四沖程舷外機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)近況

楊海城 方海濱 馮心憑 楊金華

1 廣州萬(wàn)其貿(mào)易有限公司

2 珠海美合科技股份有限公司

一直以來(lái)，國(guó)際上舷外機(jī)油的分類普遍都是采用美國(guó)船舶制造商協(xié)會(huì)（The National Marine Manufacturers Association）（簡(jiǎn)稱為NMMA）的命名標(biāo)準(zhǔn)。

NMMA成 立 于1979年，是由當(dāng)時(shí)的芝加哥船舶工業(yè)協(xié)會(huì)（Boating Industry Association of Chicago，簡(jiǎn)稱為BIA）和紐約國(guó)家發(fā)動(dòng)機(jī)和船舶制造商協(xié)會(huì)（National Association of Engine &Boat Manufacturers of New York，簡(jiǎn)稱為NAEBM）合并而成。該協(xié)會(huì)是由北美的船只、船用發(fā)動(dòng)機(jī)和配件制造商所組成。據(jù)說(shuō)NMMA成員總共后產(chǎn)了北美使用的80%的海洋產(chǎn)品，所以在行業(yè)中有強(qiáng)大的話語(yǔ)權(quán)。其宗旨是致力于加強(qiáng)和發(fā)展游艇業(yè)，保護(hù)其成員公司以及使用客戶的利益。

舷外機(jī)及舷外機(jī)油規(guī)格的發(fā)展

20世紀(jì)的舷外機(jī)基本都是二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱二沖程舷外機(jī)）。最早的舷外機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)是1962年發(fā)布的BIA TC-W規(guī)格[1]。后來(lái)的使用中發(fā)現(xiàn)，大功率舷外機(jī)故障率較高的一些原因是由潤(rùn)滑油引起。于是在1970年制定了BIA TC-W油的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

20世紀(jì)80年代以后，隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格以及燃料組成的不斷變化，對(duì)潤(rùn)滑油的功能及作用的要求也更加苛刻。1988年NMMA制定了NMMA TC-W2規(guī)格之后，水冷二沖程舷外機(jī)油開(kāi)始有了比較完整的程序評(píng)定方法。

隨著舷外機(jī)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，1992年NMMA公布了NMMA TC-W3規(guī)格[2]。這個(gè)規(guī)格及其程序評(píng)定方法評(píng)價(jià)了二沖程舷外機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)際使用時(shí)的各種性能，通過(guò)了NMMA TC-W3程序評(píng)定的油品可以付費(fèi)申請(qǐng)NMMA TC-W3?的注冊(cè)標(biāo)識(shí)。此后，二沖程舷外機(jī)的后產(chǎn)制造工藝并沒(méi)有發(fā)后重大的突破，所以這套規(guī)格及其評(píng)定方法一直沿用至今，未見(jiàn)公布新的標(biāo)準(zhǔn)。

廣大的二沖程舷外機(jī)用戶多年來(lái)一直是按照NMMA的引導(dǎo)，選用具有NMMA TC-W3?標(biāo)識(shí)的油品，發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率一直都是保持在較低的范圍之內(nèi)。可以說(shuō)二沖程舷外機(jī)油的NMMA TC-W3?標(biāo)識(shí)已經(jīng)是深入人心。

雖然二沖程舷外機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，但是與四沖程舷外機(jī)相比較，二沖程舷外機(jī)的燃油耗要比四沖程舷外機(jī)高將近三分之一；特別是隨著排放環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，二沖程機(jī)的尾氣排放更是很難滿足環(huán)保要求。在不少地區(qū)二沖程舷外機(jī)的使用受到了限制。

近年來(lái)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，四沖程舷外機(jī)的故障率和后產(chǎn)成本都大幅下降。市場(chǎng)上四沖程舷外機(jī)的占有率是逐年增加，特別是大馬力舷外機(jī)幾乎絕大多數(shù)都被四沖程舷外機(jī)所取代[3]。

然而，北美相當(dāng)數(shù)量的舷外機(jī)用戶都普遍認(rèn)為四沖程舷外機(jī)和車用四沖程汽油機(jī)在結(jié)構(gòu)和使用上都沒(méi)有什么區(qū)別，完全可以使用車用汽油機(jī)油替代。實(shí)際結(jié)果是導(dǎo)致了舷外機(jī)故障率的上升。這是因?yàn)樗臎_程舷外機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理與車用汽油機(jī)還是有很大區(qū)別的。

