1

崑山科技大學

機械工程系

學 生 專 題 製 作 報 告

機車實施怠速自動熄火時機車實施怠速自動熄火時機車實施怠速自動熄火時機車實施怠速自動熄火時

汙染防制系統之耐久性分析汙染防制系統之耐久性分析汙染防制系統之耐久性分析汙染防制系統之耐久性分析

及及及及

引擎怠速熄火起動盤齒輪損耗引擎怠速熄火起動盤齒輪損耗引擎怠速熄火起動盤齒輪損耗引擎怠速熄火起動盤齒輪損耗

指導教授：洪榮芳

專題組員：4970H007 郭彥廷

4970H015 廖祐崧

4970H024 薛添發

4970H031 陳宥辰

4970H061 羅貫中

中華民國 101 年 05 月

2

I

機車實施怠速自動熄火時汙染防制系統之

耐久性分析及引擎怠速熄火起動盤齒輪損耗

郭彥廷 廖祐崧 薛添發 陳宥辰 羅貫中

崑山科技大學機械工程系

摘要

本研究為了研究機車經過長期的間歇啟動或熄火對排氣管內的觸媒轉化器有

無影響，為了減少機車在長時間怠速時造成更多的空氣汙染，我們預設機車於停

十字路口機車停等區內，停等紅綠燈之過程時引擎自動熄火以減少不必要的廢氣

排放。

實驗以抽風系統、鼓風機、廢氣分析儀等所需之系統來發動實驗機車，實驗

機車的油門由機械油門控制，當車速達到預定值時電腦會控制機械油門使實驗車

輛靜止，靜止一陣子後電腦將自動啟動實驗車輛，當初速再次達到預定值時電腦

將使實驗車再度熄火，但需注意每經過一段時間後須將廢氣分析儀的測量管拔下

來以空氣噴槍除去內部的積水並更換濾水塞，以保護廢氣分析儀不會因為積水而

毀壞；反覆至一定的行駛量後，參考廢氣分析儀所測得的數據，以了解熄火又發

動對觸媒轉化器的影響。

II

目錄

一、序論 ............................................................................................................. 1

1.1 前言....................................................................................................... 1

1.2 研究動機................................................................................................ 1

1.3 研究目的................................................................................................ 1

1.4 研究設備................................................................................................ 1

1.5 研究方式................................................................................................ 3

1.6 基本原理................................................................................................ 3

1.7 組員討論照片 ........................................................................................ 1

二、齒輪 ............................................................................................................. 2

2.1 齒輪概論................................................................................................ 2

2.2 齒輪機構的類型..................................................................................... 3

2.2-1 以傳動比分類.............................................................................. 3

2.2-2 以輪軸相對位置分類 ................................................................... 3

2.3 蝸桿....................................................................................................... 4

2.4 斜齒圓柱齒輪主要參數[1]..................................................................... 4

2.5 齒輪各部位說明..................................................................................... 5

2.6 換擋齒輪................................................................................................ 7

2.7 齒輪材料[2] .......................................................................................... 7

2.8 製造....................................................................................................... 8

2.9 檢查....................................................................................................... 8

2.10 失效 ..................................................................................................... 1

三、起動齒盤 SolidWorks 3D 繪圖...................................................................... 2

3.1 大齒輪：................................................................................................ 2

3.2 惰輪： ................................................................................................... 5

伍、未來展望...................................................................................................... 8

六、參考文獻...................................................................................................... 1

附錄 .................................................................................................................... 1

