いまさら聞けない(ちょっと高度な)エンジンオイルの話

エンジンの各部をめぐる液体であることから“エンジンの血液”とも称される潤滑油。定期的に交換するものとして、もっとも頻度の高い消耗品と言える。しかし、クルマ好きにとって馴染のあるエンジンオイルも少し突っ込んでみるとあんがい知らないことが多い。どうやって作られるのか? その種類は? 劣化はどうやって起こるのか? そんなエンジンオイルの謎について高性能エンジンオイルである「ルブロス」を展開する(有)ユーロリサーチ社代表の永野氏を招いて聞いてみた。

エンジンオイルってどうやってできる?

森田(以下、M):エンジンオイルって馴染のあるものですが、実際にどうやってできるのか? と言われたら答えられないんですよね。
永野さん(以下、N 敬称略):たしかにあらためて聞かれると答えられないかもしれないですね。エンジンオイルは、まず原油を大気圧より少し高い圧力をかける「常圧蒸留装置」で蒸留させ、異なる沸点を持つ留分に分離させます。このうち沸点の高い成分(常圧残油)を、今度は大気圧より低い圧力で蒸留する「減圧蒸留」にかけられ、そこで得られた留分を精製処理添加剤を調合して完成というのが大きな流れです。
M:沸点の高い成分というのは重油のことですか?
N:そうですね。重油の他にアスファルトやベースオイルも含まれます。
M:なるほど。で、その中のベースオイルを精製する、と。
N:そういうことです。

エンジンオイルを精製するって、どういうこと?

M:精製方法として図1には「溶剤抽出、溶剤脱ろう、水素化仕上げ、溶剤脱れき」とありますが、それぞれの工程はどんなことをしているんですか?
N:まず「溶剤抽出」でベースオイルの中の不安定な成分の除去と粘度指数の向上を図ります。その後の「溶剤脱ろう」で低温性能を改善。さらに「水素化仕上げ」で色相の改善、残留炭素分の減少、抗乳化性、酸化安定性などが高められます。
M:減圧蒸留されたすぐ後にある「溶剤脱れき」というのは何ですか?
N:これは減圧残油の中には減圧蒸留でも分離できなかった重質な潤滑油留分(ブライトストック)とアスファルト分が含まれているんですね。これを液化プロパンなどの溶剤を用いて抽出するのが「溶剤脱れき」。アスファルトはプロパンに溶けないので下に溜まり分離されます。

ベースオイル+添加剤=エンジンオイル

M:精製されたベースオイルに添加剤を調合するのが次の工程ですね。
N:そうです。ただ一口に添加剤と言ってもその種類はさまざまです。まずその作用別に区分してみましょう。

(1)性能助長作用
ベースオイルが本来持っている性能をさらに高める効果を持ちます。
・摩擦低減剤
・粘度指数向上剤 など

(2)性能付加作用
ベースオイルが保有しない性能を付加するものです。
・清浄分散剤
・乳化剤 など

(3)潤滑油保護作用
ベースオイルが保有する能力や効果が使用中に劣化・消耗するのを防ぎ、長期間安定した使用効果を持続させるものです。
・酸化防止剤 など

M:なるほど。添加剤を加えることによって、ベースオイルの性能を向上させるだけでなく、ベースオイルにない性能も付加することができるんですね。
N:ベースオイルに添加剤が調合されることによって、はじめてクルマの使用に耐え得るものができるわけです。つまり「ベースオイル+添加剤=エンジンオイル」ということになりますね。

