冬天机油用什么型号的比较适合?粘度上有什么要求吗?

刚好看到这个问题,想起很久以前想写的关于机油的事情,一并就都写在这了吧。

之前有很多人询问过有关冬季汽车如何保养的问题,看到已经有很多优秀的回答了,指路这里。

冬天如何保养汽车?需要注意哪些问题?冬天如何保养汽车?需要注意哪些问题?

至于这个问题本身,我打算按照递进顺序,分成四个部分。

1. 机油如何为零部件润滑;

2. 机油的主要特性;

3. 发动机设计时的选择;

4. 用户的选择。

虽然冬季过去大半,不过因为有很多延伸内容可以讲,

还是很乐意来回答。如果不感兴趣的话,可以直接拉到最后。

我们都知道机油的作用是润滑,这背后实际上是摩擦学,它表述的不仅是两个物体的相对运动,也包括变形及失效的机理。对于发动机来说,机油所要保护的的零件很多,但最主要的是活塞连杆和曲轴。就以活塞、曲轴为例,尽管加工极其精密,比如曲轴轴颈在与轴瓦的配合表面,轴颈的粗糙度要求通常能达到Ra0.2,这是什么概念?在取样长度内测量的结果,轮廓偏距绝对值的算术平均差,不超过0.2μm,直观的说,这接近一般车身漆面的光滑程度,放大一个数量级的Ra6.3,是常见零部件机加工的表面要求。

但在微观的层面上看,它依旧是不光滑的。

这种不光滑有很多种形式,比如是起伏的波浪,或者是台阶,与被加工的材料、刀具、加工的方式等等有关系。如果你尝试双手合十,你会感觉到双手当中的间隙,两个零部件接触时,也是如此。实际接触的是彼此之间凸起的小山丘。随着接触的压力,或者使其发生相互运动的力越来越大,先接触的部分会发生变形,材料的变形能够积蓄势能,压力消失时,势能转化为热能消散,这就是摩擦损失的本质。但只要受到的外力足够大,这些先行接触的凸起发生的变形,也将无法逆转,最终使物体表层出现破裂,并逐渐撕开至物体内部,这不是这个问题的重点了。

所以,润滑的本质实际上是分离。

通过机油的柔性来传递力,一方面可以避免物体的表面因为过多的咬合导致变形的部分过多,摩擦损失过大,一方面可以保护物体表面不因为变形而出现失效。

所谓“磨合”,就是因为新机器的不同零部件,存在着不同的公差状态。批量生产的100万件产品,尽管都能控制在合格的质量范围内,但总是各有各的偏差。两个相互运动的零部件,在开始工作后的一段时间,会因为匹配的问题磨掉彼此的棱角,然后双双成为对国家对社会有用的人……

哦错了,直到进入一种平衡。这个过程,因为彼此咬合的位置比较多,摩擦损失比较大,油耗也大,而因为磨损比较快,脱落的碎屑比较多,这也是首保里程比较短的原因。

著名的Stribeck curve,描述的就是机油对运动件起作用的几种状态。油膜很薄的时候,运动件间隙很小,是边界润滑,间隙足够大油膜足够厚的时候,是流体润滑,它们的过度形式被称为混合润滑。不一样的机械有不一样的情况,需要进行不同的选择。

到这里就很容易理解了,为什么粘度是机油的第一要义。粘度越低,受到挤压时难以建立油膜,无法分离运动件。而粘度越高,粘滞会形成额外的阻力,一样会增加摩擦损失。粘度也是诸多机油各种牌号,各种分级的基础。但也是在这里,往往存在误区。

就从机油外包装必贴的这个标准和牌号开始说吧。机油的规格标准,大体上来源于美国石油学会API、欧洲汽车制造商协会ACEA、国际润滑剂标准化及认可委员会ILSAC。知名度比较高的,可能就是API了,SL/SM/SN这常见的质量等级,就来源于这里,ILSAC实际上和它也比较类似,差别主要在燃油经济性。

不同的质量等级有什么不一样?

