專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)用混合燃燒油氣，特別是一種發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑。
背景技術(shù)：
一、碳納米管(Carbon nanotubes)碳(carbon)位居周期表第六元素，在IV族中是最輕的元素，相較于其它同族元素有獨(dú)特的性質(zhì)，至今有多達(dá)七百萬種以上的碳化合物被鑒定出來，比起其它元素的化合物總和還要多。早期以木柴或木炭炊物時(shí)，?？砂l(fā)現(xiàn)在炊具下方附上一層黑色的黑碳(carbon black)，此為一度空間長(zhǎng)鏈型的碳結(jié)構(gòu)。黑碳或有機(jī)碳源如甲烷，加熱至800-900℃有可能將此長(zhǎng)鏈型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成平面網(wǎng)狀的石墨(graphite)，此是以SP2鍵結(jié)成六面體之二維晶體結(jié)構(gòu)，其層與層之間的間距是0.3354nm。各平面之間只以凡得瓦力結(jié)合，故非常容易剝落。除了石墨之外，另一種熟知的固態(tài)碳結(jié)構(gòu)就是價(jià)值不斐的鉆石，是以碳為原料在高溫、高壓下將SP2的石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成具三度空間的SP3立體結(jié)構(gòu)，為至今全世界最堅(jiān)硬的材料結(jié)構(gòu)。
自從1985年Kroto等人，以高能量雷射照射石墨，發(fā)現(xiàn)一種前所未見的碳結(jié)構(gòu)-C60，它是一種混合了六元碳環(huán)和五元碳環(huán)的混合結(jié)構(gòu)，系由20個(gè)六角形和12個(gè)五角形的平面組合出一個(gè)與室內(nèi)球場(chǎng)屋頂結(jié)構(gòu)相似的外觀，而為了紀(jì)念名建筑師Buckminster Fuller，被命名為bucky ball，特別將C60命名為Buckminsterfullerences，fullerene為其簡(jiǎn)稱。
碳納米管(Carbon nanotubes)的發(fā)現(xiàn)完全是合成C60的意外產(chǎn)物，這歸朔于在令科學(xué)家熱衷于研究C60的1990年代中，日本的lijima利用電弧放電法合成C60時(shí)，在電子顯微鏡下意外發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的細(xì)微管狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)量測(cè)它的層與層間的距離為0.34nm，與石墨層間的距離(0.335nm)為同一數(shù)量級(jí)。碳納米管是以石墨層卷曲成圓柱狀，與平坦的石墨結(jié)構(gòu)有所差別，是繼C60之后所發(fā)現(xiàn)碳的另一種同素異形體(allotrope)，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在許多方面具有相當(dāng)大的潛力，被預(yù)測(cè)具有革命性的用途，遂引起各界關(guān)注及研究熱潮，并對(duì)碳納米管的制程方式及性質(zhì)量測(cè)及應(yīng)用上，作廣泛地研究、探討。
碳納米管(Carbon nanotubes，CNT)又稱巴基管(Bucky tubes)是利用一層或多層的六角形碳原子，以環(huán)狀的方式卷成圓柱形的中空管子，其直徑約在0.5到100nm之間，長(zhǎng)度在0.01-1000μm都有。碳納米管的特殊結(jié)構(gòu)，使其具備獨(dú)特的物理及化學(xué)性質(zhì)，如高韌度、高強(qiáng)度(約為高級(jí)鋼的50到100倍)、質(zhì)量輕(鋼的六分之一)、可折曲、高導(dǎo)電度(0.1-0.03μΩ.cm)、高表面積及高熱傳導(dǎo)度等，也正因這些特性，讓碳納米管更具有革命性發(fā)展及應(yīng)用1、復(fù)合材料碳納米管具有極佳的強(qiáng)度及韌性，且其本身質(zhì)量輕，故非常適合作金屬、陶瓷和高分子中的復(fù)合強(qiáng)化材料，可應(yīng)用于航天、汽車外殼或建筑物上，強(qiáng)化其本身結(jié)構(gòu)使更不容易損壞。另外，碳納米管、碳纖與碳包也可以與塑料形成復(fù)合材料，可作為吸收電磁輻射的材料，應(yīng)用于隱形飛機(jī)上。因此，在近年來碳納米管的量產(chǎn)技術(shù)日漸成熟下，相信碳納米管是繼碳纖維在復(fù)合強(qiáng)化材料發(fā)展后，前景更被看好的一種強(qiáng)化材料。
