臺灣博碩士論文加值系統

機車為國人短程使用最多的代步工具，然其燃燒所排放的廢氣汙染相較於其他交通工具益形嚴重；此外，基於石化燃料日益枯竭，替代能源已成為能源多元化之重要選項。本研究即基於此，以E0(95無鉛汽油)，E30(30%乙醇與70%無鉛汽油之混合燃料)與E60(60%乙醇與40%無鉛汽油之混合燃料)為燃料，應用於單缸四行程機車引擎，以實驗方式探討點火正時對引擎性能之研究。
實驗參數包括：引擎轉速(4000 rpm)、燃料種類(E0、E30與E60)、節汽門開度(25%、50%、75%與100%)、相對空燃比(λ= 0.9、1.0與1.1)與點火正時提前角度(BTDC 20~60°)，探討上述運轉參數對引擎輸出扭矩、制動單位燃油消耗率及廢氣濃度(CO、HC、CO2與NO)性能之影響。
實驗結果顯示，較高比例的乙醇混合燃料，具有抑制引擎因點火提前所引發的爆震現象，而引擎之輸出扭矩並未隨點火提前角度的增加而增加，反而呈現遞減趨勢；此外，節汽門開度由低開度(TP= 25%)增至中高開度(TP≧50%)時對引擎輸出扭矩助益最為顯著。由實驗結果也發現，隨著乙醇於混合燃料中的比例及點火正時提前之增加，制動單位燃油消耗率隨之增加。由廢氣排放分析得知，CO與HC排放濃度均隨點火角度的提前而微幅增加，然其影響極為有限，而決定供油濃稀的相對空燃比為影響CO與HC排放最重要因素，當混合汽處於濃油狀態(λ= 0.9)時，由於燃燒不完全因此CO與HC排放濃度均偏高。當混合汽趨於理論空燃比時(λ= 1.0)，燃燒室內的燃燒狀況趨近完全燃燒，使得CO2排放達到最高；同時由於燃燒完全與點火提前的效應使得燃燒溫度升高，致使NO排放濃度驟增。

Since most people use motorcycles a means of transport, emission of air pollution is much more worse than other vehicles in Taiwan. Due to the fossil fuel crisis in recent years, alternative fuels have been significant for energy diversification. Therefore the study introduces an application of three fuels, 30% ethanol and 70% unleaded gasoline blend (E30), 60% ethanol and 40% unleaded gasoline blend (E60) and unleaded gasoline (E0) on the single-cylinder four-stroke motorcycle engine. The experiment proceeded to discuss the effect of ignition timing on engine performance.
The experimental parameters include the engine speeds (4000 rpm), ethanol-gasoline-blended fuels (E0, E30, E60), throttle valve openings (25%, 50 %, 75%, 100%), air-fuel equivalence ratios (λ= 0.9, 1.0, 1.1) and advanced ignition timing (BTDC 20~60°). The experiment discuss the influence of above parameters on engine output torque, brake specific fuel consumption (BSFC) and exhaust emission (CO、HC、CO2 and NO). The results show that fuel blend with high ethanol ratio inhibits the knock phenomenon occurred with ignition advance. Engine output torque does not rise by the increase of advanced ignition timing. Moreover, throttle valve opening rising from low (TP= 25%) to medium-high (TP≧50%) has the most significant effects on engine output torque. BSFC increases with higher ratio of ethanol and rising ignition timing. From the exhaust emission analysis, the CO and HC intensity increases slightly according to ignition timing sets in advance. This result provides a limited effect. Decisive to fuel supply intensity, relative air-fuel ratios serve as the most important factor to affect the emission of CO and HC. When the fuel mixture is in lean condition (λ= 0.9), the CO and HC emission will reach a high intensity due to incomplete combustion. When fuel mixture reaches to theoretical air-fuel rations (λ= 1.0), the emission of CO2 reaches to its climax for a complete inner combustion. Meanwhile, both effects of complete combustion and advanced ignition timing facilitate a high burning temperature which introduces the rising density of NO emission.

