エンジンオイル

概要

エンジンの動作に必須であり、エンジン内各部へ行き渡ることで後述するような様々な機能を担っている。
自動車やオートバイで多く採用される4ストロークエンジンでは、エンジンオイルはエンジン内各部を循環している。停止時のエンジンオイルは、ウェットサンプエンジンならエンジン底部に取り付けられているオイルパン（オイル溜り）に、ドライサンプエンジンなら独立したオイルタンクに溜まっているが、エンジンが稼動し始めるとオイルパンやオイルタンクにあるオイルがオイルポンプにより吸い上げられ、オイルフィルターやストレーナーなどを通ってろ過され、（一部車種では）車体の前部に取り付けられた空冷式オイルクーラーやエンジン内部の水冷式オイルクーラーを通って冷却され、クランクシャフトやシリンダー壁、動弁機構など、エンジン内の各部へ圧送される。その後、オイルパンやオイルタンクへ戻ってくる。エンジン稼動中にはこの循環が繰り返されている。一部の車種ではオイルパンからオイルポンプを通ってフィルターを通り、オイルパンに戻る濾過のみのルートを別に持つ車種もある。また湿式クラッチや変速装置の潤滑などと兼用されているものもある。
4ストロークエンジンオイルは、エンジンの発する高熱に曝されたりエンジン内に発生した汚れを自らの中に取り込んだりして、徐々にその性能は劣化していく。そこで一定期間ごとにオイルを交換したり補充することで、その性能を回復させる必要が生じる。
かつての一部の自動車、現在でも主に小排気量のオートバイ、その他チェーンソー等で使用される2ストロークエンジンでは、エンジンオイルは燃料（ガソリン）に少量ずつ混ぜられ、クランクシャフトやシリンダー壁を潤滑した後に燃料と共に燃焼し、排気ガスの一部として排出される。その為、4ストロークエンジンと違ってオイルは循環せずに使い切りである。オイルの量は減少していくので、適時補充する必要がある。
エンジンオイルは、危険物第4類第4石油類（潤滑油）に分類される。

潤滑

レシプロエンジンでは金属製のシリンダー内をピストンが毎分数千回上下する他、クランクメタルやカムなど、金属同士がこすれ合うことによる摩擦によって、金属の磨耗や発熱を生じる。それらを流体潤滑作用・弾性潤滑作用・境界潤滑作用により、摩擦を軽減し、エンジン内各部を潤滑するのが、エンジンオイルの重要な作用である。ロータリーエンジンでは、金属製のハウジングとローターのシール類の潤滑のために吸気に少量のオイルを付加して潤滑している。

冷却

エンジンオイルがエンジン内各部を巡る際に、エンジンで発生した熱を奪うことでエンジンを冷却する事も、重要な作用である。オイルに蓄えられた熱は、空冷式や水冷式のオイルクーラー、あるいはオイルパン（オイル溜り）等で冷却され、冷えたオイルはオイルポンプによりまたエンジン各部へ送られる。
エンジンオイルによる冷却作用は、空冷エンジンだけでなく水冷エンジンでも重要である。エンジンの構造上冷却水を循環させられない箇所も多く、そういった箇所の冷却は水冷エンジンでもエンジンオイルの冷却作用に頼るしかないからである。
空冷エンジンではシリンダーやヘッド、クランクケースにフィン（ひだ）を設けて冷却を行っているが、高熱となるヘッドのバルブガイドやプラグ周辺には多めのオイルを供給して冷却している。このため、高負荷となる空冷エンジンではオイルクーラーを装備することが多い。
通常の空冷エンジンよりもオイルをヘッドに積極的に供給して放熱を強化した油冷エンジンというものも存在する。スズキは過去にSACS（Suzuki Advanced Cooling System）という油冷エンジンを販売していた。現時点ではホンダのCB1100が油冷を併用したエンジンを使用している。
過給器（ターボチャージャー）付きのエンジンの場合、タービンハウジング（タービンを覆う容器）は排気温度（摂氏700度以上）により熱せられ、赤く発光する程であるが、そのタービンシャフトの保持（ボールベアリングなどを使わない油膜によるフローティング軸受け）や冷却もエンジンオイルに頼っていたが、最近ではクーラントによる冷却も併用されている。高回転しているタービンの軸受けへのオイル供給が停止されると、金属同士が直接摩擦することで焼きつきが起こりタービンが破損する。ターボエンジン搭載車には、「高速走行直後はしばらくアイドリングした後にエンジンを止めて下さい」といった内容の注意書きがある。

