CN108425747B - 动力系统的优化装置以及优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动力系统的优化装置以及优化方法。优化方法包括：混合纳米无机材料、醇类以及溶剂，以形成混合液；对混合液施加压力，以使混合液被雾化而形成雾化液滴；在预定时间内，持续将雾化液滴导入动力系统内；以及在预定时间内，通过雾化液滴在动力系统内进行表面清洁动作与表面改质动作两者其中的至少一种，以优化动力系统。其中，纳米无机材料系选自由下列所组成的群组：氧化铝、二氧化钛、氧化镁、氧化锡、氧化锌、氧化镍、二氧化硅、蓝宝石及其组合。本发明可达到优化机件表面的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力系统的优化装置以及优化方法，特别是涉及一种用于车辆的动力系统的优化装置以及优化方法。
背景技术
车辆的进气系统在引擎运转时从外部撷取空气以提供引擎燃烧室必须的氧气。然而经长期运转使用之后，进气系统的管壁内部与引擎的燃烧室内部会累积脏污。特别是，由于机件的机油长期承受高温后，部分机油将挥发为油气。为了避免污染环境，因此现今的车辆系统均经过设计，将此油气经由进气管路、进气门而导入引擎的燃烧室中再次燃烧，最后产生出碳化物。该碳化物经长时间累积之后会形成碳垢，如此会降低进气系统以及引擎机件的效率，增加不必要的耗能支出。因此，一般车辆的使用者均需要间隔固定时间进行该些机件与构件的清洁保养。
现有的清洁保养技术是将氢气气体导入燃烧室，经火星塞点火后产生瞬间爆燃的氢氧气火焰，藉助高温的氢氧气火焰将燃烧室内部积存的碳垢，并将碳垢借由排气管排出。然而，此方法仍存在着不足之处，由于燃烧室内部燃烧时会关闭进气系统的气门，因此氢氧气火焰仅能清除累积在燃烧室内部的积碳，无法有效地清除堆积在进气系统其余管路上的脏污。
另一种常用的清洁方法是将车辆的零组件拆卸之后，利用高强酸的药剂来清除积碳。然而化学性的溶剂将容易对机件表面造成腐蚀与损伤。再者，习知针对车辆机件保养清洁的方法均需将该些机件拆卸单一优化后再组装，造成施作上的困难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种动力系统的优化装置以及优化方法，其利用雾化液体与动力器系统内的温度差达到表面清洁的效果，并通过引擎模块的温度与压力进行表面改质，借此以对动力系统进行优化。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种动力系统的优化方法，其包括：混合纳米无机材料、醇类以及溶剂，以形成混合液；对混合液施加压力，以使混合液被雾化而形成雾化液滴；在预定时间内，持续将雾化液滴导入动力系统内；以及在预定时间内，通过雾化液滴在动力系统内进行表面清洁动作与表面改质动作两者其中的至少一种，以优化动力系统。其中，纳米无机材料是选自由下列所组成的群组：氧化铝、二氧化钛、氧化镁、氧化锡、氧化锌、氧化镍、二氧化硅、蓝宝石及其组合。
优选地，所述动力系统包括一进气模块。
优选地，所述表面清洁动作为：通过所述雾化液滴与所述进气模块之间的一温度差，以移除已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质，其中，所述温度差大于35℃。
优选地，所述表面改质动作为：与已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质产生键结或者直接与所述进气模块的内表面产生键结。
优选地，所述动力系统包括一引擎模块。
优选地，所述表面改质动作为：与已附着在所述引擎模块的内表面上的至少一物质产生键结或者直接与所述引擎模块的内表面产生键结。
