วิธีเลือกใช้น้ำมันเครื่องที่ถูกต้อง

Posted on : 06-11-2012 | By : Author | In : การดูแลรักษารถ

ในปัจจุบันนี้ เครื่องมือต่างๆ และเครื่องที่อาศัยการสันดาปภายใน (internal combustion engine) เช่น รถแทรกเตอร์ รถยนต์ต่างๆ ส่วนมากมีความจำเป็นที่จะต้องอาศัยการหล่อลื่น แต่การหล่อลื่นนั้นก็เป็นสิ่งที่ทำได้ค่อนข้างยาก  เนื่องจากอุณหภูมิสูง ช่วงของอุณหภูมิกว้าง เช่น ในรถยนต์ตอนเริ่มสตาร์ทอุณหภูมิของเครื่องจะต่ำ  ซึ่งทำให้น้ำมันเครื่องมีอุณหภูมิต่ำด้วย แต่พอทำงานไปได้สักครู่แล้วอุณหภูมิจะสูงขึ้นเรื่อยๆ ฉะนั้นจึงมีปัญหาว่าจะทำอย่างไรถึงจะเลือกใช้น้ำมันเครื่องให้เหมาะสมกับสภาพและลักษณะการใช้งานของเครื่องยนต์ได้ ที่จะกล่าวต่อไปนี้จะเป็นการอธิบายให้เข้าใจถึงความหมายของสัญญลักษณ์ของตัวเลขต่างๆ ที่บอกให้ทราบถึงคุณสมบัติและหน้าที่ของน้ำมันเครื่อง เพื่อให้เราได้นำไปใช้ในการพิจารณาเลือกให้เหมาะสมกับเครื่องยนต์แต่ละเครื่อง

น้ำมันหล่อลื่นที่ขายอยู่ตามท้องตลาด  ได้จากส่วนที่เหลือจากการสกัดน้ำมันออกจากน้ำมันดิบ  ซึ่งจะประกอบด้วยสารประกอบไอโดรคาร์บอนเป็นส่วนมาก และยังมีสารประกอบอื่นๆ อีกมากมายทั้งที่มีอยู่ในน้ำมันเองและที่เติมเพิ่มลงไปใหม่  โดยทั่วไปแล้วน้ำมันเครื่องจะต้องทำหน้าที่ดังนี้

1. ลดแรงเสียดทานระหว่างผิว(friction)

2. ป้องกันการสัมผัสของผิว (metal to metal contact)

3. ป้องกันการร้อนจัดเกินไป (overheating) ซึ่งอาจเกิดเนื่องจากการเสียดทานหรือการสันดาป

4. การป้องกันการสึกหรอ (wear)

5. ป้องกันการกัดกร่อน (corrosion)

6. ขจัดเขม่าต่างๆ (deposit)

7. ป้องกันการรั่วซึมระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ เช่นไม่ให้แก๊สรั่วจากห้องเผาไหม้ผ่านแหวนออกไปยังห้องเครื่อง

ที่กล่าวมาทั้ง 7 ข้อนี้เป็นหน้าที่ที่น้ำมันเครื่องจะต้องทำ  โดยที่จะทำได้ ก็ต้องอาศัยคุณสมบัติของน้ำมันเครื่องเอง ดังนั้นคุณสมบัติของน้ำมันเครื่องที่ดีเมื่อจะนำเอาไปใช้จะต้องมี

1. ความหนืด (viscosity) ที่เหมาะสมและคงที่

2. สามารถยึดติดกับผิววัตถุได้ (oiliness) ทำให้ลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ

3. ความเหนียวของฟิล์ม (film) สูง เพื่อป้องกันการสัมผัสของผิว (metal to metal contact)

4. ไม่กัดกร่อนส่วนใดๆ ของเครื่องยนต์

5. จุดเยือกแข็งต่ำ (low pour point) เพื่อน้ำมันเครื่องสามารถที่จะไหลได้ที่อุณหภูมิต่ำ

