機油

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潤滑油

機油是指專門用在內燃機中的潤滑油,除潤滑外,还有清潔、防鏽、冷卻、氣密等功能。[1]

現今使用的機油其基礎油是由烴類聚-α-烯烃(PAO)及聚內烯烃(PIO)等成分所組成[2],均為只由所組成的有機化合物。有些高級的機油中會包括20%以下的酯類[3]

機油黏度分級[编辑]

各種不同的機油

不同種類和性能的機器需要不同黏度的機油,目前世界各國皆以美國汽車工程師協會 SAE (Society of Automotive Engineers,)所制定的SAE J300為標準,這是以引擎的低溫及高溫運轉狀態為主要的標示規範。依照機油黏度特性的不同,制定機油的黏度級數標準。黏度級數包括0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 或 60,數字越大表示黏度越高。數字0, 5, 10, 15 及 25後面會加一個字母W (Winter) 代表冬季,表示其為冬季或是冷車低溫啟動時的黏度級數,數字20後面可能會加一個字母W,也可能不加,依其表示的是低溫或高溫下的黏度指數而定。SAE J300 文件定義有關黏度指數分級的黏度檢測方式。

動黏度的分級是依標準溫度下,標準量的機油需多少時間流過一標準大小的孔徑而定,若時間越長,其動黏度及SAE黏度級數也就越高。美國汽車工程師協會 SAE針對齒輪、軸及手動傳動使用的油脂訂定SAE J306標準,其定義和機油的標準不同,因此編號較高的齒輪油(如75W-140)不代表其黏度較編號較低的機油要高。

單級機油[编辑]

單級機油指的是黏度指數約85~105的機油[4],因此各種不同黏度級數的單級機油具有非常接近的黏度--溫度變化曲線。SAE J300 標準所定義的單級機油,不能使用聚合類的黏度指數提昇劑。SAE J300 標準定義了11級的黏度等級,其中六級是針對冬季使用的黏度等級(冬季級別),分級後的數字後會加上英文字母W,11級的黏度特性分別為0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W, 20, 30, 40, 50, 及 60。

非冬季級別機油的動力黏度是在溫度100 °C(212 °F)下量測,動力黏度的單位為mm²/s或是等效的非SI制單位 cSt,根據在該溫度下的動力黏度數值來決定其對應的機油級別,其數值越高,其機油級別也越高,不過 SAE 20, 30及40的機油也會要求150 °C(302 °F)及高剪切速率下的最小動態黏度(動黏滯係數),動態黏度單位為mPa·s或等效的非SI制單位釐泊(簡稱cP)。

冬季級別機油是以動態黏度來加以分級,量測溫度也較低,SAE J300標準規範了不同級別機油的量測溫度,測試方式可分為二種, 分別是冷起動模擬(Cold Cranking Simulator,ASTM D5293)及微型旋轉黏度计(Mini-Rotary Viscometer,ASTM D4684)。機油依其可通過測試的最低溫度會分為0W, 5W, 10W, 15W, 20W 或 25W。其數字越低,表示可通過測試的溫度越低。例如一機油可通過10W及5W的測試,但無法通過0W的測試,機油需標示為SAE 5W,不能標示為0W或10W。

對於環境溫度變化不大的應用,使用單級機油即可,例如割草機引擎、工業應用或是老爺車

複級機油[编辑]

複級機油可以應用在溫度變化很大的環境下,從寒冬車輛尚未暖車的低溫,一直到酷夏車輛高速運轉時的高溫。一般機油在低溫時黏度會上升,造成低溫時的流動性不佳,而當溫度到達引擎運轉溫度時,黏度會下降,使得高溫時的潤滑效果不佳。一般單級機油在高溫及低溫時,黏度的差異太大。為了縮小高低溫時黏度的差異,機油中會加入一些稱為黏度指數提昇劑的聚合物,這類的機油就稱為複級機油,不過有些機油使用高黏度指數基礎油,不需添加黏度指數提昇劑就可以達到複級機油的規格。

