คุณสมบัติน้ำมันเครื่องสังเคราะห์

Posted on : 06-11-2012 | By : Author | In : การดูแลรักษารถ
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (ให้คะแนนความชอบได้ที่นี่)
Loading ... Loading ...

      น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ (Synthetic Engine Oils) ท่านผู้อ่านบางท่านคงจะเห็นชื่อนี้บนกระป๋องน้ำมันเครื่องชั้นดี ที่มีราคาสูงมากบ้าง และคงแปลกใจว่าจะดีจริงดังคำโฆษณา และคุ้มค่ากับราคาหรือเปล่า เพราะผู้อ่านแต่ละท่านก็แตกต่างกัน บางท่านอาจต้องการคุณสมบัติบางอย่างที่น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ไม่มี  แต่บางท่านอาจพบว่าน้ำมันเครื่องสังเคราะห์เป็นน้ำมันเครื่องที่ท่านค้นหามาแรมปี  ทั้งนี้เนื่องจากการใช้งานที่แตกต่างกันไปนั่นเอง เรามาลองศึกษารายงานของบุคคลที่เป็นกลาง (Society of Automotive engineers) และดูผลลัพธ์เพื่อจะนำไปพิจารณาประกอบกับการใช้งานดีกว่า

ส่วนประกอบของ “น้ำมันเครื่องสังเคราะห์”

สารที่น้ำมันเครื่องชนิดนี้สังเคราะห์มาก็ประกอบไปด้วยไฮโดรคาร์บอน ที่มีโครงสร้างของโมเลกุลแบบเดียวกับน้ำมันเครื่องธรรมดา คือสังเคราะห์จาก Specific Olefin โดยขบวนการ Polymerization แต่การเลือกสารพื้นฐานให้เหมาะสมและใช้กรรมวิธีที่เหมาะสม จะทำให้โครงสร้างของน้ำมันสังเคราะห์มีคุณสมบัติทั้งทางเคมีและฟิสิกส์พอเหมาะพอควร ตามที่เราต้องการในช่วงอุณหภูมิใช้งานที่กว้างด้วย นอกจากนั้นน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ยังไม่มีโมเลกุลที่มีโครงสร้างรูปวงแหวนอย่าง Aromatic และ Naphthenic ซึ่งจะเป็นตัวการให้ความข้นใสของน้ำมันเครื่องเปลี่ยนได้ง่าย แต่ประกอบไปด้วย Paraffinic เกือบทั้งหมด

น้ำมันเครื่องสังเคราะห์จะมีจุดแข็งตัว (pour point) ต่ำ เพราะไม่มีสารจำพวกขี้ผึ้ง (wax) ปะปนอยู่ นอกเหนือไปจากคุณสมบัติอื่นใด  น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ยังไม่ต้องการการปรุงแต่ง หรือผ่านกรรมวิธีพิเศษเพื่อลดปริมาณกำมะถัน ไนโตรเจน และสารโลหะที่ปะปนอยู่ ซึ่งเป็นกรรมวิธีที่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับน้ำมันเครื่องธรรมดา

คุณสมบัติทางด้านฟิสิกส์ของน้ำมันเครื่องสังเคราะห์สองชนิด  ซึ่งผ่านกรรมวิธีที่แตกต่างกัน แสดงไว้ในตารางที่ 1 จากตารางนี้จะเห็นได้ว่าน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ทั้งสองชนิดมีคุณสมบัติเหนือกว่าในด้าน Viscosity Index สูงกว่าความข้นใสที่อุณหภูมิต่ำๆ จุดแข็งตัวที่ต่ำและจุดเดือดที่สูงกว่า ซึ่งจะช่วยให้ทำงานในช่วงอุณหภูมิของเครื่องยนต์ต่างๆ กันได้

รูปที่ 1 แสดงให้เห็นคุณสมบัติในการรวมตัวกับอ๊อกซิเจน ซึ่งจะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความข้นใสน้ำมันเครื่องสองชนิดนี้ได้เติมสารที่ช่วยลดการรวมตัวกับอ๊อกซิเจน (ในที่นี้ใช้ Phenolic 0.5%) ลงไปเท่าๆ กันและนำไปทดสอบกับโลหะหลายชนิด จะเห็นความแตกต่างอย่างชัดเจนว่า น้ำมันเครื่องสังเคราะห์จะไม่รวมตัวกับอ๊อกซิเจนได้ง่าย และเปลี่ยนแปลงความข้นใสเมื่อใช้ไปนานๆ ในขณะที่น้ำมันเครื่องธรรมดารวมตัวกับอ๊อกซิเจนอย่างรวดเร็วและเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติในด้านความข้นใสไปมาก เมื่อใช้ไปนานๆ (นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ท่านต้องเปลี่ยนน้ำมันเครื่อง ถึงแม้จะจอดรถไว้เฉยๆ ก็ตาม)