ベースオイルは3種類に分類される

M:ベースオイルについてですが、一般的に「鉱物油、部分合成油、化学合成油」という分類があり、これは多くの方がよく知っている言葉だと思います。
N:鉱物油(ミネラル)は分子量などを厳密に揃えることができませんが、安価に製造できるベースオイルです。このベースオイルは中東の原油を原料とする「パラフィン系」と中米やオセアニアで生産される「ナフテン系」の2種類があって、現在ほとんどのベースオイルがパラフィン系のものを使用しています。
部分合成油(シンセティックブレンド)は、その名の通り鉱物油に化学合成油を混ぜ、品質を高めたものです。ただ日本では、合成油の配合率について規定がなく、表示義務もないんです。だから極端な話、鉱物油に1%でも合成油が入っていれば部分合成油と名乗れるわけです。その辺は非常にあいまいですね。
化学合成油(シンセティック)は、ベースオイルの成分や分子量が一定で、製造コストは高いけど、性状を自由に設定でき、せん断安定性にも優れています。
このように3種類に分けられますが、皆さんが使うのは化学合成油がほとんどでしょう。
M:せん断安定性の「せん断」とはどういう意味ですか?
N:たとえば豚肉の塊があるとします。この塊を分子だと思ってください。それを包丁叩いていくと、だんだん小さな肉片になっていきますよね。で、最後はミンチ状態になる。つまり最初の肉の塊は硬くて弾力がありますが、ミンチになるとやわらかく弾力が失われます。これが「せん断」です。豚肉をエンジンオイルに置き換えても同様のことが言えます。
M:なるほど。では、せん断安定性とは粘度低下に対する抗性のような意味でしょうか?
N:そうですね。

