特許 7447576 ピストン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】ピストン

(51)【国際特許分類】

   F02F 3/10 20060101AFI20240305BHJP

   F02B 23/00 20060101ALI20240305BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20240305BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

F02F3/10 B

F02B23/00 H

F01N3/28 Q

F01N3/28 P

F01N3/08 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020043703

(22)【出願日】2020-03-13

(65)【公開番号】P2021143641

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-02-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002424

【氏名又は名称】ケー・ティー・アンド・エス弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】岩知道 均一

(72)【発明者】

【氏名】棚橋 晃毅

(72)【発明者】

【氏名】田中 大

(72)【発明者】

【氏名】井上 欣也

(72)【発明者】

【氏名】朝倉 遼太

【審査官】鶴江 陽介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３１９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１４４６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０５５３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４０４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－０３３０１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｆ ３／００ー ３／１２

Ｆ０２Ｂ ２３／００

Ｆ０１Ｎ ３／０８ー ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒を配置したピストンであって、
前記内燃機関の燃焼室に向けて配置された頂面と、
前記頂面の表面に設けられる触媒下層と、
前記触媒下層の上面に設けられる触媒上層と、
を備え、
前記触媒下層と前記触媒上層のいずれか一方に、排気ガスに含まれる成分を浄化する第１
触媒を前記ピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が高くなるように担持し、
いずれか他方に、排気ガスに含まれる成分を浄化する前記第１触媒とは異なる第２触媒を
前記ピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が低くなるように担持し、
前記第１触媒は、前記排気ガスに含まれる炭化水素の浄化能力が高く、
前記第２触媒は、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化能力が高い、
ピストン。

【請求項2】

内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒を配置したピストンであって、
前記内燃機関の燃焼室に向けて配置された頂面と、
前記頂面の表面に設けられる触媒下層と、
前記触媒下層の上面に設けられる触媒上層と、
を備え、
前記触媒下層と前記触媒上層のいずれか一方に、排気ガスに含まれる成分を浄化する第１
触媒を前記ピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が高くなるように担持し、
いずれか他方に、排気ガスに含まれる成分を浄化する前記第１触媒とは異なる第２触媒を
前記ピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が低くなるように担持し、
前記第１触媒はパラジウムであり、前記第２触媒はロジウムである、
ピストン。

【請求項3】

前記頂面と前記触媒下層との間にゼオライトを含むベース層を有し、
前記ベース層は、前記ゼオライトを前記ピストンの中心側から外周側に向かって担持密
度が高くなるように担持する、
請求項１または２に記載のピストン。

【請求項4】

前記ピストンは、前記頂面に複数の溝が形成される、
請求項１から３のいずれか一項に記載のピストン。

【請求項5】

前記第１触媒は、前記内燃機関の点火装置と対向する位置から外周側に向かって担持密
度が高くなり、
前記第２触媒の担持密度の高い領域は、前記点火装置と対向する位置となる、
請求項１から４のいずれか一項に記載のピストン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒を配置したピストンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒を配置したピストンが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のピストンは、第１触媒部と、第２触媒部を備える。第１触媒部は、相対的に低温の触媒活性温度を有する第１の触媒（特許文献１のピストンではロジウム）が表層に配置される。第２触媒部は、相対的に高温の触媒活性温度を有する第２の触媒（特許文献１のピストンではパラジウム）が表層に配置される。

【0003】

また、特許文献１では、キャビティを有するピストンと、キャビティを有さないピストンと、が開示されている。特許文献１のキャビティを有するピストンでは、燃焼室の温度が低いキャビティ内部の頂面に第１触媒部を塗布することで配置し、燃焼室の温度が高いキャビティ外周の頂面に第２触媒部を塗布することで配置する。また、特許文献１のキャビティを有さないピストンでは、フラットなピストンの頂面の中央部に第１触媒部を塗布することで配置する。第２触媒部は、第１触媒部の周囲に環状に塗布することで配置する。このように、特許文献１のピストンでは、燃焼室の燃焼温度に応じて、活性温度の異なる触媒を表層に配置することで、ガスの浄化を効率的に行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１３１９１３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１のキャビティを有するピストンでは、キャビティ内部の頂面には第１触媒部のみが配置される。このため、特許文献１のピストンでは、例えば、キャビティ内部において排気ガス成分の偏りが生じた場合、第１の触媒と、第２の触媒の浄化性能が十分に発揮されないおそれがある。