6. ตัวน้ำมันเครื่องเองจะไม่เป็นเขม่า (deposit) ได้ง่าย เมื่อรวมกับอากาศ น้ำ หรือน้ำมัน

7. สามารถทำความสะอาดเครื่องยนต์ได้ (cleaning ability)

8. สามารถขจัดสารอื่นๆ ภายในเครื่องยนต์ได้ (dispersing ability)

9. ไม่เป็นฟองได้ง่าย (non foaming characteristic)

10. ไม่ทำปฏิกิริยาหรือระเบิดง่าย และไม่เป็นพิษ

11. ราคาถูก

เมื่อเราทราบถึงหน้าที่และคุณสมบัติของน้ำมันเครื่องแล้ว ต่อไปก็จะถึงวิธีการเลือกน้ำมันเครื่องที่เหมาะสม จะมีปัญหาอยู่ 3 อย่างในการเลือกคือ

1. ความหนืดของน้ำมันเครื่อง (oil viscosity) แค่ไหนถึงจะพอดี

2. ชนิดของน้ำมันเครื่อง (oil type) ซึ่งแบ่งตาม API

3. ลักษณะการเอาไปใช้งาน

ก่อนที่จะกล่าวถึงรายละเอียดของแต่ละหัวข้อ ควรจะทราบถึงอักษรย่อต่างๆ ที่ใช้เกี่ยวข้องกับน้ำมันเครื่อง

API ย่อจาก American Petroleum Institue เป็นสถาบันที่ทำหน้าที่ค้นคว้า วิจัย และวางมาตรฐานเรื่องเกี่ยวกับน้ำมันต่างๆ ของประเทศอเมริกา

SAE ย่อจาก Society of Automotive Engineers เป็นสมาคมที่ค้นคว้า วิจัย และวางกฎเกณฑ์ มาตรฐานต่างๆ เกี่ยวกับรถยนต์ต่างๆ ของประเทศอเมริกา

ASTM ย่อจาก American Society for Test Material เป็นสมาคมที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับการทดสอบวัตถุต่างๆ ของอเมริกา

VI ย่อจาก Viscosity Index เป็นตัวชี้ว่าน้ำมันเครื่องชนิดนี้ความหนืดเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิอย่างไรบ้าง  ถ้าน้ำมันเครื่องที่มี VI มาก แสดงว่าความหนืดเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิน้อยกว่าน้ำมันเครื่องที่มี VI น้อย

ความหนืดของน้ำมันเครื่อง (Oil Viscosity)

      ความหนืด(viscosity) เป็นคำที่ใช้แสดงลักษณะการไหลของๆ เหลว หรืออาจหมายถึงการต้านทานการไหล น้ำมันเครื่องที่มีความหนืดต่ำจะไหลได้ง่ายเรียก light oil หรือ  thin oil ส่วนน้ำมันเครื่องที่มีความหนืดสูง เรียก heavy oil หรือ thick oil (ดูรูปที่ 1)

อุณหภูมิจะมีผลอย่างมากต่อความหนืดของน้ำมันสำหรับเบสออล์ย (base oil) ทั้งหมดความหนืดจะลดลง หรือน้ำมันจะใสขึ้นถ้าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น และจะยิ่งหนืดถ้าอุณหภูมิต่ำลง (ดังรูปที่ 2) ยิ่งกว่านั้นเราก็ทราบแล้วว่าในเครื่องยนต์ ช่วงของอุณหภูมิกว้างมาก เช่น ตอนสตาร์ทน้ำมันเครื่องอาจจะต่ำถึง 0°F หรือต่ำกว่า (บางประเทศป แต่พอทำงานไปได้สักครู่น้ำมันเครื่องที่ห้องเครื่องอาจมีอุณหภูมิถึง 180°F และที่เสื้อสูบอาจถึง 320°F ดังนั้นความหนืดจึงเปลี่ยนไปได้มาก ถ้าน้ำมันเครื่องหนืดไปก็จะทำให้กำลังจากเครื่องบางส่วนเสียไป เนื่องจากต้องมาเอาชนะความหนืดนี้  แต่ถ้าใสไปก็ทำให้เครื่องสึกหรอได้ง่ายเช่นกัน

