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Friday, June 30, 2017

機油是一種規格化的工業製品

作者: 程冠華  繪圖: 程冠華

關心愛車狀況的你一定有這樣的經驗,聽旁人談起某某牌的機油如何如何神奇,而有躍躍欲試的衝動。但是感覺畢竟是一種自我的主觀認定,"跟著感覺走" 可以創作藝術,但無法造一架飛得動的飛機。多數的工業製品會有一套定型定量化的客觀規格,讓使用者有選購的憑據。例如因為大家都曉得買電器用品要注意電壓是否合用,所以沒有人會去拿 110 伏的電器插 220 伏的插座來 "感覺看看" 性能是不是會提升。同樣的,為了滿足不同車廠,不同時期需求的龐大機油工業,自然也有評鑑性能的嚴謹規範 (specification) 作為下游使用者的選擇憑藉。

各類規範中最廣為通用的,就是API (American Petroleum Institute) 即美國石油工程協會所制定的。凡是經過 API 認證 (相反的,未經認證的就不能打上這個甜甜圈) 的包裝上都會如有右圖般的標示:

其中SH/CG的字樣是表示其等級:S是指汽油引擎部分,C是指柴油引擎。 在汽油引擎方面,可以說S之後的字母順序越後面,等級越高。目前已發展到SJ,要注意的是為了避免和公制的SI混淆,所以直接從SH跳到SJ而沒有SI這個規範。福斯各車款的要求規範為SF或SG。在甜甜圈下方 "ENERGY CONSERVING" 的字樣是指該款油有節省能源的功能,跟其他標示一樣不是隨便亂標上去的。油品需通過SAE的測試才有資格寫上這兩個字,否則只能空白在那裡。不過實際上改用有這種標示的機油對於油耗改善並不明顯。

在俗稱 API 甜甜圈的中間,那個 "20w-50" 是美國汽車工程學會 SAE (Society of automotive Engineering) 所制定的 "黏度指數" 標示,其詳細說明如下:"黏度指數 (Viscosity Index)" 與 "黏度 (Viscosity)" 並不相同;黏度是物質對抗外力使其位移的阻力,黏度指數是溫度對應黏度的關係。我們都知道油品類的黏度會隨溫度的高低而改變,日常生活中最明顯的例子是牛油,它在冰箱中黏度大到凝結成固態,在鍋子中黏度低到宛如清水。將黏度與溫度的關係用座標來表現就會得到類似右圖的曲線,這條黏度對應溫度的線條就叫 "黏度指數"。黏度指數越低,曲線的起伏較大,溫度稍變高,黏度就下降;溫度稍變低,黏度就上升。反之,黏度指數越高,曲線的起伏就顯得較小。引擎運轉溫度的變化十分劇烈:它可能會在酷寒的極地氣候中發動,也可能要在酷熱的沙漠中全速運轉。黏度指數低的油品可能在低溫時黏稠的無法流動來保護機件,在高溫時卻過於稀薄,同樣無法保護機件。雖然黏度指數越高對機件的保護越周全,但是黏度指數過高的油品,其過高的濃度不但會減損引擎輸出功率,不易流動的特性,在冷車時會讓機油邦浦無法迅速抽起來潤滑機件。所以黏度指數不是越高越好,理想的油品是在低溫時有低黏度指數的高流動性,高溫時又有高黏度指數的穩定度,這就是複黏度機油問世的理由。前面所提到的 "20w-50" 是一種複級數機油 (w 表示 winter),表示這款機油具有 SAE20, 30, 40, 50 等單號級數的特性:最低溫時有黏度指數 20 的黏度,隨著溫度升高而有 30, 40 乃至於最高溫時有黏度指數 50 時的黏度。



右表就是各車種車主手冊上面都有 "機油黏度選擇建議表",左欄的 A 適用於有 API 的 "Energy Conserving Oil" 認證類的油品,右欄的 B 是一般複式級數機油。目前台灣市場以右欄的油品最為常見,所以我們就只看 B 欄;圖表中最左邊的是大氣溫度 (攝氏),台灣四季平均溫度達 20 度以上,所以 B 欄中間的 5w30, 5w40, 10w30, 10w40 的油品僅可以用於氣溫 15 度以下的環境中,所以在台灣並不適用 (對 97 年前的 VAG 車系而言)。諸如5w50, 15w50, 20w50 等黏度指數延伸至 50 的機油才比較適合。