使用什么粘度的机油,是由机械工作的具体环境决定的,而质量等级关注的,是机油的整体使用性能。不同的等级会对每一项测试提出不一样的要求。所以不同质量等级的机油,区别也是全方面的,比如SN/SM在抑制高温沉积物的性能上,远远高于SJ/SL,而抗氧化、抗磨损能力也得到了非常大的提升。比如SM/GF-4等级,与SL/GF-3相比,开始限制硫含量,磷含量要求也进一步降低,对排放系统的兼容性更好。而SN/GF-5与SM/GF-4相比,又增加了乳化保持性、橡胶相容性等等多项测试内容。

所以如果你要选择机油,质量等级越高越好无疑,API标准下SN>SM>SL,而ILSAC标准下,GF-5>GF-4>GF-3。

哦对了,1960年以前的远古机油,全部都被定义为SB。

而粘度的牌号呢?

当然是W前面的数字越小越适合冬天用,后面的数字越大越适合夏天用啦。牌号和温度对应的图难道不是网上满天飞么。

太简单了,就是这么回事…

…吗?

显然不是的。

SAE的粘度分级,是从1911年的SAE J300开始的,主要用于应对当时没有标准,粘度混乱的机油市场。机油粘度随温度升高而下降这已经是常识了无需多说,过高的温度会导致机油无法形成有效的油膜,当时机油能够承受的最高温度,基本上是100℃左右,所以选择这个温度进行测试是有意义的,今天机油的适配温度已经得到了很大的提升,依然还使用这个参考值的原因是,如今的机油常用工况就在这个值附近,这个温度下的性能意味着设计性能。因为运动粘度这个数字对大多数人来说没有意义,SAE人为给数值划分了一些区间,这才有了今天的等级一说。下面几种流体在常温下的运动粘度,大家可以感知一下区别。

二战时由于石油化工的飞速发展,促进了塑料行业的兴起,高分子材料的潜力逐渐被挖掘出来,也诞生了许多能够改善机油性能的添加剂,一些既能保证低温性能,还能在高温环境里保证粘度的产品,就慢慢出现了,1952年,SAE开始对这种机油进行复合分级,W才开始出现,牌号也就成了今天这样的双极状态。当然如前所述,由于时代的变迁,机油技术的发展,过去的测试标准也在不断地完善,工程师也不断地增加新的关注点,比如模拟汽车启动初期时的40℃,还有150℃的超高温测试,等等,过往种种严谨,今天的我们才有所依据。

等等,难道我在说废话?

嗯嗯好像是的。

回到前面的表格,通常我们所见到的这些牌号,都会有很多攻略描述一个建议使用的温度范围,这些建议范围也不尽相同,通常会偏差5℃。

这些建议的数值实际上来源于SAE对低温等级的定义,比如0W的测试条件就是-35℃/-40℃,而5W则是-30℃/-35℃,Cranking与Pumping的区别,就是那个“建议范围”往往有5℃偏差的原因。

所以这些所谓的“建议值”,真身只是一个测试标准,并不是真的让用户去参考“这个温度下选什么牌号”。我们从当中能够获取的信息是“不同粘度等级在不同环境温度时,润滑性能上的相对关系”仅此而已,以这些所谓的“建议”来选择相应的牌号,是不合适的。

一般情况下,汽车厂家选用的牌号,都足够你由南到北开遍东北四省。

选用不同牌号,区别也不仅仅在于环境的上下限,更在于对摩擦的影响。

任何机油,在机器正常工作时都必须能够起到应有的作用。打个比方,无论是冬天的东北三省和夏天的海南,汽车跑起来以后,在冬夏高达60~70℃的温度差别下,发动机的热平衡不同,冷却液、机油能够达到的稳定水平肯定不太一样,但是在冷却系统的调节下,我们对它们的期望是一样的,如何消除这个冬夏的差距,也是冷却系统在努力的目标。至于对摩擦的影响,我们到第三部分再提。

低温环境下需要各位关注的参数还有倾点,它指的是机油能够流动的最低温度,通常仅比凝点略高一点点,也是机油低温流动性的代言人。某一些机油可能低温粘度表现很好,但倾点却比较高,在寒区不一定非常实用。