気密

シリンダーとピストンは完全に密着している訳ではなく、熱膨張に対応する面とピストンが運動できるように隙間（クリアランス）が設けてある。この隙間に入り込んで両者を潤滑するとともに気密性を保持するのも、エンジンオイルの重要な作用である。エンジンオイルはそれらの表面に液体の膜（油膜）を形成する。
もし、この油膜の保持が不十分であればシリンダーに取り込まれた気体が燃焼室から漏れてしまい、正しい燃焼ができなくなる。また、点火した後に膨張した燃焼ガスも同様に漏れてしまい（これがブローバイガスである）、本来の出力を得ることができなくなる。
シリンダーとピストンの間隙は使用するに従い徐々に増加すると共に、工作精度が低いエンジンなどはこの間隔が広いため、古いエンジンにとってこの気密特性はより重要である。一方、工作精度が高くクリアランスが狭い・加工技術によって元々の気密性が高いエンジン（省燃費エンジンなど）にとっては、適度な気密特性が必要となる。

清浄分散

エンジンが稼動すると、その燃料の燃焼過程で主に酸化による化合物やスラッジ等の「汚れ」が発生する。これらの汚れは故障の原因となったり、エンジンの寿命を短くする一因となる。これを防ぐ為に、エンジン内に発生した汚れを取り込み分散させたり、酸性化を中和するのも、エンジンオイルの重要な作用の1つである。大きなスラッジやゴミはエンジンオイルフィルター（もしくはストレーナ）によってろ過されるようになっている。
こういった作用を持つ為に、4ストロークガソリンエンジン用エンジンオイルではオイルが使用経過と共に汚れていくのは、エンジン内の汚れをオイル内に取り込んでいる結果だからである。ただしこの能力には限界がある為に、一定期間ごとに交換する必要がある。なお、オイルの色が黒くなるのは、燃焼で発生した炭化物（スス）を取り込むためであり、色の黒さとオイルの劣化は必ずしも平行しない。ディーゼルエンジンでは炭化物の発生が多いために早期にオイルが黒くなるが、これは必ずしも劣化が原因ではない。
また、給気によって燃焼室に入り込んだ粉塵（主にケイ素酸化物）を洗浄する役割もある。エアフィルターを通して吸気していても、フィルターの目よりも細かい物質は通り抜けるので、それらを取り込んで、粉塵による摩擦を低減させる作用がある。

防錆防食

燃料は燃焼によって水分を生じる。また、エンジン内外の気温差による結露によって内部に水分が発生することがある。これらの水分がエンジン内部の部品に錆や腐食を発生させる原因となる。また、燃焼ガスやブローバイガス、あるいはエンジンオイルそのものの劣化などから発生する化合物も、エンジン内を腐食させる。錆や腐食はエンジンの寿命を短くする一因であり、これらの発生を予防するのもエンジンオイルの重要な作用である。
少ない走行距離を頻繁に繰り返す用途ではオイルの温度が上昇せず、燃焼に伴って発生した水分が蒸発しないためにオイルに水分がたまり乳化することがある。基本的にエンジンは適度な温度で稼働することが前提であり、エンジンオイルの温度が低いと粘度上昇による燃費悪化や乳化、発錆がおこり、高温では粘度低下や変質による潤滑性能低下による焼き付きなどが起きやすい。

