ดัชนีความหนืด ( VI ) เป็นการวัดแบบไม่เจาะจงและไม่มีหน่วยของการเปลี่ยนแปลง ความหนืดของของเหลวเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยส่วนใหญ่ใช้เพื่อกำหนดลักษณะพฤติกรรมความหนืด-อุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นยิ่งค่า VI ต่ำ ความหนืดก็จะยิ่งได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมากขึ้น ยิ่งค่า VI สูง ความหนืดก็จะยิ่งคงที่มากขึ้นในช่วงอุณหภูมิหนึ่ง เดิมทีค่า VI วัดบนมาตราส่วนตั้งแต่ 0 ถึง 100 อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในวิทยาศาสตร์การหล่อลื่นได้นำไปสู่การพัฒนาน้ำมันที่มีค่า VI สูงขึ้นมาก^{[ 1 ]}

ความหนืดของสารหล่อลื่นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความสามารถในการลดแรงเสียดทานในการสัมผัสของวัตถุแข็ง โดยทั่วไปแล้ว สารหล่อลื่นที่มีความหนืดน้อยที่สุดที่ยังคงผลักดันพื้นผิวที่เคลื่อนที่ทั้งสองออกจากกันเพื่อให้เกิดสภาวะ " แบริ่งของเหลว " นั้นเป็นที่ต้องการในสภาวะการทำงานปกติของเครื่องยนต์หรืออุปกรณ์/เครื่องมือ หากสารหล่อลื่นมีความหนืดมากเกินไป จะต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเคลื่อนที่ (เช่นเดียวกับน้ำผึ้ง ) หากมีความเหลวมากเกินไป พื้นผิวจะสัมผัสกันและแรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้น^{[ 2 ]}

การใช้งาน สารหล่อลื่นหลายอย่างต้องการให้สารหล่อลื่นทำงานได้ในสภาวะที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น สารหล่อลื่นในรถยนต์จำเป็นต้องลดแรงเสียดทานระหว่าง ชิ้นส่วน เครื่องยนต์เมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ในอุณหภูมิต่ำ (เมื่อเทียบกับอุณหภูมิการทำงาน ของเครื่องยนต์ ) จนถึง 200 °C (392 °F) เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน น้ำมันที่ดีที่สุดที่มีค่าดัชนีความหนืด (VI) สูงที่สุดจะคงตัวและไม่เปลี่ยนแปลงความหนืดมากนักในช่วงอุณหภูมิดังกล่าว ซึ่งจะช่วยให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างสม่ำเสมอภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ในอดีต มีการแนะนำน้ำมันสองประเภทที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น สำหรับน้ำมันในฤดูหนาวและการสตาร์ทเครื่องยนต์ในอุณหภูมิต่ำ และช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ −30 °C ถึง 0 °C น้ำมันที่มีความหนืด 5 จะสามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิต่ำมากและอุณหภูมิการทำงานของเครื่องยนต์ที่โดยทั่วไปเย็นกว่า อย่างไรก็ตาม ในสภาพอากาศร้อน ซึ่งอุณหภูมิอยู่ในช่วง 30 °C ถึง 45 °C จำเป็นต้องใช้น้ำมันที่มีความหนืด 50 เพื่อให้มีความหนาเพียงพอที่จะรักษาฟิล์มน้ำมันระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่และร้อน

ดังนั้นจึงเกิดประเด็นเรื่องน้ำมันเครื่องแบบหลายเกรดขึ้นมา โดยที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงได้ เช่น -10 °C ในช่วงกลางคืนที่อากาศหนาวเย็น และ 20 °C ในช่วงกลางวัน น้ำมันเครื่องเบอร์ 5 จะเหมาะสม เพราะน้ำมันจะสามารถสูบฉีดได้ในเครื่องยนต์ที่เย็น และเมื่อเครื่องยนต์มีอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสม และอากาศอบอุ่นขึ้นในระหว่างวัน คุณสมบัติของน้ำมันเครื่องเบอร์ 30 ก็จะเหมาะสมกว่า ดังนั้นจึงมีการนำน้ำมันเครื่อง 5W-30 มาใช้ แทนที่จะใช้เกรดคงที่และจำกัดอุณหภูมิ – ซึ่งน้ำมันที่บางเกินไปจะบางเกินไปเมื่อร้อน และน้ำมันที่หนาเกินไปจะหนาเกินไปเมื่อเย็น

