高速高負荷大功率摩托車發(fā)動機磨合油的研制

宋世遠，李華峰，彭安偉，王天懿

（1.后勤工程學院，重慶 401311;2.中國嘉陵工業(yè)股份有限公司（集團）重慶工廠，重慶 400030;3.重慶美康高級潤滑油有限公司，重慶 400035）

高速高負荷大功率摩托車發(fā)動機磨合油的研制

宋世遠1，李華峰1，彭安偉2，王天懿3

（1.后勤工程學院，重慶 401311;2.中國嘉陵工業(yè)股份有限公司（集團）重慶工廠，重慶 400030;3.重慶美康高級潤滑油有限公司，重慶 400035）

高速高負荷大功率摩托車發(fā)動機凸輪軸與挺桿間載荷高，使用傳統(tǒng)磨合油，在磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴重擦傷，導致磨合合格率低。凸輪軸－挺桿處于邊界潤滑狀態(tài)，解決其嚴重磨損、擦傷與燒結的關鍵在于提高磨合油的極壓性能。在配方設計上，選用較高黏度的基礎油，并以極壓抗磨劑為主劑，通過正交試驗，確定添加劑的最佳添加量，研制出滿足該型號摩托車發(fā)動機磨合要求的專用磨合油，使磨合合格率達到95%以上。該油的配方組成與傳統(tǒng)磨合油有顯著差異，其最重要的性能特征為具有優(yōu)異的極壓性。

摩托車;發(fā)動機;磨合油;擦傷;極壓性

0 引言

磨合過程又稱跑合過程，通過磨合，內燃機各運動副之間，特別是活塞環(huán)與氣缸套、軸承與軸頸、凸輪軸與挺桿等部件兩配合面直接接觸面積增大，單位面積的比負荷降低，達到良好的接觸，以建立正常的匹配。因此，選用合理的磨合油及正確的磨合規(guī)范對磨合質量有著決定性的影響，而磨合質量對發(fā)動機的壽命和性能具有舉足輕重的影響。

內燃機磨合油的組成一般為:黏度稍低的基礎油（目的是縮短磨合時間），添加各種石油產品添加劑，如清凈分散劑、抗氧抗腐劑等。添加促摩劑是磨合油不同于內燃機油的最顯著特征之一。在我國內燃機磨合油的研制1990年后才開始起步，石油化工科學研究院、上海高橋石油化工公司等單位相繼研制開發(fā)內燃機磨合油。此前的內燃機磨合油是以內燃機油加入20%的柴油作為替代品，或各廠家指定一種普通內燃機油，其結果是磨合時間及磨合品質均不盡人意［1－2］。

中國嘉陵工業(yè)股份有限公司（集團）重慶工廠在開發(fā)JH600型高速大功率摩托車發(fā)動機的過程中，遇到的技術瓶頸之一就是磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴重擦傷，磨合合格率只有15%左右。針對此問題，工廠從改進凸輪軸材料、修改磨合規(guī)范、更換磨合油等方面做了大量工作，但磨合合格率仍然只有30%左右，導致該型號摩托車無法正常生產。經分析論證，由于該型號摩托車發(fā)動機強化程度高、功率大、氣缸內壓力高，使打開排氣閥時凸輪軸－挺桿間產生的作用力顯著增大，傳統(tǒng)的磨合油無法滿足此時凸輪軸－挺桿的潤滑要求，導致磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴重擦傷，因此必須開發(fā)一種不同于常規(guī)的專用磨合油。

1 專用磨合油的配方設計

JH600型高速大功率摩托車發(fā)動機磨合過程中凸輪軸－挺桿出現(xiàn)嚴重擦傷，磨合合格率低，原因可能是磨合油的極壓性不能滿足要求所致。凸輪軸－挺桿是典型的邊界潤滑摩擦副，解決其嚴重磨損、擦傷與燒結的關鍵在于提高磨合油的極壓性能，從而提高其承載能力［3］。在提高磨合油極壓性能的同時，采用合理的磨合規(guī)范來提高磨合速度，達到快速磨合的目的。要解決磨合過程中嚴重擦傷的問題，就必須提高磨合油的極壓性能，這也是該專用磨合油的特殊性能要求，其配方設計必須區(qū)別于傳統(tǒng)概念上的磨合油。

1.1 基礎油

傳統(tǒng)概念中的磨合油通常使用較小黏度的基礎油。選用150BS和350SN混合油作為該專用磨合油的基礎油，以提高磨合油黏度和黏附性能，減小邊界潤滑條件下凸輪軸－挺桿的嚴重擦傷。

1.2 添加劑

傳統(tǒng)概念中的磨合油不添加極壓劑，在研制專用磨合油中以極壓抗磨劑A為主劑，復配潤英聯(lián)的D1966發(fā)動機油復合劑B、清凈分散劑C、抗氧抗腐劑D。添加極壓抗磨劑A是為了提高其極壓性，復合劑B是為了保證其清凈分散性，清凈分散劑C和抗氧抗腐劑D是防止因添加極壓抗磨劑而產生的腐蝕，還可提高油品的極壓性。顯然，該配方設計方案與傳統(tǒng)磨合油的配方完全不同，這正是所研制專用磨合油最顯著的特點。

2 配方研究

采用正交設計試驗為手段，將兩種基礎油按一定比例混合并固定其用量，添加劑A、B、C、D分別作為一、二、三、四共4個因素，每種添加劑取3個添加量，構建成四因素三水平正交試驗表，見表1。按正交表方案配制了9個實驗樣品，用MQ－800四球機按GB/T 3142方法測定最大無卡咬負荷，其測定與分析結果見表2。