2、微電子組件碳納米管具有導(dǎo)體至半導(dǎo)體間的性質(zhì)及具納米尺寸，因此可將碳納米管視為最細(xì)的導(dǎo)線，將碳納米管置于電極間，即可作出最小的場(chǎng)效晶體管，由于碳納米管具絕佳的電傳導(dǎo)性及熱傳導(dǎo)性，因此也解決了散熱及熱穩(wěn)定性，但由于碳納米管本身極細(xì)微，不易控制，加上其電性量測(cè)都必須藉原子力顯微鏡(AFM)的探針技術(shù)，因此在量測(cè)上十分不易，是目前所必須克服的問題。在其它微電子組件的應(yīng)用方面有納米電閘、納米導(dǎo)線、整流二極管、分子計(jì)算機(jī)等。
3、平面顯示器碳納米管本身有高的長(zhǎng)寬比，同時(shí)它的尖端極細(xì)，所以可在很低的電壓下(10V)于尖端處形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，因而釋放出電子，遠(yuǎn)低予以鉬或硅作為場(chǎng)發(fā)射源的起始電場(chǎng)，且具有穩(wěn)定和高放射電流，因此成為目前極熱門之研究焦點(diǎn)。
4、原子力顯微鏡(AFM)碳納米管因有高的強(qiáng)度、韌性及導(dǎo)電性，可應(yīng)用于化學(xué)及基因分析用的精密探針，以碳納米管為探針的原子力掃描顯微鏡，已可掃描串鏈狀的DNA，并可經(jīng)由力學(xué)直接測(cè)定DNA單鍵與其互補(bǔ)鍵之間的作用力，對(duì)生物機(jī)械提供有利的信息。
5、能源儲(chǔ)存的應(yīng)用碳納米管在吸氫能力超越活性碳許多，而且能在常溫下將氫放在中空管內(nèi)，以有效的方法釋放氫，可作為低成本的燃料電池。以碳納米管取代鋰電池石墨正極，因?yàn)槊總€(gè)碳原子可存一個(gè)鋰離子，若利用碳納米管的內(nèi)外管，鋰離子存量可大增，便可大大提升電池的儲(chǔ)電量。
6、其它應(yīng)用碳納米管化學(xué)偵測(cè)器對(duì)沙林神經(jīng)毒劑的反應(yīng)非常敏感、及使用聚苯胺/單層壁碳納米管(polyaniline/single-wall carbon nanotube)復(fù)合材料作為電泳顯示器(electrophoretic display)(如電子書、電子看板等)面板的電極層的導(dǎo)電材料、將碳納米管注入液態(tài)的金屬鎵，借著金屬鎵隨溫度升高而膨脹的原理而成為世界最小的溫度計(jì)、將碳納米管制作場(chǎng)發(fā)射陰極(CNT-based fieldemission cathode)來放射出x-ray輻射線，作為可攜式醫(yī)學(xué)用及工業(yè)用x-ray偵檢設(shè)備、利用多層納米碳管作為電子源，制造出超高亮度、高解像度且使用壽命長(zhǎng)的電子顯微鏡及以碳納米管作激發(fā)源的日光燈等。
二、火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的動(dòng)力來自發(fā)動(dòng)機(jī)，而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的產(chǎn)生是利用汽缸中混合油氣的燃燒所產(chǎn)生的爆發(fā)力推動(dòng)活塞而來。火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)每完成一次進(jìn)氣、壓縮、爆發(fā)、排氣四個(gè)行程的循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)了2圈也就是720°，完成每一次油氣燃燒的時(shí)間遠(yuǎn)小于0.01s，我們可以將它分為點(diǎn)火、燃燒、淬熄三個(gè)步驟1、點(diǎn)火當(dāng)供油系統(tǒng)將混合好的油氣送入汽缸內(nèi)，經(jīng)由活塞壓縮后，點(diǎn)火系統(tǒng)便會(huì)傳送電流至火花塞，利用火花塞兩極之間的高電壓引燃油氣。這一油氣引燃的氧化過程稱為『點(diǎn)火』。
2、燃燒當(dāng)點(diǎn)火完成后，火焰便開始以燃燒壓力波的形式向外傳播，其傳播的方式是以火花塞為中心，一層一層依序向外燃燒。在火焰向外傳播時(shí)，在已燃燒和未燃燒的油氣之間，有一進(jìn)行燃燒氧化反應(yīng)的反應(yīng)帶，我們稱為『火焰波前』?；鹧娌ㄇ暗姆秶笮?huì)影響燃燒的反應(yīng)速率和汽缸內(nèi)壓力上升的速率。油氣燃燒的速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有決定性的影響，燃燒的速度越快，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能越好，爆震發(fā)生的趨勢(shì)也越低。