ในรูปที่ 2 เป็นการรวมตัวกับอ๊อกซิเจนของน้ำมันเครื่อง เมื่ออยู่ในภาวะที่เป็นฟิล์มบางๆ (เป็นภาวะที่ตรงกับการใช้งานจริงๆ) โดยฉีดน้ำมันเครื่องด้วยความดันสูงไปบนแผ่นโลหะที่กำลังหมุนภายในบรรยากาสของอ๊อกซิเจนที่อุณหภูมิ 300°ซ(575°ฟ) แผ่นโลหะทางซ้ายมือที่เราฉีดน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ลงไป จะไม่มีคราบเขม่าติดอยู่เลย  ในขณะที่แผ่นโลหะทางขวามือมีเขม่าเกาะติดขอบๆ ซึ่งเกิดจากการรวมตัวกับอ๊อกซิเจน และเกิดการเผาไหม้ขึ้น

การทดสอบในห้องปฏิบัติการ

เพื่อที่จะให้เราตัดสินใจได้ว่าน้ำมันเครื่องชนิดใดจะเหนือกว่าในด้านใดบ้าง จึงมีการนำทั้งน้ำมันเครื่องสังเคราะห์(NCEO-1, NCEO-2, NCEO-3) และน้ำมันเครื่องที่มีขายอยู่ทั่วไป ทั้งแบบธรรมดาและแบบพิเศษ (CMO-1, CMO-2, CMO-3) มาทดสอบเปรียบเทียบกัน

จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าความข้นใสที่อุณหภูมิปกติ 100°ฟ ของน้ำมันเครื่องสังเคราะห์กับน้ำมันเครื่องธรรมดาไม่ต่างกันมากนัก  แต่ที่อุณหภูมิต่ำมากๆ น้ำมันเครื่องสังเคราะห์จะมีคุณสมบัติดีกว่าเล็กน้อย และ Viscosity Index ของน้ำมันเครื่องสังเคราะห์จะสูงกว่าส่วนจุดแข็งตัวของน้ำมันเครื่องธรรมดาจะสูงกว่าน้ำมันเครื่องสังเคราะห์มากทีเดียว  ทำให้การจำกัดการใช้งานของน้ำมันเครื่องธรรมดามีมากกว่า ส่วนจุดเดือดที่สูงกว่าเล็กน้อยของน้ำมันเครื่องสังเคราะห์จะมีผลมากเมื่อการหล่อลื่นที่ความเร็วสูงๆ ของแบริ่ง ลูกสูบ และกระบอกสูบ) ซึ่งอุณหภูมิของโลหะจะสูงไปด้วย  ถ้าน้ำมันเครื่องกลายเป็นไอไปก่อน คุณสมบัติในการหล่อลื่นจะหมดไปและเป็นอันตรายต่อชิ้นส่วนของเครื่องยนต์อย่างยิ่ง น้ำมันเครื่องสังเคราะห์เมื่อใช้ในเครื่องดีเซลจะมีมาตรฐานสูงกว่าน้ำมันเครื่องธรรมดา

Viscosity Index หรือที่เขียนทั่วไปว่า VI คือค่าแสดงความเสถียรของความข้นใสที่อุณหภูมิต่างๆ VI สูง แสดงว่าความข้นใสไม่ค่อยเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ อุณหภูมิสูงจะใส ต่ำจะข้น

การทดสอบกับเครื่องยนต์จริงจะทำให้เราเห็นภาพพจน์ชัดเจนขึ้น ในรูปที่ 3 เป็นการแสดงถึงคุณสมบัติของน้ำมันเครื่องชั้นดีและน้ำมันเครื่องสังเคราะห์  เมื่อใช้ไปในระยะทางเท่าๆ กัน จะเห็นได้ว่าน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ยังคงรักษาความข้นใสได้ดีอยู่ และสามารถใช้ต่อไปได้อีกในขณะที่น้ำมันเครื่องพิเศษหมดความพิเศษอีกต่อไป  ความข้นใสตกลงมาต่ำ ควรต้องเปลี่ยนน้ำมันเครื่องใหม่ ส่วนรูปที่ 4 แสดงถึงความสิ้นเปลืองของน้ำมันเครื่อง เมื่อใช้กับเครื่องยนต์แบบต่างๆ กัน  โดยแสดงถึงระยะทางที่วิ่งได้โดยสิ้นเปลืองน้ำมันเครื่องเท่า ๆ กัน

จะเห็นว่าน้ำมันเครื่องสังเคราะห์จะสิ้นเปลืองน้อยในทุก ๆ แบบ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เนื่องมาจากจุดเดือดสูงทำให้การกลายเป็นไอที่ต่ำ การสิ้นเปลืองก็น้อยลง

