JP4133133B2

JP4133133B2 - 潤滑油のピストンアンダークラウン堆積性試験装置

Info

Publication number: JP4133133B2
Application number: JP2002258090A
Authority: JP
Inventors: 洋之永松; 滋岩本; 勇樹加藤
Original assignee: シェブロンジャパン株式会社
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004092601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用潤滑油のピストンアンダークラウンにおける清浄性を試験するための実験室試験装置、およびそれを用いた評価試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に四サイクルトランクピストンディーゼルエンジンでは、その作動時にピストンは常に高温にさらされるために、強制的にピストンのアンダークラウン（底部）部分が潤滑油の噴射接触により冷却される仕組みになっている。高温状態のピストンアンダークラウンに接触した潤滑油の一部は劣化し、ピストンアンダークラウンに堆積物として付着し易い。従って、内燃機関用潤滑油の性能として、ピストンアンダークラウンにおける清浄性（堆積物の発生が少ないこと）が要求されている。
【０００３】
これまで、内燃機関用潤滑油のピストンアンダークラウンにおける清浄性を評価するための、適切な実験室試験装置（ベンチ試験機）は無かった。よって、潤滑油のピストンアンダークラウン部の清浄性は、実際の大掛かりなディーゼルエンジンを使用する台上エンジン試験を行って直接に評価するか、あるいはパネルコーカー試験、ホットチューブ試験、酸化安定性試験及び／又は高温清浄分散性試験等を行って、熱酸化安定性やスラッジ分散性を総合的に判断し、それにより清浄性を推測していた。しかし、これらの実験室での試験による清浄性の推測結果は、台上エンジン試験の評価結果と異なることが多々あり、通常は、台上エンジン試験による最終的な確認試験が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、台上エンジン試験を行うこと無しに、実験室で内燃機関用潤滑油のピストンアンダークラウンにおける清浄性を適正に評価することができる試験装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の目的はまた、内燃機関用潤滑油のピストンアンダークラウンにおける清浄性を適正に評価することができる試験方法を提供することにもある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
内燃機関用潤滑油のピストンアンダークラウンでの清浄性の評価を実験室で実施しようとする場合に、実際の内燃機関のピストンを使用することがまず考えられる。しかしながら、通常、実際の内燃機関のピストンは、図３に示すように、熱負荷を軽減するためにピストントップ（頂部）に窪みが設けられていて、その窪みの形状は内燃機関の種類により様々であり、ピストンをその上部から均等に加熱することができない。
【０００７】
図３は、実際の内燃機関に使用されているピストンのピストントップを示す写真である。
【０００８】
本発明者は、上述した問題について研究を重ねた結果、実際に使用されている内燃機関のピストンのトップを平坦に加工して、ピストンの上方に配したヒータによってピストンを水平方向に均等に加熱することを可能にでき、さらに、ピストンのトップランド（上部）側面に穴を空けて熱電対を差し込めるようにすることにより、ピストンアンダークラウンの温度制御を可能になることを見出し、本発明に到達したものである。
【０００９】
従って、本発明は、シリンダ、該シリンダ内に装着固定された、平坦なトップ平面を有するピストン、該ピストンのトップ平面に対向する位置に配置されたピストン加熱用ヒータ、該ピストンの下方に配置された、試験用潤滑油をピストンアンダークラウンに向けて噴射するノズル、該ノズルの下方に備えられた潤滑油溜、該潤滑油溜から潤滑油を送油管を介してノズルに送るための給油系、および該試験油溜内の潤滑油の温度調節装置を備えてなる、ピストンアンダークラウン部分が潤滑油の噴射接触により冷却される仕組みを持つエンジン用の潤滑油のピストンアンダークラウン堆積性試験装置にある。
【００１０】
本発明は、上記試験装置のピストンをヒータにより加熱しながら、ノズルからアスファルテンを含有する燃料が添加された潤滑油をピストンアンダークラウンに向けて所定時間噴射接触させた後、該ピストンアンダークラウンの堆積物を観察するか、あるいは堆積物の質量を測定することからなる潤滑油のピストンアンダークラウン堆積性試験方法にもある。
【００１１】
本発明のピストンアンダークラウン堆積性試験装置では、平坦なトップ平面を有するピストンを用いる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のピストンアンダークラウン部の清浄性の試験装置において、ピストンのトップランド側面に細長い穴が設けられていて、そして一対の熱電対が、該ピストントップランド側面の穴と試験油溜内にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の試験方法において、ピストンアンダークラウンもしくはその近傍の温度を連続的もしくは間欠的に熱電対で計測して、ピストンアンダークラウンの温度を制御しながら潤滑油の噴射接触を行うことが好ましい。
【００１４】
本発明の実験室試験装置用ピストンにおいて、ピストンのトップランド側面に細長い穴が設けられていることが好ましい。
【００１５】
以下に、本発明のピストンアンダークラウン部の清浄性試験装置、それに用いるピストン、および試験方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の試験装置を概略的に示す断面図である。
【００１７】