【0006】

また、特許文献１のキャビティを有さないピストンにおいて、フラットな頂面に第１触媒部の外縁と第２触媒部の内縁とを一致させて配置する場合がある。このような場合、第１触媒部および第２触媒部は、表層の異なる第１触媒部と第２触媒部とが重ならないように位置決めしたのち塗布する必要がある。このため、触媒の塗布工程が複雑になり、複数の触媒を容易に塗布できないおそれがある。

【0007】

本発明は、燃焼室内の排気ガス成分の分布の偏りに対応して、排気ガス成分を浄化できるとともに複数の触媒を容易に塗布可能なピストンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るピストンは、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒を配置したピストンである。ピストンは、頂面と、触媒下層と、触媒上層と、を備える。頂面は、内燃機関の燃焼室に向けて配置される。触媒下層は、頂面の表面に設けられる。触媒上層は、触媒下層の上面に設けられる。ピストンは、触媒下層と触媒上層のいずれか一方に、排気ガスに含まれる成分を浄化する第１触媒をピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が高くなるように担持する。ピストンは、いずれか他方に、排気ガスに含まれる成分を浄化する第１触媒とは異なる第２触媒をピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が低くなるように担持する。

【0009】

このピストンによれば、燃焼室内の排気ガス成分の分布の偏りに対応した位置に、触媒が担持される。

【0010】

また、触媒下層は第１触媒または第２触媒のいずれか一方を担持し、触媒上層は他方の触媒を担持する。すなわち、表層に担持される触媒は第１触媒または第２触媒の一種類である。このため、触媒を容易に塗布できる。この結果、燃焼室内の排気ガス成分の分布の偏りに対応して、排気ガス成分を浄化できるとともに複数の触媒を容易に塗布可能なピストンを提供できる。

【0011】

第１触媒は、排気ガスに含まれる炭化水素の浄化能力が高く、第２触媒は、排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化能率が高くてもよい。

【0012】

この構成によれば、第１触媒が排気ガスに含まれる炭化水素を浄化するとともに、第２触媒が排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する。このため、第１触媒は、燃焼室内においてピストンの外周近傍に偏って分布する炭化水素を浄化できる。さらに、第２触媒は、ピストンの中心側近傍に偏って分布する窒素酸化物を浄化できる。

【0013】

第１触媒はパラジウムであり、第２触媒はロジウムであってもよい。

【0014】

この構成によれば、パラジウムが排気ガスに含まれる炭化水素を浄化し、ロジウムが排気ガス成分に含まれる窒素酸化物を浄化できる。

【0015】

ピストンは、頂面と触媒下層との間にゼオライトを含むベース層を有してもよい。ベース層は、ゼオライトをピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が高くなるように担持してもよい。

【0016】

この構成によれば、断熱係数の高いゼオライトがベース層に担持される。これによって、ゼオライトが燃焼室内の熱がピストンの本体に伝わることを抑制し、触媒下層および触媒上層を保温しやすい。この結果、第１触媒および第２触媒の浄化効率が高くなる。また、ゼオライトは、ピストンの中心側から外周側に向かって担持密度が高くなるようにベース層に担持される。ゼオライトは、炭化水素を吸着することで浄化する触媒である。これによって、ピストンは、燃焼室内においてピストンの外周近傍に偏って分布する炭化水素を吸着し浄化しやすい。

【0017】

また、ピストンは、頂面に複数の溝が形成されてもよい。

【0018】

この構成によれば、ピストンの頂面の表面積を大きくできる。これによって、触媒下層がピストンの頂面に接触する面積は、大きくなる。この結果、触媒下層がピストンの頂面から剥離することを抑制できる。

【0019】

また、第１触媒は、内燃機関の点火装置と対向する位置から外周側に向かって担持密度が高くなってもよい。第２触媒の担持密度の高い領域は、点火装置と対向する位置となってもよい。

【0020】

この構成によれば、触媒上層に担持される第２触媒は、より高温になりやすい点火装置と対向する位置の担持密度が高い。これによって、点火装置近傍に偏って分布する窒素酸化物を効率よく浄化できる。

