TWI648464B - 動力系統的優化裝置以及優化方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種動力系統的優化裝置以及優化方法。優化方法包括：混合奈米無機材料、醇類以及溶劑，以形成混合液；對混合液施加壓力，以使混合液被霧化而形成霧化液滴；在預定時間內，持續將霧化液滴導入動力系統內；以及在預定時間內，透過霧化液滴在動力系統內進行表面清潔動作與表面改質動作兩者其中之至少一種，以優化動力系統。其中，奈米無機材料係選自由下列所組成之群組：氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、氧化錫、氧化鋅、氧化鎳、二氧化矽、藍寶石及其組合。

Description

動力系統的優化裝置以及優化方法

本發明涉及一種動力系統的優化裝置以及優化方法，特別是涉及一種用於車輛的動力系統的優化裝置以及優化方法。

車輛的進氣系統在引擎運轉時從外部擷取空氣以提供引擎燃燒室必須的氧氣。然而經長期運轉使用之後，進氣系統的管壁內部與引擎的燃燒室內部會累積髒汙。特別是，由於機件的機油長期承受高溫後，部分機油將揮發為油氣。為了避免污染環境，因此現今的車輛系統均經過設計，將此油氣經由進氣管路、進氣門而導入引擎的燃燒室中再次燃燒，最後產生出碳化物。該碳化物經長時間累積之後會形成碳垢，如此會降低進氣系統以及引擎機件的效率，增加不必要的耗能支出。因此，一般車輛的使用者均需要間隔固定時間進行該些機件與構件的清潔保養。

現有的清潔保養技術是將氫氣氣體導入燃燒室，經火星塞點火後產生瞬間爆燃的氫氧氣火焰，藉助高溫的氫氧氣火焰將燃燒室內部積存的碳垢，並將碳垢藉由排氣管排出。然而，此方法仍存在著不足之處，由於燃燒室內部燃燒時會關閉進氣系統的氣門，因此氫氧氣火焰僅能清除累積在燃燒室內部的積碳，無法有效地清除堆積在進氣系統其餘管路上的髒汙。

另一種常用的清潔方法是將車輛的零組件拆卸之後，利用高強酸的藥劑來清除積碳。然而化學性的溶劑將容易對機件表面造成腐蝕與損傷。再者，習知針對車輛機件保養清潔的方法均需將 該些機件拆卸單一優化後再組裝，造成施作上的困難度。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種動力系統的優化裝置以及優化方法，其利用霧化液體與動力器系統內的溫度差達到表面清潔的效果，並透過引擎模組的溫度與壓力進行表面改質，藉此以對動力系統進行優化。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種動力系統的優化方法，其包括：混合奈米無機材料、醇類以及溶劑，以形成混合液；對混合液施加壓力，以使混合液被霧化而形成霧化液滴；在預定時間內，持續將霧化液滴導入動力系統內；以及在預定時間內，透過霧化液滴在動力系統內進行表面清潔動作與表面改質動作兩者其中之至少一種，以優化動力系統。其中，奈米無機材料係選自由下列所組成之群組：氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、氧化錫、氧化鋅、氧化鎳、二氧化矽、藍寶石及其組合。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種動力系統的優化裝置，該動力系統包括引擎模組以及進氣模組，其中，優化裝置耦接於進氣模組，並用以於預定時間內持續將霧化液滴導入進氣模組以及引擎模組。其中，透過霧化液滴在動力系統內進行表面清潔動作與表面改質動作兩者其中之至少一種，以優化動力系統。霧化液滴包括奈米無機材料。

本發明的有益效果在於，本發明技術方案所提供的動力系統的優化裝置以及優化方法，其可通過“在預定時間內，持續將霧化液滴導入動力系統內”以及“在預定時間內，透過霧化液滴在動力系統內進行表面清潔動作與表面改質動作兩者其中之至少一種”的技術特徵，以優化動力系統。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用於提供參 考與說明，並非用來對本發明加以限制。