化学合成油の中でも3つの種類に分かれる

M:化学合成油の中にも分類があるんですか?
N:あります。アメリカ石油協会(American Petroleum Institute 通称API)によって定められた5つのグループがあり、化学合成油はそのうちのⅢ~Ⅴに該当します。数が大きいほど総合性能が優れている証です。
M:グループⅢは?
N:「VHVI(Very High Viscosity Index)」です。超高粘度指数と訳せるでしょうか。ただ、このVHVIの分類は微妙で鉱物油とも化学合成油とも取れるあいまいなものなんですね。というのは、VHVIは鉱物油に水素化精製処理を施したもので、ベースは鉱物油なんです。しかし性能面で見ると、分子構造が均一で不純物が少なく、化学合成油に匹敵するほどの品質を持つので、化学合成油と言っても間違いではない。VHVIをベースオイルにしたエンジンオイルは、高温時と低温時の粘度差が出にくいのが特徴で、純粋な鉱物油や部分合成油よりも1~2ランク上の性能を持っています。
M:性能面で見れば化学合成油に分類してもおかしくないということですね。
N:そういうことです。ちなみにルブロスのオイルでは「Gスペック」に該当します。
M:グループⅣは?
N:「PAO(Poly-α-Olefin)」です。合成炭化水素と呼ぶこともあります。エチレンから製造される「α-オレフィン」を原料にし、重合反応と水素化処理によって精製されます。粘度指数が高く、高温時においてはVHVIよりも厚い油膜を保持することが可能です。ワックス分を含まないことから低温粘度特性にも優れ、低温時の始動性向上や暖気時間の短縮、省燃費性能に利点があります。また添加剤の添加効果も高いと言われ、ある公的機関で行われた酸化防止剤の添加テストにおいては、鉱物油に比べて添加効果が2倍になるという報告もされているほどです。
M:ルブロスのラインナップでは「Rスペック」がそれですね。
N:はい。「Rスペック」はPAOと次に述べるエステルがベースオイルになっていますね。
ちょっと話はそれますが、一般的な鉱物油や部分合成油の場合、5w-30のオイルを作るとき、5wのベースオイルに30番相当のポリマーを加えてマルチグレードにするのですが(図2)、このようなオイルの場合、高温・高負荷がかかるとベースオイルよりも先にポリマーがせん断されて劣化してしまうんです。そうなるとオイルの粘度は5wに近づき、油圧低下や油温上昇などを引き起こしてしまいます。でもRスペックはポリマーを含まないノンポリマーオイル。ベースオイル自体がポリマー的な役割を担っているので、ポリマーのように簡単にせん断されず、粘度低下も引き起こしにくいんです。
M:鉱物油系に比べて劣化する添加剤が少ないので、高温時・高負荷時でも性能が安定し、耐久性も増すんですね。さて、いよいよトップグループのグループⅤですが。
N:グループⅤはエステル(コンプレックスエステル)です。エステルは有機酸とアルコールが反応してでき、その原料は原油、植物油、動物油脂から抽出されます。エステル系のベースオイルは分子構造にマイナス極性の酸素分子を持つため、金属の摺動面に付着する性質があります。エステルはもともとジェットエンジンの潤滑剤として作られた経緯を持ちます。熱安定性と化学安定性が高いので低粘度のベースオイルを使用できるだけでなく、低粘度でも摩擦を下げてくれるので馬力損失を少なくできるんですね。反面、デメリットもあります。特定のゴム製オイルシールを膨張させる傾向があり、オイル漏れを誘発させる懸念があること。そして自らの性質で水分を呼び込み、分解してしまうことです。ただ現在では、これらの欠点を補うために数種類のエステルを組み合わせることでコンプレックス化し、克服しています。
M:ジェットエンジン用に開発されたエンジンオイルですから、高性能なんですね。
N:そうですね。先述した電気的な付着の話ですが、一般的なエンジンオイルは通常6時間くらいでピストンやシリンダーから流れ落ちてしまいます。しかしエステルがあると薄く均一な被膜が付着したままなので、金属の直接接触をある程度避けられるんですね。
M:ドライスタートでエンジンにダメージを与えにくくするわけですね。あまりクルマに乗らない人にこそ、おすすめですね。
N:はい。その他にもエステルは熱安定性、化学的安定性に優れるばかりか、せん断安定性、低温流動性、揮発防止性、清浄分散性など数々のメリットがあります。
M:それってこれまでのエンジンオイルでは添加剤で補っていた性能ですよね。ベースオイルの実力が高いということは、PAOよりも添加剤依存率が低いということですか?
N:その通りです。だからエステルは最高レベルのグループⅤなんですよ。
M:VHVI、PAO、エステルの3種類それぞれの特性はよく分かったのですが、問題はこれらの種類がエンジンオイルのパッケージなどに明記されていませんよね?
N:されてませんねぇ。
M:書いておいてくれればエンジンオイルを選ぶ目安になると思うのですが……。なぜ書かれてないんでしょうか?
N:そ、それは……。エステルが最高峰だからじゃないでしょうか。
M:つまりVHVIと書いてしまうと、性能の低いエンジンオイルであることを露呈してしまうから、ということですか?
N:断言はできませんが、おそらく。あ、ちなみにルブロスのエンジンオイルは明記してますのでご安心を(笑)。

オイルの劣化はどう進む?

M:化学合成オイルの種類はよく分かりました。次はエンジンオイルの劣化の話題にいきたいと思います。まずエンジンオイルの劣化はなぜ起こるんでしょうか?
N:簡単に言うとエンジン内の機械的な圧力によって、エンジンオイルに含まれる粘度指数向上剤(ポリマー)がせん断されて、分子がどんどん細かくなっていきます。これを「物理的劣化」と言います。
M:ベースオイルも同時にせん断されますよね?
N:はい。ただPAOのところで述べたとおり、ベースオイルは機械的なせん断を受けても分子が切断されて粘度が低下することはほとんどありません。まずポリマーがせん断されて、油温の上昇や油圧の低下が起こるんです。そのまま放っておくと、エンジンオイルはシャバシャバになりますね。
酸素もエンジンオイルを劣化させる原因です。いわゆる「酸化劣化」と呼ばれるものですね。酸化の連鎖反応は酸化防止剤である程度遅らせることができますが、限度を超えて酸化してしまったオイルは外気の水分を取り込みやすくなり、乳化しやすくなります。さらに熱による「熱劣化」もあります。酸化劣化によって発生した水分やカーボンが熱によって重合し、分子が大きくなっていきます。分子の重合が一定以上の大きさになるとオイルの分散性の限界を超え、液体から固形物になります。これがスラッジと呼ばれるものです。粘度低下とともにスラッジの発生と堆積が進むとワニス化し、ドロドロの状態に。もうここまでくるとオイルじゃないですね。
M:物理的劣化や酸化劣化は添加物である程度抑えられそうですが、熱劣化は無理ですかね?
N:熱劣化を抑えることはいまのところ不可能でしょう。それぞれの劣化は単体で起こるのではなく、物理的劣化、酸化劣化、熱劣化がいっしょになって進んでいくので、添加剤で防ぐという考え方よりも、エンジンオイル自体を交換したほうが手っ取り早いですよ。