【0021】

また、触媒下層に担持される第１触媒は、内燃機関の点火装置と対向する位置からピストンの外周に向かって担持密度が高くなる。すなわち、第１触媒は、点火装置と対向する位置に比べ低温となるピストン外周近傍が高担持密度となる。これによって、第１触媒の高担持密度となる部分の劣化を抑制できる。この結果、排気ガス成分に含まれる炭化水素を効率よく浄化できる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、燃焼室内の排気ガス成分の分布の偏りに対応して、排気ガス成分を浄化できるとともに複数の触媒を容易に塗布可能な内燃機関のピストンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態によるピストンを内蔵したエンジンの燃焼室を示した概略図。

【図2】本発明の一実施形態によるピストンの概略図。

【図3】図２のＡ－Ａ断面による断面図。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0025】

図１は、本発明の一実施形態におけるピストン６を含む内燃機関Ｅの概略図である。図１における矢印Ｔおよび矢印Ｂは、内燃機関Ｅに形成されたシリンダ４の軸方向を示し、矢印Ｔは内燃機関Ｅの上方を、矢印Ｂは内燃機関Ｅの下方を示す。このため、矢印Ｔおよび矢印Ｂは、内燃機関Ｅの姿勢に応じて変化し、必ずしも重力方向とは一致しない。

【0026】

図１に示すように、内燃機関Ｅは、燃焼室２と、シリンダ４と、ピストン６と、吸気通路８と、吸気バルブ１０と、排気通路１２と、排気バルブ１４と、点火装置１６と、燃料噴射装置１８と、を有する。本実施形態では、内燃機関Ｅは燃料噴射装置１８によって噴射された燃料と、吸気通路８から吸入された空気が混合した混合気に、点火装置１６によって点火することで燃焼を開始するガソリンエンジンである。また、本実施形態では、内燃機関Ｅは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる４サイクルを繰り返すガソリンエンジンである。

【0027】

燃焼室２は、後述するピストン６の頂面２２と、シリンダ４の内周面４２と、シリンダ４の上面４４と、で囲まれた空間であり、内燃機関Ｅの燃焼が行われる。シリンダ４はシリンダブロック４ａに設けられる。シリンダ４の上面４４は、シリンダヘッド４４ａに設けられる。本実施形態では上面４４は、ペントルーフ形状である。

【0028】

ピストン６は、シリンダ４の内部に収容されて、シリンダ４内を矢印Ｔおよび矢印Ｂの方向に摺動する。ピストン６は、燃焼室２に臨んで配置され、ピストン６が摺動することで、内燃機関Ｅの４サイクルが行われる。図１および図３に示すように、ピストン６は、頂面２２と、外周２６と、溝２８と、触媒下層３０と、触媒上層３２と、ベース層３４と、を備える。図１に示すように、頂面２２は、燃焼室２に向けて配置され、膨張行程において燃焼室２で発生した燃焼反応によって膨張した気体を受けとめる。また、頂面２２は、排気行程において燃焼後の排気ガスを押し出す。外周２６は、頂面２２の周囲を形成する。すなわち、外周２６は、ピストン６の側面６ａと頂面２２の境界線である。溝２８、触媒下層３０、触媒上層３２、およびベース層３４の詳細については、後述する。本実施形態では、中心部２４は、後述する点火装置１６の中心軸Ｃｘと、頂面２２の交点である。

【0029】

図１に示すように、吸気通路８は、燃焼室２に接続するとともに、吸気通路８の出口８ａには、吸気バルブ１０が配置される。本実施形態では、吸気通路８には、燃料噴射装置１８が配置される。

【0030】

吸気バルブ１０は、図示しない吸気カムによって上下に移動する。吸気バルブ１０は、吸気通路８と燃焼室２とが連通する状態である開状態と、吸気通路８と燃焼室２とが区画される状態である閉状態と、を切り替える。吸気バルブ１０が下方Ｂに移動すると、吸気通路８と燃焼室２とが連通して開状態となり、吸気通路８の内部の気体が燃焼室２内へ流入する。一方で、吸気バルブ１０が上方Ｔに移動すると、吸気通路８と燃焼室２とが区画される閉状態となり、吸気通路８の内部の気体は吸気通路８に留まる。