3、淬熄當(dāng)燃燒波傳到汽缸壁時(shí)，火焰的溫度便立刻下降，使得汽缸壁附近燃燒波的氧化作用因而減緩甚至中斷，而這趨緩的氧化反應(yīng)便產(chǎn)生了不完全氧化的產(chǎn)物HC及CO。此一氧化反應(yīng)較緩和的區(qū)域我們稱為『淬熄層』，淬熄層越小，表示汽缸的熱傳損失量越少，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率較高、出力較大?；鹧嬖侥芙咏诿妫阆▽泳驮奖?，被淬熄的氣體容積就越少，此外，降低燃燒室的粗糙度也可減少淬熄量及熱傳量，提高熱效率。
三、辛烷值(Octane Number)改進(jìn)劑爆震(Knocking)是開始時(shí)點(diǎn)火及燃燒波的傳播都正常，但是最后應(yīng)該燃燒的一部份油氣，我們稱為『尾氣』(End Gas)，因?yàn)槭芰巳紵髿怏w膨脹所造成的壓縮作用，使其體積縮小、溫度和壓力升高，在燃燒波尚未傳到該處之前，一部份油氣的溫度已經(jīng)達(dá)到『自燃點(diǎn)』后就會(huì)自行引燃，并且以300m/s～200m/s的速度迅速向外傳播，而當(dāng)正常燃燒和爆震兩個(gè)方向相反的燃燒壓力波相遇時(shí)，會(huì)產(chǎn)生劇烈的氣體震動(dòng)，并發(fā)出特有的金屬撞擊聲，所以稱為『爆震』。燃燒室內(nèi)如果有積碳會(huì)影響燃燒室的散熱并造成壓縮比的提高，讓原本不會(huì)發(fā)生爆震的發(fā)動(dòng)機(jī)也發(fā)生爆震。爆震持續(xù)一段時(shí)間后，將使得活塞、汽缸頭、汽門、活塞環(huán)等，產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。
『爆震』是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中所產(chǎn)生的異常燃燒現(xiàn)象，它除了使發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)加劇外，并產(chǎn)生敲擊聲、降低發(fā)動(dòng)機(jī)出力、損傷發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。爆震可說是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者的天敵，許多提升馬力、降低油耗、減少污染的設(shè)計(jì)，如高壓縮比、增壓裝置、提高汽缸壁工作溫度(材料科技的進(jìn)步使得強(qiáng)度上無虞)等，都因?yàn)楸鸬漠a(chǎn)生而受到限制。
燃料的抗爆震性是以辛烷值(Octane Number)來表示，是車用汽油最重要的質(zhì)量指針，采用抗爆劑是提高車用汽油辛烷值的重要手段。測(cè)量汽油辛烷值方式是將高抗震爆的異辛烷(2、2、4三甲基戊烷)，辛烷值設(shè)定為100；低抗震爆的正庚烷，辛烷值設(shè)定為0。以不同比例混合成標(biāo)準(zhǔn)油，用CFR發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量被測(cè)汽油與標(biāo)準(zhǔn)油之震爆強(qiáng)度作為比對(duì)，以取得相同震爆點(diǎn)。被測(cè)汽油辛烷值相當(dāng)于相同震爆強(qiáng)度之標(biāo)準(zhǔn)油中異辛烷所占之百比分，譬如95無鉛汽油之抗震爆強(qiáng)度相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)油中含有95％的異辛烷及5％的正庚烷之抗震爆強(qiáng)度。
四乙基鉛是1921年發(fā)現(xiàn)的，1923年開始在車用汽油中使用，是直至1959年被人們唯一使用的辛烷值改進(jìn)劑。隨著汽車廢氣排放控制及保護(hù)環(huán)境的需要，國(guó)際上已經(jīng)限制于汽油內(nèi)加烷基鉛，并逐步實(shí)現(xiàn)汽油低鉛化和無鉛化。1959年美國(guó)一家公司向市場(chǎng)推出了甲基環(huán)戊二烯三羰基錳(MMT)，作為四乙基鉛輔助抗爆劑，該劑有效地提高了汽油辛烷值。但有研究認(rèn)為，MMT在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)表面形成多孔性沉積物，使火星塞壽命縮短，美國(guó)于1978年停用MMT。20世紀(jì)70年代國(guó)外出現(xiàn)甲醇、乙醇、甲基叔丁基醚和叔丁醇，它們都具有相當(dāng)高的無鉛辛烷值和調(diào)合辛烷值，但它們分別存在著蒸發(fā)性、互溶性、腐蝕性、毒性和廢氣排放以及經(jīng)濟(jì)性等問題。
