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研究生:許進財
研究生(外文):Sheu Chin Tsai
論文名稱:單缸二行程引擎白煙不透光率分析量測
論文名稱(外文):The Analysis and Measurement of the White Smoke Opacity at Single Cylinder 2-Stroke Engine
指導教授:盧昭暉盧昭暉引用關係
指導教授(外文):Lu Zhau Hui
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:不透光率白煙
外文關鍵詞:opacitywhite smoke
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車輛所排放的廢氣是都會地區空氣污染的主要來源,二行程機車由於結構簡單保養容易、體積小輕便因此深受民眾青睞。但二行程機車所排放的白煙是污染中最明顯的一部分,由於可用肉眼明顯的分辨出來,因此為民眾所厭惡,降低機車白煙也成為民眾一致的訴求。目前機車白煙的測試程序相當繁複,執行不易,使得白煙排放改善較不明顯。本文分析二行程機車的白煙排放現況,發現機車不透光率的分布呈現γ分布,主要集中在低不透光率區域。本文並針對無負載急加速測試的結果,以峰值最大值、峰值平均值、積分最大值與積分平均值分別來計算,發現以峰值平均值或積分最大值來判定機車白煙的不合格率較為合理。
本文以濾紙秤重法對機車冷熱車時的白煙進行比較,發現冷車時機車排氣中含大量碳粒,為冷車不透光率較高的原因,顯示冷車與熱車產生PM的原因不一樣,白煙的成分也不相同。本文以連續氣室模式來模擬oil/fuel ratio提高時白煙產生的機制,發現不透光率與模式中的出口濃度的變化皆為剛開始與快結束時變化較慢,中間過程變化較快。本文同時在動力計上對機車排煙進行量測與分析,發現冷熱車狀況對排煙有很大的影響,機車在熱車狀態下不透光率都很低,但若使用舊排氣管在高轉速時會使不透光率增加,顯示排氣管新舊對不透光率有很明顯的影響。
本文以高速攝影機觀察到機車排氣管所冒出的煙柱並不是連續的,而是呈現脈波現象,尤其在減速時排煙的脈波現象十分明顯,可以用肉眼觀察到。本文以熱釋放率與不透光率的變化說明脈波現象與引擎燃燒的關係,發現引擎燃燒時的熱釋放率有高有低,不完全的燃燒造成白煙的產生,沒有燃燒或熱釋放率低的循環反而不會產生白煙,影響脈波現象主要的因素為熱釋放率與引擎轉速。
最後本文提出使用全合成機油來取代傳統礦物機油來降低機車的排煙,實驗發現全合成機油對降低白煙有不錯的效果,此外在汽油中加入汽油添加劑對降低白煙也有不錯的效果。
White smoke is the most obvious part of the exhaust emitted from Two-Stroke engines. The method for smoke testing currently used in Taiwan is the rapid acceleration test under no load. The current situation of white smoke emission was studied in this paper. It was found that the white smoke is gamma distributed. Four ways to treat the original smoke data were carried out and the results showed that the averaged peak values and the maximum integral values are the most suitable ways to define the white smoke level of motorcycles.
The components of white smoke are different at hot test and cold test. At cold test the white smoke is mainly composed of carbon and unburned oil however, while at hot test only the unburned oil is the major component. Lubrication oil is the source of white smoke. Increasing the oil/fuel ratio would cause the smoke opacity to arise slowly due to the absorption effect of muffler. In order to explain this phenomenon successive chambers model was established. Experiment results have good correspondence with the model. At the start and the end smoke opacity arise slowly but rapidly in the middle. On the bench test we find that the engine temperature has significant affect on the smoke opacity. At hot test with an used muffler, the opacity is always low except at high engine speed and exhaust temperature.
The white smoke photography using high speed video camera shows that the smoke emitted from the engine is not continuous. Smoke is emitted like a pulse wave and the pulse wave become more obvious at decelerating. It was found that the engine heat release rate is well correlated with the opacity variations. The opacity at high heat release ratio cycle is higher than that at low heat release ratio cycle. This reveals that at low heat release ratio cycle the engine doesn’t combust so the unburned oil will accumulate in the muffler. Engine speed and heat release ratio are the main factors that affect the smoke opacity.