优选地，所述纳米无机材料的粒径介于1nm～200nm之间，所述纳米无机材料包括介于25～50wt％之间的氧化铝、介于35～50wt％之间的二氧化钛、介于10.1～17wt％之间的氧化镁、以及介于10.1～20wt％之间的氧化锌，所述醇类为一沸点小于99℃的单元醇，且所述溶剂为蒸馏水。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种动力系统的优化装置，所述动力系统包括引擎模块以及进气模块，其中，优化装置耦接于进气模块，并用以于预定时间内持续将雾化液滴导入进气模块以及引擎模块。其中，通过雾化液滴在动力系统内进行表面清洁动作与表面改质动作两者其中的至少一种，以优化动力系统。雾化液滴包括纳米无机材料。
优选地，所述表面清洁动作为：通过所述雾化液滴与所述进气模块之间的一温度差，以移除已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质；所述表面改质动作为：与已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质产生键结或者直接与所述进气模块的内表面产生键结。
优选地，所述表面改质动作为：与已附着在所述引擎模块的内表面上的至少一物质产生键结或者直接与所述引擎模块的内表面产生键结。
本发明的有益效果在于，本发明技术方案所提供的动力系统的优化装置以及优化方法，其可通过“在预定时间内，持续将雾化液滴导入动力系统内”以及“在预定时间内，通过雾化液滴在动力系统内进行表面清洁动作与表面改质动作两者其中的至少一种”的技术特征，以优化动力系统。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明实施例的动力系统的优化方法的流程图。
图2为本发明实施例的动力系统的优化装置的功能方块图。
图3为本发明实施例的表面改质动作的示意图。
图4为本发明另一实施例的动力系统的优化装置的功能方块图。
图5为本发明实施例的动力系统的优化方法实测结果扭力示意图。
图6为本发明实施例的动力系统的优化方法实测结果马力示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“动力系统的优化装置以及优化方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的权利范围。
本发明提供一实施例，其为用于车辆动力系统S的优化装置D以及优化方法。
请参阅图1至图3所示，图1为本发明实施例的动力系统S的优化方法的流程图，图2为本发明实施例的动力系统S的优化装置D的功能方块图，而图3为本发明实施例的表面改质动作的示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的动力系统S的优化方法，其至少包括下列步骤：
步骤S101：混合纳米无机材料、醇类以及溶剂，以形成混合液。
步骤S102：对混合液施加压力，以使混合液被雾化而形成雾化液滴。
步骤S103：在预定时间内，持续将雾化液滴导入动力系统S内。
步骤S104：在预定时间内，通过雾化液滴在动力系统S内进行表面清洁动作与表面改质动作两者其中的至少一种，以优化动力系统S。
详言之，在步骤S101中，纳米无机材料可包含金属，例如镁、锌、镍、锡、铝、钛、银或金；亦可包含非金属，例如氧化硅、刚玉、石墨或钻石。在本实施例中，所谓纳米无机材料者，是指粒径为1nm至200nm的金属粒子或非金属粒子，较佳粒径为2nm至20nm，在纳米尺度下自然形成氧化态，并且以高密度(单位体积的纳米颗粒量)储存于溶剂中。在本实施例中，较佳的溶剂为液态蒸馏水。纳米无机材料是选自氧化铝、二氧化钛、氧化镁、氧化锡、氧化锌、氧化镍、二氧化硅、以及蓝宝石(sapphire)所构成的群组。在本实施例中，各纳米无机材料的粒径范围可为：1nm至80nm、2nm至100nm、5nm至150nm、10nm至180nm或15nm至200nm；较佳地，可为2nm至60nm、5nm至80nm、或10nm至50nm。在本实施例中，纳米无机材料的密度为每100ml的水内有1至10g的纳米无机材料，最佳为2至5g，然不限于此。