Single Viscosity

SAE  ได้เป็นผู้วางมาตรฐานเกี่ยวกับการแบ่งความหนืดของน้ำมันเครื่องแต่ละชนิด  ถ้าตัวเลขยิ่งต่ำ ความหนืดก็จะน้อยกว่าพวกตัวเลขสูง ตัวอย่างน้ำมันเครื่องสองชนิดมี SAE 20 และ SAE 50 แสดงว่าน้ำมันเครื่องชนิดที่ SAE 50 มีความหนืดมากกว่าชนิด SAE 20 ที่ 210°F

น้ำมันเครื่องที่มีความหนืดต่ำกว่าเบอร์ที่แสดงไว้หลัง SAE จะตามด้วย W ซึ่งเป็นการแสดงการทดลองวัดความหนืดที่ 0°F (ในกรณีที่ไม่มี W จะทดลองที่ 210°F) ตัวอย่างน้ำมันเครื่องชนิด SAE 20 และ SAE 20 W แสดงว่าชนิด SAE 20 W จะมีความหนืดน้อยกว่าชนิด SAE 20 น้ำมันเครื่องชนิดที่มี W ตามท้ายมักจะใช้กับหน้าหนาว(winter) หรือที่อากาศเย็น ๆ เพื่อช่วยสตาร์ทตอนเครื่องเย็น

ตัวอย่างน้ำมันเครื่องชนิด Single Viscosity ที่มีใช้ในปัจจุบันได้แก่ SAE 5 W, SAE 10 W, SAE 20, SAE 20 W, SAE 30, SAE 40 และ SAE 50

Multi-Viscosity oils

น้ำมันเครื่องชนิด Multi-viscosity oils นี้ อุณหภูมิจะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความหนืดน้อยกว่าชนิด Single Viscosity oils ดังนั้นน้ำมันเครื่องชนิดนี้จึงสามารถใช้แทนชนิด Single Viscosity oils ได้ 4 ชนิด ดังรูปที่ 3

น้ำมันเครื่องชนิดนี้สามารถใช้ได้ดีที่อุณหภูมิสูงและต่ำ ตัวอย่าง เช่น น้ำมันเครื่อง SAE 10 W-30 หมายถึงว่าที่ 0°F น้ำมันเครื่องชนิดนี้จะมีหนืดเท่ากับน้ำมันเครื่องชนิด SAE 10 W แต่ที่ 210°F จะมีความหนืดเท่ากับน้ำมันเครื่องชนิด SAE 30 ดังนั้นจึงแสดงว่าชนิด SAE 10 W-30 สามารถใช้แทนน้ำมันเครื่องดังต่อไปนี้ได้ SAE 10 W, 20 W, 20 และ 30

เหตุที่น้ำมันเครื่องชนิด Multi-viscosity oils สามารถมีคุณสมบัติดังที่ได้กล่าวมาแล้วก้เพราะเติมสารประกอบบางอย่างลงไปเรียกว่า “viscosity Index Imrpover” หรือ VI Improver ซึ่งเป็นสารเคมีเรียกว่า Polymer โดยที่สารสังเคราะห์นี้จะเข้าไปรวมกับ (polymering) open-chain ของไฮโดรคาร์บอน เพื่อจะฟอร์มตัวเป็นโมเลกุลที่ยาวมาก และตราบใดที่น้ำมันเครื่องเย็นโมเลกุลที่ยาวนี้จะหดตัวรวมเป็นกลุ่มก้อน (ดังรูป 4 ก) ซึ่งทำให้น้ำมันเครื่องมีความหนืดต่ำ แต่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นโมเลกุลที่ยาวนี้จะคลายออก และไปปนกับโมเลกุลของน้ำมันเครื่อง  ซึ่งทำให้ความหนืดเพิ่มขึ้น (รูป 4 ข) และเมื่อยิ่งร้อนมากขึ้นโมเลกุลนี้ก็ยิ่งคลายออก (รูป 4 ค)

