SN 10W-40摩托車油的應(yīng)用研究

孫瑞華,李文峰,王莉,劉穎,丁元慶

(1.中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心,遼寧 大連 116032；2.五羊-本田(廣州)摩托有限公司，廣東 廣州 511356)

0 引言

隨著國家摩托車排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，我國摩托車需求結(jié)構(gòu)有了變化，用于休閑娛樂的大排量摩托車開始增加，國內(nèi)有實力的摩托車廠家陸續(xù)開始生產(chǎn)和引進(jìn)大排量摩托車來滿足日益變化的摩托車市場需求，這部分客戶要求用高檔潤滑油。

國Ⅳ摩托車排放法規(guī)的公布，促進(jìn)了摩托車技術(shù)的跨越式發(fā)展，電噴摩托車完全取代了化油器摩托車；各摩托車廠家引進(jìn)的大排量摩托車中，其中有電噴技術(shù)甚至直噴技術(shù)的摩托車；利用這個契機，大肆炒作全合成或半合成SN等級的摩托車油。

但隨著SN級別摩托車油的上市，市場上一直有各種傳說，SN級別的摩托車油是合成油、性能優(yōu)異、節(jié)能等。SN級別的摩托車油是否適用于摩托車的潤滑，是否節(jié)能，或能否如消費者期望的那樣有明顯的性能優(yōu)勢。為明確以上問題進(jìn)行SN 10W-40摩托車油使用性能的研究勢在必行。

大連潤滑油研究開發(fā)中心(以下簡稱大連研發(fā))和OEM合作進(jìn)行SN 10W-40摩托車油的使用性能的研究工作，目的是通過試驗驗證SN 10W-40摩托車油是否滿足較大排量或國Ⅳ摩托車的潤滑要求；同時考察SN 10W-40摩托車油對燃油消耗、排放等性能的影響。

1 摩托車油標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)上，四沖程摩托車使用汽油機油，然而，由于最新的API/ILSAC/ACEA標(biāo)準(zhǔn)加入了燃油經(jīng)濟(jì)性要求，因此許多潤滑油的配方都添加了摩擦改進(jìn)劑。在摩托車濕式離合器應(yīng)用里，這種潤滑油可能導(dǎo)致離合器打滑和能量損耗。為了解決這個問題，1998年JASO為摩托車潤滑油制定了JASO T903規(guī)格，并于2004年，2006年、2011年和2016年分別修訂了該規(guī)格。

四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)遵循JASO T903規(guī)格，JASO T903規(guī)格包括三部分：質(zhì)量規(guī)格、理化性能和摩擦特性。JASO T903：2016具體指標(biāo)見表1～表3。

表1 四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量規(guī)格

表2 四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)理化性能

表2(續(xù))

表3 四沖程摩托車油標(biāo)準(zhǔn)摩擦特性

2 SN 10W-40摩托車試驗油

兩種SN 10W-40摩托車試驗油一種為大連研發(fā)研制油,滿足JASO T903：2016規(guī)格；另一種是原OEM推薦用于大排量摩托車的參比油，滿足JASO T903規(guī)格，實測數(shù)據(jù)見表4。

表4 SN 10W-40摩托車油理化性能分析

3 性能研究

根據(jù)OEM國Ⅳ摩托車的性能特點及對潤滑油的性能要求確定了考察試驗：復(fù)合耐久試驗、實車試驗、低溫冷啟動試驗、燃油消耗試驗和國Ⅳ排放試驗五個試驗，通過試驗驗證SN 10W-40摩托車油在國Ⅳ摩托車上的耐久性能、冷啟動性能、燃油消耗情況及對排放的影響，全面考察SN 10W-40摩托車油的使用性能。

3.1 復(fù)合耐久試驗

耐久試驗是參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5363摩托車和輕便摩托車發(fā)動機臺架試驗方法進(jìn)行，該試驗在保證摩托車耐久性能和可靠性能的前提前下評價潤滑油的使用性能。復(fù)合耐久試驗參考GB/T 5363試驗條件，試驗時間延長至250 h，使得試驗條件更加苛刻。

3.1.1 試驗工況

復(fù)合耐久試驗在K70摩托車發(fā)動機上進(jìn)行，排量為184 cc，單缸，風(fēng)冷；試驗時間為250 h，試驗期間不換油只補油，采油時間分別為20 h、50 h、100 h、150 h、250 h，運行工況見表5。

注: 掃描耐久:15000個循環(huán)，12秒/循環(huán); 加減速耐久: 10000個循環(huán)，3～4秒/循環(huán)。

3.1.2 試驗過程及樣品分析

試驗過程滿足GB/T 5363方法要求；對采集到的樣品進(jìn)行分析，分析項目有：運動黏度、燃油稀釋、水分、元素分析(包括Al、Fe、Cu、Si)、堿值、正戊烷不溶物、氧化物、硝化物、酸值、閃點。

