臺灣博碩士論文加值系統

汽缸燃燒的整個過程中，燃燒室內氣體溫度往往會到達一個非常高溫狀態。有相當多的熱量會轉移到燃燒室汽缸壁上。因此，對於燃燒室汽缸壁提供適切的冷卻是必要的。氣冷式引擎不同於水冷式引擎具備恆溫控制器，可使引擎在不同運轉模式下均能維持較佳的工作溫度。本研究主要分析氣冷式引擎在不同負載及轉速條件下，汽缸壁溫度對引擎性能及廢氣排放影響情形。利用一台變頻式風機有效管制散熱風量進而控制汽缸壁溫度變化情形。
實驗結果顯示，氣冷式引擎在低負荷高轉速條件下，引擎本體溫度是處於過度冷卻。相反的，當引擎在高負荷情況下，引擎本體溫度是處於過熱情形。引擎溫度不論是過冷或過熱情形，均會降低引擎各項性能表現。引擎在不同油門開度條件下，最佳燃油效率所對應的汽缸壁溫度要比最大扭力所對應的汽缸壁溫度高。怠速熱車階段，藉由控制風扇進氣閥門減少散熱風量，可有效提升引擎熱車效率。引擎運轉過程中，汽缸本體溫度過熱時，增加冷卻散熱風量可使汽缸壁溫度維持在較佳的工作溫度，增加扭力輸出表現且避免引擎縮缸情形發生。
氣冷式引擎所對應之最佳工作溫度缸壁，主要受節氣門位置影響，至於環境溫度及環境相對濕度影響層面較小。節氣門位置及汽缸壁溫度是決定氣冷式引擎冷卻風量大小的主要控制因素。

During the process of combustion, the cylinder gas temperature often reaches quite a high value. A considerable amount of heat is transferred into the walls of the combustion chamber. Therefore, it is necessary to provide proper cooling especially to the walls of the combustion chamber. Unlike the liquid-cooled engines have thermostat to keep the engine in proper operating temperature; the air-cooled engines often suffer from keeping the optimized temperature in different running conditions. In order to analyze the performances and exhaust emissions of the air-cooled engine affected by the cylinder wall temperature under different loads and speeds, a variable frequency drive blower device was used to control the flow rate of the cooling air in this study.
The experiment data revealed that the air-cooled engine was overcooled in light load with high speed condition. In contrast, overheating problem occurred in high load condition. Both overcooling and overheating made the output performances get worse. The optimized cylinder temperature of the best fuel efficiency is higher than the best torque under different throttle positions. The warm up period can be reduced effectively by using cooling air control device to limit the flow rate of the cooling air. Under over heating running state, increasing the flow rate of the cooling air to keep the cylinder wall in proper temperature can increase the output torque, improve fuel efficiency and prevent engine seizure.
The optimized cylinder wall temperature of the air-cooled engine is mainly effected by the throttle position and less effected by the relative humidity and temperature of the environment. The throttle position and cylinder wall temperature are the key factors to determine the best cooling air quantity of the air-cooled engine.

誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號表 xvii
第一章 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的 6
第二章 引擎實驗參數理論分析 7
2.1 氣冷式引擎汽缸本體溫度分佈 7
2.1.1 氣冷式引擎汽缸內部溫度分佈 7
2.1.2 氣冷式散熱系統散熱鰭片溫度分佈 7
2.2 溫度量測的原理 7
2.3 引擎性能之修正參數演算 8
2.3.1 引擎性能參數 9
2.3.2 引擎廢氣產生機制 10
第三章 實驗方法、設備與儀器 16
3.1 實驗方法 16
3.1.1 溫度量測點安裝作業 16
3.1.2 第一階段測試〔原車引擎性能測試〕 17
3.1.3 第二階段測試〔引擎加裝溫度輔助升(降)溫裝置〕 17
3.1.4 第三階段測試〔模擬機車市區走停運轉模式〕 18
3.1.5 引擎外在操作控制 18
3.2 實驗設備與儀器 18
3.2.1 引擎 18
3.2.2 動力計（Dynamometer） 19
3.2.3 油耗量測設備 19
3.2.4 廢氣量測設備 19
3.2.5 空氣流量量測設備 20
3.2.6 風機風量量測設備 20
3.2.7 輔助風機設備 20
3.2.8 控制參數輸入操作系統單元 20
第四章 引擎性能測試分析 30
4.1 不同操作環境對原車引擎性能之影響與分析 31
4.1.1 原車引擎於5000轉不同油門開度之性能測試分析 31
4.1.2 原車引擎於6000轉不同油門開度之性能測試分析 37
4.1.3 氣冷式引擎於不同控制環境條件下綜合性能表現之分析 42
4.2 引擎散熱風量管制與性能分析 44
4.2.1 不同散熱風量對引擎轉速5000轉之性能測試分析 44
4.2.2 不同散熱風量對引擎轉速6000轉之性能測試分析 46
4.2.3 不同散熱風量對引擎怠速運轉之性能測試分析 48
4.3 氣冷式引擎綜合性能分析結果 48
4.3.1 引擎汽缸壁整體溫度分析 48
4.3.2 引擎扭力性能及燃油轉換功熱效率分析 51
4.3.3 散熱風量管制成效分析 51
4.4 模擬機車市區走停運轉模式性能分析 52
4.4.1 引擎缸壁整體溫度分析 52
4.4.2 引擎扭力性能分析 53
4.4.3 散熱風量管制成效分析 53
第五章 結論與建議 141
5.1 結論 141
5.2 建議 142
參考文獻 143
自 傳 145

