115 關務特考五等 輪機工程 包括柴油機大意與輔機大意 考古題詳解

115 年・關務特考・五等・輪機工程
試題代碼 輪機工程大意(包括柴油機大意與輔機大意)

第 1 題2 分

大型低速二行程柴油機中,活塞桿上端連接活塞,而活塞桿下端連接何種構件?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查大型低速二行程柴油機的主要運動構件及其連接關係。

大型低速二行程柴油機通常採用「十字頭式」結構,活塞在汽缸內作往復直線運動,所產生的燃氣作用力經由下列路徑傳遞:

活塞→活塞桿→十字頭→連桿→曲柄軸\text{活塞} \rightarrow \text{活塞桿} \rightarrow \text{十字頭} \rightarrow \text{連桿} \rightarrow \text{曲柄軸}

因此,活塞桿的上端連接活塞,下端則連接十字頭。

十字頭的作用包括:

  1. 將活塞與活塞桿的往復運動傳給連桿及曲柄軸。
  2. 承受側推力,並由十字頭滑塊與十字頭導板吸收側向作用力。
  3. 使活塞不直接承受連桿所產生的側向分力,減少活塞與汽缸套的磨耗。

解題方法

判斷大型低速二行程柴油機的構件連接關係,可依其由上而下的機械排列判斷:

活塞→活塞桿→十字頭→連桿→曲柄軸\text{活塞} \rightarrow \text{活塞桿} \rightarrow \text{十字頭} \rightarrow \text{連桿} \rightarrow \text{曲柄軸}

題目已說明活塞桿上端連接活塞,所問的是活塞桿下端構件。依上述排列,活塞桿下端應連接十字頭。

故正確答案為:

(C) 十字頭\boxed{\text{(C) 十字頭}}
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第 2 題2 分

船用二行程柴油機的掃氣方式有①橫流掃氣、②環流掃氣、③單流掃氣,依掃氣效率由高至低排列為:

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船用二行程柴油機三種掃氣方式的掃氣效率比較:

  1. 橫流掃氣(cross-flow scavenging)
  2. 環流掃氣(loop scavenging)
  3. 單流掃氣(uniflow scavenging)

掃氣效率是指新鮮空氣置換汽缸內廢氣的有效程度。一般而言,掃氣過程中應盡量達到:

  • 廢氣排出完全;
  • 新鮮空氣與廢氣混合程度低;
  • 新鮮空氣不致直接由排氣口流失;
  • 汽缸內殘留廢氣量少。

以教科書及國家考試的典型比較,掃氣效率由高至低為:

單流掃氣>環流掃氣>橫流掃氣\text{單流掃氣}>\text{環流掃氣}>\text{橫流掃氣}

因此排列為:

③>②>①③>②>①

解題方法

判斷掃氣效率時,主要觀察新鮮空氣在汽缸內的流動方向、與廢氣的混合程度,以及是否容易發生新鮮空氣短路流失。

一、單流掃氣

單流掃氣通常由汽缸下部的掃氣口送入新鮮空氣,廢氣則由汽缸上部的排氣閥排出,氣流大致沿汽缸軸線單一方向流動。

其特點如下:

  • 新鮮空氣與廢氣流向一致;
  • 氣流路徑明確;
  • 不需在汽缸內急劇轉向;
  • 廢氣較容易被完整推出;
  • 新鮮空氣與廢氣的混合較少。

因此,單流掃氣的掃氣效率最高,適合大型低速二行程船用柴油機。

二、環流掃氣

環流掃氣又稱迴流掃氣或 loop scavenging。新鮮空氣由汽缸下部掃氣口進入後,沿汽缸壁向上流動,再在汽缸上部轉向,最後將廢氣推向排氣口。

其氣流呈迴旋或環狀路徑,具有下列特點:

  • 氣流能將廢氣推向排氣口;
  • 掃氣效果優於橫流掃氣;
  • 氣流需要在汽缸內轉向;
  • 新鮮空氣與廢氣的混合程度比單流掃氣大;
  • 仍有部分新鮮空氣可能隨廢氣排出。

因此,環流掃氣的效率低於單流掃氣,但高於橫流掃氣。

三、橫流掃氣

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第 3 題2 分

船舶推進之柴油主機,其轉速設定由引擎操俥桿將信號傳至何機構,使轉速改變?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶柴油主機的「轉速控制」與各機件功能。

