潤滑油的分類
Lube Oil Classification
潤滑油的種類與數量非常多樣,根據分類基準的不同,可大致分為以下幾種方式:
依黏度分類
潤滑油的黏度分類並無統一標準,而是依據其用途而有所不同。
引擎機油的分類:SAE 黏度等級
SAE:美國汽車工程師協會,Society of Automotive Engineers<表>引擎機油的 SAE 黏度等級
引擎機油的兩種黏度標示方法:
- 單級黏度油(Single Grade Oil):SAE 10W、SAE 30、SAE 40 等,僅對應<表>中的一個黏度等級,符合該級所有規範要求。
- 多級黏度油(Multi-Grade Oil):SAE 10W/30, SAE 20W/40, SAE 15W/40 等,同時符合兩個黏度等級的規範要求。例如:SAE 10W/30在 -25°C 時啟動黏度為 7,000 cP 或更低,邊界泵送溫度在 -30°C 或更低,在 100°C 時的黏度介於 9.3~12.5 cSt 之間。換句話說,多級黏度油在低溫時相對較稀(低黏度),有助於改善低溫啟動性;而在高溫時則保持足夠的黏度,形成適合潤滑的油膜。因此,它的黏度變化隨溫度起伏較小(黏度指數高),特別適合氣溫變化劇烈的地區使用。
然而,多級黏度油並非在所有方面都優於單級黏度油,因為多級油的黏度特性並非永久性,在高溫/高壓操作條件下受到剪切作用影響,隨時間逐漸喪失原有黏度特性,最終接近於低等級的單級黏度油。
過去早期對於高壓、高負荷、強剪切環境(如大功率柴油引擎),一般推薦根據季節氣溫選用適合的單級黏度油以更好地保護引擎,雖然這較為繁瑣。但隨著技術發展,現已研發出高剪切穩定性(High Shear Stability)的黏度指數改進劑,即便長時間使用也能維持良好性能。因此,越來越多引擎製造商開始推薦在高壓高輸出柴油引擎中使用多級黏度油,這一趨勢未來將持續增強。
然而,正如文明發展趨勢朝著簡化而非不便的方向發展一樣,隨著即使使用相當長一段時間後仍能保持高抗剪切性的優秀粘度指數改進劑的開發,推薦用於高壓/高輸出柴油發動機的多級油製造商數量正在增加,預計這種趨勢在未來仍將持續下去。
但即便是相同等級的多級黏度油,初期黏度表現都正常,但隨使用時間推移,性能衰退速度可能不同。因此,選擇具有更高剪切穩定性的產品,能確保長期使用時黏度特性保持穩定,是消費者的重要考量。
<表>外氣溫度對應推薦的引擎機油黏度等級
車輛用齒輪油的分類:SAE 黏度等級
<表>車輛用齒輪油的SAE粘度分類
與引擎機油一樣,車輛用齒輪油也有兩種黏度標示方法,其含義同上。
- 單級黏度齒輪油:SAE 80W, SAE 90, SAE 140 等
- 多級黏度齒輪油:SAE 80W/90, SAE 85W/140 等
工業用潤滑油的分類:ISO 黏度等級
ISO:國際標準化組織,International Organization for Standardization
ISO黏度分類是國際上廣泛使用的工業用潤滑油標準。大多數工業用潤滑油產品名稱中的數字,通常對應於<表>ISO 黏度等級編號。
<表>ISO 黏度分類
工業用齒輪油的分類:AGMA 黏度等級
AGMA:美國齒輪製造商協會,American Gear Manufacturers Association
AGMA 黏度分類並不是非常普遍使用,但有時會在齒輪製造商的規格書或推薦文件中出現。實際上,大多數工業用潤滑油仍主要依據 ISO 黏度分類來進行規範。
<表>工業用齒輪油的 AGMA 黏度分類(2005年版)
註:① 各 AGMA 編號的黏度範圍與 ASTM(美國材料與試驗協會)的黏度範圍相同。② *Compounded 的定義是指潤滑油中含有 3~10% 的動植物油或合成脂肪油時的標示方式。
綜合比較各種黏度分類(SAE、ISO、AGMA等)可參考 〈表〉,該表將這些分類進行對照與比較。
<表2-8>各種粘度等級對比表
ISO等級 AGMA等級 SAE等級 SAE等級 潤滑機油名稱
-產業用潤滑油- -齒輪油- -齒輪油- 發動機油-
依性能分類
潤滑油的性能分類同樣取決於設定基準的不同,因此存在多種方式,通常需要依據潤滑油類型與用途進行區分,而相關的性能標準與規格,由機械設備製造商、產業協會及相關機構制定並實施。本文章主要討論引擎機油、齒輪油、自動變速箱油、液壓油的性能規格及其分類。
引擎機油的性能分類
- API 等級分類 – 引擎機油
API:美國石油協會,American Petroleum Institute
自 20 世紀初以來,API 針對不斷進步的車輛引擎性能,制定引擎潤滑油的性能等級標準,並以符號分級表示。其大致分為兩類,汽油引擎油以英文“S”(Service Station Classification 的縮寫)表示,柴油引擎機油以英文“C”(Commercial Classification 的縮寫)表示,各代引擎可使用的潤滑油等級依字母 A、B、C、D…依序增加。
