四冲程舷外机油标准近况

杨海城 方海滨 冯心凭 杨金华

1 广州万其贸易有限公司

2 珠海美合科技股份有限公司

一直以来，国际上舷外机油的分类普遍都是采用美国船舶制造商协会（The National Marine Manufacturers Association）（简称为NMMA）的命名标准。

NMMA成 立 于1979年，是由当时的芝加哥船舶工业协会（Boating Industry Association of Chicago，简称为BIA）和纽约国家发动机和船舶制造商协会（National Association of Engine &Boat Manufacturers of New York，简称为NAEBM）合并而成。该协会是由北美的船只、船用发动机和配件制造商所组成。据说NMMA成员总共后产了北美使用的80%的海洋产品，所以在行业中有强大的话语权。其宗旨是致力于加强和发展游艇业，保护其成员公司以及使用客户的利益。

舷外机及舷外机油规格的发展

20世纪的舷外机基本都是二冲程汽油发动机（简称二冲程舷外机）。最早的舷外机油标准是1962年发布的BIA TC-W规格[1]。后来的使用中发现，大功率舷外机故障率较高的一些原因是由润滑油引起。于是在1970年制定了BIA TC-W油的发动机台架评定标准。

20世纪80年代以后，随着环保要求的日益严格以及燃料组成的不断变化，对润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规格之后，水冷二冲程舷外机油开始有了比较完整的程序评定方法。

随着舷外机的不断改进和发展，1992年NMMA公布了NMMA TC-W3规格[2]。这个规格及其程序评定方法评价了二冲程舷外机油在发动机上实际使用时的各种性能，通过了NMMA TC-W3程序评定的油品可以付费申请NMMA TC-W3®的注册标识。此后，二冲程舷外机的后产制造工艺并没有发后重大的突破，所以这套规格及其评定方法一直沿用至今，未见公布新的标准。

广大的二冲程舷外机用户多年来一直是按照NMMA的引导，选用具有NMMA TC-W3®标识的油品，发动机的故障率一直都是保持在较低的范围之内。可以说二冲程舷外机油的NMMA TC-W3®标识已经是深入人心。

虽然二冲程舷外机具有结构简单、故障率低、价格较低等优点，但是与四冲程舷外机相比较，二冲程舷外机的燃油耗要比四冲程舷外机高将近三分之一；特别是随着排放环保法规的日益严格，二冲程机的尾气排放更是很难满足环保要求。在不少地区二冲程舷外机的使用受到了限制。

近年来随着发动机制造技术的不断进步，四冲程舷外机的故障率和后产成本都大幅下降。市场上四冲程舷外机的占有率是逐年增加，特别是大马力舷外机几乎绝大多数都被四冲程舷外机所取代[3]。

然而，北美相当数量的舷外机用户都普遍认为四冲程舷外机和车用四冲程汽油机在结构和使用上都没有什么区别，完全可以使用车用汽油机油替代。实际结果是导致了舷外机故障率的上升。这是因为四冲程舷外机的结构和工作原理与车用汽油机还是有很大区别的。

一般的车用内燃机曲轴都是横置，但是舷外机不同，这是因为要将动力传至下方的推进器，所以曲轴需要竖置构造。动力头的内部构造复杂，部件多，而且排布紧凑地被外壳包裹着，比车用发动机散热更困难。另外，舷外机的排气基本上都是排入水中的，以此获得推动舷外机前进的部分动力，这与车用发动机不一样。

舷外机大多是在高转速、高负荷的工况下运行；工作环境是在水面，相对湿度大，发动机吸入的是高湿度的空气，如果是在海面工作，发动机吸入的高湿度含盐空气更是极易导致发动机内部锈蚀。

由于四冲程舷外机结构及使用环境与陆地上使用的车用四冲程发动机差别较大，燃油相对容易串入机油里面，同时机油消耗也比较多，需要经常检查机油和及时补充机油。所以对其使用的发动机油的要求与陆地使用的车用发动机油有所不同。

NMMA意识到四冲程舷外机在海洋市场上的特殊润滑要求及其越来越高的占有率，于2004年10月制定了四冲程舷外机油标准NMMA FC-W。

为了满足日益严格的环保法规的要求，四冲程舷外发动机排气后处理系统开始出现，以减少对江河湖泊以及海洋的排放污染。为了满足新式四冲程舷外机带有的催化系统独特润滑需求，NMMA认证委员会启动了新的催化剂兼容的四冲程舷外机油标准的开发。并于2009年10月公布了用于带有催化转化器四冲程舷外机的NMMA FC-W(CAT)标准。最后形成了包括不带催化系统和带有催化系统的二种四冲程舷外机油标准。适用带有催化转化器的四冲程舷外机油具有兼容性，同时也适用不带催化转化器的舷外机。此后该标准先后在2010年8月、2016年3月、2018年11月以及2019年3月又进行了修订。