甲基第三丁基醚(Methyl tert-butyl ether，MTBE)是使用最廣的含氧汽油添加劑，在燃料中添加15％的MTBE，可以達(dá)到規(guī)定含氧重量百分比2.7％之要求，MTBE作為汽油添加劑已經(jīng)在全世界普遍使用，它不僅能有效提高汽油辛烷值，而且還能改善汽車性能，降低排氣中CO含量，同時(shí)降低汽油生產(chǎn)成本，目前世界汽油用MTBE年產(chǎn)能力超過2100萬噸。但MTBE具有高水溶性，因此易造成水體之長(zhǎng)期污染及臭味問題，美國(guó)研究人員通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)MTBE對(duì)飲用水的污染嚴(yán)重。這種化合物殘留在井下可形成持久的危害，即使禁止使用MTBE后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，它仍將殘留在水源里繼續(xù)造成污染。美國(guó)加州以污染水質(zhì)為由，禁止使用MTBE，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)部門也有類似動(dòng)作，將MTBE列為可能導(dǎo)致癌癥之化學(xué)物質(zhì)。迄今，歐洲和亞洲尚無禁用MTBE的任何意向，特別是亞洲MTBE需求量快速增加，而眼下國(guó)內(nèi)卻在大量使用這一添加劑，在1997年全亞洲之平均MTBE消耗量為47,990桶/天，預(yù)估在公元2005年，全亞洲之消耗量將超過80,000桶/天。
MTBE為無色但有刺鼻味之易燃揮發(fā)性有機(jī)物，具有水溶性，溶解在水中之MTBE可以進(jìn)入地下水層，進(jìn)而造成飲用水體之污染。無論在厭氧或好氧狀態(tài)下，MTBE均不易被微生物所分解，在水體之停留時(shí)間長(zhǎng)，在淺層地下水中之MTBE可能會(huì)隨著時(shí)間而進(jìn)入深層地下水中。MTBE的主要人體代謝物為TBA(Tert-butylalcohol)、丙酮、二氧化碳及乙醛等。大部分吸入的MTBE經(jīng)由呼氣以MTBE之形式排出體外，少部分經(jīng)尿液以MTBE及TBA之形式排出體外，TBA其水溶性高，在人體內(nèi)之停留時(shí)間較MTBE為長(zhǎng)。由動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中顯示，MTBE經(jīng)由食入及吸入均有導(dǎo)致癌癥的潛在危害。Bird等發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)期吸入MTBE氣體下，老鼠的肝細(xì)胞腺瘤明顯增加。在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，在長(zhǎng)期服食高劑量下，雄性鼠的罩丸瘤及雌性鼠的血癌及淋巴瘤均有增加。在長(zhǎng)期的服用含TBA的飲水后，老鼠會(huì)導(dǎo)致腎臟疾病的加重及死亡率的上升。
根據(jù)估計(jì)，目前臺(tái)灣地區(qū)每年使用MTBE的量大于五十萬公噸，每天平均消耗9700桶，而且隨著全面禁用含鉛汽油，MTBE的使用量只會(huì)越來越多。禁用MTBE最大的問題就在于替代品的接替，臺(tái)灣當(dāng)局環(huán)保署認(rèn)為，如果要禁用MTBE，將會(huì)導(dǎo)致汽油成本上漲，打亂油品市場(chǎng)的行情，更有替代品轉(zhuǎn)換問題值得國(guó)內(nèi)各界與政府嚴(yán)加注意。根據(jù)環(huán)保署收集的資料顯示，目前研發(fā)中的MTBE的替代品相當(dāng)多，其中以乙醇(酒精)最為重要，但是在實(shí)際執(zhí)行面上，乙醇之缺點(diǎn)為揮發(fā)性高，尤其在炎熱的夏季揮發(fā)量更是顯著，可能造成揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)擴(kuò)散的問題；且利用乙醇為替代品在地處亞熱帶的臺(tái)灣勢(shì)必將增加燃料成本，此外，研究指出乙醇作為汽油添加劑尚需考慮(1)與水的兼容性；(2)與塑料及彈性體的兼容性；(3)金屬腐蝕等問題。在經(jīng)濟(jì)層面上，直接淘汰MTBE可能會(huì)導(dǎo)致汽油市場(chǎng)價(jià)格的混亂。