由於最新引擎的運作條件為高速/高負荷,因此適合這些條件的潤滑油需要通過比以往等級更嚴格的性能標準,換句話說越後面的字母表示性能越先進。而任何標示 API 等級的引擎機油,必須通過 API 官方引擎測試,符合該等級的性能標準後,才能獲得 API 授權使用認證標誌。
到目前為止,綜合API服務等級及與此類似性能水準的各種規格如<表2-9>,API服務等級標識(等級標籤)見<圖2-5>。
性能等級:汽油“S”(Service)開頭,柴油“C”(Commercial),按字母順序從 A 開始,列出最新的等級。
黏度等級:表示引擎油在不同溫度下的稀薄或黏稠程度。
燃油節省相關標示(Fuel Economy Rating)
ILSAC 省油認證(ILSAC Fuel Economy Certification) - ACEA 等級分類 – 引擎機油
ACEA:歐洲汽車製造商協會,Association des Constructeurs Européens d'Automobiles
汽油/小型柴油引擎:A1/B1
排氣後處理裝置引擎:C1, C2, C3, C4
大型柴油引擎:E4, E6, E7, E9
齒輪油的性能分類
API 等級分類–齒輪油
- GL-1:這是一種適用於壓力和轉速條件相對溫和的汽車螺旋錐齒輪和蝸輪的油品等級。它主要指使用純礦物油、防銹/抗氧化劑、抗泡劑和降凝劑來增強性能的油品。此等級的油品不含摩擦係數改良劑和極壓添加劑。
指具有相當緩慢壓力和速度條件,並且用於汽車用Spiral bevel, worm齒輪的油品等級,主要純礦油和防銹、防氧化劑、防泡沫劑、傾點下降劑等其性能得到加強的一種油。未包含摩擦係數調整劑和極奪添加劑等。 - GL-2:指具有用GL-1服務等級無法滿足程度的壓力、速度和駕駛溫度條件,並且用於汽車用Worm齒輪的油類。包含普通防磨損劑和非常微弱性能的極壓添加劑
- GL-3:
- GL-4 :指具有高速/低扭矩和低速/高扭矩駕駛條件,並且用於汽車用齒輪(特別是Hypoid齒輪)的油類
- GL-5:指具有高速/衝擊負荷、高速/低扭矩、低速/高扭矩駕駛條件,並且用於汽車用齒輪(特別是Hypoid齒輪)的油類。
- GL-6:這一等級已被刪除,成為歷史記錄。
- MT-1:指未安裝Synchronizer的巴士或貨車用手動變速器油。
AGMA 性能規範–工業用齒輪油
將產業齒輪油的物理性狀和性能要求條件進行圖表化結果如下。
<表2-11>AGMA EP型齒輪油的性能要求條件 <December 2002>
自動變速箱油的性能分類
隨著汽車變速系統的進化,現代自動變速箱已從傳統的 4 速擴展至 5 速、6 速、7 速以上,並進一步發展出各種新型變速系統,例如:
- CVT(無段變速箱,Continuously Variable Transmission)
- AMT(自手排變速箱,Automated Manual Transmission)
- DCT(雙離合器變速箱,Dual Clutch Transmission)
自動變速箱油不僅在變矩器內傳遞動力和散熱,還必須充當液壓油,潤滑齒輪和軸承,並調節離合器和煞車帶的摩擦特性,屬於性能非常複雜的油品。
過去,福特的 Mercon 標準和通用的 Dexron 標準被廣泛使用,但隨著變速箱技術的多樣化,各大變速箱製造商都會根據其獨有的變速箱技術開發出專屬規格的自動變速箱油,使用時必須對應正確型號與認證標準,避免損壞。常見代表性的自動變速箱油包括 GM Dexron 等級和日本車系 Lock-up Clutch 專用的 SP-II 規格。
液壓油的性能分類
液壓油除了在液壓系統(如泵浦、壓縮機)中發揮作用,還常兼具潤滑齒輪、軸承等機械部件的功能。
根據液壓油所含的成分和性質,液壓油可分為以下幾種:
<表2-12> 根據ISO 6743/4的油壓油分類
在上述各類液壓油中,最常用的是 R&O 型液壓油(HL型)、抗磨液壓油(HM型)、高黏度指數型液壓油(HV型)。液壓油的性能規範依製造商而異,以下列舉幾項重要的國際與業界標準:
- Dension HF-0, HF-1, HF-2
- Eaton-Vickers M-2950-S, 1-286-S
- Cincinnalti Milacron P-68(HM-32), P-69(HM-68), P-70(HM-46)
- General Motors(LS2)LH-03-1, LH-04-1, LH-06-1
- DIN 51524
- US Steel 127
另外,將主要使用的液壓油分類簡述如下:
- R&O型液壓油(HL型):精製礦物油中含有抗氧化劑、防銹劑、消泡劑等添加劑,適用於不需高壓的液壓設備。
- AW型液壓油(HM型):在R&O型基礎上加入抗磨添加劑,抗磨性能優於R&O型,適用於高壓液壓設備。
- HVI型液壓油(HV型):在AW型基礎上加入黏度指數改進劑,不僅抗磨性優異,且黏度隨溫度變化穩定,適用於室外作業的液壓設備(如重型機械)。
<表> 主要OEM油壓油的性能要求條件
依用途分類
如同產業界所使用的各種機械、設備與設施數量繁多,對應的潤滑油種類也極為多樣,這一點在前文已提及。根據用途進行的分類,各國、各機構及相關團體都有各自不同的標準。