SAE粘度

エンジンオイルは粘度によってその用途や使用環境が異なり、基本的にはメーカー推奨の粘度に従って選定する必要がある。

オイル管理

エンジンオイルは、機械的圧力による分子の剪断（せんだん）、外気による酸化・ニトロ化、熱による重合、燃料やブローバイガスなどの混入・希釈により徐々に劣化する。劣化すると粘度が低下し、エンジン内部の油膜形成が出来なくなり保護性能が失われ、エンジンの故障につながる。そのため、劣化の度合いによりオイルの交換が必要となる。
添加剤配合量にもよるが、鉱物油では約70℃ - 90℃以上、化学合成油でも110 - 130℃程度で熱による化学変化などのオイル劣化が始まり、一度劣化したオイルは油膜保持性能や緩衝作用などの性能が低下し回復しない。
オイルの劣化度合いは、目で見る・触る等の簡単な方法で判断できるものではない。一般に指標とされる色の黒さは炭化物によるもので、清浄性や分散性とは関係しない。乗用車の場合、使用期間や走行距離（後述）によって交換時期が規定されているが、発電や産業用エンジンの場合、稼働時間で規定される場合が多い。
また、劣化だけでは無く、オイル量のチェックも必要である。エンジンに不具合が無くともオイル量は徐々に減少するため、規定量より下回らないように適時補充する必要がある。ただし、一般的には減少量はわずかで、オイル交換時期までに補充を必要とする場合は少ない。大きく減少するようならばオイル漏れやオイル上がり、逆にオイル量が増えた場合は燃料や冷却水等の混入といったトラブルが予想される。

自動車

オイル交換は、車両保証の観点で言えば、メーカーが規定しているエンジン使用期間や使用走行距離基準に応じて行うことが必要である。交換や点検管理をしていないと、エンジンオイルはエンジン内の全ての部位に関わるものであることから、エンジンにどんな不具合が生じた場合でも整備不十分によるものと見なされ本来の保証が受けられなくなることが想定される。
しかし、オイルに含まれる基油や添加剤の性状劣化特性から言えば、メーカーの指定交換時期は絶対的なものではなく、あくまで一般的使用条件を想定したものであり、油温やエンジン回転数、ブローバイの量などにより規定より劣化が早い・遅い使用条件も存在する。
メーカーは、劣化が早い使用条件としてエンジンオイル以外の消耗品も含めてシビアコンディション（後述）という参考基準を提示しており、概ね一般的な使用の半分の期間・距離での交換を推奨している。日本では夏季にエアコンを使用し渋滞やゴーストップが多い市街地での使用状態はシビアコンディションに相当する。
逆に、平坦地を法定速度付近の一定速度で淡々と長距離を走ることが多いような使用条件の場合、オイルの劣化は一般的使用条件よりも遅くなる。こうした場合はオイルの劣化を評価したうえで（あくまでメーカー保証対象外での自己責任ではあるが）メーカー指定より長期まで不交換で使用することも可能である。
また点検等でエンジンに不具合が発見され、原因を解決した後や、競技走行等でオイルが高温にさらされた後（後述）の場合にも、オイル交換が必要となる。

大型車

大型車の場合、非常に長い距離をオイル交換せず補充のみで乗り切ることもある。これは、乗用車に比べてオイルの使用量が多く（数十リットル）、交換に多額の費用がかかることと、相対的にエンジンが低回転域で運用されることから、結果的に負荷が少ないためである。もちろん、より長距離あるいは長期間エンジンを好調に保ちたければ定期的にオイルを交換したほうがよいことに変わりはない。