S‧‧‧動力系統

D‧‧‧優化裝置

10‧‧‧進氣模組

1010‧‧‧內表面

1020‧‧‧碳化物質

1030‧‧‧奈米無機材料

20‧‧‧引擎模組

圖1為本發明實施例的動力系統的優化方法的流程圖。

圖2為本發明實施例的動力系統的優化裝置的功能方塊圖。

圖3為本發明實施例的表面改質動作的示意圖。

圖4為本發明另一實施例的動力系統的優化裝置的功能方塊圖。

圖5為本發明實施例的動力系統的優化方法實測結果扭力示意圖。

圖6為本發明實施例的動力系統的優化方法實測結果馬力示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“動力系統的優化裝置以及優化方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，予以聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

本發明提供一實施例，其為用於車輛動力系統S的優化裝置D以及優化方法。

請參閱圖1至圖3所示，圖1為本發明實施例的動力系統S的優化方法的流程圖，圖2為本發明實施例的動力系統S的優化裝置D的功能方塊圖，而圖3為本發明實施例的表面改質動作的示意圖。

如圖1所示，本發明實施例提供的動力系統S的優化方法，其至少包括下列步驟：

步驟S101：混合奈米無機材料、醇類以及溶劑，以形成混合液。

步驟S102：對混合液施加壓力，以使混合液被霧化而形成霧化液滴。

步驟S103：在預定時間內，持續將霧化液滴導入動力系統S內。

步驟S104：在預定時間內，透過霧化液滴在動力系統S內進行表面清潔動作與表面改質動作兩者其中之至少一種，以優化動力系統S。

詳言之，在步驟S101中，奈米無機材料可包含金屬，例如鎂、鋅、鎳、錫、鋁、鈦、銀或金；亦可包含非金屬，例如氧化矽、剛玉、石墨或鑽石。在本實施例中，所謂奈米無機材料者，係指粒徑為1nm至200nm的金屬粒子或非金屬粒子，較佳粒徑為2nm至20nm，在奈米尺度下自然形成氧化態，並且以高密度(單位體積的奈米顆粒量)儲存於溶劑中。在本實施例中，較佳的溶劑為液態蒸餾水。奈米無機材料係選自氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、氧化錫、氧化鋅、氧化鎳、二氧化矽、以及藍寶石(sapphire)所構成之群組。在本實施例中，各奈米無機材料的粒徑範圍可為：1nm至80nm、2nm至100nm、5nm至150nm、10至180nm或15nm至200nm；較佳地，可為2nm至60nm、5nm至80nm、或10nm至50nm。在本實施例中，奈米無機材料的密度為每100ml的水內有1至10g的奈米無機材料，最佳為2至5g，然不限於此。

承上述，進一步說明，在本實施例中，實際施用的奈米無機材料包括介於25~50wt%之間的氧化鋁、介於35~50wt%之間的二氧化鈦、介於10.1~17wt%之間的氧化鎂、以及介於10.1~20wt%之間的氧化鋅。

承上述，將儲存於蒸餾水中的奈米無機材料與醇類混合以形成一混合液。醇類可為沸點小於99℃的單元醇，舉例來說，但不限於，甲醇、乙醇、正丙醇或異丙醇。在本實施例中，較佳為乙 醇。醇類添加的比例是占混合液總體積的50%至90%，較佳為65%至80%。添加醇類的目的在於，降低整體混合液的沸點，降低比熱並提高揮發效率。

此外，值得一提的是，混合液中亦可添加少量的烷類，以增加液體氣化之效率。烷類舉例來說，但不限於，甲烷、乙烷或丙烷。烷類所占比例可為混合液總體積之1%至3%。

接著，如步驟S102所述，對混合液施加壓力，並藉由霧化噴嘴將混合液霧化而形成霧化液滴。霧化液滴可透過所屬技術領域習知的任意規格及形式的霧化噴嘴來形成，並根據需求來調整壓力以及噴出的液體量。

