机油

1866年9月6日，美国人约翰·埃利斯创立了Continuous Oil Refining公司。在研究原油可能的治疗功效时，埃利斯博士失望地发现没有真正的药用价值，但对其潜在的润滑性能很感兴趣。他最终放弃了医疗实践，致力于为蒸汽机开发全石油、高粘度润滑剂——采用的是石油和动植物脂肪的低效组合。他在开发一种在高温下有效工作的石油时取得了突破，解决了阀门粘结、钢瓶腐蚀和密封件泄露等问题。

机油是内燃机中使用的润滑剂，为汽车、摩托车、割草机、内燃机发电机和许多其他机器提供动力。在发动机中，有些部件会彼此相对运动，摩擦会将动能转化为热能，从而浪费掉原本有用的动力，还会磨损这些零件，这可能导致发动机效率降低和退化。这增加了燃油消耗，降低了功率输出，并可能导致发动机故障。

润滑油在相邻运动部件的表面之间形成一层隔离膜，以减少它们之间的直接接触，减少摩擦产生的热量，减少磨损，从而保护发动机。在使用中，机油在流经发动机时通过热传导传递热量。^[3]在配有循环油泵的发动机中，空气流通过机油冷却器和曲轴箱通风（PCV）系统排出的机油气体，热量通过气流传递到外表面。但是现代循环泵通常设置在客车和其他类似或更大尺寸的发动机中，全损耗加油仍是小型和微型发动机的一种较常见的设计选择。

在汽油发动机中，顶部活塞环会使机油暴露在160摄氏度(320华氏度)的温度下。在柴油发动机中，顶环会使机油暴露在315摄氏度(600华氏度)以上的温度下。粘度指数较高的机油在较高的温度下会变稀薄。

给金属零件涂上油也能防止它们暴露在氧气中，抑制高温下的氧化，防止生锈或腐蚀。腐蚀抑制剂也可以添加到机油中。许多机油还添加了清洁剂和分散剂，有助于保持发动机清洁，最大限度地减少油泥堆积。这种油能够捕获燃烧产生的烟灰，不让烟灰沉积在内表面。正是这种油和燃烧后的灰烬混合，可以在运行后将废油变黑。

金属发动机零件间的摩擦不可避免地会因表面磨损而产生一些微小的金属颗粒。这种颗粒会在油中循环，并对运动部件进行研磨，导致磨损。因为颗粒在油中会积聚，所以通常会通过机油滤清器循环来去除有害颗粒。油泵是由发动机驱动的叶片泵或齿轮泵，将机油泵送至整个发动机，包括机油滤清器。机油滤清器可以是全流式或旁通式。

在汽车发动机的曲轴箱中，机油润滑曲轴轴颈轴承(主轴承和大端轴承)和连接活塞和曲轴的连杆之间的旋转或滑动表面。机油收集在曲轴箱底部的油盘中。在一些小型发动机中，如割草机发动机，连杆底部的铲斗浸入底部的油中，并根据需要将油喷溅到曲轴箱周围，以润滑内部零件。在现代汽车发动机中，油泵从油底壳中抽取机油，并通过机油滤清器将其输送到油道中，机油从该油道中润滑将曲轴向上保持在主轴颈上的主轴承和操作阀门的凸轮轴轴承。在典型的现代车辆中，从油道通过压力供给到主轴承的油进入曲轴主轴颈的孔中。机油从主轴颈上的这些孔中进入且穿过曲轴内部的通道，从连杆轴颈上的孔流出，以润滑连杆轴承和连杆。一些更简单的设计依赖于这些快速移动的部件来喷溅机油以润滑活塞环和气缸内表面之间的接触面。但是，在现代设计中，还存在穿过杆的通道，其将油从杆轴承输送到杆-活塞连接件，并润滑活塞环和气缸的内表面之间的接触面。该油膜还用作活塞环和气缸壁之间的密封，将气缸盖中的燃烧室与曲轴箱分开。最后这些机油滴回油盘中。^[4][5]

机油也可以用作冷却剂。在一些结构中，油通过曲轴箱内的喷嘴喷射到活塞上，用以冷却经受高温应变的特定零件。另一方面，必须填充油池的热容量，即油必须达到其设计温度范围，才能在高负载下保护发动机。这通常比将主冷却剂（水或其混合物）加热到其工作温度需要更长的时间。为了告知驾驶员机油温度，一些较旧且性能最高的发动机或赛车发动机配备了机油温度计。

其中一个代表是用于四冲程或者四循环内燃机的润滑油，例如用于便携式发电机和手推式割草机的润滑油。另一个代表是二冲程机油，用于润滑吹雪机、链锯、模型飞机、汽油动力园艺设备如树篱修剪机、吹叶机和土壤耕作机中的二冲程或双循环内燃机。通常，这些电机不像车辆那样在较宽的工作温度范围内运行，因此这些油可以是单一粘度的油。