ディーゼル車

ディーゼルエンジンのオイルは、燃料の軽油に硫黄分が多く含まれることから、ガソリンエンジンと比べて過酷な環境下で使用されることとなる。ただし軽油の硫黄分に関しては国内流通では既にサルファーフリー（10ppm以下）となっているため過酷の度合いは低下している。燃焼時に生じる黒煙の影響のため、オイルの色は交換後でもすぐに黒くなる。透明度や色で交換時期を判断しにくいため走行距離（稼働時間）で管理することが望ましい。実際国産メーカーのディーゼル車のオイル交換推奨距離は5,000km程度（トヨタ車）でガソリン車より短く設定されている。ガソリン車用の化学合成油配合油にはディーゼル車共用のオイルも存在するが、これはディーゼル車用エンジンオイルに必須となるすすをオイル中に分散させる清浄分散剤の配合量と軽油に含まれる硫黄からのSOx分、燃焼時のNOxなどの酸化物質を中和する中和剤、オイルの酸化を防止する酸化防止剤などが鉱物油より化学合成油系には多く含まれているためである。しかし、ディーゼル専用として作られたオイルと比べるとそれでも添加量は不足しており、結果として価格の低いディーゼル車専用鉱物油が、価格の高い共用100%化学合成油よりもディーゼルエンジンオイルとしては規格が上であることが多い。また、DPF装着車は排気ガス中に含まれるオイル粒子を触媒内に蓄積してしまうため、これが排気熱により過熱することによって触媒劣化が異常進行し触媒寿命を縮めてしまう。従ってDPF装着車の場合はこの問題に対策をとったオイルに与えられる日本技術会の規格であるDH-2規格のオイルを使用することが望ましい。API規格のCF-4規格だと対応しているものと対応していないものがある。さらに新しい規格であるDL-1が存在し、既存のCF系規格 (CF/CF-4) やDH規格 (DH-1/DH-2) との互換性は無い（各々の規格が併記されていれば共用可・例：DL-1/DH-2/CF-4）。DL-1規格が指定されている車両にそれ以外のオイルを使用し続けると、格段にDPFの寿命を縮める結果を招く。これらDPF対策を行った規格オイルは金属系清浄剤などを削減し灰分を低減したもの仕様となり清浄性・中和性は従来のものより抑えられる形となる。この為これらの規格は低硫黄軽油の使用が前提となっており高硫黄軽油の使用は厳禁である。車両に付属している取扱説明書をよく確認する必要がある。日常的なメンテナンスの一部であるエンジンオイルの交換については、ある程度ユーザー側の責任が求められる部分もある。
ディーゼル車が走行距離の多い長距離トラックなど営業車等に使われる場合が多く、オイルの交換頻度は車両の維持費、多忙な運転時間を割いての交換作業、台数が多ければ会社の経営にすら影響を与える問題となる。このため、化学合成油をベースオイルにし、ススの分散性、耐磨耗性を強力な添加剤で補ったロングドレンオイルも造られている。これらの中では、高速道路での走行を主体とした路線トラックに使うことを前提に10万kmの走行を可能と謳う商品も現れている。
欧州では交換サイクルがガソリンよりディーゼルの方が長いというケースもあり、乗用車においても必ずしもディーゼルの方が交換サイクルが短いとは言えなくなってきている。フォルクスワーゲンの場合ガソリン車（VW504規格）30,000km/2年に対しディーゼル車（VW507規格）では最大で50,000km/2年となっている。

オートバイ（自動二輪車）

オートバイでは、4ストロークガソリンエンジンか2ストロークガソリンエンジンを搭載するものの2種類が一般的である。ロータリーエンジンやディーゼル燃料を使用するディーゼルエンジンを搭載するものも存在するが、特に日本では非常に稀である。ここでは一般的なガソリンエンジンについてのみ述べる。
4ストロークエンジンを搭載するオートバイでは、スクーター等の無段変速機装着車や、レース用車両等の乾式クラッチ装着車などを除き、エンジンオイルがトランスミッションやクラッチの潤滑や冷却を兼ねていることが多い。オートバイ用エンジンは一般的な自動車用エンジンと比べて水冷式が少ないためオイルが高温となりやすく、また常用回転数が高く小型高出力のために劣化が早い傾向がある。これらの理由から、オートバイでは一般的な自動車よりも早い交換時期（1/2程度かそれ以上）が推奨されている。
なお湿式クラッチを採用するエンジンでは、自動車用では一般的な減摩剤によってクラッチの滑りが生じる場合がある。そういったトラブルを防ぐ為に、オートバイ専用オイルとして、自動車技術会の定めたMA,MA1,MA2,MBという4種類のJASO（日本自動車規格）と呼ばれる規格がある。
2ストロークエンジンを搭載するオートバイでは、エンジンオイルをガソリンに混ぜて共に燃焼させる構造で排気ガスの成分に影響しやすい為に、環境性能を含めた2ストロークエンジンオイルの性能を表す規格してFB、FC、FDという3種類のJASO規格がある。また2ストロークエンジンでは、エンジンオイルの他に、トランスミッションやクラッチを潤滑する為に別のオイル（ミッションオイルやギアオイルと呼ばれる）が別途エンジンに注入されており、これも定期的に交換する必要がある。ミッションオイルは4ストロークエンジンオイルより負荷が少なく、劣化する要因も少ない為に、その交換時期は長めに設定されていることも多い。なお、ミッションオイルには自動車用エンジンオイルを流用すると湿式クラッチで滑りが発生する場合がある。
ただし、スクーターにおけるファイナルリダクション（最終減速段）ギアのオイル（多くの場合エンジンのオイルとは別に充填される）については自動車用エンジンオイルを用いても滑ることはない。