但是黏度指數範圍太寬廣的 (如 0w60),機油的配方必須使用較多的黏度指數改進劑 (Viscosit Index Improver),這種配方是一種 "非牛頓流體",其黏度會因過大的剪力 (約等於工作負荷) 而降低甚至損失黏度。也就是說如果工作負荷大 (例如常拉轉速或爬坡),表示剪力非常高,使用黏度指數範圍過大的機油,會提高油膜破裂導致機件受損的機會。

礦物油VS合成油

大家一定在廣告上看過 "全合成油" 這個字眼,不過究竟是什麼意思呢?機油其實是基礎油 (Base Oil) 和各式添加劑的組成物 (詳見機油添加劑一文),礦物或合成就是指基礎油的不同。傳統的礦物油其基礎油是從原油提煉出來再經過加工而成的,而合成油的基礎油則是人工合成物。

目前礦物油的產量仍遠超過合成油,所以後者的售價也遠高於前者。合成油優於礦物油的地方有:

1在紅線超轉區的高溫環境下,氧化穩定性高。

2高溫,高負載,高速度,長時間運轉下的黏度指數穩定性高。

不過必須注意的是所謂高溫,高負載,高速度究竟高到何種程度,礦物油的表現才會不如合成油;我們可以看看美國的狀況:美國境內有各式各樣的氣候,高溫的中部沙漠、低溫的阿拉斯加、壅塞的紐約洛城大都會、險峻的海岸山脈應有盡有,礦物油的佔有率卻達 95%,如果礦物油不堪勝任,造成使用者的損失,美國極注重消費者權益,美國人又性嗜興訟,機油公司恐怕早就挨告的倒閉光了。合成油在美國迄今仍普遍被視為是凱子才會買的東西,市佔率始終難有起色。由此可知,會讓礦物油衰竭到失效的負荷絕對是大到非常少見的程度 (如引擎過熱),合成油理論上可以提供較好的保護,這個 "好" 的程度不過是錦上添花的聊備一格,僅是數據上比較的結果,對於實際使用上的幫助則有限的很。可以這樣說:只要你的車不是用來比賽,沒有成天將引擎轉速拉到紅線區域邊緣徘徊,實在沒必要用到合成油!

發燒油VS大廠油

到這裡我們曉得一款油的等級和性質是可以由其標示來得知,仔細看看那些天價的所謂發燒油,你會發現很尋常的SG,SH標示與量販店內一罐百餘元的合成油並無不同,有些甚至沒有 API 甜甜圈而只有 "Exceed API" (超越 API) 的字樣。這表示該款油並沒有經過 API 的測試認證,如果真的如標示超過 API 某個等級的要求,那為何不申請認證呢?請各位自行判斷。

機油也算是一種資本密集的工業產品,只有規模夠大的廠家負擔得起龐大的研發費用,一般小廠多是委託大廠生產再以自有品牌銷售,有些還會在購來的成品中加入自己的配方。所以一般而言,相同等級,規格的機油,大廠的產品因為達到量產經濟之故,會比小廠的便宜。

總結

雖然原廠要求的等級不過是SF或SG,但是級數越高對引擎的保護肯定越周全,所以建議使用你找得到最便宜的SH或SJ(SH相對於SG,由於測試方法翻新,要求也更多,所以等級差異極大,SJ則大約只比SH多了些對觸媒轉換器的保護要求,其他性能的表現是差不多的)。至於合成或礦物油,前面已經提過,請針對需要自行選擇。不過要注意的是合成油會在包裝上明白標示 "SYNTHETIC MOTOR OIL",沒有特別註明或有 "MINERAL OIL" 的就是礦物油了。

最後,再強調一次貴的油不見得好,規格才是論斷等級的唯一憑據。只要不是假油,便宜的往往已經夠用,(在美國機油可是被當做日常用品放在超級市場貨架上,多以不到一美元的標價在賣) 更何況,仿冒機油的成本差不多,為了追求最高利潤當然要仿冒熱門的高價發燒油,低價的礦物油利潤差,又不好賣,當然難獲假油製造商的青睞。所以買所謂發燒油,多花錢不說,除了效果值得商確外,還有買到假貨的危險。誰說礦物油不是最佳與最划算的選擇?!