ルブロスのオイルは、ここがスゴイ。

M:ちょっと気になったんですが、ルブロスのエンジンオイルで謳われている「ナノパフォーマ」ってどういう意味ですか?
N:お、いい質問ですねぇ。これは独自の技術で製造段階のオイルに加工し、通常のオイル精製技術だけでは達成困難な性能を得たベースオイルなんです。なので正式には「ナノパフォーマベースオイル」ってことですね。
M:それはどんな性能なんですか?
N:まず油温が安定・低下します。オイル自体のさらなる高分子化によってオイル分子同士の動きがスムーズになり、フリクションが低減。オイル同士または金属との摩擦による熱の発生を抑えることができます。またさらなる不純物の排除に努めることで泡の発生を減少させ、エンジンオイルの熱伝導率を高めています。吸熱性も良いので暖気時間も短くなりますね。
M:僕は今回、Gスペックを入れさせてもらったのですが、エンジンが軽やかに回るようになりました。あといちばん大きかったのは、エンジンノイズが減ったことです。
N:それもオイル自体がより高分子化されたことによる効果ですね。これによって金属同士の隙間がまんべんなく埋まり、メタルまわりやピストンリンク周辺のフリクションが低減します。フリクションが減るということは、当然ノイズの発生も抑えられるわけです。
M:なるほど。納得です。
N:まだありますよ。オイル自体のさらなる高分子化に加え、分子間の結合力も増しています。これによってピストンリング周辺の密閉力が高まり、低中速のパワー&トルクが向上します。良好な燃焼を促しますので、ブローバイガスや有害な排ガスも減らすことができるんですよ。
M:いいことだらけじゃないですか!
N:はい。だから皆さん、ルブロスのオイルを入れてみてくださいね(笑)。

おまけ オイル上がり、オイル下がりってなに?

M:せっかくなんでもうひとつお聞きしていいですか?
N:はい。なんでしょう。
M:オイル上がりとか、オイル下がりって言葉がありますよね。なんかこれをしれーっと使っているとエンジンオイルに精通してる人みたいでかっこいいんですが……。じつはよく分かってないんですよね。
N:ああ、なるほどね。オイル上がりっていうのは、ピストンクリアランスが広いエンジンに対し、極端に低粘度なエンジンオイルを使用したり、ピストンリングが摩耗していたりするときに起こる現象です。つまりピストンリングとシリンダ内壁の密閉性が弱いので、エンジンオイルがクランク室から燃焼室まで上がってきてしまい、混合気といっしょにオイルも燃やしてしまうことになるわけです。そうなると排気ガスからオイルの焼けた臭いがして白煙が出ますね。エンジンオイルも燃えているので、プラグにカーボンが付着したり、エンジンオイルがいつもより早く黒くなるなどの症状も現れます。
M:オイル下がりは?
N:オイル下がりは、ヘッドからエンジンオイルが下がっていき、混合気といっしょに燃焼されている状態です。つまりヘッドのバルブオイルシールが抜けて、エンジンオイルがバルブのシャフトとバルブガイドの隙間からポートに侵入し、燃焼室に入って燃えるわけです。症状としてはオイル上がりもオイル下がりもオイルを燃やしていることに変わりはないので、白煙が出ますね。エンジン始動時のみ白煙を吐くようならオイル下がりの可能性があるので、ヘッドのオーバーホールをするのがおすすめです。
M:エンジンオイルを変えることで防ぐことはできますか?
N:オイル上がりの場合、軽微なものであればエンジンオイルを少し硬めのものに交換したり、添加剤で防ぐことができるかもしれません。ただ根本的な解決にはなりませんけどね。このような状態にならないためにも、適正粘度のエンジンオイルを入れることと、早めの交換が大切です。特にサーキットを走る機会が多い方は、指定基準粘度よりも少し硬めのものをはじめから入れておいたほうがいいですよ。低粘度のエンジンオイルはいかにもフリクションロスが少なそうで、エンジンもよく回るイメージがあると思いますが、油温上昇時にオイル上がりを起しやすいので注意が必要です。
M:なるほど。いろいろと貴重な情報、ありがとうございました。