目錄
論文摘要 i
英文摘要 iii
致謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
符號表 xx
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 3
1.3 研究方法 6
1.4 研究範圍與限制 7
1.5 論文架構 8
第二章 理論分析與文獻探討 9
2.1 乙醇汽油混合燃料之熱力特性分析 9
2.2 火花點火引擎之點火特性分析 12
2.3 使用乙醇汽油混合燃料對引擎輸出特性的影響 13
2.4 點火正時對引擎輸出特性的影響 17
第三章 實驗設備與實驗方法 22
3.1 實驗系統 22
3.1.1 引擎測試系統 22
3.1.2 動力量測系統 32
3.1.3 廢氣採樣系統 39
3.1.4 燃油噴射系統 43
3.1.5 點火正時提前系統 45
3.1.6 爆震感知器 46
3.2 實驗燃料 48
3.3 實驗參數 49
3.4 實驗環境 52
3.5 實驗步驟與方法 52
3.6 混合燃料性質與制動燃油消耗率計算 54
3.6.1 汽油與乙醇混合燃料燃燒化學反應式 54
3.6.2 混合燃料相對空燃比之計算 58
3.6.3 制動燃油消耗率之計算 59
第四章 實驗結果與討論 61
4.1引擎運轉條件對引擎輸出之性能影響 61
4.2 引擎運轉條件對制動單位燃油消耗率之影響 64
4.3 引擎運轉條件對CO排放之影響 65
4.4 引擎運轉條件對HC排放之影響 66
4.5 引擎運轉條件對CO2排放之影響 67
4.6 引擎運轉條件對NO排放之影響 68
第五章 結論與建議 124
5.1結論 124
5.2建議與未來發展 125
參考文獻 126

表目錄
表1.1 四期與五期環保法規比較表 5
表1.2 汽油與乙醇化學特性與熱力性質之比較表 6
表2.1 乙醇汽油混合燃料之熱力特性 12
表2.2 參考文獻彙整表 20
表3.1 LGL9引擎諸元表 23
表3.2 渦電流動力計規格 33
表3.3 微電腦動力計控制器 36
表3.4 傳動軸規格 38
表3.5 廢氣分析儀規格表 40
表3.6 EzFi可程式供油電腦規格 44
表3.7 4000 rpm時之原廠點火正時提前角度 45
表3.8 EzECU可程式點火角度控制電腦規格 46
表3.9 各混合燃料之特性數值 58
表3.10 各混合燃料之實際空燃比 59
表4.1 乙醇汽油混合燃料之熱力性質 65

圖目錄
圖1.1 引擎二次空氣導入裝置 8
圖2.1 乙醇汽油混合燃料與空燃比相對關係 11
圖3.1 實驗設備示意圖 22
圖3.2 實驗用引擎 23
圖3.3 機油溫度量測裝置 25
圖3.4 排氣溫度量測裝置 25
圖3.5 數位溫度計 26
圖3.6 噴射機車電腦診斷儀 27
圖3.7 噴射機車電腦診斷儀之診斷畫面與數值分析 28
圖3.8 手動油門開度控制器 29
圖3.9 掌上型空燃比量測儀 30
圖3.10 空燃比量測儀之含氧感知器安裝位置 30
圖3.11 體積式燃料消耗計顯示器 31
圖3.12 體積式燃料消耗計流量感知器 32
圖3.13 水冷式渦電流動力計 33
圖3.14 動力計性能曲線圖 34
圖3.15 Load cell 35
圖3.16 微電腦動力計控制器 36
圖3.17 校正法碼與校正臂 37
圖3.18 實驗用機車傳動軸 38
圖3.19 引擎測試平台 39
圖3.20 廢氣分析儀 41
圖3.21 真空幫浦 42
圖3.22 空氣調理組合裝置 42
圖3.23 燃油噴射系統示意圖 43
圖3.24 EzFi可程式供油電腦 44
圖3.25 EzECU可程式點火正時控制電腦 45
圖3.26 爆震感知器之外觀與安裝 47
圖3.27 未發生爆震現象之波形 47
圖3.28 已發生爆震現象之波形 48
圖3.29 EzFi可程式供油電腦參數輸入介面 (a) 50
圖3.29 EzFi可程式供油電腦參數輸入介面 (b) 50
圖3.30 EzECU可程式點火正時控制電腦參數輸入介面 (a) 51
圖3.30 EzECU可程式點火正時控制電腦參數輸入介面 (b) 51