【0031】

排気通路１２は、燃焼室２に接続するとともに、排気通路１２の入口１２ａには、排気バルブ１４が配置される。

【0032】

排気バルブ１４は、吸気バルブ１０と同様に、図示しない排気カムによって上下に移動する。排気バルブ１４は、燃焼室２と排気通路１２とが連通する状態である開状態と、燃焼室２と排気通路１２とが区画される状態である閉状態と、に切り替わる。排気バルブ１４が下方Ｂに移動すると、燃焼室２と排気通路１２とが連通して開状態となり、燃焼室２の内部の気体が排気通路１２内へ流入する。一方で、排気バルブ１４が上方Ｔに移動すると、燃焼室２と排気通路１２とが区画される閉状態となり、燃焼室２の内部の気体は燃焼室２内に留まる。

【0033】

点火装置１６は、燃焼室２の上方Ｔに配置される。本実施形態では、点火装置１６は、上面４４のペントルーフ形状の頂上から下方Ｂに向かって、ピストン６の頂面２２を臨んで配置される。より具体的には、点火装置１６の先端に配置される点火部１６ａは、ペントルーフの頂上からピストン６の頂面２２を臨んで配置される。すなわち、シリンダ４の軸方向において、ピストン６の頂面２２の中心部２４と点火装置１６の点火部１６ａとは、対向して配置される。本実施形態では、点火装置１６の中心軸Ｃｘは、シリンダ４の軸方向と一致して配置される。

【0034】

燃料噴射装置１８は、燃焼を噴射することで、燃焼室２に燃料を供給する。本実施形態では燃料噴射装置１８は、吸気通路８に配置され、図示しないアクチュエータによって駆動されることで吸気通路８内に燃料を噴射する。しかし、燃料噴射装置１８は、燃焼室２に直接燃料を噴射する、直噴型の燃料噴射装置１８であってもよい。

【0035】

次に、本実施形態におけるピストン６の溝２８、触媒下層３０、触媒上層３２、およびベース層３４の詳細について説明する。

【0036】

図２に破線で示すように、溝２８は、ピストン６の頂面２２に複数の細い線状に凹んで形成される。本実施形態では、溝２８は、ピストン６の頂面２２に直径が異なる複数の線状かつ円形状の凹みで形成される。また、溝２８は、中心部２４から外周２６にかけて同心円状に配置される。溝２８は、ピストン６の頂面２２の表面積を拡大させるために設けられる。頂面２２の表面積が拡大すると、頂面２２と触媒下層３０が接触する面積が大きくなる。これによって、触媒下層３０が頂面２２から剥離し難くなる。この結果、触媒下層３０の耐久性が向上する。

【0037】

図３に示すように、触媒下層３０は、頂面２２の燃焼室２側に配置される。触媒下層３０は、パラジウム（第１触媒の一例）３３を担持する。パラジウム３３は、触媒反応によって炭化水素（第１排気ガス成分）を水と二酸化炭素に酸化させて浄化する、炭化水素の浄化能力が高い貴金属の触媒である。触媒下層３０は、ピストン６の中心部２４側から外周２６側に向かって、パラジウム３３の担持密度が高くなる。担持密度は、単位面積あたりに担持される触媒の成分量である。このため、触媒下層３０は、ピストン６の外周２６に向かうにつれて、炭化水素の浄化性能が向上する。本実施形態では、パラジウム３３は、外周２６から順に高担持密度パラジウム層３０ａ、中担持密度パラジウム層３０ｂ、低担持密度パラジウム層３０ｃの３つの層に分けて配置される。触媒下層３０は、高担持密度パラジウム層３０ａから低担持密度パラジウム層３０ｃまでの各パラジウム層に応じた担持密度のパラジウム３３を含んだ触媒物質を、後述するベース層３４に塗布したのち一定厚さに揃えることで形成される。このとき、例えば、高担持密度パラジウム層３０ａの内縁と、中担持密度パラジウム層３０ｂの外縁が重なって塗布される場合がある。しかし、高担持密度パラジウム層３０ａと中担持密度パラジウム層３０ｂは、パラジウム３３の担持密度が異なるが、触媒物質の成分は同じでる。したがって、触媒下層３０としての浄化性能に影響がない。すなあち、触媒下層３０を形成する際に、ベース層３４に高担持密度パラジウム層３０ａから低担持密度パラジウム層３０ｃまでを厳密に位置決めする必要がない。