オイルフィルター

オイルフィルターとは、別名オイルエレメントとも呼ばれ、4ストロークガソリンエンジンやディーゼルエンジンに備えられたオイルのろ過装置である。
エンジンオイルにはエンジン内部で発生する汚れやゴミ、摩耗によって発生する金属成分をろ過するためにオイルフィルターが設けられている。現在ではほとんどの自動車やオートバイのエンジンにオイルフィルターが装備されているのが一般的だが、設計年代の古いエンジンや簡素な設計のエンジンではオイルフィルターがなく、より簡単な金網状のオイルストレーナー、もしくは遠心式フィルターが付いているだけのものもある。
オイルフィルターは、オイル内に取り込まれていた金属粉やスラッジ（ホコリや燃焼カスなどの不純物）が濾し取ることでエンジン損傷を防止するが、フィルターの目を細かくしてろ過能力を上げ過ぎると油圧上昇や目詰まりなどの不具合を引き起こすため、通常は50ミクロン以上のものをろ過するように設計されておりいる。
多くのエンジンでは、オイルフィルターが目詰まりをした場合や低温でオイルの粘度が高くなりすぎる始動時を想定して、ある程度油圧が上昇するとフィルターをバイパスする機構を備えている。この機構はあくまで一時的なものであり、バイパス弁が開いた状態で常用することはエンジン保護のために好ましくないので定期的に交換するのが原則である。

オイルフィルターの交換

オイルフィルターは主に50ミクロン位までの異物を除去するように設定されている。新品時は目が粗く、50ミクロンより大きい異物を通す傾向がある。使用を続けると目が詰まって50ミクロン以下の異物も濾過するようになる。したがって、オイルフィルターを頻繁に交換すると、目が粗い状態でフィルターを使用することになり好ましくない。しかし、長時間交換せずにフィルターの目が詰まってバイパス弁が開く状態で使用することもエンジンにとって好ましくない。
従って、有る程度目がつまった状態でかつバイパスバルブが開かない範囲での使用が推奨される。通常はオイル交換２ないし３回に一回の交換が推奨されているが、オイル交換4回に一回程度の交換が望ましいとする意見もある。
フィルターを交換した場合は、フィルター内部に含まれていた分のオイル量が不足するため、フィルターのサイズに応じてオイル交換のみの場合より余分（0.2から0.5リットル程度）にオイルを充填する必要がある。なお、自動車の取扱説明書に記載されているオイル充填量は、フィルターとオイルを共に交換する時の量を示している場合が多い。
近年、フィルターユニット全体を交換するカートリッジ式に対して、環境負荷低減のために外殻を再利用しフィルターのみを交換するフィルター交換式エンジンが増えている。現在では欧州車では交換式が主流となっており、国産車でもトヨタ、日産の新開発のエンジンに関してはこの方式を採用する例が増えている。

自動車

一般的な乗用車（排気量2,000ccクラス）のエンジン内部に必要なエンジンオイルは4リットル弱である。最近の乗用車では、特に小排気量エンジンを搭載している車種を中心に3リットル程度で済むものも多い。特にガソリン電気ハイブリッド自動車の場合は、車体が1,800ccクラス - 1,600ccクラスに見えてもガソリンエンジン自体は1,300cc相当であることもあり、エンジンオイルの規定量はせいぜい3リットルである。
一方で3,000ccを超える大排気量車や空冷式の車はオイル量が5リットルを超えやすい。次に、過給器搭載車や直噴エンジン搭載車は、最新のエンジンにて意図的にオイル量を増やす傾向がある。また、欧州車は高速で長距離を移動する用途が多いことから一般にオイルの量が日本車より多い。例えば、ベンツは小排気量の一部車種を除き5.5 - 9リットルが標準であり、BMWも2,000cc以上ならば6.5リットル程度が標準である。ディーゼルエンジンの場合も、先述したようにオイル汚れや油量減少が激しいため、旧型の一部車種を除きオイル量はガソリン車に比べてかなり多くなる。5リットル - 9リットル程度が標準である。大型トラックやバスは、エンジン自体が大きく、オイル量は数十リットルにもなりうる。