NMMA FC-W与NMMA FC-W(CAT)规格简介

主要项目

二种四冲程舷外机油标准的主要项目对比见表1。

表1 NMMA FC-W与NMMA FC-W(CAT)规格的主要项目及要求

锈蚀试验与发动机试验

从表1所列要求可以看出，仅有FC-W锈蚀试验和FC-W发动机试验是车用发动机油质量指标要求所没有的，所以下面分别介绍。

FC-W锈蚀试验

该试验目的是为舷外机油的腐蚀防护性能提供一种定性评价的标准方法。

试验过程简介如下：

◇使用水星舷外机部件（编号：P/N892143A01）制成的铁质挂件。将按要求清洗干净的铁质挂件放入被测试的油样中搅拌浸汲10 s，然后滴干10 s后再放入被测油中1 min并轻轻搅动油样，取出油中的挂件在室内空气中沥干2 h。

◇以同样的方法处理浸过测试油和参比油的铁质挂片各4片并用挂钩挂在机架上。

◇将机架放入恒温盐雾试验箱[（35+1.2/-1.7）℃，即(95+2/-3)℉，盐雾收集率为1.0～2.0 mL/h(pH为6.5～7.2)]持续 24 h±0.5 h。

◇取出挂件按要求使用石油醚、蒸馏水、丙酮等清洗挂片后对挂片进行评级。如果测试油的挂片等于或好于标准油（参考油5973）挂片的评级，则视为通过。否则为不通过。

测试过程应定期校准，间隔为6个月。如果：a.参考油5973的平均评级在20%～40%之间；b.校准油49P52Z的平均评级在40%～60%之间，则认为该测试是有效的。

NMMA要求FC-W锈蚀试验必须是在美国西南研究院（Southwest Research Institute）或者是在美国天祥汽车研究院（Intertek Automotive Research）测试。NMMA不认可其他部门的测试结果。

这一试验方法与以前公布的水冷二冲程发动机油的NMMA TC-W3锈蚀试验方法有了明显的改进。前者是将处理好的簧片（水星舷外机部件）各自在试样和参考油浸润1 min，沥干后悬挂在氯化钠水溶液中，观察比较簧片的锈蚀情况来判断是否可以通过锈蚀试验[4]，本方法是将浸过油样的试件放在恒温35 ℃的盐雾箱内24 h。这更加接近舷外机的实际使用状况。

FC-W发动机试验

该试验的目的是评估四冲程水冷舷外发动机润滑剂在运行过程中燃料稀释水平超过7%时的一般使用性能。

试验使用一台雅马哈115马力四冲程舷外机，型号为：F115TXR-68VX[四缸直列，排量1 741 mL，84.6 kW（115马力），5 500r/min ]。舷外机是固定在水箱上，进气温度为35 ℃；相对湿度控制在75%±5%。

舷外机在试验前需要按照磨合程序磨合10个小时后才能进入试验。

一般性能试验由2个试验阶段组成。第一阶段是由7个不同转速和运行时间（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）小计运行时间为100 min组成的循环周期、每个循环周期运行54次所组成，总计运行90 h，然后继续进入第二个试验阶段(6 000 r/min，600 min)油门全开（W.O.T），稳态条件运行10 h。所以一般试验的运行时间是100 h。

在测试进行到25、50、75、90 h以及在测试结束时按操作规范采集60 mL油样。在试验期间监测机油的燃料稀释水平。最多可在25、50和75 h间隔内每次添加700 mL的新机油，共计2 100 mL，在运行75 h后不允许补充新机油。燃料稀释率要求在测试进行至第50 h时不小于7%，并在测试进行至第90 h以前保持不小于7%。

每个样品必须按照ASTM D3525M-FDG要求进行分析，以确定燃料稀释水平。油样还进行运动黏度、总碱值、总酸值、元素含量等项目的测试，以进一步监测油样的性能。

试验结束后对舷外机经行拆检，并对下列部件检查和评价：凸轮桃尖、凸轮盖、凸轮轴颈、凸轮轴承、活塞环、活塞、锥杆轴承、缸孔、主轴承、曲轴颈、燃料泵桃尖（仅作参考）。按照CRC 20分册和21分册对碳沉积、漆膜、油泥等进行评分。