図１の試験装置は、シリンダ１、シリンダ１内に固定されたピストン２、シリンダ１の内側上部に位置してピストン１を加熱するためのヒータ３、ピストン２の下方に位置して、試験用潤滑油をピストンアンダークラウン（ピストン底部）２２に向けて噴射するノズル４、シリンダ下部に位置して試験用潤滑油を一時的に蓄えるための試験油溜５、試験油溜５内の試験用潤滑油を加熱又は冷却するためのヒータ／クーラ６、一対の熱電対７ａ、７ｂ、試験油溜５から試験用潤滑油を送油管８を介してノズル４に送るためのギアーポンプ９、ギアーポンプ９とノズル４との間の送油管８上に設けられて、試験用潤滑油の噴射量を調節するための圧力計１０と微量調整弁１１、および送油管８上に設けられた開閉弁１２、１３、１４から構成される。
【００１８】
本発明の装置の特徴的な構成要素であるピストン２は、ピストントップ（ピストン頂部）２１が、図２に示すように平坦な形状を有し、かつピストントップランド（ピストン上部）側面には細長い穴２３が設けられている。
図２は、本発明に使用するピストンのピストントップを示す写真である。
【００１９】
本発明に用いる上記形状のピストン２は、一般にディーゼルまたはガソリン台上エンジン試験に使用されている実際の内燃機関のピストンのトップランドを水平に研磨もしくは切断し、その側面に穴を空けて加工することにより得ることができる。加工して使用可能なピストンとしては例えば、Caterpillar1MPC、Caterpillar1J、Yanmar4LH-UT 日産TD25、日産SD22、日産VG20E、トヨタ3S-FSE、三菱4D34T-4、いすゞ8PE1Sの各エンジンのピストンを挙げることができる。
【００２０】
ピストントップ２１を図２に示すように平坦とすることにより、ヒータ３でピストン２をその上部から加熱したときに、ピストンの水平方向に均等に加熱することができ、ピストンアンダークラウンの温度を均一にすることができる。
【００２１】
一対の熱電対７ａ、７ｂはそれぞれ、ピストントップランド側面の細長い穴２３および試験油溜５内の試験用潤滑油中に差し込まれ、これにより、ピストン２上部の温度と試験用潤滑油の温度との差を計測して、ピストンアンダークラウン２２の温度を容易に制御することができる。
【００２２】
上記図１に示した試験装置を用いた本発明のピストンアンダークラウン清浄性の試験方法は、次のようにして実施することができる。
【００２３】
まず、ヒータ３によりピストン２を加熱する。加熱温度は、一般の内燃機関におけるピストンの温度と同等であり、通常は２５０〜３００℃の範囲にある。一方、開閉弁１２を開けて試験油溜５内に試験用潤滑油を導入した後、ヒータ／クーラ６により試験油溜５内の試験用潤滑油を加温する。通常は、内燃機関のクランク室温度である８０〜１００℃の範囲に加温する。次いで、ピストン２を加熱し続けながら、ギアーポンプ９を稼動させ、送油管８を介して試験用潤滑油をノズル４よりピストン２のアンダークラウン２２に吹き付けて、ピストンアンダークラウン２２を冷却する。このとき、ノズルからの試験用潤滑油の噴射量は、ギアーポンプ９、圧力計１０および微量調整弁１１により調整される。また、この試験期間中、熱電対７ａ、７ｂで温度を計測し、それに基づいてノズルからの試験用潤滑油の噴射量を調節することにより、ピストンアンダークラウン２２の温度を所望の温度に制御する。試験に必要な時間は、一般には０．５〜１０分間である。
【００２４】
試験終了後に、ピストンアンダークラウン２２に堆積したラッカーなど堆積物の量や厚みを測定する。そして、得られた測定結果に基づいて試験用潤滑油のピストンアンダークラウンにおける清浄性を評価する。
【００２５】
試験用潤滑油としては、ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンに使用可能な各種の潤滑油を用いることができる。
【００２６】
【実施例】
以下のピストンアンダークラウンにおける清浄性の評価試験において、下記の内燃機関用市販潤滑油を用いた。
１）市販油Ａ（ＴＢＮ４０／ＳＡＥ４０）
２）市販油Ｂ（ＴＢＮ４０／ＳＡＥ４０）
３）市販油Ｃ（ＴＢＮ４０／ＳＡＥ４０）
４）市販油Ｄ（ＴＢＮ４０／ＳＡＥ４０）
５）市販油Ｅ（ＴＢＮ４０／ＳＡＥ４０）
【００２７】
試験条件は、下記のとおりであった。
試験用潤滑油：各市販潤滑油に２重量％の粗悪燃料（台上エンジン試験用燃料、アスファルテン１０〜１５重量％含有）を添加し、６０℃で３０分間撹拌した油
ピストン上部温度：２７０℃
ノズルからの噴射量：ポンプ０．８秒回転／４秒停止（１回の噴射当り約３ｍＬ噴射）
試験用潤滑油温度：９０℃
試験時間：９０分間
試験後、ピストンアンダークラウンの堆積物の厚みを高周波厚み計測器を用いて測定した。
【００２８】
［実施例１］
図１に示した評価試験装置を用いて、本発明に従うピストンアンダークラウン清浄性評価試験を行った。ただし、試験用潤滑油は、台上エンジン試験に使用したものを用いた。
【００２９】
［参考例１］
比較のために、キャタピラ１Ｊを用いた従来の台上エンジン試験を行った。
得られた結果をまとめて表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
ピストンアンダークラウンにおける堆積物の厚みが大きいほど、ピストンアンダークラウン部での清浄性が低いことを意味する。表１の結果から明らかなように、本発明に従う評価試験（実施例１）の試験結果と、従来の台上エンジン試験（参考例１）の試験結果との間には高い相関性が認められた。よって、本発明の評価試験方法は、ピストンアンダークラウン清浄性を適正に評価することができることが分った。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のピストンアンダークラウン清浄性の試験装置を用いることにより、実際の大掛かりな内燃機関を運転することなく、実験室で、内燃機関用潤滑油のピストンアンダークラウン部の清浄性を適正に評価することができる。すなわち、上記装置を用いた本発明の評価試験方法によれば、従来の台上エンジン試験を行うこと無しに、実験室で簡易かつ適正に内燃機関用潤滑油のピストンアンダークラウン清浄性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の評価試験装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明のピストンのピストントップを示す写真である。
【図３】公知のピストンのピストントップを示す写真である。
【符号の説明】
１シリンダ
２ピストン
３ヒータ
４ノズル
５試験油溜
６温度制御装置
７ａ、７ｂ熱電対
８送油管
９ギアーポンプ
１０圧力計
１１微量調整弁
１２、１３、１４開閉弁
２１ピストントップ
２２ピストンアンダークラウン