โมเลกุลน้ำมันเครื่อง

สำหรับกรณีที่อากาศร้อน ตอนสตาร์ทและตอนอุ่นเครื่องน้ำมันเครื่องชนิด Multity Viscosity oils จะมีผลน้อยมากหรือไม่มีเลยเมื่อเทียบกับ Single Viscosity oils จากการทดลองสำหรับกรณีน้ำมันเครื่องที่ใช้กับงานหนักมากๆ อุณหภูมิสูงและใช้ทำงานตลอดเวลา (continuous heavy duty high temperature) โมเลกุลที่ยาวของน้ำมันเครื่องชนิด Multi Viscosity oils มักจะขาด จึงอาจทำให้กินน้ำมันเครื่องมากขึ้น โดยเฉพาะเครื่องดีเซลเขม่าจะจับมากขึ้นกว่าการใช้น้ำมันเครื่องชนิด Single Viscosity oils และสำหรับกรณีที่นำ น้ำมันเครื่องสองชนิดที่เบอร์ต่างๆ กันมาผสมกัน ความหนืดของน้ำมันเครื่องที่ผสมนี้ต่ำกว่าค่าเฉลี่ยของเบอร์ และเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดก็จะเปลี่ยนได้ง่ายมากกว่า เช่น เอาชนิด SAE 30 และ SAE 50 มาผสมกันผลออกมาจะได้ชนิดที่มีคุณสมบัติแย่กว่า SAE 40

ชนิดของน้ำมัน-Oil Type (API engine service classification)

      นอกจากการเลือกความหนืดของน้ำมันเครื่องที่เหมาะสมแล้ว ยังจำเป็นต้องเลือกชนิดน้ำมันเครื่อง (หรือลักษณะของน้ำมันเครื่อง) ที่เหมาะสมด้วย เพื่อใช้กับเครื่องยนต์ในสภาพต่างๆ ดังนั้น API จึงได้แบ่งชนิดของน้ำมันเครื่อง เพื่อให้เหมาะสมกับสภาพที่ต้องการดังตารางที่ 1 ซึ่งเป็นการแบ่งแบบล่าสุด

เพื่อที่จะให้ได้น้ำมันเครื่องที่มีคุณสมบัติครบถ้วนตามที่แบ่ง จึงจำเป็นจะต้องเพิ่ม additive ลงไป โดยที่ additive นี้จะเป็นสารประกอบทางเคมี ซึ่งปกติมักไม่มีในน้ำมันปิโตเลี่ยม การที่เราเติมจะมีผลทำให้คุณสมบัติทางฟิสิกส์และทางเคมีดีขึ้น

Detergent-dispersants

Additive ชนิดนี้เป็นสารเคมีซึ่งจะทำหน้าที่ป้องกันและขจัดเขม่า  โดยที่จะเป็นสารประกอบประเภท metallic salt หรือ organic acid เช่น alkyl polyamides, metal sulfonates, alkyl P2 S5 product เป็นต้น

Dispersants จะเป็นตัวทำความสะอาดเครื่องยนต์ และ detergent จะทำให้สิ่งสกปรกแขวนอยู่ในน้ำมัน (ดังรูป 6)

Antioxidants and Corrosion inhibitor

      การเกิด oxidation ของน้ำมันเครื่องจะเป็นไปอย่างช้าๆ ถ้าอุณหภูมิยังต่ำกว่า 200°F แต่จะเพิ่มขึ้นเป็นแบบ exponential ถ้าอุณหภูมิสูงถึงค่าๆ หนึ่ง additive ชนิดนี้ จะทำหน้าที่หยุดหรือทำให้การกัดกร่อนและการเกิด oxidation ช้าลง ในกรณีที่เกิดการ oxidation จะทำให้เกิด vanishes sluge และกรดซึ่งสามารถกัดกร่อนชิ้นส่วนของเครื่องได้ vanishes และ sluge จะทำให้ความหนืดของน้ำมันเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้สมรรถภาพของเครื่องยนต์เสียไป (ดังรูป 7) ตัวอย่าง สารประกอบที่ใช้เป็น additive ชนิดนี้ เช่น zinc dithio phosphates, aromatic amines, metal phenolates