美國汽車工程師協會 SAE對於複級機油標示低溫及高溫二種黏度等級,前面數字是在低溫時可達到的黏度指數,後面數字則是在高溫時可達到的黏度指數,例如最常用的複級機油標示10W-40,低溫時黏度指數為10W,高溫時黏度指數為40,複級機油的黏度仍然會隨溫度而變化,只是變化率較小而已,因此這類的機油在高低溫差大的環境下較為適用。其中的二種級數定義都依照SAE J300針對單級機油的規範。因此,10W-40的機油需同時符合SAE J300針對10W及40的黏度特性要求,同時也要符合所有和黏度等級有關的要求(例如,10W-40的機油不能通過J300對5W的要求)。若一機油未添加黏度指數提昇劑即可通過複級機油的要求,此機油可以標示為複級機油,或其二種個別的單級機油中的任何一種。例如利用單級機油,不加黏度指數提昇劑即可製成20W-20的複級機油,此機油可以標示為20W-20、20或20W。相反的,含有黏度指數提昇劑的複級機油一定要標示為複級機油,不能標示為單級機油。複級機油標示 0W30、5W30、10W40 、15W40、20W50等。

在低溫時,當機油注入曲柄軸或泵浦後,其潤滑能力就會開始下降。特定車輛使用機油的級數一般會由車輛製造商所訂定,但在考慮氣候及燃料效率英语fuel efficiency等限制後,實際使用機油的規格還是會有所不同。

机油质量等级[编辑]

機油注入

如何评定机油的提炼工艺与理化性能,在不同国家则有不同的标准。目前世界上主流标准有两个,一个是美国石油协会 API (American Petroleum Institute) 的标准,还有一个是歐洲汽車製造商協會 ACEA (European Automobile Manufacturers' Association) 的标准。目前API标准适用于绝大多数汽车。API标准分為 火花塞发动机(S)和压缩发动机(C)。两者均以拉丁字母顺序评定提炼等级。例如火花塞发动机机油的早期级别为SA,SB,SC... 字母顺序越往后,说明机油越好。目前最新级别是SN, 而市场上SM级别仍然占据一定地位。压缩发动机机油的最新标准是CJ-4。S和C机油完全不同,两者不能混用,但是压缩发动机机油往往同时标注S等级,这说明是汽柴油两用机油。

市场上機油有,礦物油 (Mineral Oil),合成油 (Synthetic Oil) 或 半合成油 (Semi-Synthetic Oil) 和全合成油 (Fully Synthetic Oil) 的說法。这种分类在严格的化工标准下没有任何意义,只是商业宣传的手段。例如有些半合成机油的成分,矿物机油占95%,全合成机油仅占5%左右,但是价格却大大高于矿物机油,这对于商业利润大有裨益。而SN级别机油既有可能是合成机油也有可能是矿物机油,這是每一家機油商對於機油調配成分比例不同,鉴别一种机油是否达到SN级别,其依据是机油的理化指标如氧化时间,抗磨,乳化能力,清洁能力,流动性等,与机油提炼途径无关。

机油更换与发动机保养[编辑]

引擎需要定期更换机油,这成为内燃机使用者的必备常识。多久更换机油,则存在巨大分歧。例如目前别克凯越(Buick Excelle)说明书明确规定换油周期为5,000公里(3,100英里)或者三个月,但是保时捷(Porsche)的说明书则规定换油周期为20,000公里(12,000英里)或者两年。

目前化工方面较为严肃的学术著作往往推荐较为漫长的换油周期,例如《实用汽车润滑技术手册》推荐SM级别的机油换油周期为两万公里。而很多修车手册则推荐较短的换油周期,例如Haynes系列汽车修理手册推荐换油周期为3,000英里(4,800公里)。

美国Edmunds网站发布了一篇文章[1],他们做过一个实验,即使13,000英里(21,000公里)更换机油,废旧机油仍被证明可以继续使用至少2,000英里(3,200公里)。他们认为,3000英里换机油是汽车维修业为了维持用户而采取的营销策略。

參考資料[编辑]

  1. ^ Klamman, Dieter, Lubricants and Related Products, Verlag Chemie, 1984, ISBN 0-89573-177-0
  2. ^ G. Corsico, L. Mattei, A. Roselli and C. Gommellini, Poly(internal olefins)- Synthetic Lubricants and high-performance functional fluids,, Marcel Dekker, 1999,Chapter 2, p. 53-62, ISBN 0-8247-0194-1
  3. ^ R.H. Schlosberg, J.W. Chu, G.A. Knudsen, E.N. Suciu and H.S. Aldrich, High stability esters for synthetic lubricant applications, Lubrication Engineering, February 2001, p. 21-26motor oil is bad for the environment.
  4. ^ Dave Wills, Significance of tests for petroleum products, P.131, ISBN 0-8031-2097-4