Finally we compare the smoke opacity by using fully synthetic oil and mineral oil. The fully synthetic oil has better effect on reducing the opacity. Another method to reduce the opacity is to add petrol injection cleaner in the fuel. After driving about 84 km the opacity is reducing 15% .
中文摘要………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………Ⅲ
目錄……………………………………………………………………Ⅳ
圖表目錄………………………………………..………………..…….Ⅷ
符號說明……………………………………………………………ⅩⅣ
第一章 緒論………………………………………………..……….1
1.1 前言…………………………………………………….………..1
1.2文獻回顧……………………………………………….………...1
1.3研究目的………………………………………………….……...7
1.4研究方法………………………………………………….……...7
第二章 機車白煙排放現況與檢測方法…………………..……….9
2.1機車白煙的性質………………………………………………...9
2.2機車不透光率變化……………………………………………..10
2.3機車不透光率計算……………………………………………..12
2.4討論……………………………………………………………..18
2.4-1 不合格率的探討…………………………………………..18
2.4-2 不透光率與其他污染物的關係…………………………..19
2.4-3 不透光率與里程…………………………………………..21
2.5 結論…………………………………………………………….23
第三章 白煙的成分與產生機制…………………………………....24
3.1研究目的………………………………………………………..24
3.2研究方法………………………………………………………..24
3.3冷車狀態與熱車狀態白煙成分比較…………………………..26
3.4機車白煙產生機制的探討……………………………………..27
3.4-1機油量對白煙產生的影響………………………………...27
3.4-2汽缸排氣出口白煙攝影…………………………………...29
3.4-3白煙變化的特性………………………………………….30
3.5結論……………………………………………………………34
第四章 機車白煙量測…………………………………………..35
4.1白煙量測原理…………………………………………………35
4.2影響白煙產生的因素………………………………………....36
4.3白煙量測儀器設備…………………………………………....37
4.3-1引擎動力計白煙量測設備…..…………………………….37
4.3-2車體動力計白煙量測設備….……………………………..39
4.4量測程序………………………………………………………40
4.5量測結果………………………………………………………40
4.5-1引擎動力計白煙量測……………………………………….40
4.5-1-1冷車測試……………………………………….….……40
4.5-1-2熱車測試……………………………….……………….43
4.5-2車體動力計白煙量測………………………………………..49
4.5-2-1冷車與熱車的比較……………………..……...….……49
4.5-2-2新舊排氣管的比較………………………….………….54
4.5-2-3機油量的影響…………………………………………..56
4.6結論…………………………………………….………………56
第五章 脈波現象與熱釋放計算……………….………………..57
5.1研究方法…………………………………….…………………58
5.2測試設備……………………………….………………………58
5.2-1實車測試………………………….……………………….59
5.2-2動力計測試……………………….……………………….60
5.3量測原理與程序……………………….…….………………… 61
5.3-1實車測試………………………….….……………………62
5.3-2動力計測試………………………………………………62
5.4熱釋放率計算原理……………………………………………63
5.5結果與討論……………………………………………………64
5.5-1實車測試…………………………………………………64
5.5-1-1 不透光率變化……………………..………………64
5.5-1-2 排氣管壓力變化…………………………………68
5.5-1-3氣缸壓力與熱釋放率變化……………………….71
5.5-1-4熱釋放率與不透光率的關係…………………….74
5.5-2動力計測試…………………………………………………78
5.5-2-1不透光率變化…………………………………….78
5.5-2-2氣缸壓力與熱釋放率變化……..………………….81
5.5-2-3熱釋放率與不透光率的關係………..…………….85
5.6結論………………………………………………………………89
第六章 降低白煙的方法……………………..……..……………90
6.1研究方法…………………………………………..…………...90
6.2實驗方法……………………………………………………...90
6.3實驗結果……………………………………………….……..91
6.3-1礦物機油與合成機油的比較………………………..………..91
6.3-2汽油添加劑對於降低白煙的效果…………….……..………..93
第七章 結論與未來展望………………………….…………..…...96
7.1結論……………………………………………..….…………..96
7.2未來展望…………………………………………………..…….97
參考文獻…………………………………………………….…………98
致謝……………………………………….……………………………99
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