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市場脈動

一、前　言

在台灣機車使用者比例相當的高，原因不

外乎是機車對於台灣的街道與地形有著

非常便利的機能性，且在台灣購置一輛機車的

負擔並不算非常高，因此人人家中都有一台，

甚至每一個家人一台。但是這樣大量的生產機

車與使用，對於環境的影響與傷害也絕對不容

小覷。在未來的關鍵課題已不再是尋求高機能

性的機車為首，而是轉為研發有效的綠色能源

機車，目前我們所知的綠色能源大多是電力、

油電混合等，因此綠色源能順利發展；現今許

多業者也與學校合作，共同研究開發與測試氣

壓式引擎設備，目前氣壓式引擎皆在研究階段，

不過已有可採集數據的實驗性改裝引擎。此實

驗性測試系統經國立清華大學動機系規劃實驗

▲ (圖一) 系統機構設計概念3D圖

三聯科技股份有限公司/楊傑凱

氣壓式機車引擎 機械性能測試系統

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測試系統概念如圖一所示後，要求本公司將此

測試平台實體化，並希望本公司配合製作一套

可測量引擎的溫度、轉速、扭力、角度、氣壓

壓力等數據的自動化收集系統，日後將實驗數

據用以改進與研發新的引擎參考之用。

二、測試系統說明

此系統主要分別主要由引擎性能測試機

構、引擎煞車控制器及量測紀錄系統三個單元

所構成，此系統可在不同的引擎轉速和煞車力

測試條件下快速記錄引擎的進出氣體壓力、引

擎本體溫度、引擎傳動扭力及引擎實際轉速。

系統各項說明如下：

1. 引擎性能測試機構說明

此機構主要用來架設測試的引擎、架設引

擎傳動的扭力檢測的扭力感測器以及控制

煞車的磁粉煞車器，此機構傳動軸的中心

必須都在一直線上，如圖二所示。

2. 引擎煞車控制器

引擎煞車控制器主要由訊號控制單元及煞

車訊號輸出單元所構成，如圖三所示。訊

號控制單元主用來控制煞車訊號輸出單元

及提供各種感測器電源和感測器訊號放

大；調整磁粉煞車器的煞車力量，其透過

▲ (圖二) 系統機構設計概念3D圖

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控制器上的調整旋鈕調整控制器煞車訊號

輸出單元電壓輸出控制磁粉煞車器輸出的

煞車力量，利用此功能模擬煞車時，量測

引擎機械性能狀況。

3. 量測系統架構說明

此系統主要由K Type熱電偶測溫線、轉速、

扭力、氣壓壓力等感測器及高速紀錄器所

構成如圖四所示。扭力計、常溫壓力計及

光纖轉速器由煞車控制器提供電源，在經

由煞車控制器將訊號輸出給高速紀錄器；

高溫壓力計透過煞車控制器提供電源及訊

號放大再將訊號輸出給高速紀錄器。

量測系統元件功能規格介紹如下：

(1) 扭力計：用於量測模擬機車引擎煞時傳

動軸所產生的扭力及引擎轉速狀況，其

最高扭力量測範圍±50NM及最高轉速

5000RPM，此扭力計內含訊號放大器，

可提供±5V扭力訊號及轉速輸出。

訊號輸出單元

訊號控制單元

煞車控制器控制訊號顯示器

煞車控制器控制訊號旋鈕

磁粉煞車控制器

磁粉煞車器

▲ (圖三) 引擎煞車控制器

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(2) 常溫壓力計：用於量測氣動引擎的進氣

壓力，可量測壓力範圍0~50kg/cm2，其

輸出訊號為0~5V。

(3) 高溫壓力計：用於量測氣動引擎的排氣

壓力，可量測高溫達230度氣體壓力，

此感測器的輸出訊號為±2mV/V，因

此須要透過煞車控制器中訊號放大至

±10V後，再提供給高速紀錄器。

(4) K Type測溫線：用於量測引擎氣室本

體的溫度，其訊號直接連接於高速紀

▲ (圖四) 量測系統架構

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錄器。

(5) 光纖轉速器：用於測試傳動軸轉速，其

利用傳動上的聯軸器上的條碼，解析出

傳動軸轉速，其提供TTL訊號直接與高

速紀錄器連接。

(6) 高速記錄器：用於收集以上各種感測器

訊號，其最高同步收集方式，資料收集

速度最高可達100k樣本/秒，解析度為

16 Bit。

4. 氣壓式機車引擎機械性能測試系統實體

本公司將以上所述引擎性能測試機構、引

擎煞車控制器及量測紀錄系統三個單元與

週邊壓力氣體設備整合完成如圖五所示。

此系統可依不同供給氣體的壓力下，測試

氣壓式引擎在不同轉速下氣壓式引擎的進

出氣體壓力、溫度變化之狀況和不同供

給氣體的壓力下氣壓式引擎的功率輸出狀

況。

▲ (圖五) 氣壓式機車引擎機械性能測試系統實體圖

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四、實驗量測

1. 定壓供給氣體下測試的氣壓式引擎氣體壓

力、溫度之變化狀況

此次測試氣體壓力為4 Bar，室溫為26度下

測試，其測試數據如圖六所示。

引擎低轉速時入口壓力震盪較大(4缸)，運

轉後入口壓力下降快 (推估壓力計離引擎

近)，出口處壓力相當低(壓力計離出口近、

Pout

Pin

▲ (圖六) 壓力-轉速測試數據圖

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且為靜壓)。出口溫度較入口溫度低，轉速

高時出口溫度回升，主要因摩擦產生熱或

氣體膨脹時間不足所造成，如圖七所示。

2. 不同供給氣體的壓力下氣壓式引擎的功率

輸出狀況：

此次測試氣體壓力為3、4及5 Bar，室溫為

26度下測試，其測試數據如圖八所示。

Pout

Pin

▲ (圖七) 溫度-轉速測試數據圖

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▲ (圖八)功率-轉速測試數據圖

五、結論

整套測試系統可以不同設定實驗參數完整

將資料收集比對，可提供給開發此種氣壓式引

擎設計參考，此系統的搭配看似並不困難，但

是對於一套系統能否達到工作要求與使用條

件，每一個設計環節都很重要 ,當然我們在製

作過程中也遇到了一些的問題，在想辦法解決

的同時也是無形的在學習，經過不斷的討論與

改進之後，引擎測試系統已正式完成，由於隨

時皆有可能再遇到各種狀況，因此需修正的補

充的，也將在實驗正式開始前補足，此套系統

希望能夠順利的完成任務留下記錄。

參考文獻

1. 清華大學動機系氣動引擎技術資料

2. 日本共和電業扭力感測器技術手冊

3. 日本共和電業壓力感測器技術手冊

4. 日本基恩斯光纖轉速計技術手冊

5. 日本GRAPHTEC高速紀錄器技術手冊

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