當(dāng)前，我國(guó)汽油存在辛烷值低、烯烴含量高、清凈功能低等因素，僅以無鉛汽油為例，按照歐III、歐IV的排放要求，硫含量為0.003％，烯烴含量為10％。事實(shí)上，我國(guó)無鉛汽油中硫含量高達(dá)0.08％，烯烴含量高達(dá)40％-50％，與世界燃油規(guī)范中的2類油標(biāo)準(zhǔn)(硫含量0.02％；烯烴含量20％)尚有很大差距。盡管多數(shù)新車的排放水平將與國(guó)際基本同步，但實(shí)際情況卻又不得不遷就燃油標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)落后的現(xiàn)實(shí)，造成“因油損車”，就像吃了東西傷了腸胃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題正是要克服上述已有技術(shù)的缺陷及問題，提供一種無環(huán)保公害的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣燃燒的助劑(Catalyst)與燃料油抗爆震的添加劑，并能有效提高燃料油辛烷值，降低MTBE的使用量。本發(fā)明系采由電弧放電法(arc discharge)、雷射蒸發(fā)法(laser vaporization)、太陽能法(solarthermal decomposition)、化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition)、電漿輔助化學(xué)氣相沉積法(PE-CVD)…等方法制備所產(chǎn)生的多層碳納米管或單層碳納米管，因其具捕捉自由基的能力，可增加燃油導(dǎo)電度及燃燒性，其管徑非常小約在0.5到100nm之間，長(zhǎng)度約在0.01-1000μm之間(詳?shù)?、2、3圖)，有很高的細(xì)長(zhǎng)比，同時(shí)它的尖端極細(xì)(詳?shù)?、5圖)，所以可在很低的電壓下(10V)于尖端處形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，因而釋放出電子，會(huì)影響與它接觸的物質(zhì)，造成處于嚴(yán)重的缺位(Vacancy)狀態(tài)，使其變?yōu)楦顫?，由于碳納米管尺寸非常小，接觸表面積變大(1克納米材料表面積約60m2)，當(dāng)接觸面積變大，表面能因而增高，因此活性變?yōu)闃O高，使燃油具有非常好之感電性與燃燒性。
所述的多層碳納米管或單層碳納米管除可應(yīng)用于火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，作為混合油氣燃燒的助劑(Catalyst)外，亦同時(shí)可應(yīng)用于加電壓(10V以上)的壓縮式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(柴油發(fā)動(dòng)機(jī))內(nèi)，作為混合油氣燃燒的助劑(Catalyst)使用。
所述的多層碳納米管或單層碳納米管的用量為每公升燃油添加0.0001mg至1g。由于碳納米管外徑在0.5nm至100nm之間，長(zhǎng)度約在0.01-1000μm之間，呈現(xiàn)穩(wěn)定懸浮分散狀態(tài)，在油體中不會(huì)沉淀，可藉由按所述比例將微量的碳納米管，直接混入燃油中或間接將其置于火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前空氣濾清器盒內(nèi)的濾芯中，再以噴油或進(jìn)氣方式導(dǎo)入火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的汽缸中，將混合油氣與細(xì)小的碳納米管均勻混合于火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的汽缸中。
所述的多層碳納米管或單層碳納米管作為火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)汽缸中混合油氣燃燒的助劑(Catalyst)與燃料油抗爆震的添加劑使用，可以產(chǎn)生以下的作用1、防止進(jìn)、排氣管泄氣所述的多層碳納米管或單層碳納米管經(jīng)由進(jìn)、排氣管進(jìn)出發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)之汽缸中，會(huì)將進(jìn)、排氣管壁上一切微小孔隙塞死，而具有非常良好的補(bǔ)漏效果，能有效增加進(jìn)氣壓力與進(jìn)氣速度，促使油氣混合更均勻，并產(chǎn)生擾動(dòng)作用使燃燒火焰與未燃燒的油氣混在一起，增加火焰波前的范圍，加快燃燒的速度，降低爆震的發(fā)生，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