Rust inhibitor ป้องกันการเกิดสนิมของเหล็กที่ชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่อง สารประกอบประเภทนี้มักได้แก่ metal sulfonates, fatty acid และ amines

Anti-foam agent ป้องกันไม่ให้น้ำมันเครื่องเป็นฟองได้ง่าย สารประกอบพวกนี้ได้แก่ silicon polymers ซึ่งจะทำให้แรงตึงผิวลดลง จึงเกิดฟองขึ้นได้ยาก

Pour-point dispersant ทำให้จุดเยือกแข็งของน้ำมันเครื่องต่ำลง สารประกอบพวกนี้ได้แก่ Methaerylate polymers, alkylated naphthalene หรือ phenols

Anti-wear agent  ทำให้ผิวมัน แรงเสียดทานจะลดลงจึงสึกน้อยลง สารประกอบพวกนี้ได้แก่ zinc dithio phosphates organic phosphates เป็นต้น

ตารางที่ 2 เป็นการเปรียบเทียบการแบ่งแบบใหม่ซึ่งมีผลใช้ตั้งแต่ 1971 กับการแบ่งแบบเก่าๆ รวมทั้งการแบ่งโดยทางทหารกับผู้ผลิตรถ (Military and car manufacturer’s specification)

น้ำมันเครื่องชนิด SC จะเป็น SUP 1 หมด แต่ SUP 1 ไม่จำเป้นต้องเป็น SC หมด

น้ำมันเครื่องชนิด SD จะเป็นแบบใดแบบหนึ่งใน specs แต่ Military Specs ไม่จำเป็นต้องเป็น SD หมด

น้ำมันเครื่องชนิด Mil-L 46153 เป็น SE หมด แต่ SE ไม่จำเป็นต้องเป็น Mil-L 46153

น้ำมันเครื่องชนิดแบ่งแบบ Mil ทั้งหมดจะเป็น CD หมด แต่ CD ไม่จำเป็นต้องเป็น Mil-L 2104 C,

นอกจากโค๊ตของการแบ่งแบบ API ที่จะเจอบนกระป๋องน้ำมันเครื่องแล้ว ก็อาจจะเจอคำต่อไปนี้อีก WMeet and exceeds the requirements of MIL 2104 B, Exceeds new API service Classification CA, CB, CC and Former API service classifications DG ลแ DM” หรือ “Exceeds ASTM Sequence tests” เป็นต้น  โดยที่คำพวกนี้จะถูกเขียนเพิ่มลงไปโดยทางผู้ผลิต เมื่อเขาได้ทดสอบน้ำมันของเขาแล้ว

การแบ่งแบบ Military&car Manufacturer Specs เริ่มก่อนการแบ่งแบบ API แต่ขอให้เราพิจารณาการแบ่งแบบ API เพื่อตัดสินใจในการเลือกใช้น้ำมัน หรือถ้าบางยี่ห้อไม่บอกการแบ่งแบบใหม่ของ API ที่ใช้เทียบกับตารางที่ 2 แล้วไปดูตารางที่ 1 ก็ได้

สำหรับในตารางที่ 2 ช่วง 1952-70 กับ 1947-51 นั้นเป็นการแบ่งแบบเก่าของ API ซึ่งปัจจุบันเราอาจเจอบนกระป๋องน้ำมันเครื่องบางชนิด (ดังรูป 8)

ลักษณะการเอาไปใช้งาน

ในการเลือกใช้น้ำมันเครื่องเรายังต้องคำนึงถึงสภาพอากาศ(อุณหภูมิ) ด้วย เนื่องจากความหนืดของน้ำมันขึ้นกับอุณหภูมิ ดังนั้นในการเลือกใช้น้ำมัน เจ้าของเครื่องยนต์ควรจะใช้ตามคู่มือของเครื่องๆ นั้น ดังตัวอย่างซึ่งเอามาจากคู่มือรถต่อไปนี้