1

一一一一、、、、序論序論序論序論

1.11.11.11.1 前言前言前言前言

隨著世界環保意識的抬頭與能源短缺，控制環境汙染及有效利用能源為各界

所矚目。車輛汙染乃為都會區的主要汙染來源，能源的有效利用與污染排放減量，

是改善空氣汙染的有效方法。

現在化的社會，對科技和能源過度依賴，且大量使用化石能源。而在使用的

過程中會產生大量溫室氣體，高耗能產業是台灣基礎產業，由於台灣能源缺乏，

從國外進口化石能源達到 97.9%，所排放的二氧化碳達全世界百分之一，溫室氣體

造成的全球暖化，已深深影響生存環境了。所以，各國將以減少溫室氣體與廢氣

汙染而努力。

1.21.21.21.2 研究動機研究動機研究動機研究動機

近年來國內已經開始推廣車輛怠速熄火措施，問題是，機車在不改裝原車控

制參數之情形下，如果於等停紅綠燈時一律熄火，整體污染減量之成效如何。雖

然國外已有一些相當的研究進行，但是絕大多數都是在汽車的模式下探討，極少

有針對機車部份之研究。台灣機車密度約 330 輛/Km2，遠高於世界各國之水準。

因此，為了減少機車在長時間怠速時造成更多的空氣汙染，我們預設機車於

停紅綠燈時引擎自動熄火以減少不必要的廢氣排放。因為台灣機車使用量過大，

所以二氧化碳的排放量也相對地成長，溫室效應的影響如果持續加溫將會波及到

人們以及其他物種的生活，因而來作此實驗觀察。

1

1.31.31.31.3 研究目的研究目的研究目的研究目的

因為世界對環保的重視以及溫室效應漸漸嚴重，所以各界都在想辦法來讓廢

氣排放量降低以減緩溫室效應。

藉此我們藉由機車經過長期的間歇啟動或熄火對排氣管內的觸媒轉換器有無

影響。

1.41.41.41.4 研究設備研究設備研究設備研究設備

鼓風機、廢氣分析儀、動力計、Labview 軟體、電子油門

機械油門

2

動力計前輪固定

廢棄分析儀

動力計測速畫面

3

1.51.51.51.5 研究方式研究方式研究方式研究方式

啟動抽風系統、鼓風機、廢氣分析儀等研究上所需之系統；發動實驗機車，

實驗機車的油門由機械油門控制，當車速達到預定值時電腦會控制機械油門使實

驗車輛靜止，靜止一陣子後電腦將自動啟動實驗車輛，當初數再次達到預定值時

電腦將使實驗車再度熄火，但需注意每經過一段時間後須將廢氣分析儀的測量管

拔下來以空氣噴槍除去內部的積水並更換濾水塞，以保護廢氣分析儀不會因為積

水而毀壞；反覆至一定的行程量後，參考廢氣分析儀所測得的數據，以了解熄火

又發動對觸媒轉換氣的影響。

1.1.1.1.6666 基本原理基本原理基本原理基本原理

使用鼓風機、廢氣分析儀、動力計、Labview 軟體這四項設備來模擬出行車時

有風阻以及車速的狀態。在使用廢氣分析儀來檢測廢氣含量由這些數據來檢測出

觸媒在一般和怠速熄火時的行車有無差別。

1

1.1.1.1.7777 組員討論照片組員討論照片組員討論照片組員討論照片

設定 LabVIEW 軟體 更換廢氣分析儀測量管

小組討論 廢氣分析儀

操作 Labview 軟體 機械油門

2

二二二二、、、、齒輪齒輪齒輪齒輪

2.12.12.12.1 齒輪概論齒輪概論齒輪概論齒輪概論

齒輪(Gear) 是依靠齒的齧合傳遞扭矩的輪狀機械零件。齒輪通過與其它齒狀

機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動

方向和改變運動形式等功能。由於傳動效率高、傳動比準確、功率範圍大等優點，

齒輪機構在工業產品中廣泛應用，其設計與製造水平直接影響到工業產品的品質。

「齒輪輪齒相互扣住齒輪會帶動另一個齒輪轉動來傳送動力。

將兩個齒輪分開，也可以應用鏈條、履帶、皮帶來帶動兩邊的齒輪而傳送動力。」

油井上的齒輪組

兩個齒輪傳遞旋轉運動。請注意，小齒輪旋轉速度更快。雖然較大的齒輪轉