柴油機的轉速主要取決於單位時間內所燃燒的燃油量。引擎俥桿設定所需轉速後,控制信號會送至調速系統,由調速器依據設定轉速與實際轉速的差異,調整燃油供給量,使主機轉速升高、降低或維持穩定。

基本控制關係可表示為:

俥桿設定轉速⟶調速器⟶燃油供給機構⟶柴油機轉速改變\text{俥桿設定轉速} \longrightarrow \text{調速器} \longrightarrow \text{燃油供給機構} \longrightarrow \text{柴油機轉速改變}

調速器的核心作用,是在負載變化時自動調節燃油量,避免主機轉速過高或過低。

解題方法

題幹的關鍵語句是「轉速設定由引擎俥桿將信號傳至何機構,使轉速改變」。

判斷重點在於:

  1. 俥桿負責輸入駕駛者所要求的轉速。
  2. 接收轉速設定信號並依實際轉速進行調節的機構,是調速器。
  3. 調速器再控制燃油泵齒條、燃油調節桿或電子燃油控制系統,改變噴入汽缸的燃油量。
  4. 燃油量改變後,柴油機輸出扭矩與轉速隨之改變。

因此,直接符合題意的機構為「調速器」。

選項分析

(A) 化油器

錯誤。化油器是傳統汽油引擎的混合氣形成裝置,功能是將汽油與空氣按適當比例混合後送入汽缸。

船舶推進用柴油主機採用壓縮點火,燃油由高壓燃油泵加壓後,經噴油器噴入汽缸,並不使用化油器。因此,化油器不是柴油主機接收俥桿轉速信號的機構。

(B) 調速器

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第 4 題2 分

「主機性能曲線圖」是海試時記錄其主要運轉參數與何者間的關係?

這一題的完整詳解

核心觀念

「主機性能曲線圖」是船舶主機於海試(sea trial)期間,在不同運轉狀態下,記錄各項主要性能參數,並分析其與主機轉速之間關係的圖表。

常見的性能參數包括:

  • 軸功率或有效功率
  • 扭矩
  • 燃油消耗率
  • 排氣溫度
  • 冷卻水溫度
  • 滑油壓力
  • 增壓器轉速
  • 排氣壓力

這些資料通常以主機轉速 nn 作為橫軸,再將各項運轉參數作為縱軸,繪製成性能曲線。因此,本題所問「主要運轉參數與何者間的關係」,指的是與轉速的關係。

解題方法

判斷本題可從「性能曲線圖的自變數」切入。

海試時會逐步改變主機負荷與轉速,記錄在各轉速下的功率、扭矩、溫度、壓力及耗油量等數值。將主機轉速設定為基準,便可觀察各項性能參數隨轉速變化的趨勢。

例如:

P=f(n)P=f(n)

表示功率 PP 與主機轉速 nn 的關係;燃油消耗率也可表示為:

be=f(n)b_e=f(n)

其中:

  • PP:主機功率
  • beb_e:燃油消耗率
  • nn:主機轉速

所以,「主機性能曲線圖」的共同基準通常是主機轉速,而溫度、壓力及耗油量則屬於被記錄或分析的運轉參數。

選項分析

(A) 溫度

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第 5 題2 分

示功圖亦稱指示線圖,其主要顯示氣缸內何種變化關係?

這一題的完整詳解

核心觀念

示功圖(indicator diagram)又稱指示線圖,是利用示功器記錄內燃機氣缸內氣體壓力隨活塞運動所產生的變化。由於活塞位移與氣缸容積變化成正比,因此示功圖的主要座標關係為:

p-Vp\text{-}V

其中:

  • pp:氣缸內氣體壓力
  • VV:氣缸內容積

示功圖封閉曲線所包圍的面積,代表每一循環的指示功:

Wi=∮p dVW_i=\oint p\,dV

因此,示功圖可用來分析柴油機的壓縮、燃燒膨脹與排氣等過程,並估算指示功與指示馬力。

解題方法

判斷「示功圖」的關鍵,在於辨認其記錄的物理量:

  1. 示功器直接感測氣缸內壓力。
  2. 活塞運動造成氣缸容積變化。
  3. 將壓力與容積繪成圖形,即為壓力—容積圖,也就是 pp-VV 圖。
  4. 圖形面積可由 ∮p dV\oint p\,dV 求得指示功。