【0038】

触媒上層３２は、触媒下層３０の燃焼室２側に配置される。本実施形態では、触媒上層３２は、触媒下層３０の上方Ｔに配置される。また、本実施形態では、触媒上層３２は、窒素酸化物（第２排気ガス成分）を浄化するロジウム（第２触媒の一例）３７を担持する。ロジウム３７は、窒素酸化物を窒素と酸素に還元して浄化する、窒素酸化物の浄化能力が高い貴金属の触媒である。触媒上層３２は、ピストン６の外周２６に向かって、ロジウム３７の担持密度が低くなる。

【0039】

また、触媒上層３２は、厚さ一定で、ピストン６の中心部２４側から外周２６側に向かって、ロジウム３７の担持密度が低くなる。このため、触媒上層３２は、ピストン６の中心部２４、窒素酸化物の浄化性能が向上する。本実施形態では、触媒上層３２のロジウム３７は、中心部２４側から外周２６側に向かって順に、高担持密度ロジウム層３２ｃ、中担持密度ロジウム層３２ｂ、および低担持密度ロジウム層３２ａの３つに分けて配置される。触媒上層３２も触媒下層３０と同様に、低担持密度ロジウム層３２ａから高担持密度ロジウム層３２ｃまでの各ロジウム層に応じた担持密度のロジウム３７を含んだ触媒物質を、触媒下層３０に塗布したのち一定厚さに揃えることで形成される。触媒上層３２でも、触媒下層３０と同様に、触媒上層３２を形成する際に、触媒下層３０に低担持密度ロジウム層３２ａから高担持密度ロジウム層３２ｃまでを厳密に位置決めする必要がない。

【0040】

ベース層３４は、触媒下層３０と頂面２２との間に配置される。ベース層３４は、ゼオライト３５を担持する。ゼオライト３５はロジウム３７およびパラジウム３３に比べ断熱係数が高い。これによって、混合気の燃焼反応による熱が、燃焼室２からピストン６の頂面２２に伝達されることを防ぐことができる。この結果、触媒上層３２および触媒下層３０が保温されやすい。この結果、触媒上層３２に含まれるロジウム３７および触媒下層３０のパラジウム３３およびロジウム３７が触媒反応しやすい。この結果、効率よく排気ガスを浄化できる。

【0041】

また、ゼオライト３５は、炭化水素を吸着することで浄化する触媒である。ベース層３４は、ピストン６の中心部２４側から外周２６側に向かって、ゼオライト３５の担持密度が高くなる。このため、ベース層３４は、ピストン６の中心部２４側から外周２６側に向かうにつれて、炭化水素の浄化性能が向上する。また、本実施形態では、ゼオライト３５は、中心部２４側から外周２６側に向かって順に、低担持密度ゼオライト層３４ｃ、中担持密度ゼオライト層３４ｂ、および高担持密度ゼオライト層３４ａの３つの層に分けて配置される。ベース層３４は、高担持密度ゼオライト層３４ａから低担持密度ゼオライト層３４ｃまでの各ゼオライト層に応じた担持密度のゼオライト３５を含んだ触媒物質を、頂面２２に塗布したのち、塗布した触媒物質を一定厚さに揃えることで形成される。このため、ベース層３４も触媒下層３０と同様に、ベース層３４を形成する際に、頂面２２に高担持密度ゼオライト層３４ａから低担持密度ゼオライト層３４ｃまでを厳密に位置決めする必要がない。この結果、ベース層３４は、触媒物質を容易に塗布可能である。

【0042】

次に、図１を用いて、内燃機関Ｅにおける燃焼状態と触媒下層３０、触媒上層３２、およびベース層３４の排気ガス浄化機能について説明する。

【0043】

吸気行程では、吸気バルブ１０が下方Ｂに移動して、吸気通路８および燃焼室２は開状態となる。このとき、吸気通路８の内部の気体が燃焼室２に流入する。吸気通路８の内部には、あらかじめ、内燃機関Ｅの外部から取り込んだ空気と燃料噴射装置１８によって噴射された燃料とが所定の割合で混合した混合気が生成されている。吸気行程では、吸気通路８の内部に生成された混合気が、燃焼室２へと流入する。