除了前面提到的,在100℃时测定的粘度以外,还有另外一个需要在40℃时测定的粘度值。这通常是用来表征冷启动暖机过程的一个机油状态,在机油厂家里它是一个重要参数,但在很多主机厂里,更关注的是100℃的粘度值,这是很有意思的,我在其他的答案里提到过,这也是供应商和主机厂出发点不同的一个结果。

通常100℃的粘度是在低剪切作用下的一个粘度值,而在更高温度,更高剪切作用下,机油还能不能维持性能,就需要用到前面提到的150℃粘度测试。它模拟的是气缸工作温度和高速剪切条件,比如活塞和气缸之间的运动。由于此时运动件之间存在着巨大压力,油膜是很容易被挤溃的,150℃的高剪切粘度值,就用于表征这种工况下的机油稳定程度。

一般来说,100℃的粘度越低,摩擦越小,油耗越小,是我们想要的。150℃的高剪切粘度越高,恶劣工况下的表现更好,也是我们想要的。但这两个值,往往难以得兼。

既然机油在高温低温常温的粘度,都需要被关注,有没有一个综合的参数来评价性能?

当然是有的,这个参数就是粘度指数,粘度指数越高,机油粘度受温度的影响就越小,随温度变化的斜率越小,那么从冷启动到正常工作的过程,也越有保证。

为了提高粘度指数,许多厂家会在机油里面调配添加剂,但是添加剂一般来说是某一些高聚合物,在机械运动过程中受到剪切作用会呈有序排列,从而影响到机油粘度,这也是机油粘度随剪切力呈明显变化的原因,而添加剂在高剪切情况下出现分子断裂则永久失效。选择优质的基础油,降低粘度对添加剂的依赖,是提高机油剪切稳定性的主要方法。

从下面这张图里,可以明显的看到粘度指数的意义。高粘度指数的机油,是可能实现低温低粘度流动性好,而高温又有足够的性能的这种状态的。

值得一提的是,全合成机油粘度受温度的影响天生就比较小,对添加剂的依赖性比较低。

全合成机油的开端,始于这个化学方程式。

说到这个……早些时候,只有PAG&PAO才是所谓的“全合成机油”,二战以后,这种原先只在坦克和飞机上使用的昂贵机油开始进入了汽车领域。60年代初,阿拉斯加军队与美孚合作,分别基于烷基化芳香低聚物、双酯和PAO开发了三款产品,这也算是现代“全合成机油”的开端了。而民用领域最早出现这种高端产品的,当然是……

F1啦!随着赛场对合成机油的引入,成本逐渐下降,合成机油才进入了普通市场。至于在99年那场著名的官司以后, “全合成机油”这个定义才变得宽泛起来,诚然三类基础油也可能有100%PAO的效果,但当我们在说“全合成”这个定义的时候,你要明白,不是所有厂家都是那个真正的情怀党。

这足以另开一个房间说故事,我们还是先翻回来吧。

至于诺亚克蒸发值……有一定的参考意义,但是就目前常因发动机设计缺陷导致的机油变少和机油增多这种普遍现象……你们知道我在说谁……我觉得算了吧……

总碱值固然也有寿命的参考意义……但就目前在各种建议下大家5k~10k公里就换机油的情况……我觉得也算了吧……

其实是篇幅比我预想的要长我懒得写了。

必须说说从发动机出发的一些想法了。

抛开发动机谈机油是不靠谱的,我们使用机油为的还不是发动机。

我能告诉大家的还是那句话,主机厂的着眼点,是整体的性能,对于零部件只有主要参数上的把控,就足够了。

关于主机厂和机油厂家的业内秘闻,可以参考另一个问题答案。

为什么有些厂家用原厂机油,而有些厂家直接使用市场上的产品?