Claims

シリンダ、該シリンダ内に装着固定された、平坦なトップ平面を有するピストン、該ピストンのトップ平面に対向する位置に配置されたピストン加熱用ヒータ、該ピストンの下方に配置された、試験用潤滑油をピストンアンダークラウンに向けて噴射するノズル、該ノズルの下方に備えられた潤滑油溜、該潤滑油溜から潤滑油を送油管を介してノズルに送るための給油系、および該試験油溜内の潤滑油の温度調節装置を備えてなる、ピストンアンダークラウン部分が潤滑油の噴射接触により冷却される仕組みを持つエンジン用の潤滑油のピストンアンダークラウン堆積性試験装置。
ピストンの側面上部に細長い穴が設けられていて、そして一対の熱電対が、該穴と試験油溜内にそれぞれ配置されている請求項１に記載の試験装置。
請求項１または２に記載の試験装置のピストンをヒータにより加熱しながら、ノズルからアスファルテンを含有する燃料が添加された潤滑油をピストンアンダークラウンに向けて所定時間噴射接触させた後、該ピストンアンダークラウンの堆積物を観察するか、あるいは堆積物の質量を測定することからなる潤滑油のピストンアンダークラウン堆積性試験方法。
熱電対を利用してピストンと潤滑油の温度を連続的もしくは間欠的に計測して、その計測結果に基づき、ピストンアンダークラウンの温度を制御しながら、ノズルからの潤滑油のピストンアンダークラウンに向けた噴射接触を行う請求項３に記載の試験方法。