表1 正交試驗

表2 P B測定結果與分析

由R值可知，添加劑對PB的影響按由大到小順序排列為C﹥B﹥D=A。根據位級，可得配方中添加劑的較佳組合應為A2B2C3D2，即添加劑A的用量4%，添加劑B的用量1.5%，添加劑C的用量0.5%，添加劑D的用量為0.35%。

理想的磨合油性能應該是既保證發(fā)動機不發(fā)生擦傷，即有良好的極壓性，又盡量縮短磨合時間，即抗磨性不能太好，故又進行了四球機長磨實驗。試驗條件為:負荷392 N、時間30 min、轉速1450 r/ min、油溫為室溫，試驗結果見表3。

表3 磨斑直徑結果與分析

續(xù)表

根據R值，可知添加劑對長磨實驗結果影響的顯著性按大到小順序排列為C＞A＞D＞B，根據位級其較佳組合（即抗磨性差）為A3B2C3D2。

綜合分析PB和長磨磨斑直徑，除添加劑A位級有差異外，其他3種添加劑的位級是相同的。根據本研究的主要目的，即確保磨合時不出現(xiàn)擦傷，故以最大無卡咬負荷為首要評判依據，確定油品的最終配方為A2B2C3D2，從而使油樣既有良好的極壓性又不至于磨合時間太長。

各添加劑的水平，即添加量選擇是否合理呢?即能否再降低各添加劑的用量使配方更經濟呢?從極壓性較佳組合A2B2C3D2分析，添加劑A、B、D均為水平2，添加劑C為水平3，從磨合性較佳組合A3B2C3D2分析，添加劑B、D為水平2，而添加劑A、C為水平3，從理論上講應增大添加劑C和A的添加量進一步實驗。為保證研制油有好的極壓性，根據PB試驗結果將添加劑A的用量選定為水平2。至于高堿值清凈分散劑C，考慮到磨合油使用周期非常短，沒有進一步增大用量的必要。

3 試用實驗

由于四球機試驗在接觸方式、滑動速度、試件材質等方面與摩托車凸輪軸－挺桿的實際工作情況有明顯差異，故四球機的試驗結果必須通過臺架試驗或應用試驗進行驗證。

在該產品開發(fā)前，為了盡快滿足企業(yè)生產需要，曾選用不同廠家生產的磨合油、高黏度內燃機油，如SAE 50SF，在內燃機油中添加油性抗磨劑，如油酸和美國威士抗磨劑等進行實際磨合試驗，雖然磨合質量有所提高，但磨合合格率仍然只有40%左右。

對研制的配方進行了實際試用試驗，試驗結果見表4。由此可見，試用的5臺摩托車發(fā)動機磨合質量均合格。在此基礎上又進一步完善了研制油的產品標準，制訂了相應的磨合規(guī)范，經重慶嘉陵集團半年來的實際使用證明，該磨合油的磨合合格率大于95%［4］。

表4 試用實驗結果

4 結論

（1）磨合油的研究必須以發(fā)動機的性能參數(shù)為依據，高速大功率摩托車磨合油的配方設計與傳統(tǒng)磨合油有顯著差異，首先要保證其極壓性，即防止磨合過程中發(fā)生擦傷，其次才是如何縮短磨合時間。

（2）在配方設計中，選用較高黏度的基礎油，并以極壓抗磨劑為主劑，通過正交試驗，研制出適用于高速大功率摩托車的專用磨合油。

（3）實際使用表明，專用磨合油使磨合合格率大于95%。

［1］李興林，李建平，阮建國，等.國外摩擦副磨合過程的研究［J］.軸承，2000（3）:43－44.

［2］李剛，朱華，吳兆宏.磨合過程的影響因素初探［J］.煤礦機械，2005（9）:51－52.

［3］夏延秋，劉維民，薛群基.幾種內燃機磨合油的摩擦學性能評價及在缸套和活塞環(huán)摩擦副上的應用［J］.摩擦學學報，2001，21（5）:358－359.

［4］化巖，梁俊，宋世遠，等.大功率摩托車發(fā)動機油的磨合試驗研究［J］.潤滑與密封，2010，35（10）:107－111.

The Development of Running－in Oil for High Speed and Large Power Motorcyc le Engine

SONG Shi－yuan1，LIHua－feng1，PENG An－w ei2，W ANG Tian－yi3
（1.Logistical Engineering University，Chongqing 401311，China;2.Chongqing Factory，Jialing Industrial CO.，LTD （Group），Chongqing 400030，China;3.Chongqing M aycom e Super Lubrication Oil CO.，LTD，Chongqing 400035，China）

The severe scratch occurred on the surface of cam shaft and jib w hen the traditional running－in oilw as used to grind the parts of high speed and large pow erm otorcycle engine，because the duty betw een cam shaft and jib is heavy and the lubricating means betw een them is boundary lubrication.In order to prevent scratch，the extrem e－pressure performance of running－in oilm ust be greatly enhanced.The form ula of the running－in oil is com posed of higher viscosity base oil and severalkinds of additives，and the extrem e－pressure agent is dom inant am ong additives.The special purpose running－in oilw as developed by m eans of orthogonal experim ent，w hich can com pletely meet the running－in needs.The most im portant difference betw een the traditional running－in oil and the special purpose running－in oil is that the latter one is provided w ith outstanding extrem e－pressure perform ance.

m otorcycle;engine;running－in oil;scratch;extrem e pressure property

TE626.32

A

1002-3119（2011）06-0006-03

2011－06－15。

宋世遠（1962－），男，教授，碩士研究生導師，1984年畢業(yè)于重慶后勤工程學院油料應用專業(yè)，主要從事石油產品應用與測試評定的教學和科研工作，已公開發(fā)表論文70余篇。