รูปที่ 5 แสดงถึงความดันน้ำมันเครื่องของน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ และน้ำมันเครื่องธรรมดา ที่สภาพการใช้งานต่างกันคือ ที่เบาเครื่องสุด และขณะวิ่ง (ในที่นี้วิ่งด้วยความเร็ว 70 ไมล์/ชม. บน  Chasis dynamometer และรักษาอุณหภูมิเครื่อง 150°ซ (300°ฟ) จะเห็นว่าความแตกต่างของความดันน้ำมันเครื่อง น้ำมันเครื่องสังเคราะห์มีน้อยกว่า ทำให้การสึกหรอของแบริ่ง ลูกสูบ แหวน และชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ เพราะการที่ความดันน้ำมันเครื่องต่ำหรือสูงเกินไปย่อมมีผลต่อการสึกหรอ และหล่อลื่นต่างกันไปด้วย การทดลองนี้ ทดลองกับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเครื่องหล่อลื่น ทั้งเครื่องและเกียร์ เช่น ในรถยนต์ออสติน เมื่อใช้น้ำมันเครื่องธรรมดาที่เดินเครื่องเบา ความดันจะตกลงจนไฟเตือนความดันติดซึ่งจะทำให้น้ำมันไม่พอไปหล่อลื่น ซึ่งเป็นผลให้การสึกหรอสูงกว่าปกติ ซึ่งจะดีขึ้นเมื่อใช้น้ำมันเครื่องสังเคราะห์แทน

ตารางที่ 3 เป็นการทดสอบคุณสมบัติกับเครื่องยนต์ Oldsmobile 2 แบบ และกับเครื่องยนต์ Ford ที่รับรองโดย SAE-ASTM-API ซึ่งเป็นการแสดงคุณสมบัติและผลทั่วๆ ไปของน้ำมันเครื่องสังเคราะห์  โดยใช้กับเครื่องยนต์จริงๆ และนำเครื่องยนต์มาถอดเป็นชิ้นๆ เพื่อวัดการสึกหรอที่เกิดขึ้น  จะเห็นได้ว่าน้ำมันเครื่องสังเคราะห์สามารถรักษาสภาพของชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ไว้ได้ตามมาตรฐานที่กำหนด บางอย่างก็ดีกว่าด้วยซ้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วยลดเขม่าที่เกาะตามร่องแหวนลูกสูบ และลดการสึกหรอ ที่อุณหภูมิสูงของเครื่องยนต์ Oldsmobile และมีคุณสมบัติดีที่อุณหภูมิต่ำเมื่อใช้กับเครื่องยนต์ Ford

จากการทดสอบกับเครื่องยนต์ขนาดเล็กของยุโรปก็พบว่า ดีไม่แพ้กับเมื่อใช้กับเครื่องขนาดใหญ่ของอเมริกัน ดังรูปที่ 6 เป็นการทดสอบการเปลี่ยนแปลงความข้นใสของน้ำมันเครื่องภายใต้ความเร็วสูง และน้ำหนักบรรทุกมากของเครื่องยนต์ Renault R-16เป็นเวลา 200 ชม.ขณะที่อุณหภูมิของอ่างน้ำมันเครื่องสูงถึง 150°ซ (302°ฟ) เราพบว่า คุณสมบัติของน้ำมันเครื่องสังเคราะห์เกือบจะไม่เปลี่ยนเลยตลอดระยะเวลาทดสอบ ส่วนน้ำมันเครื่องธรรมดาจะเสื่อมเมื่อทดสอบไปได้ 100 ชม. และเมื่อถอดชิ้นส่วนต่างๆ ออกมาตรวจสอบพบว่ามีคราบเขม่าน้อยมากในเครื่องที่ใช้น้ำมันเครื่องสังเคราะห์

การทดสอบการชะล้างคราบสกปรกและเขม่าในเครื่องยนต์ โดยใช้กับรถยนต์ Ford Cortina II และ Fiat 600 P พบว่าในเครื่องยนต์ Ford Cortina น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ได้ชะล้างคราบเขม่าที่ติดอยู่ตามผนังลูกสูบและเสื้อสูบออกเกือบหมด และในเครื่องยนต์ Fiat ก็ไม่พบการอุดตันของเขม่าตามทางเดินของน้ำมันเครื่องเลย

