媒２Ｂは、実施例１、４では図５（ｂ）に示した構造、実施例２では図６に示した構造、実施例３では図５（ａ）に示した構造を有する。また、比較例１、２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（イリジウム、バリウム）を含まない。また、比較例２では、下流側の触媒がイリジウムを含むものの、バリウムを含まない。
　（実施例１）
　［第１の触媒］
　直径４５ｍｍで長さ６０ｍｍ、セル数１００ｃｐｓｉ（＝１５．５個／ｃｍ2）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。
　［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。
　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９５ｇ、酢酸バリウムを９．３ｇ混合し、蒸発乾固させて、５％Ｂａ－γアルミナを作製した。この５％Ｂａ－γアルミナ９８ｇにイオン交換水２００ｇと硝酸イリジウムをＩｒ量換算で２．０ｇ加え、４０℃で２時間撹拌することによって、イリジウムを５％Ｂａ－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。
　続いて、直径５４ｍｍで長さ８０ｍｍ、セル数１００ｃｐｓｉ（＝１５．５個／ｃｍ2）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。
　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、バリウムを５．０ｇ／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、バリウムの濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌ、Ｉｒ＝２．０ｇ／Ｌ、Ｂａ＝５．０ｇ／Ｌであった。
　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。
　（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。
　［第２の触媒］
　直径５４ｍｍで長さ１６０ｍｍ、セル数１００ｃｐｓｉ（＝１５．５個／ｃｍ2）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の前半分に（つまり入口から８０ｍｍ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の後半分に（つまり出口から８０ｍｍ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、第２の触媒２Ｂを作製した。第２の触媒２Ｂの第１領域Ｒ１（前半分）におけるイリジウム、バリウムの濃度は、Ｉｒ＝２．０ｇ／Ｌ、Ｂａ＝５．０ｇ／Ｌであり、第２領域Ｒ２（後半分）における白金、パラジウムの濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌであった。
　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。
　（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。
　［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。触媒層２２用のスラリーを以下のようにして調製した。具体的には、まず、イオン交換水２００ｇにγアルミナを９５ｇ、酢酸バリウムを９．３ｇ混合し、蒸発乾固させて、５％Ｂａ－γアルミナを作製した。この５％Ｂａ－γアルミナ９８ｇにイオン交換水２００ｇと硝酸イリジウムをＩｒ量換算で２．０ｇ加え、さらにジニトロジアミン白金をＰｔ換算で０．５ｇ、硝酸ＰｄをＰｄ換算で１．５ｇ加え、４０℃で２時間撹拌することによって、イリジウム等を５％Ｂａ－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）、触媒層２２用のスラリーを得た。触媒層２２用のスラリーを塗布し、１２０℃で乾燥、６００℃で焼成を行った。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、バリウムの濃度は、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝１．５ｇ／Ｌ、Ｉｒ＝２．０ｇ／Ｌ、Ｂａ＝５．０ｇ／Ｌであった。
　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。
　（実施例４）
　実施例１と同様の方法により作製した第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、さらにブローバイガスが排気経路７ａに導入される図８に示した構成の排気ガス浄化システムを作製した。
　（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。
　［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、イリジウムおよびバリ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。
　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。
　（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。
　［下流側の触媒］
　酢酸バリウムの添加を行わず、γアルミナをそのまま使用する点以外は実施例１の第２の触媒２Ｂと同様にして、イリジウムを含むがバリ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、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。
　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。
　（検証結果）
　実施例１～４および比較例１、２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１０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。
　実施例１、比較例１および２についての測定結果を図１１（ａ）～（ｃ）に示し、実施例１～４および比較例１についての測定結果を図１２に示す。図１１（ａ）～（ｃ）は、それぞれＣＯ排出量（ｇ／ｋｍ）、ＴＨＣ排出量（ｇ／ｋｍ）、ＮＯｘ排出量（ｇ／ｋｍ）を示すグラフである。図１２は、横軸にＣＯ排出量の相対比（比較例１を１とする）をとり、縦軸にＮＯｘ排出量の相対比（比較例１を１とする）をとったグラフである。
　図１１（ａ）および（ｂ）に示されているように、ＣＯ排出量やＴＨＣ排出量については、実施例１と、比較例１および２とでほぼ同じである。これに対し、図１１（ｃ）に示されているように、ＮＯｘ排出量については、比較例１よりも比較例２の方が少なく、実施例１の方がさらに少ない。従って、下流側の触媒（第２の触媒２Ｂ）がイリジウムを含むことによりＮＯｘ排出量が低減され、さらにバリウムを含むことによりＮＯｘ排出量がいっそう低減されることがわかる。
　また、図１２に示されているように、実施例１～４ではすべて、比較例１よりもＮＯｘ排出量が少ない。さらに、実施例１、２および４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、ＮＯｘ浄化率を高くする点からは、図５（ａ）に示した構造よりも図５（ｂ）または図６に示した構造が好ましいことがわかる。また、ＣＯ排出量なども考慮すると、実施例２よりも実施例１および４がさらに好ましく、図５（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５（ｂ）に示す構造が図６に示す構造よりも優れている理由は、図５（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６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。また、実施例４では実施例１よりもさらにＮＯｘ排出量が少ないことから、ブローバイガスの排気経路７ａへの導入により、ＮＯｘ浄化率がいっそう向上していることがわかる。
　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。
　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１３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１５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。
　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１５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。
　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１３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。
　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。
　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１４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。
　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。
　なお、図１、図８、図９および図１３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。）。
　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。
　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ることができる。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。
　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
　３ｃ　　ブローバイガス切替弁
　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

Claims (8)

  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およびバリウムを含む、鞍乗り型車両。
  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。
  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。
  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。
  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。
  6. 　前記二次空気導入装置は、前記内燃機関の燃焼室から漏れるブローバイガスを、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導入し得る請求項１から５のいずれかに記載の鞍乗り型車両。
  7. 　前記二次空気導入装置は、前記内燃機関の冷間始動から所定の期間、ブローバイガスの前記排気経路への導入を行わない請求項６に記載の鞍乗り型車両。
  8. 　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７のいずれかに記載の鞍乗り型車両。
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