【0044】

次に、圧縮行程では、ピストン６が上方Ｔに移動し、燃焼室２の容積が小さくなる。このとき、吸気バルブ１０は、上方Ｔに移動して、吸気通路８および燃焼室２は閉状態となる。また、燃焼室２内において、前回の燃焼反応で生成されてシリンダ４の内周面４２付近に残留した排気ガスに含まれる成分、または、内周面４２に付着した燃料およびオイルに含まれる成分が、ピストン６の上方Ｔへの移動によって、上方Ｔに向かって掻き上げられる。このため、燃焼室２の内部の、特にピストン６の外周２６付近では、これら成分の濃度が、燃焼室２内の他の箇所における濃度よりも高くなる。本実施形態では、内周面４２に付着した燃料の成分である炭化水素が、燃焼室２内の特にピストン６の外周２６付近に、燃焼室２内の他の箇所よりも多く分布する。

【0045】

次に、膨張行程では、点火装置１６の点火部１６ａにおいて火花を発生させ、吸気行程において燃焼室２に流入した混合気に点火し燃焼反応を起こす。ピストン６は、この燃焼反応によって膨張した気体に押されて、下方Ｂに移動する。このとき、頂面２２は膨張した気体を受けとめる。混合気の燃焼反応によって発生した火炎は、点火部１６ａが配置されるシリンダ４の上面４４付近、すなわち、ピストン６の頂面２２の中心部２４付近から開始され、ピストン６の外周２６に向かって放射状に伝播する。このため、燃焼室２における温度分布は、点火装置１６の点火部１６ａが配置される箇所で最も温度が高くなるとともに、ピストン６の外周２６付近に向かって温度が下がる。また、混合気の燃焼反応が進むにつれ、燃焼室２内に、排気ガスが生成される。排気ガスは、混合ガスの燃焼温度に基づいて、異なる成分が生成される。このため、排気ガスに含まれる成分の分布は、燃焼室２内の温度分布と概ね一致する。すなわち、排気ガスに含まれる成分の一つである窒素酸化物（第２排気ガス成分）は、燃焼室２において、特に燃焼温度が高い箇所に多く分布する。一方で、排気ガスに含まれる成分の一つである炭化水素（第１排気ガス成分）は、燃焼室２において、窒素酸化物が分布する箇所とは異なる箇所に多く分布する。

【0046】

本実施形態では、ピストン６の頂面２２は、点火装置１６の中心軸Ｃｘとピストン６の頂面２２との交点である中心部２４から外周２６に向かって温度が下がる同心円状の温度分布となる。このため、ピストン６の頂面２２は、中心部２４の近傍で最も温度が高くなる。これによって、窒素酸化物は、ピストン６の頂面２２において、中心部２４において最も濃度が高くなるとともに、ピストン６の外周２６に向かって濃度が低くなる。一方、炭化水素は、上記の内周面４２に付着した燃料の影響によって、燃焼室２内の特にピストン６の外周２６付近において、燃焼室２内の他の箇所よりも多く分布する。このため、炭化水素は、膨張行程においても、外周２６付近に燃え残りとなって他の箇所よりも多く分布する。すなわち、炭化水素は、ピストン６の頂面２２において、中心部２４から外周２６に向かって濃度が高くなるように分布する。

【0047】

次に、排気行程では、排気バルブ１４が下方Ｂに移動し、燃焼室２および排気通路１２は開状態となる。このとき、混合気の燃焼反応によって生成された排気ガスが、燃焼室２から排気通路１２に流入する。また、排気行程では、ピストン６が上方Ｔに移動する。このため、燃焼室２の内部において、排気ガスに含まれる成分が、ピストン６の移動によって、上方Ｔに向かって掻き上げられる。このため、燃焼室２の内部の、特にピストン６の外周２６付近では、この排気ガスに含まれる成分の濃度が、燃焼室２内の他の箇所における濃度よりも高くなる。本実施形態では、燃焼室２内の特にピストン６の外周２６付近において、排気ガスに含まれる炭化水素が、燃焼室２内の他の箇所よりも多く分布する。また、内燃機関Ｅが始動した直後の場合、始動時は燃料噴射量が多く、内燃機関Ｅも温まっていないことから燃料の燃え残りも多く、燃料の成分である炭化水素が外周２６により多く分布する。