在小型二冲程发动机中，机油可以与汽油或燃料预混合，通常以25∶1、40∶1或50∶1的富汽油∶机油比混合，并在使用中与汽油一起燃烧。船只和摩托车中使用的较大二冲程发动机可能具有更经济的喷油系统，而不是预先将汽油和机油混合起来。喷油系统不适用于小型发动机，如吹雪机和拖行马达，因为喷油系统对小型发动机来说太贵，会占用设备太多空间。油的性质将根据这些装置的个别需要而变化。无烟二冲程油由酯类化合物或聚乙二醇组成。特别是在欧洲，环境立法鼓励海洋上休闲游艇使用酯基双循环油。

大多数机油都是由原油中较重、较粘的石油烃基基础油制成，并添加助剂以改善某些性能。大部分典型的机油主要由每个分子含18至34个碳原子的碳氢化合物组成。^[6]机油在运动部件之间保持润滑膜的最重要特性之一是其粘度。液体的粘度可以被认为是其“厚度”或其流动阻力的量度。粘度必须足够高以保持润滑膜，但又足够低以使机油在所有条件下都能在发动机零件周围流动。粘度指数是油的粘度随温度变化的程度。较高的粘度指数表明粘度随温度的变化较小。

机油必须能够在预期的最低温度下充分流动，以便在发动机起动时尽量减少运动部件之间的金属间接触。倾点首先定义了机油的这一性质，对于给定应用，美国材料试验标准D97将其定义为“...其效用的最低温度的指数……”，但冷起动模拟器(CCS，见美国材料试验学会D5293-08)和微型旋转粘度计(MRV，见美国材料试验学会D382902(2007)，美国材料试验学会D4684-08)）是当今测定机油特性的规格所需，并且它们定义了SAE分类。

机油主要由碳氢化合物组成，如果被点燃则会燃烧。机油的另一个重要性质是它的闪点，即机油逸出的蒸汽可被点燃的最低温度。发动机中的机油被点燃并燃烧是很危险的，因此机油需要拥有高闪点。在炼油厂，利用分馏将机油馏分与其他原油馏分分离，除去挥发性较高的组分，从而提高油的闪点(降低其燃烧倾向)。

机油的另一个可调控的性质是其总碱值(TBN)，它是对油的储备碱度的量度，意味着其中和酸的能力。所得量以毫克氢氧化钾/(克润滑剂)表示。类似地，总酸值是润滑剂酸度的量度。其他测试包括锌、磷或硫含量，以及过度发泡测试。

诺克挥发性试验(美国材料试验标准D-5800)用来测定润滑剂在高温应用中的物理蒸发损失。最大允许蒸发损失为14%，以满足美国石油学会SL和ILSAC GF-3规范。一些汽车原始设备制造商的机油规格要求最大允许蒸发损失低于10%。

汽车工程师协会(SAE)已经建立了一个数字代码系统，用于根据机油的粘度特性对机油进行分级。最初的粘度等级都是单一等级，例如典型的发动机机油是SAE 30。这是因为所有的机油加热时都会变稀薄，所以为了在工作温度下获得合适的膜厚，石油制造商需要从稠油开始。这意味着在寒冷的天气里因为油太稠而很难启动发动机。但是，引入了油添加剂技术，能够使油更慢变稀薄 (即保持更高的粘度指数)；这允许从选择较稀的油开始，例如“SAE 15W-30”，这是一种在低温下性能与SAE 15类似(冬季为15W)，在100℃下性能与(212℉)  SAE 30类似的产品。

因此，有一套测量低温性能的指标(0W、5W、10W、15W和20W)。另一组测量指标是针对高温性能(8、12、16、20、30、40、50)。SAE J300文件定义了与这些等级相关的粘度指标。

通过测量标准量的油在标准温度下流经标准节流孔所需的时间来对运动粘度进行分级。所需的时间越长，粘度越高，因此SEA代码越大。数字越大越粘稠。

SAE具有独立的齿轮、轴和手动变速器油粘度评级系统——SAE J306，不能与发动机油粘度评级系统混淆。较大数值的齿轮油(例如75W-140)并不意味着它比发动机油具有更高的粘度。预计会有新的粘度等级更低的发动机机油，为了避免与“冬季”机油等级混淆，SAE采用SAE 16作为标准，以遵循SAE 20而不是SAE 15。关于该变化，SAE国际机油粘度分类(EOVC)工作组主席路博润的迈克尔·科维奇说，“如果我们从SEA20到SEA 15再到SEA 10继续减小数字下去的话，我们的客户将会面临混淆的问题，如SAE 10W、SAE 5W和SAE 0W等目前流行的低温粘度等级，”他指出，“我们将选择新的粘度等级并将其命名为SAE 16，为未来的等级体系开创先河，从原来的每次递减5个数改为每次递减4个数，例如SAE 12，SAE 8，SAE 4。”^[7]