動較慢，它的扭矩按比例更大。

3

2.22.22.22.2 齒輪機構的類型齒輪機構的類型齒輪機構的類型齒輪機構的類型

2.22.22.22.2----1111 以傳動比分類以傳動比分類以傳動比分類以傳動比分類

‧定傳動比 —— 圓形齒輪機構(圓柱、圓錐）

‧變傳動比 —— 非圓齒輪機構（橢圓齒輪）

2.22.22.22.2----2222 以輪軸相對位置分類以輪軸相對位置分類以輪軸相對位置分類以輪軸相對位置分類

‧平面齒輪機構

‧直齒圓柱齒輪傳動

‧外齧合齒輪傳動

‧內齧合齒輪傳動

‧齒輪齒條傳動

‧斜齒圓柱齒輪傳動

‧人字齒輪傳動

‧空間齒輪機構

‧圓錐齒輪傳動

‧交錯軸斜齒輪傳動

4

2.2.2.2.3333 蝸桿蝸桿蝸桿蝸桿

2.42.42.42.4 斜齒圓柱齒輪主要參數斜齒圓柱齒輪主要參數斜齒圓柱齒輪主要參數斜齒圓柱齒輪主要參數[1][1][1][1]

螺旋角： 為左旋，反之為右旋

齒距： ，下標 n 和 t 分別表示法向和端面

模數：

齒寬：

分度圓直徑：

齒頂圓直徑：da=m 乘以(z+2)

齒根圓直徑：df=m 乘以(z-2.5)

中心距： <注>：m 為齒輪模數，z 為齒數

正確齧合條件：

‧其中第 3 項只適用於傳動軸中心線平行時，存在軸交角時螺旋角可以不相同

5

重合度：

當量齒數：

2.52.52.52.5 齒輪各部位說明齒輪各部位說明齒輪各部位說明齒輪各部位說明

‧節面：虛擬之滾動圓筒(或錐)表面，其上可以代換不同輪齒。

‧節圓：節面之正剖面。

‧齒冠圓：齒端所構成之圓，在齒輪之正剖面。

‧齒根圓：齒間所構成之圓，在齒輪之正剖面。

‧齒冠：節圓與齒冠圓間之徑向距離。

‧齒根：節圓與齒根圓間之徑向距離。

6

‧間隙：某齒輪之齒根與搭配齒輪之齒冠間之距離。

‧齒面：在節面以外部份之齒面。

‧齒腹：在節面以內部份之齒面。

‧圓周齒厚（亦稱齒厚）：齒在節圓上之厚度，它是弧長，不是直線長度。

‧齒間：在節圓上相鄰兩齒之距離。

‧齒隙：為齒輪圓周齒厚與配對之齒輪之齒間之差。 理論上齒隙應為零，但在實

際上為克服製造上之誤差及熱脹的問題，防止運轉時，配對的齒與齒間發生排擠，

仍必須存在某程度之空隙。齒隙之調整可加大中心矩或在切削時多切除一部份。

‧周節（p）：齒寬度與齒間寬度，在節圓上量取。

‧徑節（P）：以英制為單位，即為節徑上每吋之齒數。齒輪上之齒數應為整數。

‧模數（m）：節徑除以齒數，採用 SI 公制。m=D/N，D 以厘米為單位。節徑通常以

吋表示；故前面的狀況模數為徑節之倒數，不過所用之單位必須經過轉換。

‧內圓角：齒與根圓連接面之最小半徑。

‧小齒輪：任何相配齒輪之最小齒輪。較大之齒輪則稱為齒輪。

‧速度比：單位時間內，驅動(或輸入)齒輪與被動齒輪(輸出)之迴轉數比。

‧節點： 一對相配齒輪之節圓之相切點。

‧共切點：在節點處與節圓相切之線。

‧作用線： 相配齒輪外形在接觸點之法線。

‧接觸線： 相配齒輪外形接觸點之軌跡。

‧壓力角（α）：節圓之共切線與通過齒接觸點法線之交角。亦即作用線與共同切

線之交角。

‧中心距（C）：兩軸之中心距離，以前例 C=（D2+D3）/2 。

‧基圓(Base circle)：虛擬圓，用以產生漸開線以形成齒形。

7

‧小齒輪與齒輪：除齒列外，一對齒輪組中，較小的齒輪通稱為小齒輪，大的則

稱為齒輪。

2.62.62.62.6 換擋齒輪換擋齒輪換擋齒輪換擋齒輪

在某些機器（如汽車）有必要改變傳動比，以適應任務。有幾種方法實現這個目

標。例如：

‧手動變速箱

‧自動變速器

‧變速器齒輪這實際上是鏈輪結合一滾子鏈

‧集線器齒輪 （也稱為太陽或行星齒輪和行星齒輪）

2.72.72.72.7 齒輪材料齒輪材料齒輪材料齒輪材料[[[[2222]]]]

