高速高负荷大功率摩托车发动机磨合油的研制

宋世远，李华峰，彭安伟，王天懿

（1.后勤工程学院，重庆 401311;2.中国嘉陵工业股份有限公司（集团）重庆工厂，重庆 400030;3.重庆美康高级润滑油有限公司，重庆 400035）

高速高负荷大功率摩托车发动机磨合油的研制

宋世远1，李华峰1，彭安伟2，王天懿3

（1.后勤工程学院，重庆 401311;2.中国嘉陵工业股份有限公司（集团）重庆工厂，重庆 400030;3.重庆美康高级润滑油有限公司，重庆 400035）

高速高负荷大功率摩托车发动机凸轮轴与挺杆间载荷高，使用传统磨合油，在磨合过程中凸轮轴－挺杆出现严重擦伤，导致磨合合格率低。凸轮轴－挺杆处于边界润滑状态，解决其严重磨损、擦伤与烧结的关键在于提高磨合油的极压性能。在配方设计上，选用较高黏度的基础油，并以极压抗磨剂为主剂，通过正交试验，确定添加剂的最佳添加量，研制出满足该型号摩托车发动机磨合要求的专用磨合油，使磨合合格率达到95%以上。该油的配方组成与传统磨合油有显著差异，其最重要的性能特征为具有优异的极压性。

摩托车;发动机;磨合油;擦伤;极压性

0 引言

磨合过程又称跑合过程，通过磨合，内燃机各运动副之间，特别是活塞环与气缸套、轴承与轴颈、凸轮轴与挺杆等部件两配合面直接接触面积增大，单位面积的比负荷降低，达到良好的接触，以建立正常的匹配。因此，选用合理的磨合油及正确的磨合规范对磨合质量有着决定性的影响，而磨合质量对发动机的寿命和性能具有举足轻重的影响。

内燃机磨合油的组成一般为:黏度稍低的基础油（目的是缩短磨合时间），添加各种石油产品添加剂，如清净分散剂、抗氧抗腐剂等。添加促摩剂是磨合油不同于内燃机油的最显著特征之一。在我国内燃机磨合油的研制1990年后才开始起步，石油化工科学研究院、上海高桥石油化工公司等单位相继研制开发内燃机磨合油。此前的内燃机磨合油是以内燃机油加入20%的柴油作为替代品，或各厂家指定一种普通内燃机油，其结果是磨合时间及磨合品质均不尽人意［1－2］。

中国嘉陵工业股份有限公司（集团）重庆工厂在开发JH600型高速大功率摩托车发动机的过程中，遇到的技术瓶颈之一就是磨合过程中凸轮轴－挺杆出现严重擦伤，磨合合格率只有15%左右。针对此问题，工厂从改进凸轮轴材料、修改磨合规范、更换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，导致该型号摩托车无法正常生产。经分析论证，由于该型号摩托车发动机强化程度高、功率大、气缸内压力高，使打开排气阀时凸轮轴－挺杆间产生的作用力显著增大，传统的磨合油无法满足此时凸轮轴－挺杆的润滑要求，导致磨合过程中凸轮轴－挺杆出现严重擦伤，因此必须开发一种不同于常规的专用磨合油。

1 专用磨合油的配方设计

JH600型高速大功率摩托车发动机磨合过程中凸轮轴－挺杆出现严重擦伤，磨合合格率低，原因可能是磨合油的极压性不能满足要求所致。凸轮轴－挺杆是典型的边界润滑摩擦副，解决其严重磨损、擦伤与烧结的关键在于提高磨合油的极压性能，从而提高其承载能力［3］。在提高磨合油极压性能的同时，采用合理的磨合规范来提高磨合速度，达到快速磨合的目的。要解决磨合过程中严重擦伤的问题，就必须提高磨合油的极压性能，这也是该专用磨合油的特殊性能要求，其配方设计必须区别于传统概念上的磨合油。

1.1 基础油

传统概念中的磨合油通常使用较小黏度的基础油。选用150BS和350SN混合油作为该专用磨合油的基础油，以提高磨合油黏度和黏附性能，减小边界润滑条件下凸轮轴－挺杆的严重擦伤。

1.2 添加剂

传统概念中的磨合油不添加极压剂，在研制专用磨合油中以极压抗磨剂A为主剂，复配润英联的D1966发动机油复合剂B、清净分散剂C、抗氧抗腐剂D。添加极压抗磨剂A是为了提高其极压性，复合剂B是为了保证其清净分散性，清净分散剂C和抗氧抗腐剂D是防止因添加极压抗磨剂而产生的腐蚀，还可提高油品的极压性。显然，该配方设计方案与传统磨合油的配方完全不同，这正是所研制专用磨合油最显著的特点。