接著，如步驟S103所述，在預定時間內，持續將前述的霧化液滴導入動力系統S內。預定時間可隨著需求自行調整時間長度，可為30分鐘以上至1小時，也可以是以固定間隔時間持續導入一段時間。在本實施例中，預定時間是每5分鐘持續導入霧化液滴1分鐘，並歷時30至40分鐘。霧化液滴以每分鐘10c.c.至300c.c.的量噴灑。較佳地，可以每分鐘150c.c.的量導入動力系統S內。

再者，如步驟S104所述，在預定時間內，透過被導入的霧化液滴，在動力系統S內進行表面清潔動作以及表面改質動作兩者的至少一種，以對動力系統S進行優化。換句話說，被導入的霧化液滴可在動力系統S內進行表面清潔動作、或表面改質動作、或兩者兼具。

詳細說明之，如圖2所示，動力系統S包括一進氣模組10以及一引擎模組20，優化裝置D耦接於動力系統S的進氣模組10，而進氣模組10與引擎模組20彼此耦接。

需注意的是，根據所屬技術領域中的通常知識，本發明所使用的「進氣模組」之術語，是包括吸氣孔、渦輪、進氣管道、節氣門、進氣歧管、進氣門、排氣門以及排氣管道等部件。

再者，本發明所使用的「引擎模組」之術語，係指燃燒室、 噴油嘴以及活塞。

首先，發動引擎模組20以提供動力以使車輛的動力系統S處在運轉狀態，此時進氣模組10持續透過吸氣孔從外部吸入空氣。優化裝置D提供霧化液滴。霧化液滴從吸氣孔被導入之後，霧化液滴沿著進氣模組10的管路隨著所吸入的外部氣體(或空氣)一同從吸氣孔向進氣模組10內部推進。隨著時間的進程，霧化液滴以渦輪、進氣管道、節氣門、進氣歧管以及進氣門順序逐漸擴散並佈滿整個進氣模組10。同時，透過進氣門的開闔，霧化液滴亦可進入引擎模組20的燃燒室中，接著再透過排氣門排出回到進氣模組10的排氣管道內。

承上所述，由於霧化液滴包含水、醇類以及奈米無機材料。當車輛動力系統S運轉時，一般而言，進氣模組10接近燃燒室的部件會會具有高於200℃的表面溫度，而其餘部件也有大約60至80℃的表面溫度。當導入處於室溫(大約25℃至32℃之間)的霧化液滴時，進氣模組10的整體或是進氣模組10的管路內部與霧化液滴之間的溫差可為35℃以上，甚至超過150℃。同時，高溫可使得霧化液滴內含的醇類容易達到沸點並揮發氣化，此過程可帶走部分熱量，得以讓進氣模組10內表面的溫度再稍微下降。如此一來，這樣的溫度差可使得霧化液滴在進氣模組10內進行表面清潔動作。

詳言之，當進氣模組10內部存在溫度差時，原先因運轉而附著於進氣模組10內表面的高溫碳垢或碳化物質瞬間遇冷，經熱脹冷縮之原理，使得碳垢或碳化物質可從內表面脫落，如此可移除原附著在進氣模組10的內表面上的物質，以達成表面清潔動作。此外，奈米無機材料經進氣模組10內高溫作用之後，奈米無機材料可藉由自身電性與碳化物質的表面形成鍵結，如此可阻斷原先碳化物質與進氣模組10內表面之間的黏附關係，使碳化物質與進氣模組10的內表面的黏附力變弱，使碳化物質從進氣模組10的 內表面持續剝落。