5.1 单级

SAE J300定义的单级发动机机油不能使用聚合粘度指数改进添加剂 (ⅶ，也是粘度调节剂，VM)。SAE J300已经建立了11个粘度等级，其中6个是冬季等级，并被赋予了W标记。这11种粘度等级分别为0W、5W、10W、15W、20W、25W、20、30、40、50和60。这些数字通常被称为机油的“重量”，单级机油通常被称为“直重”机油。

对于冬季的单级机油，在J300中规定，根据其粘度等级，使用两种不同的测试方法（分别是冷起动模拟器(美国材料试验学会D5293)和微型旋转粘度计(美国材料试验学会D4684)）在不同的低温下测量动态粘度，单位为mPa·s，或者是同等的旧的非国际单位制单位——厘泊(缩写为cP)。根据机油能够通过测试的最冷温度，将其分级为SAE粘度等级0W、5W、10W、15W、20W或25W。粘度等级越低，机油可以通过的测试温度越低。例如，如果一种机油符合10W和5W的规格，但在0W下不合格，则该机油必须标记为SAE 5W而不能标记为0W或10W。

对于非冬季的单级机油，运动粘度是在100°C(212°F)的温度下测量的，单位为mm²/s(平方毫米每秒)或同等的旧的非国际单位制单位厘沲(缩写为cSt)。根据机油在该温度下的粘度范围，机油的分级为SAE粘度等级20、30、40、50或60。此外，对于SAE等级20、30和40，还需要在150℃(302℉)和高剪切速率下测量最小粘度。粘度越高，安全粘度等级越高。

5.2 多级

在大多数车辆中，机油的工作温度范围会很宽，从冬季车辆启动前的低温到炎热的夏季车辆完全预热时的较高工作温度。机油在冷却时粘度较高，在发动机工作温度下粘度较低。大多数单级机油在极端温度之间的粘度差异太大。为了使粘度的差异更小，特殊的聚合物添加剂（称为粘度指数改进剂，或VIIs）被添加到机油中。这些添加剂使得机油成为多级机油，但是不使用VIIs也可以得到多级机油。这样做的想法是使多级机油在冷时具有基础粘度，在热时具有二级粘度。这使得一种机油可以全年使用。事实上，当多级机油刚开发出来时，它们经常被称为全季节油。多级机油的粘度仍然随温度呈对数变化，但是表示温度变化的斜率减小了。表示温度变化的斜率取决于基础机油添加剂的性质和数量。

SAE对多级机油的命名包括两个粘度等级；例如，10W-30表示普通的多级机油。第一个数字“10W”是在低温下具有该机油粘度的单级机油的等效等级，第二个数字是描述其在100℃(212℉)下的等效单级机油的粘度等级。请注意，这两个数字都是等级，而不是粘度值。所用的两个数字是通过SAE J300单独定义的单级机油。因此，标记为10W-30的油必须分别通过10W和30的SAE J300粘度等级要求和对该粘度等级的所有限制(例如，10W-30油必须在5W时不符合J300要求)。此外，如果一种机油不含任何VIIs，并且可以通过多级测试，则该机油可以用两种SAE粘度等级中的任何一种来标记。例如，一种非常简单的多级机油是20W-20，它可以很容易地用现代基础机油制造而不需要VII。这种油可以标记为20W-20、20W或20。注意，如果使用了任何VIIs，那么该机油不能被标记为单一等级。

VIIs在剪切下的故障是摩托车使用中的一个问题。在摩托车中，变速器可能与电机共享润滑油。因此，有时推荐使用合成油或摩托车专用油。也有消费者组织对高价摩托车专用油的必要性提出了疑问。^[8]

6.1 美国石油学会（API）

发动机润滑油根据美国石油学会(API)、SJ、SL、SM、SN、CH-4、CI-4、CI-4 PLUS、CJ-4、CK和FA以及国际润滑油标准化和认证委员会(ILSAC) GF-3、GF-4和GF-5以及康明斯、麦克和约翰迪尔(以及其他原始设备制造商)的要求进行评估。这些评估包括使用台架试验方法对其化学和物理性能进行评估以及实际运行的发动机试验，以量化发动机污泥、氧化、部件磨损、油耗、活塞沉积物和燃油经济性。

API规定了润滑剂的最低性能标准。机油用于内燃机的润滑、冷却和清洁。对于大多数过时的非清洁油，机油可以仅由润滑剂基础油组成，机油也可以由润滑剂基础油加上添加剂组成，以提高机油的去污力、极压性能和抑制发动机零件腐蚀的能力。