許多有色金屬合金，鑄鐵，粉末冶金，甚至塑料用於製造的齒輪。但最常用

的鋼材，因為他們的高強度重量比，成本低。常用塑料是在成本和重量是一個問

題。設計合理的塑料齒輪可以代替鋼在許多情況下，因為它有許多理想性能，包

括耐污垢，低速嚙合，並能夠「跳過」相當不錯的。製造商已經採用塑料齒輪，

使負擔得起的消費項目物品，如影印機，光存儲設備，錄像機，價格便宜發電機，

消費類音頻設備，伺服電機，和印表機。

在機械設備中，齒輪常用材料有 45 號調質鋼，40Cr 調質鋼等。45 號鋼，40Cr

在調質後進行表面淬火可以在基本保持齒根彎曲疲勞強度的前提下很大程度地增

加齒面疲勞強度，40Cr 齒輪採用調質後表面淬火的熱處理工藝可使齒面硬度達到

45～55 HRC。20CrMnTi（滲炭後淬火）是比較好的齒輪材料，其強度極限（1200MPa）

和屈服極限（1100MPa）是相對較高的，表面硬度可達 58～62 HRC，在高速重載並

且對機械尺寸和質量有較高要求的設備中的典型材料。

8

2.82.82.82.8 製造製造製造製造

齒輪的加工方法有鑄造、模鍛、冷扎、熱扎、切削加工等，其中以切削加工

最爲常見。切削加工可按原理分成仿形法和範成法兩種。

仿形法是在銑牀上採用刀刃形狀與被切齒輪的齒槽兩側齒廓形狀相同的銑刀

逐個齒槽進行切質的加工工藝。仿形法生產效率低，加工精度低，適用與對精度

要求不高的大模數單件小批量生產。

範成法又稱展成法，是目前齒輪加工中最常用的一種，如插齒、滾齒、磨齒

等。範成法是利用齒廓嚙合基本定律來切制齒輪的，假想將一對嚙合的齒輪之一

作爲刀具，而另一個作爲齒坯，使兩者仍按原傳動比運動，同時刀具作切削運動，

則在齒輪坯上便可加工出與刀具齒輪共軛的齒輪廓。

2.92.92.92.9 檢查檢查檢查檢查

齒輪幾何檢查和驗證，可使用各種方法，如 CT 掃描、坐標測量機、白光掃描

或雷射掃描。特別有用的塑料齒輪，CT 掃描可以檢查內部幾何和不完善之處，如

孔隙率。

1

2.102.102.102.10 失效失效失效失效

齒輪的失效主要出現在輪齒上。不過，輪齒每一種失效形式的出現並不是單

一的，齒面一旦出現了點蝕或膠合，就會加劇齒面的磨損；齒面的嚴重磨損又將

導致輪齒的摺斷等。

磨耗情形磨耗情形磨耗情形磨耗情形 原因原因原因原因 改善方法改善方法改善方法改善方法

磨損或刮傷 中心線不正、表面粗躁、

齒輪接觸不良、超重負荷

滑動、黏度太低、啟動溫

度不夠

增加油黏度、改用非腐蝕

性極壓潤滑油、預熱油溫

擦傷 油膜破裂、表面溫度過高 改用非腐蝕性極壓潤滑

油、冷卻油溫

點蝕 黏度過低、齒面粗躁、或

某接觸點超過負荷

改用極壓潤滑油, 增加

油黏度、齒輪面光磨或增

加表面硬度、校正齒輪中

心線讓負荷平均分布輪

齒接觸面上

燒傷 超負荷或缺少潤滑 按設計規格、操作運轉、

增加潤滑油

朔性變形 在過大的應力作用下，齒

輪材料處於屈服狀態而

產生齒面或齒體塑性流

動

採用高粘度的或有極壓

添加劑的潤滑油，減小齒

面粗糙度，適當選取主從

動輪的材料和硬度

2

三三三三、、、、起動齒盤起動齒盤起動齒盤起動齒盤 SSSSolidWorksolidWorksolidWorksolidWorks 3D 3D 3D 3D 繪圖繪圖繪圖繪圖