更進一步，由於蒸餾水以及乙醇於高溫環境下會氣化，如此一來可將奈米無機材料從霧化液滴中釋放並散布在進氣模組10之內部以及引擎模組20的燃燒室中。由於奈米無機材料之粒徑均在1nm至200nm之間，在奈米尺度下的金屬或非金屬材料由於顆粒細小，根據不同元素特性，可在高溫環境下具有不同電性的展現。更微觀而言，當於車輛引擎運轉的同時不停對動力系統S內部產生高溫環境，進氣模組10的內表面材質的分子之間的鍵結相對弱化。本實施例的奈米無機材料藉著霧化液滴此載體持續導入進氣模組10，並逐漸接觸進氣模組10所有元件的內表面，在高溫的催化下以不同的電性與進氣模組10的內表面原有之分子形成鍵結關係。

如圖3所示，以進氣模組10的管路之內表面1010舉例說明，當奈米無機材料1030經高溫催化後，可與原先附著在進氣模組10的內表面1010的碳化物質1020形成鍵結關係，長此以往，碳化物質1020(或碳垢)可被包覆在奈米無機材料1030內。就結果而言，奈米無機材料1030對碳化物質1020的表面進行表面改質動作。如此一來，在車輛動力系統S運轉的同時，以霧化液滴的形式的水以及醇類做為載體，可使將奈米無機材料均勻載至進氣模組10的內表面，並利用動力系統S運轉的高溫進行催化以完成表面改質。值得注意的事，此表面改質動作亦可發生在引擎模組20的燃燒室中。

另外，值得一提的是，進氣模組10的渦輪在高速運轉時，其扇葉因旋轉而會與周圍空氣摩擦而產生靜電效應，該靜電效應容易使得雜質附著於扇葉上，並造成擾流，無形中增加氣流阻力。然而，當進氣模組10持續地進氣，並將霧化液滴持續導入時，霧化液滴(奈米無機材料)可被均勻載至進氣模組10的渦輪的扇葉上，並藉由動力系統S運轉而產生的內部高溫完成渦輪的扇葉的 表面改質。

接著，隨著進氣模組10不停地將外部氣體遞送至內部，霧化液滴可被傳遞經過進氣門以進入引擎模組20的燃燒室。噴油嘴噴出燃油至燃燒室，瞬間點燃以產生氣體體積變化進而推動活塞運動。在燃燒室內部的高溫以及高壓環境下，奈米無機材料以不同的電性與燃燒室的缸內表面原有之分子(金屬)形成鍵結關係。如此一來，在車輛動力系統S運轉的同時，藉由進氣模組10持續地進氣，將被包覆在霧化液滴內的奈米無機材料均勻載至引擎模組20的燃燒室內，並藉由燃燒室內部高溫與高壓進行催化以完成表面改質。

總結來說，在固定時間內，霧化液滴隨著外部氣體均勻散佈在進氣模組10的所有部件之內表面以及進入引擎模組20的燃燒室內，因此只要該部件可與霧化液滴接觸，表面清潔動作以及表面改質動作便可無差別、無死角地進行。換句話說，本發明透過霧化液滴的形式，將奈米無機材料透過進氣模組10推進動力系統S的進氣模組10以及引擎模組20的燃燒室中，在動力系統S運轉的期間，便可同時達成進氣模組10的內表面清潔以及進氣模組10與引擎模組20的表面改質的目的，以完成動力系統S的優化。

需強調的是，本發明之實施例，提供的表面改質方法係利用奈米無機材料，然該奈米無機材料並非僅單純造粒或電化學沉積在目標物表面，而是奈米無機材料透過其不同電性，並經由高溫高壓之催化，進而與進氣模組10與引擎模組20的內表面物質的分子鍵結，以改變模組各部件的表面特性。換句話說，若當進一步將各部件的表面材料刮除進行物化分析，可發現增加了原先不存在於機件材料的元素，即本發明實施例透過霧化液滴作為載體所帶入的奈米無機材料。

值得一提的是，本發明實施例的動力系統S的優化裝置D是與進氣模組10耦接，然並不限於該優化裝置D的設置位置。如圖 4所示，本發明的優化裝置D亦可以被包括於動力系統S內，並同樣與進氣模組10耦接。換句話說，動力系統S的優化裝置D可以內建於動力系統S內部，同樣是在動力系統S運轉期間，以一預定時間將霧化液滴導入進氣模組10與引擎模組20以對該兩者進行優化。