[1] http://www.motc.gov.tw/mocwebGIP/wSite/lp?ctNode=162&xq_xCat=15
[2] http://www.ris.gov.tw/version96/stpeqr_01_04.html
[3] http://w3.epa.gov.tw/epalaw/search/LnameTypeList.aspx?ltype=04&lkind=12
[4] 徐尚業，小丙，洪永彬，“水冷逆襲”，兩輪誌，第30期，台南，第134-159頁，2011。
[5] Yoshida, M., Ishihara, S., Murakami, Y., Nakashima, K., and Yamamoto, M.,“Air-Cooling Effects of Fins on a Motorcycle Engine,”JSME International Journal, Series B, Vol. 49, No. 3, 2006.
[6] Larbi, S., Attouchi, M. T.,“Heat Transfer Analysis of Testing Bench Components of An Internal Combustion Engine,”ICME, Dhaka, Bangladesh, pp.29-31, 2007.
[7] Batcha, M. F. M., Hussin, A. I., Raghavan, V. R.,“Engine Cylinder Head Cooling Enhancement By Mist Cooling-A Simulation Study,”ICME, Johor Bahru, pp.21-23, 2008.
[8] Bakar, R. A., Wee, C. C., Ming, G. L.,“Heat Transfer Analysis Air-Cooled Two-Stroke Engine Prototype,”UTM Skudai, Malaysia, No.81310, 2003.
[9] 吳啟榮，“機車引擎散熱罩與風扇之流場與散熱效果改良：實驗與計算分析”，碩士論文，國立台灣科技大學機械工程系，台北，2005。
[10] Morris, S. C., Good, J. J., Foss, J. F.,“Velocity measurements in the wake of an automotive cooling fan,”Michigan State University, East Lansing, MI, USA, No. 5, 1997.
[11] Marr, M. A., Wallace, J. S.,“A fast response thermocouple for internal combustion engine surface temperature measurements,”Sanjeev Chandra, Larry Pershin, Javad Mostaghimi, Experimental Thermal and Fluid Science 34 , pp. 183-189 , 2010.
[12] Hamzehei, M., Rashidi, M., Determination of Piston and Cylinder Head Temperature Distribution in a 4-Cylinder Gasoline Engine at Actual Process, Proceedings of the 4th Wseas Int. Conf. on Heat Transfer, Thermal Engineering and Environment, Elounda, Greece, August 21-23, pp. 153-158, 2006.
[13] Nikian, M., Naghashzadegan, M., Arya, S. K.,“Modeling of Heat Losses Within Combustion Chamber of Diesel Engines,”IUST International Journal of Engineering Science , Vol. 17, No. 3-4, pp.47-52, 2006.
[14] Arsie, I., Pianes, C., Rizzo, G.,“Estimation of Air-Fuel Ratio and Cylinder Wall Temperature from Pressure Cycle In S.I. Automotive Engines,”Dipartimento di Ingegneria Meccanica-Universita di Salerno, Italy, No.84084, 1998.
[15] 洪榮芳，周煥銘，吳澤松，吳向宸，蘇粲哲，何柏村，黃國原，“機車引擎冷起動暫態行車過程污染改善研究”，石油季刊，第39卷，第3期，台南，第13-22頁，2003。
[16] Ganesan, V., Internal Combustion Engines, Tada mcgraw-hill publishing company limited, Professor of mechanical engineering indian institute of technology madras, Chap, 12, pp. 363-384, 1994.
[17] http://www.jsa.or.jp/default_english.asp
[18] 蔡宗翰，“生質酒精燃料於電子燃油噴射引擎之應用分析”，碩士論文，國國防大學理工學院動力及系統工程學系，龍潭，2009。
[19] 黃文彥，“水冷式引擎整體之熱傳性能改良”，碩士論文，國立台灣科技大學機械工程系，台北，2007。
[20] http://www.belzona.com.tw/site.htm
[21] http://www.belzona.com.tw/html/catalog-index.htm
[22] 李進修，王漢英，汽機車引擎設計與分析技術，國立清華大學出版社，新竹，第95頁，2005。