类别:润滑油基础油由API分为五类。第一类基础油由分馏蒸馏的石油组成，其通过溶剂萃取法进一步精炼以改善某些性能，如抗氧化性和去除蜡质。未达到第一类要求的最低VI值（80）的低精炼矿物油属于第五类。第二类基础油由经过加氢裂化以进一步精炼和提纯的分馏石油组成。第三类基础油具有与第二类相似的特征，但是具有更高的粘度指数。通过进一步加氢裂化第二类基础油或加氢异构化疏松石蜡（第一类和第二类脱蜡工艺副产物）来生产第三类基础油。第四类基础油是聚α-烯烃（PAOs）。其余不属于第一至第四类的被归为第五类。第五类基础油的例子包括多元醇酯(POE)、聚亚烷基二醇(PAG)和全氟烷基聚醚(PFPAEs)和低精炼矿物油。第一类和第二类通常被称为矿物油，第三类通常被称为合成油(德国和日本除外，在那里它们不能被称为合成油)，第四类是合成油。第五类基础油种类繁多，没有统一的描述。

API的服务等级^[9]有两种一般分类:S代表“服务/火花点火”(使用汽油发动机的典型乘用车和轻型卡车)，C代表“商业/压缩点火”(典型柴油设备)。经过测试并符合API标准的发动机机油可能会在出售给机油使用者的容器上显示API服务符号(也称为“Donut”)以及服务类别。^[9]

最新的API服务类别是汽油汽车和轻型卡车发动机的API SN。SN标准是指一组实验室和发动机测试，包括最新一系列控制高温沉积物的测试。目前，API的服务类别包括汽油发动机的SN、SM、SL和SJ。所有以前的服务类别都已过时，但是摩托车油通常仍使用SF/SG标准。

由于磷会导致催化转化器化学中毒，所有目前的汽油类别(包括过时的SH)都对某些SAE粘度等级的机油(xW-20、xW-30)的磷含量进行了限制。磷是机油中的关键抗磨成分，通常以二硫代磷酸锌(ZDDP)的形式存在于机油中。每一个新的API类别都相继降低了磷和锌的限量，因此产生了一个有争议的问题，即旧发动机，特别是带有滑动挺杆(平动/劈开)的发动机，需要用过时的机油。代表世界上大多数主要汽车/发动机制造商的美国石油学会（API）和国际石油学会（ILSAC），声明称美国石油学会标准管理（API SM）/国际石油学会标准管理（ILSAC）GF-4是完全向后兼容的，值得注意的是，API SM所需的发动机测试之一——序列IVA，是一个滑动挺杆设计用以专门测试凸轮磨损保护。并不是每个人都同意向后兼容，此外，还有一些特殊情况，例如“性能”发动机或完全比赛制造的发动机，其中发动机保护要求超过了API/ILSAC的要求。正因为如此，市场上有特种机油的磷含量高于API允许的水平。大多数1985年以前制造的发动机都有平动/劈开轴承式结构系统，对降低锌和磷的变化很敏感。例如，在API SG级别的机油中，锌和磷的含量为1200-1300 ppm，而目前的SM含量低于600 ppm。机油中抗磨损化学物质的减少导致许多老式汽车凸轮轴和其他高压轴承过早失效，并被认为是某些现代发动机中与凸轮轴齿轮啮合的油泵驱动、凸轮位置传感器齿轮过早失效的原因。

目前的柴油机服务类别有API CK-4、CJ-4、CI-4 PLUS、CI-4、CH-4和FA-4。以前的服务类别，如API CC或 CD已经过时。API通过建立一个单独的包含一些附加要求的API CI-4 PLUS类别解决了API CI-4的问题——该标记位于API服务符号“Donut”的下半部分。

API CK-4和FA-4已被引入2017年美国发动机型号。^[10]API CK-4向后兼容，这意味着API CK-4机油被认为能提供优于以前类别的机油的性能，并且可以毫无问题地用于所有前几款发动机(见下文福特)。

API FA-4机油是不同的(这就是为什么API决定在API Sx和API Cx之外成立一个新的类别)。API FA-4机油是为了提高燃料经济性而配制的(表现为减少温室气体排放)。为了实现这一目标，他们将SAE xW-30机油混合到2.9 cP至3.2 cP的高温高剪切粘度。它们并不适用于所有发动机，因此是否使用它们取决于发动机制造商的决定。它们不能与含硫量超过15 ppm的柴油一起使用。

康明斯回应了API CK-4和API FA-4的引入，发布了CES 20086 API CK-4注册油清单^[11]和CES 20087 API FA-4注册油清单。^[12]瓦尔沃林机油是优选的。

福特不建议在其柴油发动机中使用API CK-4或FA-4机油。^[13]

虽然发动机机油的配方符合特定的API服务类别，但它们实际上与汽油和柴油类别非常接近。因此，柴油发动机机油通常带有相关的汽油类别，例如，API CJ-4机油可以在容器上显示API SL或API SM。规定是，完全满足提到的第一个类，并且或者完全满足第二类，除非它的要求与第一类的相冲突。

摩托车机油

API机油分类结构在其描述中取消了对湿式离合器摩托车应用的特定支持，并且API SJ和新款的机油是专用于汽车和轻型卡车的。因此，摩托车机油需要遵守特定的标准，见后文的JASO。如上所述，摩托车机油通常仍然使用过时的SF/SG标准。