為了進一步使所屬領域中具有通常知識者了解本發明提供的優化方法可達成之具體功效，發明人利用前述方法實際於車輛施作，並提供測試結果。

[實例說明]

測試車輛分別為已運轉里程十萬公里以上2013年出廠的福特(Ford)Focus ST，白色(汽油車)，以及2015年出廠的富豪(Volvo)V40 D4，白色(柴油車)。兩種測試車輛非剛出廠之新車，預期車輛進氣模組10的各部件應存有一定數量之碳垢。首先，將儲存與蒸餾水內的奈米無機材料與乙醇混合以形成混合液。奈米無機材料的粒徑為2nm至20nm，其中，奈米無機材料的密度為每100ml的水內有3g的奈米無機材料。在本實例中，奈米無機材料包括：二氧化鈦42wt%、氧化鋁27wt%、氧化鋅18wt%以及氧化鎂13wt%。乙醇占混合液之總體積的30%。

接著發動車輛使引擎運轉，此時車輛的進氣模組10將從外部持續攝入外部氣體，以遞送該外部氣體至引擎模組20的燃燒室。

同時，透過加壓幫浦以及霧化噴嘴，使前述的混合液被施壓並通過霧化噴嘴以產生霧化液滴。欲將霧化液滴導入進氣模組10時，是將霧化噴嘴朝向進氣模組10的吸氣孔，以使得進氣模組10於吸入外部氣體的同時一併將霧化液滴吸入。霧化噴嘴的壓力可以被控制，使其每分鐘導入約150c.c.的霧化液滴，並每間隔5分鐘導入一次，持續30分鐘。

如前所述，兩台待測試車輛均經過運轉30分鐘，在此過程中， 進氣模組10不停地將外部氣體帶入引擎模組20的燃燒室內，並經由排氣門將氣體排出。霧化液滴可隨著被吸入的氣體，逐漸散佈至進氣模組10的各管路以及部件，同時可進入燃燒室。

承上所述，於運轉的同時，利用動力系統S對進氣模組10產生的高溫與來自外部導入的霧化液滴的室溫之間的溫度差，可使進氣模組10各部件的內表面上附著的碳垢經熱脹冷縮之效應，從內表面剝落。

於此同時，進氣模組10與引擎模組20在運轉過程中產生的高溫以及壓力，會使得各零件與部件的表面原有材料的內部分子與分子之間的鍵結弱化。而本發明所加入的奈米無機材料接觸或經過進氣模組10與引擎模組20的內表面，在高溫高壓的催化下以不同的電性與內表面原有之分子形成鍵結關係。透過持續地使車輛運轉，便可完成表面清潔以及表面改質的動作。

值得一提的是，經年累月附著於進氣模組10內表面的碳垢可藉由溫度差而從內表面剝落。更甚，施作完兩周之後，碳垢仍可持續剝落。同時，在高溫的環境下，剩餘仍附著於內表面的碳垢可與奈米無機材料粒子進行鍵結，使碳垢外部被「鍍佈」上奈米無機材料。換句話說，奈米無機材料亦可對表面碳垢進行表面改質，降低原有碳垢表面的粗糙度。再者，整體而言，由於進氣模組10與引擎模組20的內表面的平滑度提升，後續使用車輛時，可降低油氣碳垢的附著程度。如此一來，經過奈米無機材料的處理，不僅是表面清潔動作或是表面改質動作，均大幅地完成車輛動力系統S的優化。