一般的車用內(nèi)燃機(jī)曲軸都是橫置，但是舷外機(jī)不同，這是因?yàn)橐獙?dòng)力傳至下方的推進(jìn)器，所以曲軸需要豎置構(gòu)造。動(dòng)力頭的內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，部件多，而且排布緊湊地被外殼包裹著，比車用發(fā)動(dòng)機(jī)散熱更困難。另外，舷外機(jī)的排氣基本上都是排入水中的，以此獲得推動(dòng)舷外機(jī)前進(jìn)的部分動(dòng)力，這與車用發(fā)動(dòng)機(jī)不一樣。

舷外機(jī)大多是在高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷的工況下運(yùn)行；工作環(huán)境是在水面，相對(duì)濕度大，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的是高濕度的空氣，如果是在海面工作，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的高濕度含鹽空氣更是極易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部銹蝕。

由于四沖程舷外機(jī)結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境與陸地上使用的車用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)差別較大，燃油相對(duì)容易串入機(jī)油里面，同時(shí)機(jī)油消耗也比較多，需要經(jīng)常檢查機(jī)油和及時(shí)補(bǔ)充機(jī)油。所以對(duì)其使用的發(fā)動(dòng)機(jī)油的要求與陸地使用的車用發(fā)動(dòng)機(jī)油有所不同。

NMMA意識(shí)到四沖程舷外機(jī)在海洋市場(chǎng)上的特殊潤(rùn)滑要求及其越來(lái)越高的占有率，于2004年10月制定了四沖程舷外機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)NMMA FC-W。

為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的要求，四沖程舷外發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)，以減少對(duì)江河湖泊以及海洋的排放污染。為了滿足新式四沖程舷外機(jī)帶有的催化系統(tǒng)獨(dú)特潤(rùn)滑需求，NMMA認(rèn)證委員會(huì)啟動(dòng)了新的催化劑兼容的四沖程舷外機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)。并于2009年10月公布了用于帶有催化轉(zhuǎn)化器四沖程舷外機(jī)的NMMA FC-W(CAT)標(biāo)準(zhǔn)。最后形成了包括不帶催化系統(tǒng)和帶有催化系統(tǒng)的二種四沖程舷外機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)。適用帶有催化轉(zhuǎn)化器的四沖程舷外機(jī)油具有兼容性，同時(shí)也適用不帶催化轉(zhuǎn)化器的舷外機(jī)。此后該標(biāo)準(zhǔn)先后在2010年8月、2016年3月、2018年11月以及2019年3月又進(jìn)行了修訂。

NMMA FC-W與NMMA FC-W(CAT)規(guī)格簡(jiǎn)介

主要項(xiàng)目

二種四沖程舷外機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)的主要項(xiàng)目對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 NMMA FC-W與NMMA FC-W(CAT)規(guī)格的主要項(xiàng)目及要求

銹蝕試驗(yàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)

從表1所列要求可以看出，僅有FC-W銹蝕試驗(yàn)和FC-W發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)是車用發(fā)動(dòng)機(jī)油質(zhì)量指標(biāo)要求所沒(méi)有的，所以下面分別介紹。

FC-W銹蝕試驗(yàn)

該試驗(yàn)?zāi)康氖菫橄贤鈾C(jī)油的腐蝕防護(hù)性能提供一種定性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)方法。

試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)介如下：

◇使用水星舷外機(jī)部件（編號(hào)：P/N892143A01）制成的鐵質(zhì)掛件。將按要求清洗干凈的鐵質(zhì)掛件放入被測(cè)試的油樣中攪拌浸汲10 s，然后滴干10 s后再放入被測(cè)油中1 min并輕輕攪動(dòng)油樣，取出油中的掛件在室內(nèi)空氣中瀝干2 h。

◇以同樣的方法處理浸過(guò)測(cè)試油和參比油的鐵質(zhì)掛片各4片并用掛鉤掛在機(jī)架上。

◇將機(jī)架放入恒溫鹽霧試驗(yàn)箱[（35+1.2/-1.7）℃，即(95+2/-3)℉，鹽霧收集率為1.0～2.0 mL/h(pH為6.5～7.2)]持續(xù) 24 h±0.5 h。