2、增強(qiáng)馬力、降低油耗所述的多層碳納米管或單層碳納米管具捕捉自由基的能力，可增加燃油導(dǎo)電度及燃燒性，其與混合油氣于火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)均勻混合，由于碳納米管外徑非常小約在1到100nm之間，有很高的細(xì)長(zhǎng)比，同時(shí)它的尖端極細(xì)，所以可在很低的電壓下(10V)于尖端處形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)進(jìn)氣、壓縮、電擊點(diǎn)火時(shí)，因而產(chǎn)生高壓釋放出電子，會(huì)影響與它接觸的物質(zhì)，造成處于嚴(yán)重的缺位(Vacancy)狀態(tài)，使燃油變?yōu)楦顫?，而造成本身帶電或因高壓而帶電，又由于碳納米管尺寸非常小，接觸表面積變大(1克納米材料表面積約60m2左右)，當(dāng)接觸面積變大，表面能因而增高，因此活性變?yōu)闃O高，而具有非常好之感電性與活化助燃性，如此便能在瞬間達(dá)到混合油氣完全燃燒的高效率結(jié)果，以增發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)輸出功率、降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
3、降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣污染排放所述的多層碳納米管或單層碳納米管使得火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣得以充分燃燒，有效減少『淬熄層』厚度，降低不完全燃燒(不完全氧化)的產(chǎn)物碳?xì)浠衔?HC)及一氧化碳(CO)的含量，使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后尾氣污染排放量降低。
4、燒除積碳、清潔零件所述的多層碳納米管或單層碳納米管使得火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣得以充分燃燒，能夠有效燒除積碳，并保持發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)清潔，如電噴嘴、進(jìn)排氣閥、火花塞、燃燒室、活塞等，燃油系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生積碳，減少機(jī)械磨損，延長(zhǎng)汽車使用壽命。
5、降低爆震、提高燃油辛烷值所述的多層碳納米管或單層碳納米管與混合油氣于汽缸中均勻混合，會(huì)造成火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣活性與燃燒性提高，使得汽缸中所有混合油氣一次燃燒殆盡，而能有著最大范圍的『火焰波前』與最薄的『淬熄層』，以及最少尚未燃燒的『尾氣』(End Gas)，而無從再有爆震趨勢(shì)的發(fā)生，能有效提高燃油辛烷值。
6、潤(rùn)滑活塞、防止機(jī)油滲漏所述的多層碳納米管或單層碳納米管與混合油氣于汽缸中充分燃燒后，便會(huì)在汽缸壁上產(chǎn)生一層納米級(jí)的非晶質(zhì)(Amorphous)碳球，不但有著極佳的潤(rùn)滑效果又能完全填補(bǔ)活塞與汽缸壁之間微小隙縫，可以保護(hù)汽缸壁、防止機(jī)油滲漏與機(jī)油燃燒的發(fā)生，更能有效降低燃燒室汽缸壁的粗糙度，以減少淬熄量及傳熱量，可減少爆震趨勢(shì)的發(fā)生，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。


圖1～3根據(jù)掃描式電子顯微鏡獲得的碳納米管(Carbon nanotubes)放大的示意圖(SEN)由掃描式電子顯微鏡獲得的碳納米管(Carbon nanotubes)放大2500～100000倍的示意圖(SEN)，可以看出其管徑非常小約在1到100nm之間，長(zhǎng)度約在0.01-100μm之間，有很高的細(xì)長(zhǎng)比，同時(shí)它的尖端極細(xì)，所以可在很低的電壓下(10V)于尖端處形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，因而釋放出電子，會(huì)影響與它接觸的物質(zhì)，使其變?yōu)楦顫?，而具捕捉自由基的能力，可增加燃油?dǎo)電度及燃燒性，造成節(jié)省油耗、降低污染排放與防止爆震的特殊效果。
圖4根據(jù)掃描式電子顯微鏡獲得的碳納米管(Carbon nanotubes)放大一千萬倍的示意圖(SEN)本圖為掃描式電子顯微鏡獲得的碳納米管(Carbonnanotubes)放大一千萬倍的示意圖(SEN)，可以看出其管徑非常小約在10nm左右，長(zhǎng)度約在0.01-1000μm之間，有很高的細(xì)長(zhǎng)比，同時(shí)它的尖端極細(xì)，所以可在很低的電壓下(10V)于尖端處形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，因而釋放出電子，會(huì)影響與它接觸的物質(zhì)，使其變?yōu)楦顫姡卟蹲阶杂苫哪芰?，可增加燃油?dǎo)電度及燃燒性，造成節(jié)省油耗、降低污染排放與防止爆震的特殊效果。