ส่วนรูปที่ 7 เป็นการทดสอบการสึกหรอของวาล์วและส่วนประกอบของวาล์ว  โดยทดสอบกับรถ Peugeot 504 และ 204 โดยใช้น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ เมื่อหมุนเครื่องยนต์ โดยไม่มีการสปาร์คให้เครื่องติด ซึ่งพบว่าในเครื่องยนต์ 504 ผิวสัมผัสระหว่างเพลาลูกเบี้ยวและลูกกระทุ้งลดการเสียดสีลง และลดการสึกหรอ รวมทั้งการสึกเป็นตามด (Pitting) ของเพลาลูกเบี้ยว เนื่องจาก Stress ที่สูงในขณะสัมผัสได้ด้วย ส่วนในเครื่อง 204 ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ OHC ก็ประสบผลคล้ายกัน คือ การสึกหรอน้อยกว่าที่กำหนดมาก การทดสอบกับเครื่องยนต์ดีเซลของ Daimler Benz เป็นเวลาต่อเนื่องกันถึง 206 ชม. ทั้งอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำ ความเร็วของเครื่องยนต์ต่างๆ กันก็พบว่าการสึกหรออยู่ภายใต้ขอบเขตที่กำหนดไว้ด้วย

เมื่อนำน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ไปใช้กับเครื่องยนต์โรตารี่ โดยทดสอบกับรถ Mazda ซึ่งมีซีลปลายเป็น Carbon-Aluminium และผิวสัมผัสเป็น Chrometrochoid โดยเดินเครื่องอย่างต่อเนื่อง เป็นเวลาถึง 100 ชม. ผลที่ได้ออกมาดังตารางที่ 4

จากผลที่ได้จะเห็นว่า เมื่อเทียบกับน้ำมันเครื่องธรรมดาที่อยู่ในขั้นดี  น้ำมันเครื่องสังเคราะห์จะช่วยให้การสึกหรอของซีลต่ำกว่าและลดคราบเขม่าได้มากกว่า และไม่พบการบอดของหัวเทียน เมื่อใช้ไปนานๆ ด้วย และเมื่อนำไปทดลองกับเครื่อง Rotary M35 ของ Cetroen โดยทดสอบเป็นระยะทางถึง 40,000 กม.ก็พบว่าน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ก็ยังคงรักษาคุณสมบัติในการลดคราบเขม่าได้เหมือนเดิม และทำให้อายุของซีลที่เป็น Ferrotic ใช้ได้ทนนานขึ้นด้วย

การทดสอบในสภาพการใช้งานจริง

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาควบคู่ไปกับการทดสอบในห้องทดลอง ในยุโรปได้มีการนำไปลองใช้กับรถยนต์ที่เข้าแข่งแรลลี่ระดับสำคัญของโลกเช่น Monte Carlo Rally พบว่ารถยนต์คันหนึ่งที่เข้าแข่ง ใช้น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ของ Mobile ได้เกิดการรั่วของน้ำมันเครื่องที่ Oil Cooler จึงไม่ได้ใช้ Oil Cooler สามารถเข้าเส้นชัย ซึ่งเป็นระยะทางถึง 1,700 กม. บนเทือกเขา Alps โดยไม่มีการหยุดซ่อมแซมอีกเลย ทั้งๆ ที่ตลอดเวลาอุณหภูมิของน้ำมันเครื่องขึ้นถึง 140°ซ เมื่อใช้ Oil Cooler แล้ว อุณหภูมิปกติจะประมาณ 110°ซ เท่านั้น และภายหลังจากการแข่งสภาพเครื่องก็แสดงว่าสามารถใช้งานต่อไปได้อีก โดยไม่มีชิ้นส่วนใดเสียหายเลย ในการแข่งขันแรลลี่ระดับสำคัญๆ รถที่เข้าแข่งส่วนใหญ่ก็ใช้น้ำมันสังเคราะห์ เนื่องจากสามารถใช้ได้นานกว่า ไม่ต้องหยุดเปลี่ยนน้ำมันเครื่องบ่อยๆ ซึ่งเป็นการเสียเวลาด้วย

นอกจากนี้น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ยังถูกนำไปทดลองใช้กับรถที่ใช้งานหนักมาก และต่อเนื่องกัน เช่น รถแท็กซี่ รถตำรวจ ซึ่งใช้ในสภาวะต่างกันทั้งความเร็วสูงและความเร็วต่ำ  ทั้งเครื่องยนต์แก๊สโซลีนและเครื่องยนต์ดีเซลก็พบคุณสมบัติดีเลิศในการลดเขม่าและความสกปรกรวมทั้งเพิ่มอายุการใช้งาน ของเครื่องยนต์และลดการหยุดตรวจซ่อมแซมดูแลบ่อยๆ ด้วย

อย่างไรก็ดี เนื่องจากราคาที่สูงกว่าน้ำมันเครื่องธรรมดามากและกำลังอยู่ในขั้นทดลอง จึงทำให้น้ำมันเครื่องสังเคราะห์ยังไม่แพร่หลายทั่วไป ในอนาคตถ้าได้มีการพิสูจน์ว่าดีกว่าน้ำมันเครื่องธรรมดาโดยคุ้มกับราคาจริง ก็คงจะมีการใช้อย่างแพร่หลายขึ้น

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.