◇取出掛件按要求使用石油醚、蒸餾水、丙酮等清洗掛片后對(duì)掛片進(jìn)行評(píng)級(jí)。如果測(cè)試油的掛片等于或好于標(biāo)準(zhǔn)油（參考油5973）掛片的評(píng)級(jí)，則視為通過(guò)。否則為不通過(guò)。

測(cè)試過(guò)程應(yīng)定期校準(zhǔn)，間隔為6個(gè)月。如果：a.參考油5973的平均評(píng)級(jí)在20%～40%之間；b.校準(zhǔn)油49P52Z的平均評(píng)級(jí)在40%～60%之間，則認(rèn)為該測(cè)試是有效的。

NMMA要求FC-W銹蝕試驗(yàn)必須是在美國(guó)西南研究院（Southwest Research Institute）或者是在美國(guó)天祥汽車研究院（Intertek Automotive Research）測(cè)試。NMMA不認(rèn)可其他部門(mén)的測(cè)試結(jié)果。

這一試驗(yàn)方法與以前公布的水冷二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)油的NMMA TC-W3銹蝕試驗(yàn)方法有了明顯的改進(jìn)。前者是將處理好的簧片（水星舷外機(jī)部件）各自在試樣和參考油浸潤(rùn)1 min，瀝干后懸掛在氯化鈉水溶液中，觀察比較簧片的銹蝕情況來(lái)判斷是否可以通過(guò)銹蝕試驗(yàn)[4]，本方法是將浸過(guò)油樣的試件放在恒溫35 ℃的鹽霧箱內(nèi)24 h。這更加接近舷外機(jī)的實(shí)際使用狀況。

FC-W發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)

該試驗(yàn)的目的是評(píng)估四沖程水冷舷外發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑在運(yùn)行過(guò)程中燃料稀釋水平超過(guò)7%時(shí)的一般使用性能。

試驗(yàn)使用一臺(tái)雅馬哈115馬力四沖程舷外機(jī)，型號(hào)為：F115TXR-68VX[四缸直列，排量1 741 mL，84.6 kW（115馬力），5 500r/min ]。舷外機(jī)是固定在水箱上，進(jìn)氣溫度為35 ℃；相對(duì)濕度控制在75%±5%。

舷外機(jī)在試驗(yàn)前需要按照磨合程序磨合10個(gè)小時(shí)后才能進(jìn)入試驗(yàn)。

一般性能試驗(yàn)由2個(gè)試驗(yàn)階段組成。第一階段是由7個(gè)不同轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間（700 r/min，40 min；6 000 r/min，6 min；2 400 r/min，6 min；700 r/min，20min；4 800 r/min，14 min；2 400 r/min，6 min；2 400 r/min，6 min；3 600 r/min，8 min）小計(jì)運(yùn)行時(shí)間為100 min組成的循環(huán)周期、每個(gè)循環(huán)周期運(yùn)行54次所組成，總計(jì)運(yùn)行90 h，然后繼續(xù)進(jìn)入第二個(gè)試驗(yàn)階段(6 000 r/min，600 min)油門(mén)全開(kāi)（W.O.T），穩(wěn)態(tài)條件運(yùn)行10 h。所以一般試驗(yàn)的運(yùn)行時(shí)間是100 h。

在測(cè)試進(jìn)行到25、50、75、90 h以及在測(cè)試結(jié)束時(shí)按操作規(guī)范采集60 mL油樣。在試驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)機(jī)油的燃料稀釋水平。最多可在25、50和75 h間隔內(nèi)每次添加700 mL的新機(jī)油，共計(jì)2 100 mL，在運(yùn)行75 h后不允許補(bǔ)充新機(jī)油。燃料稀釋率要求在測(cè)試進(jìn)行至第50 h時(shí)不小于7%，并在測(cè)試進(jìn)行至第90 h以前保持不小于7%。

每個(gè)樣品必須按照ASTM D3525M-FDG要求進(jìn)行分析，以確定燃料稀釋水平。油樣還進(jìn)行運(yùn)動(dòng)黏度、總堿值、總酸值、元素含量等項(xiàng)目的測(cè)試，以進(jìn)一步監(jiān)測(cè)油樣的性能。