การเลือกใช้จะเป็นไปตามอุณหภูมิของอากาศ (ambinat temp)

 

Single Viscosity

Multi-Viscosity

Above 90°F SAE 30 SAE 20 W-50
32°F to 90°F SAE 20 W SAE 10 W-50
-10°F to 32°F SAE 10 W SAE 10 W-50
Below-10°F SAE 5 W SAE 5 w-40

จากตัวอย่างนี้ ถ้าเลือกใช้น้ำมันชนิด single-Viscosity oil ที่เบอร์ต่ำกว่าที่กล่าวไว้ ผลจะทำให้เกิดการสัมผัสกันระหว่างผิว (metal to metal contact) จะทำให้เครื่องสึกหรอได้เร็วมาก และกินน้ำมันเครื่องมากด้วย แต่ถ้าเบอร์สูงกว่าเครื่องยนต์ก็จะเสียกำลังมากเกินควร และจะสตาร์ทยากเมื่ออากาศเย็น

เหตุที่คู่มือรถแต่ละคันที่อุณหภูมิเดียวกัน แต่อาจบอกให้ใช้เบอร์น้ำมันเครื่องต่างกัน เพราะเหตุหลายประการ เช่น ระบบการหล่อลื่นอาจไม่เหมือนกัน clearance ของ moving parts และ load ของเครื่องยนต์ไม่เหมือนกัน

ตัวอย่าง 1 การเลือกใช้น้ำมันเครื่อง

1. สมมุติว่าท่านใช้รถภายในกรุงเทพฯ โดยไม่ได้บรรทุกของหนักมาก  ซึ่งสภาพการจราจรติดขัดทุกวัน จะเห็นว่ากรณีนี้เครื่องยนต์ช้าบ้างเร็วบ้าง เครื่องยนต์มักจะร้อน ดังนั้นน้ำมันที่ใช้ควรเป็นน้ำมันที่มีความหนืดค่อนข้างสูง อาจจะเลือกใช้น้ำมันเครื่องเบอร์ 40 หรือ 20W-50 ก็ได้

2. ถ้ารถบรรทุกของหนักมากๆ หยุด ดับๆ บ่อยมากเช่น รถใช้งานในงานยา ซึ่งมักทำที่อากาสร้อน ก็ควรใช้น้ำมันเครื่องที่มีความหนืดสูง และควรใช้เบอร์ 40 หรือ 50 มากกว่าเบอร์ 20 W-50 เพราะเบอร์ 20 W-50 โอกาสที่โมเลกุลขาดมีง่ายกว่า ทำให้คุณภาพน้ำมันเสื่อมเร็วกว่า

      ตัวอย่าง  2 จากกระป๋องน้ำมันเครื่องเชลล์ซูเปอร์ 20W-50

น้ำมันเครื่องเชลล์ซูเปอร์ 20W-50

รักษาคุณภาพเครื่องยนต์ได้ดีเลิศ

คุณภาพสูงกว่ามาตรฐาน

API/ASTM/SAE engine classifications

SE SD SC SB SA

CB DA

และ Mil-L 46152

หวังว่าท่านคงจะเข้าใจว่าตัวอย่าง 2 หมายถึงอย่างไร และเหมาะสมกับสภาพการใช้งานแค่ไหน เราอาจเลือกน้ำมันเครื่องที่ดีที่สุดมาใช้ก็ได้ แต่ก็ให้คำนึงถึงราคาด้วยว่าสูงมากแค่ไหน บางกรณีเราไม่ต้องการน้ำมันที่ดีมากมาใช้ก็อาจจะซื้อที่ถูกกว่ามาใช้ ซึ่งเป็นการประหยัดเงินที่ถูกวิธี

ที่มา: กนก  เดชาวาศน์

 

 

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.