主机厂都关注什么呢?看这几年机油厂家,向主机厂吹嘘的内容,就知道了。其实无非是节能、减排、对新技术的支持三个部分。

节能毫无疑问是众多吹点里的吹中之王。

低摩擦是发动机进入下一个阶段的毕经之路,机油是通往这条道路的那一把钥匙。

让我们回到前面的那张Stribeck Curve,在流体润滑的情况下,因为运动件被机油彻底分离,摩擦只由机油内摩擦来决定,此时机油的粘度决定摩擦系数,这也是低粘度机油能够降低摩擦损失的理论依据。混合润滑和边界润滑则是另外的情况。

Trends 2014会议上,发布了国内目前的情况如下图,5W20/5W30是主流,但与此同时,日本车企就已经开始丧心病狂的用上了令人闻风丧胆的0W20,甚至是0W16了。

如果你还没忘记前面的内容的话,你一定不会再为0W20这种低粘度机油而困扰了。0W20,只是在要求的温度下,测试的结果符合那个等级定义,最终被归到那个等级而已,它不意味着在其他温度范围表现就更差,它也只意味着粘度符合选用需求,而不对任何使用过程的质量变化负责。

就以国内为例,主机厂对汽车的环境使用要求,是要覆盖中国全境的,这就包含有-50℃的漠河,和45℃的吐鲁番,-35℃~45℃,是一般汽车的基本要求,因此主机厂选用的机油,也必须能够满足这个基本条件,所以只要不是专门售往中东、非洲或者俄罗斯等极端环境的汽车,请你对主机厂的建议放心……什么?最后还是坏了?

那只能说明你挑的这个品牌……设计能力有点水……

事实上如果我们能够仔细阅读机油厂家的宣传术语,就能够充分理解一款机油产品。以上图为例,0W20“满足新型发动机技术要求”,实际上就是指低摩擦技术,而且现在用的车型不是太多。0W40,就是通过更高粘度来实现“出色的耐磨保护性能”,以及0W标准下的“低温流动性”,它是不强调油耗的。而0W30,同时有“出色的发动机保护”,和“有效的燃油经济性”,换句话说,这是一种折中的选择。

但是,前面不是说过,100℃的低剪切粘度,和150℃的高剪切粘度不可得兼吗?极端工况下这低粘度机油怎么办?

答案是添加剂。

当局部油膜薄到一定程度的时候,机油无法有效凭借自己来保护运动件时,添加剂分子会被暴露出来,替代机油在金属表面形成保护膜。当前的趋势是钼盐减摩剂。

等等,前面不是说,要尽量降低机油对添加剂的依赖吗?

问题是钼盐比起传统的添加剂,节能效果特别好呀,抗氧化性也特别好呀,简直爱不释手。好的基础油,加上好的添加剂,难道不好吗?

这又回到我之前提过的一个问题…日系的车主宝宝们……你们为什么要倒掉上好的红酒去喝廉价的啤酒……就因为觉得0W20不够用是吗……这可是当前业界降摩擦前沿技术的象征啊……

设计发动机时,很多具体参数都与选用的机油有关,比如活塞与气缸之间的间隙,曲轴和轴瓦之间的间隙,随便改用机油牌号当然问题不大,但是不是有那么一点……

衣服不合身的感觉?发动机也觉得不合身呢怎么办?

减排、对新技术的支持,先容我去个洗手间……下次有机会我们再谈吧。

那么,对于用户来说,要选择什么样的机油?

答案挺简单的,基础油好的,最好是全合成的,添加剂好……哦你说看不出来添加剂好啊……我感觉我也看不出来。

前面说是那么说,全合成对添加剂的依赖确实比较低,但添加剂并不仅仅是用来提高粘度指数而已,也不仅仅是用来降摩擦,或者提高耐磨性,此外还有提升机油的清洁性,或者改善燃油稀释、发动机早燃等现象,添加剂的用处非常多的。

作为机油的一大杀器,这种核心技术不会外流,目前基本上全球四大垄断,市面上能够买得到的机油,都和这四家脱离不了关系,我们怎么可能看的出来端倪呢?

难道就没有一家机油厂家,想过革添加剂公司们的命吗?最讨厌这种没出息的行业!被资本家压榨劳动力还不知道反抗!

其实是有的,而且有俩。

四大之一的润英联,就是美孚和壳牌的合资公司。

人家想的不是革命,在资本主义市场上嘛,当然是让自己成为资本家啦。事实上,对添加剂的know
how也意味着机油产品的竞争力,这两家的机油市场份额无需多说了。

那么,冬天到底要选用什么样的机油?

就四个字:

看说明书。

真不骗你。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:Sleepy Lin

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