承上述，进一步说明，在本实施例中，实际施用的纳米无机材料包括介于25～50wt％之间的氧化铝、介于35～50wt％之间的二氧化钛、介于10.1～17wt％之间的氧化镁、以及介于10.1～20wt％之间的氧化锌。
承上述，将储存于蒸馏水中的纳米无机材料与醇类混合以形成一混合液。醇类可为沸点小于99℃的单元醇，举例来说，但不限于，甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇。在本实施例中，较佳为乙醇。醇类添加的比例是占混合液总体积的50％至90％，较佳为65％至80％。添加醇类的目的在于，降低整体混合液的沸点，降低比热并提高挥发效率。
此外，值得一提的是，混合液中亦可添加少量的烷类，以增加液体气化的效率。烷类举例来说，但不限于，甲烷、乙烷或丙烷。烷类所占比例可为混合液总体积的1％至3％。
接着，如步骤S102所述，对混合液施加压力，并借由雾化喷嘴将混合液雾化而形成雾化液滴。雾化液滴可通过本领域习知的任意规格及形式的雾化喷嘴来形成，并根据需求来调整压力以及喷出的液体量。
接着，如步骤S103所述，在预定时间内，持续将前述的雾化液滴导入动力系统S内。预定时间可随着需求自行调整时间长度，可为30分钟以上至1小时，也可以是以固定间隔时间持续导入一段时间。在本实施例中，预定时间是每5分钟持续导入雾化液滴1分钟，并历时30至40分钟。雾化液滴以每分钟10c.c.至300c.c.的量喷洒。较佳地，可以每分钟150c.c.的量导入动力系统S内。
再者，如步骤S104所述，在预定时间内，通过被导入的雾化液滴，在动力系统S内进行表面清洁动作以及表面改质动作两者的至少一种，以对动力系统S进行优化。换句话说，被导入的雾化液滴可在动力系统S内进行表面清洁动作、或表面改质动作、或两者兼具。
详细说明，如图2所示，动力系统S包括一进气模块10以及一引擎模块20，优化装置D耦接于动力系统S的进气模块10，而进气模块10与引擎模块20彼此耦接。
需注意的是，根据本领域中的公知常识，本发明所使用的「进气模块」的术语，是包括吸气孔、涡轮、进气管道、节气门、进气歧管、进气门、排气门以及排气管道等部件。
再者，本发明所使用的「引擎模块」的术语，是指燃烧室、喷油嘴以及活塞。
首先，发动引擎模块20以提供动力以使车辆的动力系统S处在运转状态，此时进气模块10持续通过吸气孔从外部吸入空气。优化装置D提供雾化液滴。雾化液滴从吸气孔被导入之后，雾化液滴沿着进气模块10的管路随着所吸入的外部气体(或空气)一同从吸气孔向进气模块10内部推进。随着时间的进程，雾化液滴以涡轮、进气管道、节气门、进气歧管以及进气门顺序逐渐扩散并布满整个进气模块10。同时，通过进气门的开阖，雾化液滴亦可进入引擎模块20的燃烧室中，接着再通过排气门排出回到进气模块10的排气管道内。
承上所述，由于雾化液滴包含水、醇类以及纳米无机材料。当车辆动力系统S运转时，一般而言，进气模块10接近燃烧室的部件会具有高于200℃的表面温度，而其余部件也有大约60℃至80℃的表面温度。当导入处于室温(大约25℃至32℃之间)的雾化液滴时，进气模块10的整体或是进气模块10的管路内部与雾化液滴之间的温差可为35℃以上，甚至超过150℃。同时，高温可使得雾化液滴内含的醇类容易达到沸点并挥发气化，此过程可带走部分热量，得以让进气模块10内表面的温度再稍微下降。如此一来，这样的温度差可使得雾化液滴在进气模块10内进行表面清洁动作。