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อน้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดเดียวสามารถสาธิตได้โดยการเทน้ำมันพืช ปริมาณเล็กน้อย ลงในหม้อหรือกระทะ แล้วนำไปแช่เย็นในช่องแช่แข็งหรือให้ความร้อนบนเตา เมื่อน้ำมันเย็นจัดในช่องแช่แข็ง น้ำมันจะแข็งตัวเป็นก้อนคล้าย "ขี้ผึ้ง" ซึ่งไม่สามารถสูบฉีดไปทั่วระบบหล่อลื่นของเครื่องยนต์ได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อใส่น้ำมันเย็นจัดหนึ่งช้อนลงในกระทะบนเตา แล้วค่อยๆ ให้ความร้อนและคนไปมา น้ำมันจะค่อยๆ อุ่นขึ้น และจะมีช่วงอุณหภูมิที่แน่นอนที่น้ำมันจะอุ่นและมีลักษณะ "เป็นน้ำมัน" ตามปกติ แต่เมื่อน้ำมันร้อนขึ้นเรื่อยๆ น้ำมันจะบางลงเรื่อยๆ จนเกือบจะเกิดควันและบางเหมือนน้ำ – ดังนั้นจึงแทบไม่มีความสามารถในการแยกชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวออกจากกัน ส่งผลให้เกิดการเสียดสีระหว่างโลหะและสร้างความเสียหายให้กับชิ้นส่วนที่ควรจะถูกแยกออกจากกันด้วยฟิล์มน้ำมัน บางๆ

ดังนั้น จึงแนะนำให้ใช้น้ำมันหล่อลื่นแบบหลายเกรดโดยพิจารณาจากช่วงอุณหภูมิแวดล้อมของฤดูกาลหรือสภาพแวดล้อม

นอกจากนี้ ยังมีประเด็นเรื่องการรักษาระดับอุณหภูมิของน้ำมัน เช่น ฮีตเตอร์น้ำมันหรือฮีตเตอร์เครื่องยนต์ที่ช่วยให้สตาร์ทง่ายและลดระยะเวลาการอุ่นเครื่องในสภาพอากาศหนาวจัด และคูลเลอร์น้ำมันเพื่อระบายความร้อนออกจากน้ำมันและวงจรน้ำมันของเครื่องยนต์ เกียร์ หรือระบบไฮดรอลิก เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิสูงสุดของน้ำมันให้อยู่ภายในขีดจำกัดการทำงานที่กำหนดไว้

มาตราส่วน VI ถูกกำหนดขึ้นโดยสมาคมวิศวกรยานยนต์ (SAE) อุณหภูมิที่เลือกโดยพลการสำหรับการอ้างอิงคือ 100 และ 210 °F (38 และ 99 °C) มาตราส่วนนี้เดิมทีถูกกำหนดขึ้นระหว่าง 0 สำหรับ น้ำมันดิบ แนฟเทนิกจากอ่าวเท็กซัส และ 100 สำหรับ น้ำมันดิบ พาราฟินิกจากเพนซิลเวเนีย นับตั้งแต่เริ่มใช้มาตราส่วนนี้ น้ำมันที่ดีกว่าก็ได้รับการผลิตขึ้นเช่นกัน ส่งผลให้ค่า VI มากกว่า 100 (ดูด้านล่าง) ^{[ 3 ]}

ปัจจุบันมีการใช้ สารเติมแต่งเพิ่ม ค่าดัชนีความหนืดและน้ำมันพื้นฐานคุณภาพสูงอย่างแพร่หลาย ซึ่งช่วยเพิ่มค่าดัชนีความหนืดให้สูงกว่า 100 ได้ ส่วน น้ำมันสังเคราะห์ มี ค่าดัชนีความหนืดตั้งแต่ 80 ถึงมากกว่า 400

ดัชนีความหนืด	การจำแนกประเภท
อายุต่ำกว่า 35 ปี	ต่ำ
35 ถึง 80	ปานกลาง
80 ถึง 110	สูง
สูงกว่า 110	สูงมาก

ดัชนีความหนืดสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle {\text{VI}}={\begin{cases}100{\dfrac {LU}{LH}}&{\text{ถ้า VI}}\leq 100,\\100+{\dfrac {\exp \left({\frac {\log H-\log U}{\log Y}}\right)-1}{0.00715}}&{\text{ถ้า VI}}>100,\end{cases}}}$

โดยที่Uคือความหนืดจลน์ของน้ำมันที่อุณหภูมิ 40 °C (104 °F) Yคือความหนืดจลน์ของน้ำมันที่อุณหภูมิ 100 °C (212 °F) และLกับHคือความหนืดที่อุณหภูมิ 40 °C สำหรับน้ำมันสมมติสองชนิดที่มีค่า VI เท่ากับ 0 และ 100 ตามลำดับ ซึ่งมีความหนืดที่อุณหภูมิ 100 °C เท่ากับน้ำมันที่เราพยายามหาค่า VI นั่นคือ น้ำมันสองชนิดที่มีความหนืดYที่อุณหภูมิ 100 °C และค่า VI เท่ากับ 0 และ 100 จะมีความหนืดที่อุณหภูมิ 40 °C เท่ากับ LและH ตามลำดับ ค่า LและHเหล่านี้สามารถพบได้ในตารางใน ASTM D2270 ^{[ 4 ]}และรวมอยู่ในเครื่องคำนวณออนไลน์^{[ 5 ]}