【0048】

触媒下層３０は、排気行程において、外周２６に多く分布する第１排気ガス成分を浄化する。触媒上層３２は、第１排気ガス成分と異なる位置に分布する第２排気ガス成分を浄化する。本実施形態では、排気行程における燃焼室２は、外周２６に向かうにつれて、炭化水素が多く分布する。一方、触媒下層３０は、ピストン６の外周２６に向かうにつれて、炭化水素の浄化性能が向上する。すなわち、燃焼室２内の炭化水素の分布の偏りに対応した位置に、炭化水素が浄化可能なパラジウム３３が担持される。これによって、ピストン６は、炭化水素を効率よく浄化できる。

【0049】

また、排気行程の燃焼室２では、窒素酸化物は、中心部２４から外周２６に向かって濃度が高くなるように分布する。一方、触媒上層３２は、ピストン６の外周２６から離れるにつれて、窒素酸化物の浄化性能が向上する。すなわち、燃焼室２内の窒素酸化物の分布の偏りに対応した位置に、窒素酸化物が浄化可能なロジウム３７が担持される。これによって、ピストン６は、窒素酸化物を効率よく浄化できる

【0050】

また、本実施形態では、ピストン６の頂面２２には、上方Ｔから下方Ｂに向かって、ロジウム３７、パラジウム３３、ゼオライト３５の順で触媒が担持された層が形成される。このため、ゼオライト３５が、ロジウム３７およびパラジウム３３よりも下方Ｂに配置される。これによって、ゼオライト３５は、燃焼室２内の燃焼反応によって発生する熱がピストン６の下方Ｂに伝達されることを抑制できる。このため、触媒下層３０および触媒上層３２に担持される触媒の温度が、活性温度を下回ることを抑制できる。この結果、ピストン６は、燃焼室２内の排気ガスを効率よく浄化できる。

【0051】

さらに、本実施形態では、ロジウム３７が、パラジウム３３およびゼオライト３５よりも、上方Ｔに配置される。このため、炭化水素を浄化するパラジウム３３およびゼオライト３５が、燃焼室２内の排気ガスに直接曝されることを防止できる。これによって、パラジウム３３およびゼオライト３５が、特に内燃機関Ｅの始動直後に発生する排気ガスに含まれる多量の炭化水素や一酸化炭素によって覆われ劣化することを抑制できる。この結果、ピストン６は、内燃機関Ｅの運転状態に関わらず、燃焼室２内の排気ガスを効率よく浄化できる。

【0052】

以上説明した通り、本実施形態によれば、燃焼室２内の排気ガス成分の分布の偏りに対応して、排気ガス成分を浄化できるとともに複数の触媒を容易に塗布可能な内燃機関Ｅのピストン６を提供できる。

【0053】

＜他の実施形態＞
以上、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の変形例は、必要に応じて任意に組み合わせ可能である。

【0054】

（ａ）上記実施形態では、内燃機関Ｅは、ガソリンエンジンを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、内燃機関Ｅは、ディーゼルエンジンであってもよい。この場合は、ピストン６の頂面２２に、下方Ｂに凹むキャビティを設けてもよい。

【0055】

（ｂ）上記実施形態では、溝２８は、頂面２２に複数の直径の異なる線状かつ円形状の凹みが、中心部２４から外周２６にかけて同心円状に配置されることで形成される例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。溝２８は、複数の線状の凹みを用いた曲線、直線、および模様のいずれか、または、これらの組み合わせであってもよい。また、溝２８は、ピストン６の頂面２２の一部、または全面に形成してもよい。

【0056】

（ｃ）上記実施形態では、パラジウム３３、ゼオライト３５、およびロジウム３７を例に説明したが本発明はこれに限定されない。すなわち、例えば、ロジウム３７に変えて白金やプラチナを用いてもよい。また、ゼオライト３５に変えて、例えば、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、および酸化ジルコニウムまたは酸化セリウムを主成分とする複合酸化物等を用いてもよい。

【0057】

（ｄ）上記実施形態では、触媒下層３０にパラジウム３３を担持し、触媒上層３２にロジウム３７を担持する例を用いて説明したが本発明はこれに限定されない。触媒下層３０にロジウム３７を担持し、触媒上層３２にパラジウム３３を担持してもよい。

【符号の説明】

【0058】

Ｅ：内燃機関 ６：ピストン ２２：頂面 ２６：外周 １６：点火装置
３０：触媒下層 ３２：触媒上層 ３８：ベース層
３３：パラジウム（第１触媒の一例）３７：ロジウム（第２触媒の一例）
３５：ゼオライト

【図1】

【図2】

【図3】