6.2 ILSAC

国际润滑油标准化和咨询委员会(ILSAC)也有机油标准。2004年推出的GF-4^[14]适用于SAE 0W-20、5W-20、0W-30、5W-30和10W-30粘度等级的机油。一般而言，ILSAC与API合作创建最新的汽油规格，ILSAC在其规格中增加了燃油经济性测试的额外要求。对于GF-4，要求进行API服务类别SM中不要求的顺序VIB燃油经济性测试(ASTM D6837)。

顺序IIIG测试是GF-4的一个关键新测试，它也是API SM所要求的，包括在125马力(93千瓦)、3600转/分和150°C(302°F)的油温下运行100小时。这些测试条件比任何API规定的机油都要严格得多:通常将油温持续保持100°C(212°F)以上的汽车大多数采用涡轮增压发动机，以及大多数原产于欧洲或日本发动机，特别是小容量、高功率输出的发动机。

IIIG测试比之前用于GF-3和API SL油的IIIF测试困难约50%^[15]。自2005年起，带有API星爆标志的发动机机油符合ILSAC GF-4标准。^[16]

为了帮助消费者辨别某种机油是否符合ILSAC的要求，API开发了一种“星爆”认证标志。

一套新的规范GF-5于2010年10月起生效。^[17]该行业有一年的时间将他们的机油转变为符合GF-5的，2011年9月，ILSAC不再提供GF-4的许可。

6.3 ACEA

欧洲汽车制造商协会（ACEA）在欧洲使用的性能/质量分类A3/A5测试可以说比API和ILSAC标准更严格。欧洲协调委员会（CEC）是欧洲及其他地区燃料和润滑剂测试的开发机构，通过其欧洲工业集团：ACEA, ATIEL, ATC 和 CONCAWE制定标准。

路博润是几乎所有汽车石油公司的添加剂供应商，它拥有一个直接比较制造商和行业规格的相对性能工具。它们的表现差异以交互式蜘蛛网图的形式显而易见，专家和新手都可以欣赏。^[18]

6.4 JASO

日本汽车标准组织(JASO)为原产于日本的汽油发动机制定了一套自有的性能和质量标准。

对于四冲程汽油发动机使用JASO T904标准，并且该标准与摩托车发动机尤为相关。JASO T904-MA和MA2标准旨在区分获准用于湿式离合器的机油，MA2润滑剂提供更高的摩擦性能。JASO T904-MB标准表示不适合湿式离合器使用的油，因此用于配有无级变速器的踏板车。在JASO MB机油中添加的摩擦改性剂有助于在这些应用中提高燃油经济性。^[19]

对于二冲程汽油发动机，使用JASO M345(FA,FB,FC,FD)标准，^[20]这特别涉及低灰分、润滑性、去污力、低烟和排气阻塞。

这些标准，尤其是JASO-MA(用于摩托车)和JASO-FC，旨在解决API服务类别没有解决的机油需求问题。JASO-MA标准的一个要素是摩擦试验，旨在确定湿式离合器的适用性。^[21][22]符合JASO-MA标准的机油被认为适合湿式离合器操作的。销售的摩托车专用油将带有JASO-MA标签。

6.5 ASTM

1989年美国测试与材料学会(ASTM)的一份报告指出，其为期12年的努力用于提出一个新的高温、高剪切(HTHS)标准并未取得成功。报告参考现行分级标准的基础——SAE J300，指出:

非牛顿多级机油的快速增长使得运动粘度成为几乎无用的参数，用于表征发动机关键区“真实”粘度...有些人对12年的努力却未能重新定义SAE J300发动机机油粘度分类文件，以表达不同等级的高温粘度感到失望...在作者看来，这种重新定义并没有发生是因为汽车润滑剂市场知道没有明确归因于HTHS油粘度不足而导致的故障。

除粘度指数改进剂外，机油制造商通常还使用其他添加剂，如清洁剂和分散剂用以最大限度地减少油泥堆积、缓蚀剂和碱性添加剂用以中和机油的酸性氧化产物，从而帮助保持发动机清洁。大多数市售机油含有最少量的二烷基二硫代磷酸锌作为抗磨添加剂，以在金属与金属接触的情况下保护金属表面与锌和其他化合物的接触。二烷基二硫代磷酸锌的量受到限制，以尽量减少对催化转化器的不利影响。后处理成分的另一个方面是油灰的沉积，这会随着时间的推移增加排气背压并降低了燃料经济性。今天所谓的“化学盒子”限制了硫、灰尘和磷的（SAP）浓度。

还有其他市售添加剂，用户可以将其添加到机油中，以获得所谓的额外益处。这些添加剂包括:

• 抗磨添加剂，如二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)及其替代品（由于某些规范中磷的限制）。添加磺酸钙添加剂可以保护机油免于氧化分解，并防止形成污泥和漆沉积物。直到20世纪90年代对无灰添加剂的需求出现之前，这两种添加剂都是润滑剂制造商使用的添加剂包的主要基础成分。它们的主要优势是非常低的价格和广泛的可用性(磺酸盐最初是废物副产品)。目前存在没有这些添加剂的无灰润滑油，其仅能够用更昂贵的基础油和更昂贵的有机或有机金属添加剂化合物来满足前一代润滑油的品质。为了节省制造成本，一些新油未配置成前几代油的保护水平。
• 一些含有二硫化钼（MoS₂）添加剂的润滑油据称可以减少摩擦、与金属结合或具有抗磨损性能。MoS₂颗粒可以剪切焊接在钢表面，一些发动机部件甚至在制造过程中处理并添加MoS₂层，即发动机中的衬套(例如特拉班)。^[23]它们在第二次世界大战中被用于飞行引擎，并在第二次世界大战后直到20世纪90年代成为商业产品。它们在20世纪70年代被商业化(ELF ANTAR Molygraphite)，至今仍有售(Liqui Moly MoS2 10 W-40)。二硫化钼的主要缺点是它是煤黑色的，所以用它处理过的机油很难与带有来自旋转曲轴轴承中的金属屑和充满烟灰的机油区分开来。
• 在20世纪80年代和90年代，消费者可以使用悬浮聚四氟乙烯（特氟龙）颗粒的添加剂，例如“Slick50”，以提高机油涂覆和保护金属表面的能力。这些产品的实际效果存在争议，因为它们会凝结并堵塞机油滤清器和发动机中的微小油路。它应该在边界润滑条件下工作，好的发动机设计无论如何都会避免这种情况。此外，不像二硫化钼，单独的特氟龙几乎没有能力牢固地粘在剪切表面上。
• 许多专利建议使用全氟聚合物来减少金属部件之间的摩擦，如聚四氟乙烯（特氟龙）或微粉化聚四氟乙烯。然而，聚四氟乙烯的应用障碍是它不溶于润滑油。它们的应用是有问题的，主要取决于发动机的设计——不能保持合理润滑条件的发动机可能会由此受益，而对于设计恰当的油膜足够厚的发动机添加与否不会有任何区别。聚四氟乙烯是一种非常软的材料，因此它的摩擦系数比普通载荷下硬化钢-钢配合面的摩擦系数更差。聚四氟乙烯当用于滑动轴承的组合物中，在相对较轻的负载下改善润滑条件，直到油压达到完全的流体动力润滑条件。

一些含二硫化钼的油可能不适合与发动机共享润滑的湿式离合器的摩托车。^[21]

由于其化学成分、在世界范围内的分散性和对环境的影响，废机油被认为是一个严重的环境问题。^[24]目前大多数机油润滑剂含有石油基原料，对环境有毒，使用后难以处理。^[25]美国水道40%以上的污染来自废机油。^[26]废机油被认为是美国港口和水道中最大的油污染源，每年有1460M升(385×10⁶美制加仑)，其中大部分来自不恰当的处理。^[27]到目前为止，我们海洋中机油污染的最大原因来自下水道和城市街道径流，其中大部分来自机油的不当处理。^[28]一加仑(3.8升)的废油会在地表水中产生32000平方米(8英亩)的浮油，威胁鱼类、水禽和其他水生生物。^[27]根据美国环保局的说法，水面上的油膜阻止溶解氧的补充，损害光合过程，并阻挡阳光。^[29]废油对淡水和海洋生物的毒性效应各不相同，但在几种淡水鱼类中浓度为310 ppm，海洋生物中浓度低至1 ppm时，发现了显著的长期影响。^[29]机油会对环境产生极其有害的影响，尤其是对依赖健康土壤生长的植物。机油通过三种主要方式影响植物:污染水源、污染土壤和毒害植物。倾倒在土地上的旧机油会降低土壤生产力。^[29]处理不当的废油最终会进入垃圾填埋场、下水道、后院或雨水排放口，那里的土壤、地下水和饮用水可能会受到污染。^[30]

合成润滑剂最初是由德国科学家在20世纪30年代末和40年代初大量人工合成的，因为他们缺乏足够的原油来满足他们(主要是军事)的需求，合成润滑剂就作为矿物润滑剂(和燃料)的替代品。它越来越受欢迎的一个重要因素是合成基润滑剂在东部前线冬天温度在零度以下能够保持流体状态，这一温度下，由于蜡含量较高，石油基润滑剂会发生凝固。合成润滑剂的使用在20世纪50年代和60年代有所扩大，这是因为它具有温度范围另一端的特性——能够在高温下润滑航空发动机，而该温度会导致矿物基润滑剂分解。20世纪70年代中期，合成机油首次配制和商业应用在汽车中。指定机油粘度的相同SAE系统也适用于合成机油。