3.1.2.1 100 ℃運動黏度、氧化物、硝化物

這三個指標(biāo)考察油品的抗氧化性能。在試驗過程中油品黏度的變化在試驗初期由于受曲軸、齒輪等的剪切會使油品中的大分子斷開而使油品黏度下降;隨著試驗進(jìn)行油品發(fā)生氧化而使油品黏度變大,油品黏度的變化受這兩方面的影響,一般情況下隨著試驗時間延長,油品的黏度會有變大的趨勢,氧化物和硝化物也有變大的趨勢，但如果試驗過程中補油和采油間隔的時間不同，規(guī)律會受影響。復(fù)合耐久試驗中的100 ℃運動黏度、氧化物、硝化物的變化見圖1～圖3。

圖1 100 ℃運動黏度變化

圖2 氧化物含量變化

圖3 硝化物含量變化

圖1表明，和參比油相比研制油的黏度較小，說明油品氧化較小，導(dǎo)致試驗過程中剪切性能始終占優(yōu)勢；圖2中參比油有兩個油樣氧化物較大，研制油的氧化物始終較小；圖3中參比油的硝化物基本都大于研制油的硝化物含量，圖2和圖3驗證了研制油的抗氧化性能較好，因此研制油的氧化性能優(yōu)于參比油。

3.1.2.2 堿值

考察油品堿保持性能，能有效保證油品的清凈性能。一般情況下堿值會隨著油品氧化程度加深而變小。 試驗中油品堿值的變化見圖4。

圖4 堿值的變化

圖4表明參比油的堿值略有下降，研制油的堿值略有增加，總體研制油和參比油的堿值變化均平緩，兩種油品的堿保持性相當(dāng)。

3.1.2.3 元素含量

金屬含量的多少反映了發(fā)動機關(guān)鍵部位的磨損程度，考察油品的抗磨損性能。根據(jù)發(fā)動機缸套、曲軸等的材質(zhì)確定分析油品中鐵、鋁、銅、硅等元素，油品中金屬含量的多少反映部件的磨損程度；硅含量反映了外部環(huán)境的影響。試驗過程中油品元素含量見圖5～圖8。

圖5 鋁含量的變化

圖6 鐵含量的變化

圖7 銅含量的變化

圖8 硅含量的變化

圖5、圖6、圖7鋁、鐵、銅三種元素分析可以看出，總的趨勢是研制油的金屬含量高于參比油。圖8中研制油中的硅含量遠(yuǎn)高于參比油，說明研制油由于受外界不良影響造成磨損較嚴(yán)重。

3.1.2.4 閃點

閃點是表示油品蒸發(fā)性的一項指標(biāo)，又是表示石油產(chǎn)品著火危險性的指標(biāo)。在黏度相同的情況下，閃點越高越好。在試驗過程中由于油品氧化等因素的影響閃點會下降；試驗過程中油品閃點的變化見圖9。結(jié)果表明試驗過程中研制油和參比油的閃點均大于225 ℃。

圖9 閃點的變化

圖9結(jié)果表明試驗過程中研制油、參比油的閃點均能保證油品使用安全。

3.1.2.5 燃油稀釋

燃油稀釋是發(fā)動機的部分燃料由于霧化不良造成不完全燃燒，會流到潤滑油中稀釋潤滑油，生成油泥和破壞添加劑，增加設(shè)備磨損。試驗過程中燃油稀釋的變化見圖10。

圖10 燃油稀釋的變化

圖10表明研制油和參比油的燃油稀釋均很小，均小于1.0%，燃油稀釋較少說明潤滑油有效保證了試驗過程中設(shè)備運行狀況。

3.1.2.6 酸值

油品在試驗過程中由于受到空氣中的氧氣、溫度和其他條件的影響逐漸氧化而生成一系列氧化物，其中危害性最大的是酸性物質(zhì)，油品的酸值愈高表明油品的老化程度愈深。油品中酸性物質(zhì)也會對設(shè)備構(gòu)件所用的Cu、Fe、Al等金屬材料有腐蝕作用，而生成的金屬鹽類是氧化反應(yīng)的催化劑，會加速油品的老化進(jìn)程。因此在使用過程中嚴(yán)格控制油品酸值。見圖11。