详言之，当进气模块10内部存在温度差时，原先因运转而附着于进气模块10内表面的高温碳垢或碳化物质瞬间遇冷，经热胀冷缩的原理，使得碳垢或碳化物质可从内表面脱落，如此可移除原附着在进气模块10的内表面上的物质，以达成表面清洁动作。此外，纳米无机材料经进气模块10内高温作用之后，纳米无机材料可借由自身电性与碳化物质的表面形成键结，如此可阻断原先碳化物质与进气模块10内表面之间的粘附关系，使碳化物质与进气模块10的内表面的粘附力变弱，使碳化物质从进气模块10的内表面持续剥落。
更进一步，由于蒸馏水以及乙醇于高温环境下会气化，如此一来可将纳米无机材料从雾化液滴中释放并散布在进气模块10的内部以及引擎模块20的燃烧室中。由于纳米无机材料的粒径均在1nm至200nm之间，在纳米尺度下的金属或非金属材料由于颗粒细小，根据不同元素特性，可在高温环境下具有不同电性的展现。更微观而言，当于车辆引擎运转的同时不停对动力系统S内部产生高温环境，进气模块10的内表面材质的分子之间的键结相对弱化。本实施例的纳米无机材料借着雾化液滴此载体持续导入进气模块10，并逐渐接触进气模块10所有元件的内表面，在高温的催化下以不同的电性与进气模块10的内表面原有的分子形成键结关系。
如图3所示，以进气模块10的管路的内表面1010举例说明，当纳米无机材料1030经高温催化后，可与原先附着在进气模块10的内表面1010的碳化物质1020形成键结关系，长此以往，碳化物质1020(或碳垢)可被包覆在纳米无机材料1030内。就结果而言，纳米无机材料1030对碳化物质1020的表面进行表面改质动作。如此一来，在车辆动力系统S运转的同时，以雾化液滴的形式的水以及醇类做为载体，可使将纳米无机材料均匀载至进气模块10的内表面，并利用动力系统S运转的高温进行催化以完成表面改质。值得注意的事，此表面改质动作亦可发生在引擎模块20的燃烧室中。
另外，值得一提的是，进气模块10的涡轮在高速运转时，其扇叶因旋转而会与周围空气摩擦而产生静电效应，该静电效应容易使得杂质附着于扇叶上，并造成扰流，无形中增加气流阻力。然而，当进气模块10持续地进气，并将雾化液滴持续导入时，雾化液滴(纳米无机材料)可被均匀载至进气模块10的涡轮的扇叶上，并借由动力系统S运转而产生的内部高温完成涡轮的扇叶的表面改质。
接着，随着进气模块10不停地将外部气体递送至内部，雾化液滴可被传递经过进气门以进入引擎模块20的燃烧室。喷油嘴喷出燃油至燃烧室，瞬间点燃以产生气体体积变化进而推动活塞运动。在燃烧室内部的高温以及高压环境下，纳米无机材料以不同的电性与燃烧室的缸内表面原有的分子(金属)形成键结关系。如此一来，在车辆动力系统S运转的同时，借由进气模块10持续地进气，将被包覆在雾化液滴内的纳米无机材料均匀载至引擎模块20的燃烧室内，并借由燃烧室内部高温与高压进行催化以完成表面改质。
总结来说，在固定时间内，雾化液滴随着外部气体均匀散布在进气模块10的所有部件的内表面以及进入引擎模块20的燃烧室内，因此只要该部件可与雾化液滴接触，表面清洁动作以及表面改质动作便可无差别、无死角地进行。换句话说，本发明通过雾化液滴的形式，将纳米无机材料通过进气模块10推进动力系统S的进气模块10以及引擎模块20的燃烧室中，在动力系统S运转的期间，便可同时达成进气模块10的内表面清洁以及进气模块10与引擎模块20的表面改质的目的，以完成动力系统S的优化。
需强调的是，本发明的实施例，提供的表面改质方法是利用纳米无机材料，然该纳米无机材料并非仅单纯造粒或电化学沉积在目标物表面，而是纳米无机材料通过其不同电性，并经由高温高压的催化，进而与进气模块10与引擎模块20的内表面物质的分子键结，以改变模块各部件的表面特性。换句话说，若当进一步将各部件的表面材料刮除进行物化分析，可发现增加了原先不存在于机件材料的元素，即本发明实施例通过雾化液滴作为载体所带入的纳米无机材料。