3.13.13.13.1 大齒輪大齒輪大齒輪大齒輪：：：：

前視圖

後視圖

3

左視圖

右視圖

4

上視圖

下視圖

等角視圖

5

3.23.23.23.2 惰輪惰輪惰輪惰輪：：：：

前視圖

後視圖

6

左視圖

右視圖

7

上視圖

下視圖

等角視圖

8

伍伍伍伍、、、、未來展望未來展望未來展望未來展望

這次的專題練習，雖然不是完全屬於我們自己的專題，但有機會跟著學長們

學習使我自己更加的瞭解到專題實習的大概狀況是什麼，在這學期中，透過學長

的教導使我學會啟用鼓風機、抽風設備等等，也讓我又複習到許久沒碰的廢氣分

析儀等；並且很高興有機會參與到學長們與屏東科技大學所合作的計畫討論，雖

然很多東西都聽不懂，但也算是讓我有新的經驗，畢竟這是我們以後必須面對到

的考驗，提早見識到也算是一種不錯的經驗。另外跟著實驗室裡的學長們做專題

也讓我知道，其實做專題不只是要用手做，最重要的是用心去體會，用腦去思考，

老師曾跟我們說過，希望我們把這個專題當作自己很重要的一部分而不是一個簡

單的學分問題或畢業門檻問題，未來的一年半我希望能真正的做到用心體會用腦

思考屬於我們自己的專題，這個研究是對我們來說不只是一個上課的地方，而是

一個學習態度的地方。

1

六六六六、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

‧[1]《機械設計製造手冊》，全華圖書股份有限公司

‧[2]《齒輪簡易設計》，郭蘅譯

附錄附錄附錄附錄

我國機器腳踏車（以下簡稱機車）排放標準自 1988 年 1 月 1 日起分為 5 期逐

步實施，主要管制措施可分為使用 中車輛檢驗、新車型審驗及新車抽驗，而新車

型審驗又分為原型車及量產車審驗。機車排氣管排放一氧化碳(CO)、碳氫化合物

(HC)及氮氧化物(NOx)之 標準，分「行車型態」測定與「惰轉狀態」測定；排放

粒狀污染物之標準，分「目測判定」與「儀器測定」，並分述如下：

排放標準排放標準排放標準排放標準

行車型態測定行車型態測定行車型態測定行車型態測定 惰轉狀態測惰轉狀態測惰轉狀態測惰轉狀態測

定定定定

目目目目

測測測測

判判判判

定定定定

儀儀儀儀

器器器器

測測測測

定定定定

交交交交

通通通通

工工工工

具具具具

種種種種

類類類類

施施施施

行行行行

日日日日

期期期期

車型車型車型車型

種類種類種類種類 適用情形適用情形適用情形適用情形

COCOCOCO

((((克克克克////

公公公公

里里里里))))

HCHCHCHC

((((克克克克////

公里公里公里公里))))

NOxNOxNOxNOx

((((克克克克////

公里公里公里公里))))

HC+NHC+NHC+NHC+N

OxOxOxOx

((((克克克克////

公公公公

里里里里))))

COCOCOCO

(%)(%)(%)(%)

HCHCHCHC

(ppm(ppm(ppm(ppm

))))

粒粒粒粒

狀狀狀狀

汙汙汙汙

染染染染

物物物物

(%(%(%(%

不不不不

透透透透

光光光光

率率率率

))))

粒粒粒粒

狀狀狀狀

汙汙汙汙

染染染染

物物物物

(%(%(%(%

不不不不

透透透透

光光光光

率率率率

))))

機

器

69

年

新車型審驗

新車檢驗

－ 4.5 7000 － －

2

06

月

05

日

使用中車輛

檢驗 － 4.5 9000 － －

新車型審驗

(原型

車)(中華民

國 77 年 01

月 01 日以

後量產之車

型)

7.3 － 4.4 4.5 7000 － 15

新車型審驗

(量產車)新

車檢驗(中

華民國 77

年 07 月 01

日以後量產

之車型)

8.8 － 5.5 4.5 7000 － 15

新車型審驗

新車檢驗

(中華民國

76 年 12 月

31日以前量

產之車型)