所以本題應選擇「壓力與容積」。

選項分析

(A) 溫度與壓力

錯誤。溫度與壓力的關係可繪製成 TT-pp 圖,用於熱力學狀態分析,但示功圖的主要功能不是記錄氣缸溫度,而是記錄氣缸壓力隨容積的變化。

(B) 壓力與容積

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第 6 題2 分

下列關於柴油機加裝增壓機後的性能描述,何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油機加裝增壓機(turbocharger)後,進氣量、燃燒效率、輸出功率及機件負荷的變化。

增壓機利用柴油機排出的廢氣能量,帶動渦輪,再由同軸壓縮機壓縮進氣,使單位時間內進入汽缸的空氣質量增加。在空氣過量率仍能維持適當範圍時,可增加噴油量,使柴油機輸出更大的功率。

相關性能指標包括:

ηm=PbPi\eta_m=\frac{P_b}{P_i}

其中 ηm\eta_m 為機械效率、PbP_b 為煞車功率、PiP_i 為指示功率。

柴油機的燃油消耗率通常以單位功率、單位時間的燃油消耗量表示。增壓後因燃燒較完全、熱效率提高,燃油比消耗率通常降低。

解題方法

判斷增壓效果可依下列順序:

  1. 增壓使進氣壓力及進氣密度提高。
  2. 進入汽缸的空氣量增加,可燃燒較多燃油。
  3. 燃燒產生的指示功及輸出功率增加。
  4. 燃燒效率及熱效率改善,使單位功率燃油消耗率降低。
  5. 由於缸內最高燃燒壓力及溫度提高,機械負荷與熱負荷通常上升。

因此,若選項聲稱增壓後機械負荷、熱負荷降低,即與增壓的基本結果相反。

選項分析

(A) 柴油機功率增加:正確

增壓器提高進氣壓力,使較多空氣進入汽缸。在不超過允許的空燃比、最高爆發壓力及熱負荷限制下,可增加燃油噴射量,因而提高每循環所產生的指示功。

柴油機功率可表示為:

P∝pmeVsnP \propto p_{me} V_s n

其中 pmep_{me} 為平均有效壓力、VsV_s 為排氣量、nn 為轉速。對於排氣量及轉速相同的柴油機,增壓後平均有效壓力提高,故輸出功率增加。

(B) 機械效率提高:正確

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第 7 題2 分

典型的四行程發電機滑油系統有①滑油泵、②集油櫃、③冷卻器、④溫度調節閥等設備,其循環順序為下列何者?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查四行程發電機滑油系統中,各設備的基本循環順序。

典型滑油循環方向為:

集油櫃→滑油泵→滑油冷卻器→溫度調節閥→柴油機各潤滑部位\text{集油櫃} \rightarrow \text{滑油泵} \rightarrow \text{滑油冷卻器} \rightarrow \text{溫度調節閥} \rightarrow \text{柴油機各潤滑部位}

各設備功能如下:

  • 集油櫃②:收集由引擎流回的滑油,並作為滑油泵的吸入來源。
  • 滑油泵①:將滑油由集油櫃抽出,建立循環所需的壓力與流量。
  • 冷卻器③:降低滑油溫度,使滑油維持適當黏度,避免因高溫造成潤滑性能降低。
  • 溫度調節閥④:依滑油溫度調整流經冷卻器或旁通冷卻器的流量,使滑油維持在適當工作溫度。

解題方法

判斷順序可依照流體通過設備時的功能先後:

  1. 滑油必須先由集油櫃②提供。
  2. 再由滑油泵①抽送,形成具有壓力的滑油流。
  3. 加壓後的滑油通過冷卻器③散熱降溫。
  4. 再由溫度調節閥④依溫度控制冷卻器旁通或通過冷卻器的流量。
  5. 最後送往引擎的軸承、活塞、曲軸等潤滑部位。

因此,四項設備的循環順序為:

②→①→③→④② \rightarrow ① \rightarrow ③ \rightarrow ④

選項分析

(A) ①②③④:錯誤

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第 8 題2 分

安全檢測裝置偵測出下列那一情況,主機不會停俥?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶主機安全保護系統中,各項異常訊號所對應的處置層級:

  1. 警報(Alarm):提醒輪機人員處理異常。
  2. 減速(Slowdown):降低主機負荷,避免故障擴大。
  3. 停俥(Shutdown/Trip):當異常可能立即造成重大損害或危及安全時,自動停止主機。

主機安全檢測裝置通常會針對下列高危險狀況設置停俥保護:

  • 主機滑油壓力過低;
  • 推力軸承溫度過高;
  • 曲柄箱滑油霧濃度過高。

主機冷卻水溫度過高,通常先採取警報及降低負荷措施,並不直接列為主機自動停俥條件。因此依命題慣例,答案為 B。

解題方法

判斷各選項是否會造成主機停俥,可依「異常是否會在短時間內造成不可逆的重大機械損害」切入:

  • 滑油壓力不足,會使軸承及運動部件失去油膜;
  • 推力軸承過熱,代表軸承承受異常負荷或潤滑不足;
  • 曲柄箱油霧濃度升高,顯示有發熱點,並有曲柄箱爆炸危險;
  • 冷卻水溫度過高,通常可先藉由降低負荷、調整冷卻水系統或停用故障設備處理。

因此前三者屬於直接危及主機本體或船舶安全的高危險訊號,通常設有自動停俥;冷卻水溫度過高則以警報、減速等處置為主。

選項分析

(A) 主機滑油壓力過低

錯誤。主機滑油的主要作用包括潤滑、冷卻及帶走磨耗金屬。滑油壓力過低時,軸承、曲柄銷、十字頭及其他運動部件可能因油膜不足而發生:

  • 金屬直接接觸;
  • 軸承溫度急升;
  • 軸承燒損或咬合;
  • 曲軸及連桿機構損壞。

為避免主機在缺乏有效潤滑的情況下持續運轉,滑油壓力低於設定值時,安全保護裝置通常會先發出警報,持續下降至停俥設定值時即自動停俥。因此本選項所述情況會使主機停俥。

(B) 主機冷卻水溫度過高

正確。冷卻水溫度過高表示冷卻能力不足,常見原因包括:

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第 9 題2 分

常應用於船用柴油發電機之轉速控制為下列何種調速器?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船用柴油發電機所使用的柴油機調速器型式,以及調速器在發電機組中的功能。

柴油發電機負載變化時,柴油機所需輸出的扭矩也會改變。若供油量未隨負載調整,柴油機轉速會發生變化,進而造成發電機頻率不穩定。調速器的主要功能就是:

  1. 偵測柴油機轉速變化。
  2. 比較實際轉速與設定轉速。
  3. 自動調整燃油泵齒條或供油機構。
  4. 使柴油機維持穩定轉速。

同步發電機的頻率與轉速關係為:

n=120fPn=\frac{120f}{P}

其中:

  • nn:柴油機轉速,單位為 rpm
  • ff:發電頻率,單位為 Hz
  • PP:發電機極數

因此,船用柴油發電機必須具備反應迅速且具有足夠控制力的調速器,以維持發電頻率及轉速穩定。

解題方法

判斷本題可從「船用柴油發電機的負載與功率特性」切入。

船用柴油發電機通常需要:

  • 長時間連續運轉;
  • 因應船舶電力負載變化;
  • 維持發電頻率穩定;
  • 提供足夠的調速增益與控制力;
  • 具備良好的可靠性與耐用性。

機械調速器僅利用離心力直接操作供油機構,控制力有限,較適合小型柴油機。機械液壓調速器則由機械式離心感測機構偵測轉速,再以液壓伺服機構放大控制力,能穩定而迅速地調整供油量,因而常應用於船用柴油發電機。

所以本題應選擇機械液壓調速器。

選項分析

(A) 機械調速器

機械調速器主要利用飛錘或離心配重感測轉速。當轉速改變時,飛錘的離心力改變,經由彈簧、連桿等機械構件直接調整燃油供給量。

其優點是構造簡單、成本較低、不需外部液壓系統;缺點是:

  • 控制力較小;
  • 機械連桿磨耗會影響精度;
  • 對大型柴油機的供油機構控制能力不足;
  • 負載變化時的穩速性能較差。

因此,機械調速器並非船用柴油發電機最典型的選項,故錯誤。

(B) 機械液壓調速器

機械液壓調速器以機械式飛錘感測柴油機轉速,再透過液壓伺服機構放大控制力,推動燃油控制齒條或供油調整機構。

其作用流程可表示為:

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第 10 題2 分

船用柴油機的燃燒過程分為四個階段,那一階段可達總放熱量 80%?