圖11 酸值的變化

圖11表明研制油和參比油的酸值含量基本相當(dāng)，油品抗氧化性能相當(dāng)。

3.1.2.7 正戊烷不溶物

正戊烷不溶物指油品使用過程中分解產(chǎn)生的某些油不溶膠質(zhì)。不溶物的顯著變化，是導(dǎo)致潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因之一，也是油品劣化程度的一個指標(biāo)。正戊烷不溶物的變化見圖12。

圖12 正戊烷不溶物的變化

圖12表明研制油和參比油的不溶物含量基本相當(dāng)，均較小，油品性能保持較好。

綜合復(fù)合耐久試驗的油品分析結(jié)果可以看出研制油和參比油的性能良好且基本相當(dāng)。

3.2 實車試驗

3.2.1 試驗工況

實車試驗參照國標(biāo)GB/T 4570相關(guān)程序進(jìn)行試驗，實車試驗的目的一是考察摩托車油的實際使用性能；二是考察使用SN級別的摩托車油實車試驗后油品狀況確定摩托車油的換油周期。試驗在兩臺排量為150 cc國Ⅳ摩托車上進(jìn)行，運行里程為15000 km，試驗過程中只補油不換油。

試驗結(jié)束后進(jìn)行油樣的理化分析和元素分析，考察油品的實際使用性能及油品對排放及燃油消耗的影響。

3.2.2 試驗樣品分析

試驗油樣的理化分析和元素分析結(jié)果見表6。

表6 15000 km試驗后油樣分析結(jié)果

表6(續(xù))

表6中表明研制油和參比油中理化性能都在汽油機油換油指標(biāo)范圍內(nèi),但代表關(guān)鍵部位磨損的金屬含量鐵和鋁均超出了汽油機油換油指標(biāo)。

鑒于試驗結(jié)束后三個油品中主要磨損元素鐵和鋁含量較高，對關(guān)鍵零件進(jìn)行了拆機,但拆機后關(guān)鍵零件磨損水平OEM技術(shù)部判斷可以接受，由于試驗車輛較少，具體換油周期的確定有待進(jìn)一步驗證和考察。

3.2.3 排放及燃油消耗

實車試驗行駛1000 km和15000 km后排放及燃油消耗的變化見表7。

表7 實車試驗前后排放及燃油消耗的變化

表7表明燃油消耗測定兩種試驗油15000 km后均略有降低，研制油和參比油的燃油消耗及保持性均較好；排放物中的CO2量均降低；研制油和參比油的HC、NOX、CO2的實測值相當(dāng)，參比油的CO實測值比研制油要大。OEM技術(shù)部判定研制油和參比油對排放的影響相當(dāng)。

3.3 低溫冷啟動試驗

低溫冷啟動試驗考察油品在低溫下的啟動性能，順暢啟動即通過；同時考察在低溫怠速狀況下潤滑油的溫升速度，溫升越快對摩托車的磨損保護(hù)和排放越有利。試驗過程中油品溫度隨轉(zhuǎn)速的變化見圖13。

圖13 油品溫度變化

圖13表明研制油在低溫怠速相同轉(zhuǎn)速下溫度升高快于參比油，達(dá)到了OEM對油品在低溫怠速條件下的溫升要求。

試驗結(jié)果表明研制油和參比油均順利啟動，低溫冷啟動性能相當(dāng)。

3.4 排放試驗

隨著國家排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，潤滑油對排放的影響也非常受到重視，因此分別在同一輛摩托車上參照GB 14622進(jìn)行摩托車排放試驗測試，分別裝兩種SN摩托車油，考察兩油品對排放的影響，試驗結(jié)果見表8。

表8 不同油品的排放和燃油消耗試驗結(jié)果

表8結(jié)果表明研制油的排放和燃油消耗優(yōu)于參比油。

3.5 燃油消耗試驗

在同一輛摩托車上參照GB 5377進(jìn)行摩托車燃油消耗試驗的測試，分別裝兩種SN摩托車油，考察兩油品對燃油消耗的影響，試驗結(jié)果見表9。

表9 不同油品的燃油消耗試驗結(jié)果

L/100km

表9結(jié)果表明研制油的燃油消耗優(yōu)于參比油。

認(rèn)證試驗表明通過復(fù)合耐久試驗、實車試驗、低溫冷啟動試驗、排放試驗和燃油消耗試驗驗證研制油綜合性能和參比油相當(dāng)。

4 結(jié)論

(1)SN 級別摩托車油滿足國Ⅳ及較大排量摩托車的潤滑性能要求；

(2)SN摩托車油能否延長摩托車油的換油周期有待進(jìn)一步驗證;

(3)通過了OEM 250 h復(fù)合耐久試驗、15000 km實車試驗、低溫冷啟動試驗、燃油消耗試驗、排放試驗五個試驗，驗證了SN 級別研制油和參比油性能相當(dāng)。