試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)舷外機(jī)經(jīng)行拆檢，并對(duì)下列部件檢查和評(píng)價(jià)：凸輪桃尖、凸輪蓋、凸輪軸頸、凸輪軸承、活塞環(huán)、活塞、錐桿軸承、缸孔、主軸承、曲軸頸、燃料泵桃尖（僅作參考）。按照CRC 20分冊(cè)和21分冊(cè)對(duì)碳沉積、漆膜、油泥等進(jìn)行評(píng)分。

一般情況下，測(cè)試結(jié)果可與最近的參考油測(cè)試（使用NMMA 參考油4T-115B進(jìn)行的FC-W舷外機(jī)一般性能試驗(yàn)）結(jié)果進(jìn)行比較。如果油樣的測(cè)試結(jié)果明顯優(yōu)于參考油測(cè)試結(jié)果，則為“及格”；如果明顯差于參考油測(cè)試結(jié)果，則為“不及格”。如果是處于邊界線狀態(tài)，則可使用雅馬哈F115Y & LF115Y型號(hào)服務(wù)手冊(cè)第LI-18616-02-18，68V-28197-Z9-11部分的規(guī)格來(lái)幫助實(shí)驗(yàn)室確定油樣是否被視為“及格”或“不及格”。

如果上次的參考油測(cè)試已經(jīng)超過(guò)一年以上，則需要重新使用參考油NMMA4T-115B在舷外機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。

參考油測(cè)試同樣是按照FC-W發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)要求進(jìn)行。

試驗(yàn)使用的燃料油是選用美國(guó)哈爾特曼（Haltermann）公司后產(chǎn)的汽油機(jī)油發(fā)動(dòng)機(jī)程序VG（Sequence VG Mark II (SVGM2)）試驗(yàn)相同的燃料油。

可以看出，它與二沖程舷外機(jī)油的NMMA TC系列臺(tái)架試驗(yàn)區(qū)別較大[5，6]，四沖程舷外機(jī)的試驗(yàn)機(jī)功率更大，并且不像二沖程舷外機(jī)油試驗(yàn)機(jī)僅是怠速及W.O.T之間的變換，而是增加了不同轉(zhuǎn)速的切換，更加接近實(shí)際使用狀況。另外，測(cè)試的重點(diǎn)是燃油稀釋等于或大于7%時(shí)機(jī)油的實(shí)際使用性能，這在車用發(fā)動(dòng)機(jī)油的臺(tái)架試驗(yàn)里是沒(méi)有的。

NMMA要求115HP舷外機(jī)一般性能試驗(yàn)則必須是在美國(guó)西南研究院（SWRI）進(jìn)行。

其他試驗(yàn)場(chǎng)/實(shí)驗(yàn)室可接受舷外機(jī)及銹蝕試驗(yàn)以外的試驗(yàn)，但是必須按照ASTM試驗(yàn)方法進(jìn)行，并且試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有偏差或進(jìn)行過(guò)修改。

NMMA四沖程舷外機(jī)油注冊(cè)標(biāo)識(shí)

通過(guò)了上述試驗(yàn)的油品可以申請(qǐng)NMMA的認(rèn)可和取得相應(yīng)的注冊(cè)標(biāo)識(shí)，見(jiàn)圖1。

圖1 NMMA四沖程舷外機(jī)油注冊(cè)標(biāo)識(shí)

用戶使用這些標(biāo)識(shí)是需要付費(fèi)的。據(jù)NMMA報(bào)道[7]，到2020年為止已有51個(gè)品牌的四沖程水冷舷外機(jī)油注冊(cè)了NMMA FC-W?的標(biāo)識(shí)（其中5W-30:2個(gè)；10W-30：12個(gè)；10W-40:17個(gè)；15W-40：1個(gè)；20-W40：2個(gè)；25W-40: 9個(gè)；25W-50：4個(gè)；無(wú)標(biāo)注黏度等級(jí)：4個(gè)）。已有61個(gè)品牌的四沖程水冷舷外機(jī)油注冊(cè)了FC-W Catalyst Compatible?（其中10W-30：22個(gè)；10W-40:18個(gè)；25W-40: 18個(gè)；無(wú)標(biāo)注黏度等級(jí)：3個(gè)）。