完成優化的車輛，經上路測試之後，可發現駕駛的順暢度大為增加。這是因為車輛進氣系統的管路內表面變得較為平滑，故而氣體與管路的摩擦力減少且氣體流速增加的緣故。特別是針對柴油車(Volvo V40 D4)，同時參閱圖5以及圖6，其分別顯示經完成優化之後的引擎效能實測結果。從圖5可看出，經施作後的扭 力曲線整體抬升。另外，圖6顯示施作後的馬力測試，可看出施作後引擎的馬力亦是整體地優化，最大值從約201Hp提升至206.7Hp。從結果可明顯看出，由於改善了進器模組整體內表面的平滑度，也改善渦輪的扇葉的表面特性，使渦輪旋轉的阻力降低，再者，燃燒室的碳垢被清除，使得車輛的扭力以及馬力整體有感提升。

[實施例的有益效果]

綜上所述，本發明的有益效果在於，本發明實施例所提供的動力系統S的優化裝置D以及優化方法，其可通過“在預定時間內，持續將霧化液滴導入動力系統S內”及“在預定時間內，透過霧化液滴在動力系統S內進行表面清潔動作與表面改質動作兩者其中之至少一種”的技術特徵，以優化動力系統S。此外，本發明可不需要透過拆卸機件的繁複步驟便可達到優化機件表面的效果。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及附圖內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims (7)

1. 一種動力系統的優化方法，其包括：混合一奈米無機材料、一醇類以及一溶劑，以形成一混合液；對所述混合液施加一壓力，以使所述混合液被霧化而形成一霧化液滴；在一預定時間內，持續將所述霧化液滴導入一動力系統內；以及在所述預定時間內，透過所述霧化液滴在所述動力系統內進行一表面清潔動作與一表面改質動作兩者其中之至少一種，以優化所述動力系統；其中，所述動力系統包括一引擎模組；其中，所述奈米無機材料係選自由下列所組成之群組：氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、氧化錫、氧化鋅、氧化鎳、二氧化矽、藍寶石及其組合；其中，所述奈米無機材料之粒徑介於1nm~200nm之間，所述奈米無機材料包括介於25~50wt%之間的氧化鋁、介於35~50wt%之間的二氧化鈦、介於10.1~17wt%之間的氧化鎂、以及介於10.1~20wt%之間的氧化鋅，所述醇類為一沸點小於99℃的單元醇，且所述溶劑為蒸餾水。
2. 如請求項1所述的動力系統的優化方法，其中，所述動力系統包括一進氣模組。
3. 如請求項2所述的動力系統的優化方法，其中，所述表面清潔動作為：通過所述霧化液滴與所述進氣模組之間的一溫度差，以移除已附著在所述進氣模組的內表面上的至少一物質，其中，所述溫度差大於35℃。
4. 如請求項2所述的動力系統的優化方法，其中，所述表面改質動作包括：與已附著在所述進氣模組的內表面上的至少一物質產生鍵結或者直接與所述進氣模組的內表面產生鍵結。
5. 如請求項1所述的動力系統的優化方法，其中，所述表面改質動作包括：與已附著在所述引擎模組的內表面上的至少一物質產生鍵結或者直接與所述引擎模組的內表面產生鍵結。
6. 一種動力系統的優化裝置，所述動力系統包括一引擎模組以及一進氣模組，其特徵在於：所述優化裝置耦接於所述進氣模組，並用以於一預定時間內持續將一霧化液滴導入所述進氣模組以及所述引擎模組，其中，所述霧化液滴包括一奈米無機材料；其中，透過所述霧化液滴在所述動力系統內進行一表面清潔動作與一表面改質動作兩者其中之至少一種，以優化所述動力系統；其中，所述表面改質動作包括：與已附著在所述引擎模組的內表面上的至少一物質產生鍵結或者直接與所述引擎模組的內表面產生鍵結。
7. 如請求項6所述的動力系統的優化裝置，其中，所述表面清潔動作為：通過所述霧化液滴與所述進氣模組之間的一溫度差，以移除已附著在所述進氣模組的內表面上的至少一物質；其中，所述表面改質動作包括：與已附著在所述進氣模組的內 表面上的至少一物質產生鍵結或者直接與所述進氣模組的內表面產生鍵結。