10.2 － 6.5 4.5 7000 － 15

77

年

01

月

01

日

使用中車輛

檢驗 － 4.5 9000 30 30

新車型審驗

(原型車) 3.75 － 2.4 4.5 7000 － 15

新車型審驗

(量產車)新

車檢驗

4.5 － 3 4.5 7000 － 15

80

年

07

月

01

日

使用中車輛

檢驗 － 4.5 9000 30 30

新車型審驗

(原型車) 3.25 － 1.75 3.75 6000 － 15

腳

踏

車

87

年

01

新車型審驗

3.5 － 2 4 6000 － 15

3

(量產車)新

車檢驗

月

01

日 使用中車輛

檢驗 － 4.5 9000 30 30

新車型審驗

(原型車) 3.25 － 1.75 3.75 6000 － 15

新車型審驗

(量產車)新

車檢驗

3.5 － 2 4 6000 － 15

排氣

量未

達

700CC 使用中車輛

檢驗 － 4.5 9000 30 30

新車型審驗

新車檢驗

10 － 2.5 4 6000 － 15

91

年

01

月

01

日 排氣

量

700CC

以上 使用中車輛

檢驗 － 4.5 9000 30 30

新車型審驗

新車檢驗

7 － 1 3 2000 － 15

二

行

程

機

車

使用中車輛

檢驗 － 3.5 2000 30 30

新車型審驗

新車檢驗

7 － 2 3 2000 － 15

93

年

01

月

01

日

排

氣

量

未

達

7

0

0

C

C

四

行

程

機

車

使用中車輛

檢驗 － 3.5 2000 30 30

新車型審驗

新車檢驗

2 0.8 0.15 － 3 1600 － 15 排氣

量未

達

150CC 使用中車輛

檢驗 － 3.5 1600 30 30

新車型審驗

新車檢驗

2 0.3 0.15 － 3 1600 － 15

96

年

07

月

01

日

排氣

量

150CC

以上 使用中車輛

檢驗 － 3.5 1600 30 30

4

◎◎◎◎第一期排放標準：

我國機器腳踏車排放標準第 1 期於 1988 年 1 月 1 日公布實施，從新車型審驗

及新車檢驗可以看出，標準施行日 (1988 年 1 月 1 日)後的 CO 及 HC+NOx 的排放標

準較施行日前加嚴，施行日之後的原型車審驗亦較量產車加嚴，此一標準的施行，

不但為空氣品質的改善 跨出一大步，亦能兼顧相關產業的調適，其訂定十分合理。

◎◎◎◎第二期排放標準：

第二期排放標準於 1991 年 7 月 1 日施行，主要針對新車型審驗及新車檢驗行車型

態測定的 CO 及 HC+NOx 排放標準進一步加嚴，在粒狀污染物方面則是維持原來的

標準，此時所實施的排放標準已是世界最嚴格的排放標準。

◎◎◎◎第三期排放標準：

第三期排放標準於 1998 年 1 月 1 日施行，其中不但在新車型審驗及新車檢驗

的 CO 及 HC+NOx 排放標準上持續加嚴，在惰轉型態測定中對新車型審驗及新車檢

驗的 CO 及 HC 的排放標準，也加嚴了許多。

◎◎◎◎第四期排放標準：

在 2004 年施行的第四期排放標準，與前三期最大的不同點，是將機車分成二

行程及四行程機車，分別制訂其排 放標準，且對二行程機車的行車型態測定之

HC+NOx 排放較四行程加嚴，並以冷車型態進行測試，亦是希望藉排放標準來加速

高污染二行程機車的淘汰；在惰轉 狀態測定項目的 HC，則加嚴至 2000ppm，預期

依照此污染排放標準的實施，將使我國的機車污染排放得到改善。

◎◎◎◎第五期排放標準：

為因應我國加入世界貿易組織，符合國際車輛排氣法規調和的趨勢，並促進

國內機車產業與世界技術同步發展，機車第五期排放標準係採用與歐盟第三期排

放污染法規 (EU3)相當之漂準。與目前實施的機車碳氫化合物(HC)及氮氧化物

(NOx)也將分開個別管制，排氣量 150c.c 以下標準由 2g/km 降至 0.95g/km。預期

機車將可朝噴射化發展。而目前機車的排放標準也已經適用於第五期的排放標準。