TEXT/Morita Eiichi

最後にスズキさんからお知らせ

ルブロス(有限会社ユーロリサーチ)さんから、今をときめく燃料添加剤「TopLube1000」の試供品を相当数いただきました。抽選先着あるだけ、プレゼントいたします。下記応募方法に従ってご応募下さい。
(あんま来るとメール便送料シンドイので、適宜でいいです。イラナイ方は只だからって興味がない、使わないなら、よしといてね。)
試供品は小容量ですが、市販品と同一です。ご使用の際は、中蓋(ノズル)を外して、燃料約10Lあたり約10ccの割合で添加してください。詳しくはこちらをご参照下さい。
http://www.reno-auto.net/wp/archives/5002

■応募方法
下部コメント欄に、お名前(偽名可)、メールアドレスをご入力の上、ご意見ご感想文句叱咤激励只ならクレクレその他諸々お書き込み下さい(コメントの構造上、応募した旨が後日か即日表示(晒)されます。ご了承下さい)。内容を精査の上、RENOスズキより、ご住所をお名前をお伺いするメールが届きます。そのメールにご住所お名前をご返信いただければ、応募完了です。お返事頂いた順に抽選先着あるだけでメール便にて発送させていただきます。

■当選発表
商品の到着を以て発表とかえさせていただきます(お好みでResponse頂いて自ら発表してインプレッションを頂いても頂かなくても構いません)。なお、いただいたご住所、お名前、メールアドレスは双方に必要がある用事があるときにしか使用しません。

試供品終了を持って、終了しました。

Share

32 Responses to “いまさら聞けない(ちょっと高度な)エンジンオイルの話”

  1. あ、ご送付先は、スイマセン、メール便の届く範囲内にしてください。(汗)
    あーんど、ハズいほど簡易包装です。ご了承下さい。(滝汗)

    と、魚青移転の関係で、trz-xxさん、さとうさんのコメントが消えちゃいました。ごめんなさい。
    お二方には別途メール差し上げておきマスです。

  2. さとぅ2 より:

    いつもブログ拝見しております。初めてのコメントで恐縮です。

    前回のクルマ選択話は、自分自身、身につまされるものがありつつ、実際の検討プロセスが垣間見れてとても参考になりました。また、ああしたテーマも読んでみたいです。

    Toplub 1000プレゼント希望致します。宜しくお願い致します。

    • ありがとうございます。
      ネタはまたmoritaさんとネタくりしておきますです。

      別途ご案内差し上げますですー。

    • 先ほどメール便発送いたしましたですー。

      • さとぅ2 より:

        ありがとうございます!昨日頂きました。
        早速試してみようと思います。

        • 是非是非。
          小排気量のクルマは違いがわかりやすいと思いますよぅ。

          • さとぅ2 より:

            遅ればせながら、ルーテシア2の1.2Lで試してみた感想などご報告です。

            入れた後、アクセルに対するレスポンスがよりダイレクトになった感じがします。踏み込むとすぐにパワーが出る感じです。
            (印象で言うと、アクセル踏んだ時、今までは空気のようにどこかに漏れてたパワーが、漏れずに全て駆動につながっている感じです)

            我が家は1.2Lながらフル乗車(4名)が多いので、走りだし時にもたつくことが多かったのですが、大分、後続車を気にせずに流れに乗れるようになりました。

            街乗りでの燃費も結果的に1割~よくなっているような感じです(もうちょっと長く乗って評価するのがよいのでしょうけれど)。

            製品版をもうちょっと使ってみたいので、別途フォームよりご相談差し上げます。

          • ありがとうございます。
            なにげにリピート率の高いTopLube1000、です。

            別便でご案内差し上げマスでスー。

  3. Rip Curl より:

    有用な情報、いつも楽しみにしています。

    5月の話、最近の1.2リッターN/Aってどう?は全く共感します。何の縁か1.2リットルN/AのクリオⅢを足にしていますが、運転が楽しくて。。。。。

    TopLube1000試してみたいので、応募させていただきました。

    • ありがとうございます。明日メール差し上げますです。

    • 先ほどメール便発送させていただきましたですー。

      • Rip Curl より:

        年末の給油時に入れました。すごい!トルクやパワーの体感はいつも通り、「頑張って」ですが,加速感に差が。もちろんターボみたいにすっ飛びませんが、小排気量NAエンジンとしては優秀。ありがとうございました。

  4. @ztapiokapan より:

    赤いシロップ、下さい

    • 別途ご案内差し上げますー。ありがとうございますー。

      • じゃすとなう出荷なーぅ。
        ありがとうございました。

        • @ztapiokapan より:

          12/19 08時にポストに入っている事に気付きました。
          ありがとうございました。

          • メール便はポスト入れてっちゃいますからねぇ。
            ありがとうございますぅ。

  5. piro より:

    赤シロップ、く~ださい!!

  6. LUBROsseur より:

    嫁—-っ!!じゃなく、今まで噛み砕いて表現できなかったこの世界を、素晴らしく絶妙に表現していただいています☆今一度読みかえしてみてくださいmase。

  7. ダイヤモンドマジック より:

     エンジンオイルの極圧効果は腐食の問題との戦いだった。色々なイオウ、リン、塩素の化合物が添加されてきたが駄目だった。それを解決したのがなんとオイルではなく日立金属の自己潤滑性工具鋼、S-MAGICだ。この中には鉄鋼材料最多ともいえる11元素種が添加され(作用に及ぼさない元素はもっとあるが)魅惑の材料性能を発揮している。これで出来た部品は、極秘だがヤマハのエンジンに搭載されているらしい。

  8. 金型屋 より:

    最近はS-MAGICって鋼材が出現して、完璧な極圧効果を実現しているエンジンがスズキあたりから出ているらしいね。

    • えーすいません、スパムと判断されて削除されそうになってました。(汗)
      でも、鉄と鉄が擦り合わさるに於かれまして、より優れた新技術新材質はあるでしょうが、完璧って言うのは早いんじゃないのかなぁ?
      その辺は本職じゃないので、よくわかんないんですけども。

  9. 植物油屋 より:

    そのあたりは極圧添加剤といわれるジャンルで短期性能は上がるが長期性能としてみると、、今までは腐食の問題なんかであまりうまくいっていなかった。しかし日本トライボロジー学会の予稿集を読むとそれをクリアーすることを合金技術で出来たのがS-MAGICではないかい?

    • 私は作る側のヒトじゃないので、そこまではしらんのですよ。もしS-Magicというのが使われてたとしても、確認する体感する術はないだろうし、相応の油は要るだろうし、じゃないかなぁ?

Leave a Reply