從以上申請(qǐng)標(biāo)識(shí)的數(shù)量可以看出：申請(qǐng)注冊(cè)FC-W?的油品僅有2個(gè)是5W-30（日本雅馬哈公司的全合成油），這是因?yàn)橄贤鈾C(jī)工作在水面，環(huán)境溫度相對(duì)冬季嚴(yán)寒地區(qū)的車用發(fā)動(dòng)機(jī)要高，所以無(wú)需過(guò)分苛求低溫性能，考慮到舷外機(jī)的轉(zhuǎn)速和機(jī)油耗都比較高，機(jī)油的黏度還是SAE30或SAE40比較合適；另外，20W和25W以及沒(méi)有標(biāo)識(shí)黏度等級(jí)的油也占有相當(dāng)?shù)谋壤@在當(dāng)今車用內(nèi)燃機(jī)油中是非常罕見(jiàn)的。

還有一點(diǎn)值得注意，就是NMMA并沒(méi)有列出油品的API質(zhì)量等級(jí)要求。這是因?yàn)橄贤鈾C(jī)與車用汽油機(jī)有較大的區(qū)別，所以舷外機(jī)油的質(zhì)量等級(jí)與車用汽機(jī)油的質(zhì)量等級(jí)不進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

銹蝕試驗(yàn)和FC-W發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)是達(dá)到NMMA FC-W或者NMMA FC-W(CAT)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。這些都給油品配方研制增加了難度。

2020年上半年，申請(qǐng)NMMA FC-W?標(biāo)識(shí)的品牌主要都是些歐美國(guó)家的舷外機(jī)或者是潤(rùn)滑油的后產(chǎn)商，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)日本發(fā)動(dòng)機(jī)制造商或者潤(rùn)滑油公司申請(qǐng)的標(biāo)識(shí)。而水冷二沖程舷外機(jī)油方面，雅馬哈、川崎、東發(fā)等多家日本公司都申請(qǐng)了NMMA TC-W3?的注冊(cè)標(biāo)識(shí)[8]。

2020年下半年以來(lái)，已有日本雅馬哈、東發(fā)、鈴木、川崎等公司申請(qǐng)了NMMA FC-W?標(biāo)識(shí)；申請(qǐng)F(tuán)C-W Catalyst Compatible?標(biāo) 識(shí)的油品數(shù)量增加很多，其中也出現(xiàn)了日本川崎、鈴木在歐美分公司的品牌油，這可能是歐美國(guó)家的環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格導(dǎo)致帶有催化轉(zhuǎn)化器的舷外機(jī)的比例增加有關(guān)。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)目前社會(huì)保有以及銷售的四沖程舷外機(jī)尚未見(jiàn)有帶催化轉(zhuǎn)化器的舷外機(jī)，目前國(guó)內(nèi)舷外機(jī)占有率較大的品牌是日本雅馬哈、日本鈴木等品牌，這些公司在我國(guó)境內(nèi)銷售的品牌油或者推薦用油沒(méi)有發(fā)現(xiàn)標(biāo)注有 NMMA FC-W?的標(biāo)識(shí)圖標(biāo)。

NMMA的四沖程舷外機(jī)油認(rèn)證油為小型船用發(fā)動(dòng)機(jī)提供了先進(jìn)的保護(hù)。隨著NMMA FC-W?認(rèn)證油數(shù)量繼續(xù)增加，不少國(guó)外行業(yè)內(nèi)的專家都普遍認(rèn)為，有必要擴(kuò)大這些獲得認(rèn)可的油品在市場(chǎng)上的供應(yīng)渠道，并進(jìn)行繼續(xù)推廣應(yīng)用，以幫助消費(fèi)者選擇對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)提供充分保護(hù)的油品。

隨著全球范圍內(nèi)的舷外機(jī)數(shù)量穩(wěn)步從二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡到四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，相信得到NMMA認(rèn)證的FC-W油品數(shù)量將會(huì)逐漸增加。

最近以來(lái)，國(guó)外申請(qǐng)F(tuán)C-W Catalyst Compatible?標(biāo)識(shí)的油品數(shù)量迅速增加，說(shuō)明今后的舷外機(jī)也會(huì)像車用發(fā)動(dòng)機(jī)一樣加裝催化轉(zhuǎn)化器，相信今后FC-W（CAT）油將會(huì)成為主流產(chǎn)品。