一般情况下，测试结果可与最近的参考油测试（使用NMMA 参考油4T-115B进行的FC-W舷外机一般性能试验）结果进行比较。如果油样的测试结果明显优于参考油测试结果，则为“及格”；如果明显差于参考油测试结果，则为“不及格”。如果是处于边界线状态，则可使用雅马哈F115Y & LF115Y型号服务手册第LI-18616-02-18，68V-28197-Z9-11部分的规格来帮助实验室确定油样是否被视为“及格”或“不及格”。

如果上次的参考油测试已经超过一年以上，则需要重新使用参考油NMMA4T-115B在舷外机上进行测试。

参考油测试同样是按照FC-W发动机试验要求进行。

试验使用的燃料油是选用美国哈尔特曼（Haltermann）公司后产的汽油机油发动机程序VG（Sequence VG Mark II (SVGM2)）试验相同的燃料油。

可以看出，它与二冲程舷外机油的NMMA TC系列台架试验区别较大[5，6]，四冲程舷外机的试验机功率更大，并且不像二冲程舷外机油试验机仅是怠速及W.O.T之间的变换，而是增加了不同转速的切换，更加接近实际使用状况。另外，测试的重点是燃油稀释等于或大于7%时机油的实际使用性能，这在车用发动机油的台架试验里是没有的。

NMMA要求115HP舷外机一般性能试验则必须是在美国西南研究院（SWRI）进行。

其他试验场/实验室可接受舷外机及锈蚀试验以外的试验，但是必须按照ASTM试验方法进行，并且试验结果没有偏差或进行过修改。

NMMA四冲程舷外机油注册标识

通过了上述试验的油品可以申请NMMA的认可和取得相应的注册标识，见图1。

图1 NMMA四冲程舷外机油注册标识

用户使用这些标识是需要付费的。据NMMA报道[7]，到2020年为止已有51个品牌的四冲程水冷舷外机油注册了NMMA FC-W®的标识（其中5W-30:2个；10W-30：12个；10W-40:17个；15W-40：1个；20-W40：2个；25W-40: 9个；25W-50：4个；无标注黏度等级：4个）。已有61个品牌的四冲程水冷舷外机油注册了FC-W Catalyst Compatible®（其中10W-30：22个；10W-40:18个；25W-40: 18个；无标注黏度等级：3个）。

从以上申请标识的数量可以看出：申请注册FC-W®的油品仅有2个是5W-30（日本雅马哈公司的全合成油），这是因为舷外机工作在水面，环境温度相对冬季严寒地区的车用发动机要高，所以无需过分苛求低温性能，考虑到舷外机的转速和机油耗都比较高，机油的黏度还是SAE30或SAE40比较合适；另外，20W和25W以及没有标识黏度等级的油也占有相当的比例，这在当今车用内燃机油中是非常罕见的。

还有一点值得注意，就是NMMA并没有列出油品的API质量等级要求。这是因为舷外机与车用汽油机有较大的区别，所以舷外机油的质量等级与车用汽机油的质量等级不进行关联。

锈蚀试验和FC-W发动机试验是达到NMMA FC-W或者NMMA FC-W(CAT)标准的关键。这些都给油品配方研制增加了难度。

2020年上半年，申请NMMA FC-W®标识的品牌主要都是些欧美国家的舷外机或者是润滑油的后产商，没有发现日本发动机制造商或者润滑油公司申请的标识。而水冷二冲程舷外机油方面，雅马哈、川崎、东发等多家日本公司都申请了NMMA TC-W3®的注册标识[8]。

2020年下半年以来，已有日本雅马哈、东发、铃木、川崎等公司申请了NMMA FC-W®标识；申请FC-W Catalyst Compatible®标 识的油品数量增加很多，其中也出现了日本川崎、铃木在欧美分公司的品牌油，这可能是欧美国家的环保法规日益严格导致带有催化转化器的舷外机的比例增加有关。

结束语

我国目前社会保有以及销售的四冲程舷外机尚未见有带催化转化器的舷外机，目前国内舷外机占有率较大的品牌是日本雅马哈、日本铃木等品牌，这些公司在我国境内销售的品牌油或者推荐用油没有发现标注有 NMMA FC-W®的标识图标。

NMMA的四冲程舷外机油认证油为小型船用发动机提供了先进的保护。随着NMMA FC-W®认证油数量继续增加，不少国外行业内的专家都普遍认为，有必要扩大这些获得认可的油品在市场上的供应渠道，并进行继续推广应用，以帮助消费者选择对其发动机提供充分保护的油品。

随着全球范围内的舷外机数量稳步从二冲程发动机过渡到四冲程发动机，相信得到NMMA认证的FC-W油品数量将会逐渐增加。

最近以来，国外申请FC-W Catalyst Compatible®标识的油品数量迅速增加，说明今后的舷外机也会像车用发动机一样加装催化转化器，相信今后FC-W（CAT）油将会成为主流产品。