值得一提的是，本发明实施例的动力系统S的优化装置D是与进气模块10耦接，然并不限于该优化装置D的设置位置。如图4所示，本发明的优化装置D亦可以被包括于动力系统S内，并同样与进气模块10耦接。换句话说，动力系统S的优化装置D可以内建于动力系统S内部，同样是在动力系统S运转期间，以一预定时间将雾化液滴导入进气模块10与引擎模块20以对该两者进行优化。
为了进一步使本领域技术人员了解本发明提供的优化方法可达成的具体功效，发明人利用前述方法实际于车辆施作，并提供测试结果。
实例说明
测试车辆分别为已运转里程十万公里以上2013年出厂的福特(Ford)Focus ST，白色(汽油车)，以及2015年出厂的富豪(Volvo)V40D4，白色(柴油车)。两种测试车辆非刚出厂的新车，预期车辆进气模块10的各部件应存有一定数量的碳垢。首先，将储存与蒸馏水内的纳米无机材料与乙醇混合以形成混合液。纳米无机材料的粒径为2nm至20nm，其中，纳米无机材料的密度为每100ml的水内有3g的纳米无机材料。在本实例中，纳米无机材料包括：二氧化钛42wt％、氧化铝27wt％、氧化锌18wt％以及氧化镁13wt％。乙醇占混合液的总体积的30％。
接着发动车辆使引擎运转，此时车辆的进气模块10将从外部持续摄入外部气体，以递送该外部气体至引擎模块20的燃烧室。
同时，通过加压泵以及雾化喷嘴，使前述的混合液被施压并通过雾化喷嘴以产生雾化液滴。欲将雾化液滴导入进气模块10时，是将雾化喷嘴朝向进气模块10的吸气孔，以使得进气模块10于吸入外部气体的同时一并将雾化液滴吸入。雾化喷嘴的压力可以被控制，使其每分钟导入约150ml的雾化液滴，并每间隔5分钟导入一次，持续30分钟。
如前所述，两台待测试车辆均经过运转30分钟，在此过程中，进气模块10不停地将外部气体带入引擎模块20的燃烧室内，并经由排气门将气体排出。雾化液滴可随着被吸入的气体，逐渐散布至进气模块10的各管路以及部件，同时可进入燃烧室。
承上所述，于运转的同时，利用动力系统S对进气模块10产生的高温与来自外部导入的雾化液滴的室温之间的温度差，可使进气模块10各部件的内表面上附着的碳垢经热胀冷缩的效应，从内表面剥落。
于此同时，进气模块10与引擎模块20在运转过程中产生的高温以及压力，会使得各零件与部件的表面原有材料的内部分子与分子之间的键结弱化。而本发明所加入的纳米无机材料接触或经过进气模块10与引擎模块20的内表面，在高温高压的催化下以不同的电性与内表面原有的分子形成键结关系。通过持续地使车辆运转，便可完成表面清洁以及表面改质的动作。
值得一提的是，经年累月附着于进气模块10内表面的碳垢可借由温度差而从内表面剥落。更甚，施作完两周之后，碳垢仍可持续剥落。同时，在高温的环境下，剩余仍附着于内表面的碳垢可与纳米无机材料粒子进行键结，使碳垢外部被“镀布”上纳米无机材料。换句话说，纳米无机材料亦可对表面碳垢进行表面改质，降低原有碳垢表面的粗糙度。再者，整体而言，由于进气模块10与引擎模块20的内表面的平滑度提升，后续使用车辆时，可降低油气碳垢的附着程度。如此一来，经过纳米无机材料的处理，不仅是表面清洁动作或是表面改质动作，均大幅地完成车辆动力系统S的优化。
完成优化的车辆，经上路测试之后，可发现驾驶的顺畅度大为增加。这是因为车辆进气系统的管路内表面变得较为平滑，故而气体与管路的摩擦力减少且气体流速增加的缘故。特别是针对柴油车(Volvo V40D4)，同时参阅图5以及图6，其分别显示经完成优化之后的引擎效能实测结果。从图5可看出，经施作后的扭力曲线整体抬升。另外，图6显示施作后的马力测试，可看出施作后引擎的马力亦是整体地优化，最大值从约201Hp提升至206.7Hp。从结果可明显看出，由于改善了进器模块整体内表面的平滑度，也改善涡轮的扇叶的表面特性，使涡轮旋转的阻力降低，再者，燃烧室的碳垢被清除，使得车辆的扭力以及马力整体有感提升。