合成机油采用第三类、第四类或某些第五类的基础油。合成材料包括各类润滑剂，如合成酯(第五类)以及“其它”润滑剂，如GTL(甲烷气制液体)(第三类+)和聚α-烯烃(第四类)。理论上，更高的纯度和更好的性能控制意味着合成油在高温和低温下具有更好的机械性能。分子被设计制造成足够大和“软”，用以在较高温度下保持良好的粘度，而树枝状分子结构不利于发生凝固，因此允许在较低温度下流动。因此，尽管粘度仍然随着温度的升高而降低，但这些合成机油的粘度指数高于传统的石油基机油。它们特别设计的特性允许在更高和更低的温度下使用，具有更宽的温度范围，并且通常拥有更低的倾点。随着粘度指数的提高，合成机油需要降低粘度指数改进剂的水平，这是随着机油老化最容易受到热和机械降解的组分，因此合成机油不如传统的机油降解得快。然而，这些机油中仍然有较多的微粒物质，尽管这些物质能更好地悬浮在油中，但滤油器仍然会随着时间的推移而被填满并堵塞。因此，使用合成机油仍然需要定期更换机油和滤清器，但一些合成机油供应商建议更换机油的间隔可能更长，有时长达16000-24000公里(9900-14900英里)，主要是因为氧化降解减少了。

测试表明，全合成机油在极端使用条件下优于传统机油，在标准条件下能够在更长时间内保持较好的性能。但是在绝大多数车辆使用中，受益于一个多世纪的发展，使用添加剂强化的矿物油基润滑剂，仍然是大多数内燃机的主要润滑剂。

生物基机油在19世纪开发石油基机油前就存在。随着生物燃料的出现和对绿色产品的推动，它们已成为人们重新关注的话题。基于菜籽油的机油开发始于1996年，目的是追求环境友好型产品。普渡大学资助了一个开发和测试这种油的项目。测试结果表明，测试的机油性能令人满意。^[31]对全球以及美国生物基机油和基础油现状的回顾表明，生物基润滑剂在增加目前石油基润滑材料的供应，以及在许多情况下替代石油基润滑材料方面显示出前景。^[32]

美国农业部国家农业利用研究中心开发了一种由植物油和动物油制成的Estolide润滑剂技术。Estolide在包括发动机润滑油在内的广泛应用中表现出巨大的潜力。^[33]总部位于加利福尼亚的Biosynthetic Technologies公司与美国农业部合作开发了一种高性能的“嵌入式”生物合成油，该机油使用Estolide技术将其应用于机油和工业润滑剂。这种生物合成机油有大大减少与石油相关的环境挑战的潜力。独立测试不仅表明生物合成机油是保护发动机和机器的最高等级产品之一；它们也是生物基、可生物降解、无毒的，不会在海洋生物中累积。此外，用生物合成基础油配制的机油和润滑剂可以循环使用，并用石油基油重新精炼。^[34]总部设在美国的Green Earth Technologies公司生产一种由动物油制成的生物基机油，叫做G-Oil。^[35]

机油和机油滤清器需要定期更换。虽然围绕定期换油和保养具有一个完整的行业，但是换油是一个相当简单的操作，大多数车主可以自己做。

在发动机运行过程中，部分机油会与内燃机的产物接触，黑烟灰的微小焦炭颗粒会积聚在油中。此外，金属发动机零件的摩擦会因表面磨损而产生一些微小的金属颗粒。这种颗粒会在机油中循环并磨削零件表面，导致磨损。机油滤清器能够清除许多颗粒和油泥，但如果使用时间过长，机油滤清器会发生堵塞。

机油尤其是添加剂也会发生热降解和机械降解，从而降低机油的粘度和储备碱度。粘度降低时，机油不能润滑发动机，从而增加磨损和过热的可能性。储备碱度是油抵抗酸形成的能力。如果储备碱度降至零，这些酸就会形成并腐蚀发动机。

一些发动机制造商规定应使用哪种SAE粘度等级的机油，但是不同粘度的机油可能会根据工作环境表现地更好。许多制造商有不同的要求，并且有指定的需要使用的机油。这是EPA要求的，即必须向客户推荐MPG试验中使用的相同粘度等级的油。这一独家建议省去了描述对应气候温度范围的建议的几种油粘度等级的信息图表。

一般来说，除非制造商指定，较重的油不一定比较轻的油好；重油倾向于更长时间地粘附在两个运动表面之间的零件上，会使其比流动更好的轻质油更快地降解，从而更快的提供新鲜油。寒冷的天气对传统机油有增稠作用，这也是制造商推荐在冬季寒冷的地方使用轻质油的原因之一。

通常根据使用时间或车辆行驶的距离来安排机油的更换。下列是控制何时换油合适的真实因素的粗略指标，包括油在高温下运行多长时间，发动机经历了多少次加热循环，以及发动机工作的困难情况。车辆距离旨在估算高温下运行的时间，运行时间应与车辆行程次数相关联，同时记录加热循环次数。如果仅仅保存在冷的发动机中，机油不会显著降解。另一方面，如果汽车行驶很短的距离，油不会完全加热，并且由于缺乏足够的热量来使水分沸腾，它会积聚诸如水之类的污染物。机油在这种情况下保存在发动机里，可能会引起问题。

