LSPI再考

以前にもLSPIについてブログで書きましたが、もう一度書いてみます。
前回のブログはこちら。
また、長いです。需要あるかな…





まず、LSPIとはLow Speed Pre-Ignitionの略で直噴ターボ車の低回転高負荷域で発生する現象です。
トヨタの論文(リンクが切れて探せない）によれば発火の原因はエンジンオイルに含まれるCaスルホネート。
炭酸カルシウム(CaCO3)が熱分解によりCaOとCO2に分解する際の温度(730℃？)が発火源になるらしくCaを半減させることでLSPIの抑制が出来るそう。


いわゆる低速ノック(1000回転4速とか)のガクガクするのはLSPIではありません。
たまに添加剤でLSPIが減りました！ってレビューの人が居たりします。
それはLSPIじゃないです…


また、LSPIが普通のノッキングと違うのはピストンの2ndランド付近で発生すること。

2ndランドはトップリングと2ndリングの間の空間です。
トップランドでは無いので燃焼室側ではありません。


モービルの画像を貼りますが、トップランドは残っていて2ndランドが無くなってます。

普通はこんな綺麗にブローしないでしょうからブローしたピストン見てもLSPIが原因か判断は出来ないと思います。
鍛造ピストンならこんな感じでキレイに壊れるんでしょうか？

燃焼室で起きていないことから圧縮とは関係ない爆発が2ndランドで発生→燃焼室のノッキングのように力が逃げる方向が無いからピストン破損→ブロー
となるのだと思います。

一般的にピストンリングは3組セットで、一番上のトップリングがコンプレッションリング、一番下はオイルリング、真ん中の2ndリングはコンプレッションリングのサブとオイル油膜を整える役割があると思います。



LSPIが発生しそうなスズキの1.4Lターボも何も対応してませんし、トヨタの1.2Lターボエンジン(8NR-FTS)もLSPI非対応オイルが使えます。
どちらもSN規格のオイルが使える謎。
これはトヨタに確認したので裏取れてます。
論文で小排気量直噴ターボでLSPIが発生するって言ってなかった？


トヨタのLSPI関連の記事が検索で引っ掛からなくなってしまったのでソースが出せなくなってしまいました。
LSPIに対応した最初のトヨタ純正オイル ECO TURBO 0W-20関連の記事も消えました。
エクソンモービルとの共同論文だったのですが画像すらgoogleで出ない。
オーリスの1.2L直噴ターボ用にこのオイル開発したって言ってたのに…
何らかの「都合」で消した模様。

とは言えLSPIでエンジンブローするという話は進化型GRヤリスの動画でトヨタの主幹？が話をしていたのでG16E-GTSでLSPIが発生するのは間違いなさそう。


GRヤリスのG16E-GTSはBMEP(正味有効圧力)が凄く高い(28.7bar)のでそこが関係あるのか？
とも考えましたが、AMG A45の2LターボはG16E-GTSより高いBMEP(30Bar以上)ですがLSPIの対応について聞いたことが無い。
G16E-GTSは3気筒なので気筒毎排気量はむしろ大きいので小排気量でBMEP大だとするとA45のエンジンの方が余程条件悪い。


APIのSP規格のLSPI試験(シーケンスIX)のエンジンはフォードのエコブーストエンジンで2L直噴ターボです。
トヨタの言う小排気量直噴ターボという訳でも無いし、A45のM133もFL5のK20Cも同じ2Lターボなのに対応オイルはSN規格かMB229.5(ACEA A3/B4)のままでLSPI非対応。
プジョーも1.6LターボでしたがLSPI非対応オイルでした。(ACEA C1）
ノウハウのあるメーカーは他の方法でLSPI対策が出来ているとしか思えない。



モーターファンの記事によるとピストンリングは回転域によってトップリングと2ndリングの役割が変わるようです。

モーターファン記事より引用

記事通りならAの低回転域ではトップリングと2ndリング両方でシールしているようですが、トップリングが開いたり閉じたりすると未燃焼ガスが2ndランドに入り込んで密閉されて爆発→LSPI発生となるのですかね？
トップリングの設計思想によってLSPIの発生有無があるような気がします。
トヨタとフォードはフリクション低減を狙ってトップリングが弱めだったりするのでしょうか？


