講到黏度，網路上大多只提到SAE J300的黏度等級，
所以在此我就班門弄斧一下聊一下什麼是『黏度』，
什麼是黏度？
就是『液體面對流動和剪切的抵抗力』，
如例水，水是低黏度液體，所以它的流動性快，面對剪切力的阻力也非常低
(很低，但不是沒有，像是跳水，如果姿勢不正確落水那一霎那就會好像撞在牆上，
骨折或是頸椎斷裂也是會發生的)
而機油『面對流動和剪切的抵抗力』就是重要的物理性能，
黏度越高，就表示對剪切力的抵抗力越強，機油可以在填補在引擎零件之間避免零件互相摩擦，
就是一般人常講的『油膜的強度』
但是並非黏度越高就是越好，
因為黏度越高，剪切力的抵抗力越強，最明顯的現象就是引擎無力，油耗增加，
此外，黏度越高就表示機油的流動力越低，而流動力也是機油很重要的物理性能，
機油除了要快速噴灑、灌注到各個零件之外，也有吸收熱量幫助散熱的重要任務，
流動性太差，就有可能會有機油量不足、散熱不佳的問題。
所以流動力和剪切力就變成一種矛盾的存在...
而黏度的單位也依照流動力和剪切力分成兩種，
一種叫運動黏度，就是計算機油的流動力，單位是 1cSt = 1 mm2/s
另外一種叫絕對黏度，計算剪切力的，單位是1 mPa·s = 1 cP
黏度的高低
機油黏度高低是怎麼來的？主要是機油分子的大小，
分子越大，機油就黏稠；反觀越小就越稀
但是...礦物油沒辦法控制分子大小，因為是從原油提煉出來的，
分子的大小是大自然都幫你決定好了，而且還是各種大小混在一起，
合成油則不一樣，那是人類自行生產出來的潤滑油，
分子大小就可以依照人類的需求專門製造出來。
所以早期(1920-1960)礦物油黏度大多在SAE 20、SAE 30之間，
但是合成油可以做到SAE50或是SAE60的高黏度，或者是SAE10的低黏度潤滑油。
礦物油一直到等到氫裂解技術大量普及，才開始有優秀的性能表現，
也就是Group II或是Group III的機油。
這張圖最上面就是Group IV或是Group V的全合成機油，
最下面就是Group I的礦物油，
中間就是Group II、Group III(嘉實多宣稱Group III是全合成油)
什麼是黏度指數
黏度指數Viscosity Index，簡稱VI。
其實很多人搞不懂VI是什麼，常常誤解成機油的優劣。
高VI值就是好機油...這是對的，也是錯的...
VI是指機油黏度的變化量，VI越高，表示黏度變化量越小...
『機油的黏度不是固定的，黏度是會隨著溫度而變化』
但是工程師卻不希望機油黏度會變化，
假設一群工程師設計了一顆引擎，這顆引擎最適合黏度是10cSt，
那當然希望機油能在早上引擎啟動時(台灣冬天寒流來的時候是7-8度，寒帶地區就零下了)黏度是10cSt，
引擎運轉5-10分鐘後油溫升到80-90度時，黏度還是10cSt，
大踩油門拉轉引擎油溫升到110-120度，黏度依然是10cSt，
只是...這是在作夢啦，哪有這種機油！
雖然如此，油商還是盡量研發出黏度變化量較低的高VI值機油...
一般來說機油黏度變化是成曲線，但是為了方便閱讀網站和書籍大多會畫成直線，
圖中的紅線的黏度變化量較低，就是高VI值的機油。
但是這可不是說你只要看VI就能挑機油了，
前面就說了，VI只是標示黏度的變化量，不代表黏度的高低。
像是Mobil 1 5W-50，VI值180，但是40度黏度108cSt，100度黏度有17.5cSt
反觀Mobil 1 0W-40，VI值186，他的40度黏度70.8cSt，100度黏度12.9cSt。
選錯黏度就麻煩了...
所以你還是要先選擇合適的機油黏度，然後再看VI值...
複級機油的出現
前面提到，油商一直在提高機油VI值，降低機油的黏度變化量，
在這之前，換機油可是大事，換機油不像現在是看里程數更換，
而是看天氣、月份更換，夏天的時候要SAE30、SAE40的機油，冬天的話就要趕快換成SAE20。
在1950年代，終於出現了黏度指數改進劑(Viscosity Index improvers)，這改變了機油科技
這裡抱怨一下，中油翻譯成增黏劑...這錯很大...
而機油開始出現複級機油，SAE甚至修改了黏度等級...
至於SAE的複級機油標示我就不多說了...
那麼複級機油的優勢在哪？就是VI值大幅提升，黏度變化量降低，
就以這張圖來說，10W30的機油，
在華氏-20度的溫度黏度可以和SAE10的黏度相近，
高溫來到華氏近200度時黏度又和SAE30相近...
因為複級機油對於溫度的高適應力，
很快的1960年代複級機油就成為市場主流，
但是黏度指數改進劑有個嚴重問題，那就是它會讓機油的剪切抵抗力下降，
1960-1970年車商開始通報多起引擎損壞的案例。
對此美國SAE開始對剪切力訂出下限，要求機油對抗剪切力不能過低，
這就是很多人朗朗上口的HTHS，High Temperature High Shear。
這標準經過多次修改，測試溫度也從100度改為150度高溫，
現在最新規範是ASTM D4683-17(2017年版本)
而歐洲的ACEA更嚴格，它要求A3/B3、A3/B4的不論黏度高低HTHS必須是3.5mPa·s，
A5/B5也要有2.9mPa·s
所以到了現在，不用擔心機油剪切力不足的問題了...
(除非你去買來路不明的油品)
此外黏度指數改進劑還有一個問題，它並非真的改變黏度，而是只有減緩黏度變化的速度...
假如你加了一罐20W50的機油在引擎裡，跑個30分鐘可能變成SAE40的黏度，
再跑個兩小時又可能變成SAE30的黏度...
因為有可能這罐機油就是SAE30靠添加改進劑變成20W50...
只是騎了兩小時後打回原形，這時候你就要小心SAE30的黏度是否符合引擎的需求，
如果不行？還是趕快熄火休息吧...
雖然如此，黏度指數改進劑還是讓機油能多運轉2小時，這就是改進劑的價值。
但是根本上提高機油性能，還是要靠優質基礎油，但是合成油成本太高，就出現折衷的-半合成油
或者靠氫裂解技術改變礦物油分子結構的Group III機油，做出以前礦物油做不到的5W或是60等級的機油...
(但是還是要加一點黏度指數改進劑啦...)
大概就是這樣，不算完整，只能算是有感而發碎碎念的東西...
本文最後由 adad1980 於 2018-3-24 08:23 編輯
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