同样重要的是所用机油的质量，尤其是合成机油(合成机油比传统机油更稳定)。一些制造商解决了这一问题(例如，宝马和大众都有各自的长寿命标准)，而其他制造商则没有。

基于时间的间隔，短途司机解释了短距离驾驶会积累更多的污染物。制造商建议他们不要增加更换机油的时间或行驶距离间隔。许多现代汽车现在列出了更换机油和滤清器的更高要求，受到“严格”服务的限制，要求在驾驶不理想的情况下更频繁地更换机油和滤清器。这适用于15公里(10英里)以下的短途旅行，在这种情况下，油没有达到完全工作温度足够长的时间用以烧掉冷凝物、过量燃料和其他污染物，导致“污泥”、“油漆”、“酸”或其他沉积物的产生。许多制造商根据降低机油质量的因素，如转速、温度和行程长度，通过发动机计算机计算，来估计机油的状况：一个增加了光学传感器的系统，用于确定发动机中油的透明度。这些系统通常被称为油寿命监控器或OLMs。

根据许多汽车制造商的说法，一些快速换油商店建议每隔5000公里(3000英里)或每三个月换一次油，这是不必要的。这导致加州环保局发起了一场反对3000英里神话的运动，宣传汽车制造商关于换机油间隔的建议，而不是换油行业的建议。

发动机用户在更换机油时，可以根据环境温度的变化调整粘度，夏天较粘稠，冬天较冷时较稀薄。较低粘度的油在新型车辆中很常见。

到20世纪80年代中期，推荐粘度已经下降到5W-30，主要是为了提高燃油效率。典型的现代应用是本田汽车在12000公里(7500英里)内使用5W-20(及其最新车型0W-20)粘度油。发动机设计正在发展，允许使用更低粘度的油，同时不会有金属与金属间过度磨损的风险，主要是在凸轮和气门机械结构方面。为了与汽车制造商争取更好的燃油经济性而努力降低粘度相一致，2013年4月2日，汽车工程师协会(SAE)推出了SAE 16粘度等级，打破了传统的“可被10整除”的高温粘度等级编号系统，该系统涵盖了从低粘度SAE 20到高粘度SAE 60的范围。^[36]

一种分解聚乙烯（应用于许多包装材料的常见塑料产品）的新工艺能够避免采用昂贵的费托工艺，制造具有正确分子性质的石蜡状蜡质材料，用以转化为润滑剂。将塑料熔化，然后泵入熔炉中。炉子的热量将聚乙烯的分子链分解成蜡。最后，该蜡经过催化过程，改变其分子结构，最终制备得到透明的油状产物。 ^[37]

基于酯或烃-酯混合物的可生物降解的机油出现在20世纪90年代，从2000年开始逐渐发展为完整的配方，这些配方符合欧洲制剂指令(EC/1999/45)的生物无毒性标准。^[38]这意味着，根据OECD 301x测试方法，它们不仅是可生物降解的，而且水生毒性(鱼类、藻类、水蚤)都在100毫克/升以上。

另一类适用于发动机机油的基础油是聚亚烷基二醇。它们具有零灰分、无生物毒性和贫燃的特性。^[39]

机油产品中的油在发动机中使用时会发生分解和燃烧——它还会被颗粒和化学物质污染，使其成为低效的润滑剂。再精炼可清除污油中的污染物和用过的添加剂。通过处理，这种干净的“基础油”与一些新的基础油和新的添加剂混合在一起，制成一种成品润滑剂，这种成品润滑剂与用全部新基础油制成的润滑剂一样有效。^[40]美国环境保护署(EPA)将再精炼产品定义为含有至少25%的再精炼基础油，^[41]但其他标准要高得多。加利福尼亚州公共合同法将再精炼机油定义为含有至少70%再精炼基础油的机油。^[42]

20世纪80年代初之前，机油以玻璃瓶、金属罐和金属/纸板罐的形式零售，直到现在使用的聚乙烯塑料瓶开始出现。可重复使用的喷口与罐体分开制造；该喷口具有像开罐器那样的穿孔点，用以刺穿罐体的顶部，提供一种简单的倒油方法。

如今，美国的机油通常以1夸脱(950毫升)的瓶装销售，少部分以1升(34盎司)的量或以约4.4至5升(4.6至5.3夸脱)的较大塑料容器销售，因为大多数中小型发动机需要约3.6至5.2升(3.8至5.5夸脱)的机油。在世界其他地方，最常见的为1L、3L、4L和5L零售包装。

销售柔性包装机油的趋势越来越明显，例如立式袋包装。然而，由于机油包装袋由尼龙、聚酯和LLDPE的多层塑料层压材料制成，难以回收，其在机油包装中的增长可能受到限制。^[43]

向较大用户(如免下车换油店)的大批量分销通常是通过油罐车或桶(160升)。