何となくのイメージですけど、低回転低負荷域ではピストンリングは前後左右均等に潰れていて、高負荷になった瞬間にピストンリングが片方に寄る。
これによってトップリングと2ndリングの隙間にCaとカーボンと未燃焼ガスが入り込んで密閉される瞬間にLSPIが発生する場合がある。
中回転以降はピストンリングの動きが変わるので上記のような動きはせず、トップリングと2ndリング間で燃焼室っぽい空間が出来る状況が無いからLSPIは発生しない。
想像ですけど。


LSPIは燃焼室でも発生するようでそれはプラグの熱起因で発生するようです。
プラグの熱でカーボンが発火→点火という感じ。ソース
この場合は燃焼室内なので2ndランドで発生するLSPIよりはダメージは少なそうです。


CaがLSPIの原因になると言うのは他の物質より反応温度が高いからです。
他の物質は500℃以下で燃えるので大事には至らないけどCaの反応温度が700℃以上なのでこれが発火源になってカーボンと爆発する。

だとするとタングステンのようにCaより反応温度が高い物質はよりLSPIのリスクは増えそうな気がしますが、生憎とLSPIの文献でタングステンが出てくるものが見当たらない…


と思っていたらアフトンケミカルのパテントを発見！
180項でチタン化合物を入れるとLSPIの減少確認、182項でタングステン化合物でも同様にLSPIの減少を確認とのこと。

パテントには反応温度の高いタングステン酸カルシウム(CaWO4)の記載もあるのでタングステン化合物の影響は無いようですね。
300ppm入れると効果ありとのことですが、LSPIが半減するだけなので根本対策にはやはりCaを減らす必要がありそう。
チタン化合物もタングステン化合物もLSPIに悪影響は無いと言えますね。


138項以降にはモリブデンやポリマーについても記載あります。
参考文献もあるしこれは添加剤マニア垂涎のパテントですねｗ

そしてこのパテントのLSPIのエンジンベンチはGM製2Lターボエンジンでした。
フォード製じゃないのか…


ひとまずGM、フォード、トヨタの三社はLSPIが出るエンジンを作っているということですが、トヨタの直噴ターボはG16E-GTS以外はSN規格品(LSPI非対応)が使えます。

8AR-FTS(2.0L) 　 新車充填はLSPI対応品だけどSN品使用可
8NR-FTS(1.2L) 　 新車充填はLSPI対応品だけどSN品使用可
T24A-FTS(2.4L)　新車充填はSP品だけどSN品使用可
G16E-GTS(1.6L)　新車充填はSP品でSN Plus品まで使用可、SN不可

G16E-GTSだけはSN PlusとSP規格使用可とマニュアルに書いてあります。

GRヤリス取説から引用　G16E-GTS(1.6L)
「API規格SP/RC、SN PLUS/RCか、ILSAC規格GF-6Aに合致したオイルをご使用ください。」


クラウン(クロスオーバー)取説から引用　T24A-FTS(2.4L)
「API規格SP/RC、SN PLUS/RC、SN/RCか、ILSAC規格に合致したオイルをご使用ください。」


エンジンの製造時期に関係あるかと思いましたが、最新のT24A-FTSはSN品が使えます。


G16E-GTSでもうひとつ気になるのは0W-20以外の粘度の記載がありません。
「0W-20 が入手困難な場合は、5W-30 もご使用いただけます。」
普通この記載があるはずですが、G16E-GTSではこれが書いてない。
あくまでもLSPIに対応している0W-20しか認めないスタンス。
ヤマハが設計していればこんなに面倒なエンジンにはなって無かった気がするけど…


LSPIは騒いだ割に全然気にしていないメーカー多数なのが気になりますね。
「ピストンリングの設計がショボいからLSPIが起きるんだよ！」とか中の人の意見が聞きたいなぁ。