圖5單壁碳納米管(Carbon nanotubes)尖端結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將電弧放電法(arc discharge)、雷射蒸發(fā)法(laser vaporization)、太陽能法(solar thermal decomposition)、化學(xué)氣相沉積法(chemical vapordeposition)、電漿輔助化學(xué)氣相沉積法(PE-CVD)…等方法制備所產(chǎn)生的多層碳納米管或單層碳納米管，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的助燃劑和省油劑、進(jìn)排氣管微細(xì)孔補(bǔ)漏劑、降低尾氣排放污染的環(huán)保添加劑、燃油系統(tǒng)清洗劑、抗爆劑、汽缸壁與活塞間的潤(rùn)滑劑與補(bǔ)漏劑使用。其添加用量為每公升燃油添加0.0001mg至1g的碳納米管。其具體的添加方法為1、將多層碳納米管或單層碳納米管按每公升燃油添加0.0001mg至1g的比例直接混入燃油中均勻混合，制成納米電觸媒高辛烷值抗爆震環(huán)保燃料油，以加油方式注入燃料油箱中。制成濃縮溶劑或制成粉劑，或與其它溶油性粘劑(Binder)混合，制成片劑或錠劑后，直接加入燃料油箱中或置于供油管內(nèi)或化油器中與燃油均勻混合；再以加油方式將添加碳納米管的混合油氣噴入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，經(jīng)進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火感電、爆炸、排氣等沖程，以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣充分燃燒、降低污排與防止爆震的功效。
2、將多層碳納米管或單層碳納米管直接灑在發(fā)動(dòng)機(jī)氣口前之空氣濾清器盒內(nèi)濾芯前端，或間接涂在一透氣的墊片或夾在兩透氣墊片間或置于透氣夾片中或與揮發(fā)性粘劑(Binder)混合，制成納米電觸媒高效抗爆環(huán)保墊片、夾片或片劑，再將其置于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前的空氣濾清器盒內(nèi)濾芯前端，以進(jìn)氣方式將碳納米管吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與混合油氣均勻混合，再經(jīng)壓縮、點(diǎn)火感電、爆炸、排氣等沖程，以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣充分燃燒、降低污排與防止爆震的功效。
3、將多層碳納米管或單層碳納米管直接與空氣濾清器中濾芯的過濾材、濾紙、濾布或纖維混合，或?qū)⑻技{米管直接(或以加靜電方式)涂(或吸)在空氣濾清器中濾芯的過濾材、濾紙、濾布或纖維內(nèi)，并制成內(nèi)含碳納米管成分的納米電觸媒高效、抗爆、環(huán)保空氣濾清器，以進(jìn)氣方式將碳納米管吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)汽缸中與加油噴入的混合油氣均勻混合，再經(jīng)壓縮、點(diǎn)火感電、爆炸、排氣等沖程，以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣充分燃燒、降低污排與防止爆震的功效。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于它包含多層碳納米管或單層碳納米管，作為火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合油氣燃燒的助劑；該碳納米管外徑在0.5到100nm之間，長(zhǎng)度在0.01-1000μm之間。
2.一種發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于它包含多層碳納米管或單層碳納米管，應(yīng)用于加電壓(10V以上)的壓縮式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(柴油發(fā)動(dòng)機(jī))使用；該碳納米管外徑在0.5到100nm之間，長(zhǎng)度在0.01-1000μm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于多層碳納米管或單層碳納米管的添加用量為每公升燃油混合添加0.0001mg至1克。