圖3.31 實驗流程圖 53
圖4.1 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
節汽門開度對引擎輸出扭矩之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 70
圖4.2 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
節汽門開度對引擎輸出扭矩之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 71
圖4.3 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
節汽門開度對引擎輸出扭矩之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 72
圖4.4 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對引擎輸出扭矩之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 73
圖4.5 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對引擎輸出扭矩之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 74
圖4.6 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對引擎輸出扭矩之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 75
圖4.7 於N=4000rpm及TP=25%之運轉條件下，
相對空燃比對引擎輸出扭矩之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 76
圖4.8 於N=4000rpm及TP=75%之運轉條件下，
相對空燃比對引擎輸出扭矩之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 77
圖4.9 於N=4000rpm及TP=100%之運轉條件下，
相對空燃比對引擎輸出扭矩之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 78
圖4.10 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
節汽門開度對制動單位燃油消耗率之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 79
圖4.11 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
節汽門開度對制動單位燃油消耗率之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 80
圖4.12 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
節汽門開度對制動單位燃油消耗率之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 81
圖4.13 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對制動單位燃油消耗率之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 82
圖4.14 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對制動單位燃油消耗率之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 83
圖4.15 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對制動單位燃油消耗率之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 84
圖4.16 於N=4000rpm及TP=25%之運轉條件下，
相對空燃比例對制動單位燃油消耗率之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 85
圖4.17 於N=4000rpm及TP=75%之運轉條件下，
相對空燃比例對制動單位燃油消耗率之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 86
圖4.18 於N=4000rpm及TP=100%之運轉條件下，
相對空燃比例對制動單位燃油消耗率之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 87
圖4.19 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
節汽門開度對CO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 88
圖4.20 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
節汽門開度對CO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 89
圖4.21 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
節汽門開度對CO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 90
圖4.22 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對CO排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 91
圖4.23 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對CO排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 92
圖4.24 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對CO排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 93
圖4.25 於N=4000rpm及TP=25%之運轉條件下，
相對空燃比例對CO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 94
圖4.26 於N=4000rpm及TP=75%之運轉條件下，
相對空燃比例對CO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 95
圖4.27 於N=4000rpm及TP=100%之運轉條件下，
相對空燃比例對CO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 96
圖4.28 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
節汽門開度對HC排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 97
圖4.29 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
節汽門開度對HC排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 98
圖4.30 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
節汽門開度對HC排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 99
圖4.31 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對HC排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 100
圖4.32 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對HC排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 101
圖4.33 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對HC排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 102
圖4.34 於N=4000rpm及TP=25%之運轉條件下，
相對空燃比例對HC排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 103
圖4.35 於N=4000rpm及TP=75%之運轉條件下，
相對空燃比例對HC排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 104
圖4.36 於N=4000rpm及TP=100%之運轉條件下，
相對空燃比例對HC排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 105
圖4.37 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
節汽門開度對CO2排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 106
圖4.38 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
節汽門開度對CO2排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 107
圖4.39 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
節汽門開度對CO2排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 108
圖4.40 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對CO2排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 109
圖4.41 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對CO2排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 110
圖4.42 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對CO2排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 111
圖4.43 於N=4000rpm及TP=25%之運轉條件下，
相對空燃比例對CO2排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 112
圖4.44 於N=4000rpm及TP=75%之運轉條件下，
相對空燃比例對CO2排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 113
圖4.45 於N=4000rpm及TP=100%之運轉條件下，
相對空燃比例對CO2排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 114
圖4.46 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
節汽門開度對NO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 115
圖4.47 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
節汽門開度對NO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 116
圖4.48 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
節汽門開度對NO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 60% 117
圖4.49 於N=4000rpm及λ=0.9之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對NO排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 118
圖4.50 於N=4000rpm及λ=1.0之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對NO排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 119
圖4.51 於N=4000rpm及λ=1.1之運轉條件下，
乙醇汽油混合比例對NO排放特性之影響；
節汽門開度分別為 (a) 25% 與 (b) 100% 120
圖4.52 於N=4000rpm及TP=25%之運轉條件下，
相對空燃比例對NO特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 121
圖4.53 於N=4000rpm及TP=75%之運轉條件下，
相對空燃比例對NO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 122
圖4.54 於N=4000rpm及TP=100%之運轉條件下，
相對空燃比例對NO排放特性之影響；
乙醇汽油混合比例分別為 (a) 0% 與 (b) 30% 123

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