实施例的有益效果
综上所述，本发明的有益效果在于，本发明实施例所提供的动力系统S的优化装置D以及优化方法，其可通过“在预定时间内，持续将雾化液滴导入动力系统S内”及“在预定时间内，通过雾化液滴在动力系统S内进行表面清洁动作与表面改质动作两者其中的至少一种”的技术特征，以优化动力系统S。此外，本发明可不需要通过拆卸机件的繁复步骤便可达到优化机件表面的效果。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。
Claims (8)
1.一种动力系统的优化方法，其特征在于，所述动力系统的优化方法包括：
混合一纳米无机材料、一醇类以及一溶剂，以形成一混合液；
对所述混合液施加一压力，以使所述混合液被雾化而形成一雾化液滴；
在一预定时间内，持续将所述雾化液滴导入一动力系统内；以及
在所述预定时间内，通过所述雾化液滴在所述动力系统内进行一表面清洁动作与一表面改质动作两者其中的至少一种，以优化所述动力系统；
其中，所述纳米无机材料选自由下列所组成的群组：氧化铝、二氧化钛、氧化镁、氧化锡、氧化锌、氧化镍、二氧化硅、蓝宝石及其组合；
其中，所述动力系统包括一引擎模块以及一进气模块，所述表面改质动作为：所述纳米无机材料直接与所述进气模块或者所述引擎模块的内表面产生键结。
2.根据权利要求1所述的动力系统的优化方法，其特征在于，所述表面清洁动作为：通过所述雾化液滴与所述进气模块之间的一温度差，以移除已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质，其中，所述温度差大于35℃。
3.根据权利要求1所述的动力系统的优化方法，其特征在于，所述表面改质动作为：与已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质产生键结。
4.根据权利要求1所述的动力系统的优化方法，其特征在于，所述表面改质动作为：与已附着在所述引擎模块的内表面上的至少一物质产生键结。
5.根据权利要求1所述的动力系统的优化方法，其特征在于，所述纳米无机材料的粒径介于1nm～200nm之间，所述纳米无机材料包括介于25～50wt％之间的氧化铝、介于35～50wt％之间的二氧化钛、介于10.1～17wt％之间的氧化镁、以及介于10.1～20wt％之间的氧化锌，所述醇类为一沸点小于99℃的单元醇，且所述溶剂为蒸馏水。
6.一种动力系统的优化装置，所述动力系统包括一引擎模块以及一进气模块，其特征在于，所述优化装置耦接于所述进气模块，并用以于一预定时间内持续将一雾化液滴导入所述进气模块以及所述引擎模块，其中，所述雾化液滴包括一纳米无机材料；其中，通过所述雾化液滴在所述动力系统内进行一表面清洁动作与一表面改质动作两者其中的至少一种，以优化所述动力系统；其中，所述表面改质动作为：所述纳米无机材料直接与所述进气模块或者所述引擎模块的内表面产生键结。
7.根据权利要求6所述的动力系统的优化装置，其特征在于，所述表面清洁动作为：通过所述雾化液滴与所述进气模块之间的一温度差，以移除已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质；以及，所述表面改质动作为：与已附着在所述进气模块的内表面上的至少一物质产生键结。
8.根据权利要求6所述的动力系统的优化装置，其特征在于，所述表面改质动作为：与已附着在所述引擎模块的内表面上的至少一物质产生键结。
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