2 配方研究

采用正交设计试验为手段，将两种基础油按一定比例混合并固定其用量，添加剂A、B、C、D分别作为一、二、三、四共4个因素，每种添加剂取3个添加量，构建成四因素三水平正交试验表，见表1。按正交表方案配制了9个实验样品，用MQ－800四球机按GB/T 3142方法测定最大无卡咬负荷，其测定与分析结果见表2。

表1 正交试验

表2 P B测定结果与分析

由R值可知，添加剂对PB的影响按由大到小顺序排列为C﹥B﹥D=A。根据位级，可得配方中添加剂的较佳组合应为A2B2C3D2，即添加剂A的用量4%，添加剂B的用量1.5%，添加剂C的用量0.5%，添加剂D的用量为0.35%。

理想的磨合油性能应该是既保证发动机不发生擦伤，即有良好的极压性，又尽量缩短磨合时间，即抗磨性不能太好，故又进行了四球机长磨实验。试验条件为:负荷392 N、时间30 min、转速1450 r/ min、油温为室温，试验结果见表3。

表3 磨斑直径结果与分析

续表

根据R值，可知添加剂对长磨实验结果影响的显著性按大到小顺序排列为C＞A＞D＞B，根据位级其较佳组合（即抗磨性差）为A3B2C3D2。

综合分析PB和长磨磨斑直径，除添加剂A位级有差异外，其他3种添加剂的位级是相同的。根据本研究的主要目的，即确保磨合时不出现擦伤，故以最大无卡咬负荷为首要评判依据，确定油品的最终配方为A2B2C3D2，从而使油样既有良好的极压性又不至于磨合时间太长。

各添加剂的水平，即添加量选择是否合理呢?即能否再降低各添加剂的用量使配方更经济呢?从极压性较佳组合A2B2C3D2分析，添加剂A、B、D均为水平2，添加剂C为水平3，从磨合性较佳组合A3B2C3D2分析，添加剂B、D为水平2，而添加剂A、C为水平3，从理论上讲应增大添加剂C和A的添加量进一步实验。为保证研制油有好的极压性，根据PB试验结果将添加剂A的用量选定为水平2。至于高碱值清净分散剂C，考虑到磨合油使用周期非常短，没有进一步增大用量的必要。

3 试用实验

由于四球机试验在接触方式、滑动速度、试件材质等方面与摩托车凸轮轴－挺杆的实际工作情况有明显差异，故四球机的试验结果必须通过台架试验或应用试验进行验证。

在该产品开发前，为了尽快满足企业生产需要，曾选用不同厂家生产的磨合油、高黏度内燃机油，如SAE 50SF，在内燃机油中添加油性抗磨剂，如油酸和美国威士抗磨剂等进行实际磨合试验，虽然磨合质量有所提高，但磨合合格率仍然只有40%左右。

对研制的配方进行了实际试用试验，试验结果见表4。由此可见，试用的5台摩托车发动机磨合质量均合格。在此基础上又进一步完善了研制油的产品标准，制订了相应的磨合规范，经重庆嘉陵集团半年来的实际使用证明，该磨合油的磨合合格率大于95%［4］。

表4 试用实验结果

4 结论

（1）磨合油的研究必须以发动机的性能参数为依据，高速大功率摩托车磨合油的配方设计与传统磨合油有显著差异，首先要保证其极压性，即防止磨合过程中发生擦伤，其次才是如何缩短磨合时间。

（2）在配方设计中，选用较高黏度的基础油，并以极压抗磨剂为主剂，通过正交试验，研制出适用于高速大功率摩托车的专用磨合油。

（3）实际使用表明，专用磨合油使磨合合格率大于95%。

［1］李兴林，李建平，阮建国，等.国外摩擦副磨合过程的研究［J］.轴承，2000（3）:43－44.

［2］李刚，朱华，吴兆宏.磨合过程的影响因素初探［J］.煤矿机械，2005（9）:51－52.

［3］夏延秋，刘维民，薛群基.几种内燃机磨合油的摩擦学性能评价及在缸套和活塞环摩擦副上的应用［J］.摩擦学学报，2001，21（5）:358－359.

［4］化岩，梁俊，宋世远，等.大功率摩托车发动机油的磨合试验研究［J］.润滑与密封，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。

宋世远（1962－），男，教授，硕士研究生导师，1984年毕业于重庆后勤工程学院油料应用专业，主要从事石油产品应用与测试评定的教学和科研工作，已公开发表论文70余篇。