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于該多層碳納米管或單層碳納米管外徑在0.5nm至100nm之間，呈現(xiàn)穩(wěn)定懸浮分散狀態(tài)，在油體中不會(huì)沉淀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于所述的多層碳納米管或單層碳納米管，與燃油于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)均勻混合添加方式是將碳納米管按比例直接混入燃油中均勻混合，制成納米電觸媒高辛烷值抗爆震環(huán)保燃料油，以加油方式注入燃料油箱中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于按比例將所述的多層碳納米管或單層碳納米管，制成濃縮溶劑或制成粉劑，或與其它溶油性粘劑(Binder)混合，制成片劑或錠劑后，直接加入燃料油箱中或置于供油管內(nèi)或化油器中與燃油均勻混合；再以加油方式將添加碳納米管的混合油氣噴入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于所述的多層碳納米管或單層碳納米管，與燃油于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)均勻混合添加方式是將碳納米管直接灑在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前的空氣濾清器盒內(nèi)濾芯前端，或間接涂在一透氣的墊片或夾在兩透氣墊片間或置于透氣夾片中或與揮發(fā)性粘劑混合，制成納米電觸媒高效抗爆環(huán)保墊片、夾片或片劑，再將其置于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前的空氣濾清器盒內(nèi)濾芯前端，以進(jìn)氣方式將碳納米管吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與混合油氣均勻混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于所述的多層碳納米管或單層碳納米管，與燃油于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)均勻混合添加方式是將碳納米管直接與空氣濾清器中濾芯的過濾材、濾紙、濾布或纖維混合，并制成內(nèi)含碳納米管成分的納米電觸媒高效、環(huán)?？諝鉃V清器，以進(jìn)氣方式將碳納米管吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與混合油氣均勻混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于所述的多層碳納米管或單層碳納米管，與燃油于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)均勻混合添加方式是將碳納米管直接(或以加靜電方式)涂(或吸)在空氣濾清器中濾芯的過濾材、濾紙、濾布或纖維內(nèi)，并制成內(nèi)含碳納米管成分的納米電觸媒高效、環(huán)?？諝鉃V清器，以進(jìn)氣方式將碳納米管吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與混合油氣均勻混合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑，其特征在于作為火花式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力提升劑、節(jié)油劑、清潔劑、潤(rùn)滑劑、微細(xì)孔補(bǔ)漏劑及燃油的辛烷值提升劑與改善尾排的環(huán)保添加劑使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)用混合燃燒油氣，特別是一種發(fā)動(dòng)機(jī)混合油氣燃燒助劑。該助劑中的多層碳納米管或單層碳納米管，可增加燃油導(dǎo)電度及燃燒性，其管徑非常小約在0.5到100nm之間，長(zhǎng)度約在0.01－1000μm之間，且它的尖端極細(xì)，可在很低的電壓下(10V)于尖端處形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，因而釋放出電子，會(huì)影響與它接觸的物質(zhì)，使其變?yōu)楦顫?，由于碳納米管尺寸非常小，接觸表面積變大使燃油具有非常好的感電性與燃燒性。還具有減少爆震、降低一氧化碳(CO)及碳?xì)浠衔?HC)排量、提高燃油辛烷值等功效。
文檔編號(hào)C10L1/10GK1556178SQ20041001564
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者孫文郁, 黃秀敏 申請(qǐng)人:孫文郁, 黃秀敏