這一題的完整詳解

核心觀念

船用柴油機的燃燒過程,依燃料噴入、著火及放熱速率,通常分為四個階段:

  1. 滯燃期(Ignition delay period)
  2. 速燃期(Rapid combustion period)
  3. 緩燃期(Controlled combustion period)
  4. 後燃期(After-burning period)

本題考查各燃燒階段的放熱特性。依船用柴油機教材及國家考試常用命題分類,柴油機大部分的總放熱量是在緩燃期釋放,約可達總放熱量的 80%80\%。


解題方法

判斷本題可從「各燃燒階段的主要作用及放熱比例」切入:

  • 滯燃期主要是燃料的物理、化學準備階段,尚未大量放熱。
  • 速燃期是滯燃期間累積的可燃混合物迅速燃燒,放熱速率很大,但持續時間短,總放熱量並非最大。
  • 緩燃期是燃料持續噴入並逐步燃燒的主要階段,燃燒時間較長,所釋放的總熱量最多,約可占總放熱量的 80%80\%。
  • 後燃期僅有少量未完全燃燒燃料繼續燃燒,放熱量相對較小。

因此,題目所問「可達總放熱量 80%80\%」的階段,是緩燃期。


四個燃燒階段說明

一、滯燃期

滯燃期是燃料開始噴入汽缸後,到第一批燃料開始著火之間的時間。

此階段包括:

  • 燃料霧化、蒸發及與空氣混合;
  • 燃料與空氣進行化學反應;
  • 可燃混合物逐漸累積。

滯燃期本身幾乎沒有大量可見放熱,但滯燃時間過長時,會使較多燃料在著火前累積,進而造成後續速燃期的壓力急遽上升。

二、速燃期

速燃期是滯燃期間所形成的可燃混合物,在著火後迅速燃燒的階段。

其特徵為:

  • 放熱速率很高;
  • 汽缸壓力上升迅速;
  • 容易產生柴油機特有的敲缸或粗暴燃燒現象。

速燃期雖然瞬間放熱率很大,但因持續時間較短,總放熱量通常不占最大比例,因此不是本題答案。

三、緩燃期

緩燃期又稱控制燃燒期,是燃料持續噴入汽缸後,隨噴隨燃、逐步燃燒的階段。

其燃燒速率主要受到下列因素控制:

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第 11 題2 分

二行程柴油機使用下列何種構件,以防止活塞下方的掃氣及燃燒後的碳渣漏入曲柄箱?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查二行程低速柴油機的結構配置,以及「氣缸側」與「曲柄箱側」之間的密封作用。

二行程柴油機通常採用十字頭構造,活塞透過活塞桿與十字頭連接,再由連桿帶動曲柄軸。活塞桿穿過氣缸下部與曲柄箱之間的隔板,該穿越處設置填料函(stuffing box),用以:

  • 防止掃氣空氣及燃燒產物中的碳渣、油泥等沿活塞桿下漏至曲柄箱。
  • 防止曲柄箱內的潤滑油向上進入氣缸。
  • 刮除活塞桿表面的髒污與殘油,並將其排出或收集。

因此,填料函是隔離氣缸空間與曲柄箱空間的重要密封構件。

解題方法

判斷本題可從「構件功能」切入:

  1. 題幹描述的是防止氣缸內的掃氣及碳渣進入曲柄箱。
  2. 這需要一個設置在活塞桿穿越處、具有密封及刮油功能的構件。
  3. 二行程十字頭柴油機中,負責此項工作的就是填料函。
  4. 因此選擇填料函,而不是負責運動傳遞、承受導向或容納潤滑油的其他構件。

其結構關係可概括如下:

氣缸空間→活塞→活塞桿→填料函→十字頭→曲柄箱\text{氣缸空間} \rightarrow \text{活塞} \rightarrow \text{活塞桿} \rightarrow \text{填料函} \rightarrow \text{十字頭} \rightarrow \text{曲柄箱}

填料函位於氣缸下部與曲柄箱之間,包覆活塞桿並形成密封,故能阻止氣缸側物質進入曲柄箱。

選項分析

(A) 活塞環

活塞環主要安裝在活塞周圍的環槽內,功能包括:

  • 維持活塞與氣缸套之間的氣密性。
  • 防止燃燒氣體大量竄入活塞下部。
  • 控制氣缸潤滑油膜及刮除多餘機油。
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第 12 題2 分

下列輔機中,何者的主要功能為防止船舶對海洋造成污染?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶輔機的主要用途,以及船舶防止海洋污染的基本設備分類。

生活污水處理裝置主要處理船員、旅客產生的馬桶排泄物、盥洗水及其他生活污水,經生物處理、沉澱、消毒等程序,降低有機物、懸浮固體及病原菌後,符合規定才可排放。因此,其主要功能就是防止船舶排放生活污水造成海洋污染。

相關國際規範主要涉及《船舶防止污染國際公約》(MARPOL)附錄 IV「防止船舶生活污水污染規則」。本題涉及法規概念時,以命題當年(民國 115 年)法規為準。

解題方法

判斷各設備的主要功能即可。可先辨認各選項所處理的對象:

  • 淨油機:油品或含油水分離、淨化。
  • 淡水機:由海水製造淡水。
  • 生活污水處理裝置:處理船舶生活污水。
  • 廢熱鍋爐:利用柴油機排氣餘熱產生蒸汽。

其中,直接以「處理生活污水、避免污水排放污染海洋」為主要目的的設備,是生活污水處理裝置。

選項分析

(A) 淨油機

淨油機的主要作用是將燃油或潤滑油中的水分、固體雜質及其他污染物分離,以提高燃油與潤滑油的品質,確保柴油機及相關設備正常運轉。

部分船舶設備也可能以「油水分離器」處理含油艙底水,使排放水中的油分符合規定。這類設備確實具有防止油污染的功能,相關規範可涉及《船舶防止污染國際公約》附錄 I。

然而,本題的「淨油機」通常指燃油或滑油淨化設備,其主要功能是油品淨化及機械運轉保護,不是專門處理生活污水。因此不是本題最佳答案。

(B) 淡水機

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第 13 題2 分

熱交換器依其不同功能可分為①加熱器、②冷卻器、③蒸發器、④冷凝器等,而冷凍空調系統上有那些熱交換器?

這一題的完整詳解

核心觀念

熱交換器可依功能分為:

  1. 加熱器:將熱量傳給被加熱流體。
  2. 冷卻器:將熱量自被冷卻流體移除,但不一定涉及工作流體的相變化。
  3. 蒸發器:冷媒吸收熱量,由液態蒸發為氣態。
  4. 冷凝器:冷媒放出熱量,由氣態凝結為液態。

冷凍空調系統的基本蒸氣壓縮循環,主要包含壓縮機、冷凝器、膨脹裝置及蒸發器。其中,蒸發器與冷凝器均屬於系統中的主要熱交換器。

解題方法

由冷凍循環判斷兩個主要熱交換過程:

  • 在蒸發器中,低壓液態冷媒吸收室內空氣或冷媒水的熱量,汽化成氣態冷媒,達到冷卻效果。
  • 在冷凝器中,高壓高溫氣態冷媒向外界放熱,凝結成液態冷媒。

其熱量關係可表示為:

Qc=Qe+WQ_c = Q_e + W

其中:

  • QeQ_e:蒸發器吸收的熱量
  • WW:壓縮機輸入功
  • QcQ_c:冷凝器排出的熱量

因此,冷凍空調系統的主要熱交換器為蒸發器與冷凝器,即:

③④③④

選項分析

  • (A) ①②:錯誤
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第 14 題2 分

下列各式泵中,何者於出口端並不安裝安全閥以防過高工作壓力?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查泵浦的分類、工作特性,以及出口端是否必須設置安全閥(洩壓閥)。

泵浦可分為:

  1. 動力式泵(dynamic pump):以葉輪提高液體速度,再將速度能轉換為壓力能,例如離心式泵。
  2. 容積式泵(positive displacement pump):每一循環輸送固定或近似固定的液體容積,例如齒輪泵、螺旋泵、往復式泵。

容積式泵的流量主要取決於排量與轉速,可概略表示為:

Q≈VdNηvQ \approx V_d N \eta_v

其中:

  • QQ:泵浦流量
  • VdV_d:每轉或每循環的排量
  • NN:轉速或循環頻率
  • ηv\eta_v:容積效率

當容積式泵出口被關閉時,泵浦仍持續排送液體,液體無法排出,出口壓力會迅速升高,因此出口端必須設置安全閥,使液體回流至吸入口、泵浦入口或儲槽,以防止管路、泵體或軸封損壞。

離心式泵則屬動力式泵,其流量會隨出口阻力增加而降低。出口完全關閉時,流量降為零,壓力通常升高至泵浦的關閉揚程(shut-off head),而非無限制上升。因此在一般船舶泵浦配置中,離心式泵出口端不以安全閥作為防止過高工作壓力的必要裝置。


解題方法

判斷本題的關鍵,是先辨認各選項屬於哪一種泵浦:

  • 離心式泵:動力式泵
  • 齒輪泵:容積式泵
  • 螺旋泵:容積式泵
  • 往復式泵:容積式泵

再套用下列判斷原則:

容積式泵在出口關閉時仍會持續排送液體,必須設安全閥;離心式泵在出口關閉時流量下降至零,具有受限制的關閉壓力,通常不在出口端裝設此種安全閥。

因此,題目所問「出口端並不安裝安全閥以防過高工作壓力」者,為離心式泵。


選項分析

(A) 離心式泵——正確

離心式泵靠葉輪旋轉所產生的離心作用,使液體獲得速度能,再轉換為壓力能。

其流量與揚程受泵浦性能曲線限制。當出口閥逐漸關小時,流量下降、揚程上升;出口完全關閉時,流量降為零,壓力達到關閉揚程:

Q=0,H=Hshut-offQ=0,\qquad H=H_{\text{shut-off}}
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第 15 題2 分

柴油機動力船舶所使用之單級蒸發式造水機,其熱源來自何處?

這一題的完整詳解

核心觀念

單級蒸發式造水機(single-effect fresh water generator)利用低溫熱源,使海水在真空環境下於低於正常沸點的溫度蒸發,再將蒸氣冷凝成淡水。

柴油主機運轉時,汽缸內燃燒產生的大量熱能,部分由缸套冷卻水吸收。主機缸套冷卻水通常維持約 70∼90∘C70\sim90^\circ\text{C},在造水機內可作為蒸發器的加熱媒介。造水機內維持真空後,海水沸點降低,缸套冷卻水的溫度即足以提供蒸發所需熱量。

因此,本題所指單級蒸發式造水機的典型熱源為主機缸套冷卻水。

解題方法

判斷柴油機船舶造水機熱源時,掌握兩項條件:

  1. 造水機需要穩定且可連續利用的低溫廢熱。
  2. 單級蒸發式造水機通常在真空下運轉,使海水降低沸點,以適應柴油主機低溫冷卻水的熱能。

主機缸套冷卻水具有下列特性:

  • 運轉時持續產生,熱源穩定。
  • 溫度適合真空蒸發。
  • 使用後仍可回到主機冷卻系統循環。
  • 不需額外燃料即可回收主機廢熱。

故正確選項為:

主機缸套冷卻水\boxed{\text{主機缸套冷卻水}}

選項分析

(A) 鍋爐餘熱

錯誤。鍋爐餘熱可用於加熱給水、產生蒸汽或其他熱回收用途,但柴油機船舶的單級蒸發式造水機,標準熱源是主機缸套冷卻水。許多柴油機船舶並非以鍋爐作為主要動力來源,因此鍋爐餘熱不是本題所問的典型熱源。

(B) 節熱器

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第 16 題2 分

現今船舶碟式淨油機其馬達與淨油機之間的傳動方式,除了皮帶式外還有下列何種方式?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶碟式淨油機(disc purifier/disc separator)中,電動機與淨油機主軸之間的常見傳動方式。

傳統碟式淨油機的轉鼓須達到很高轉速,且啟動時需要逐步帶動轉鼓,以降低啟動衝擊。因此,馬達與淨油機之間除使用皮帶傳動外,亦常採用利用摩擦力傳遞動力的摩擦片式傳動。

摩擦片式傳動的基本原理,是利用摩擦片彼此接觸所產生的摩擦力傳遞轉矩。其概念可表示為:

T≈nμWRmT \approx n\mu W R_m

其中:

  • TT:可傳遞的轉矩
  • nn:有效摩擦面數
  • μ\mu:摩擦係數
  • WW:摩擦片間的壓緊力
  • RmR_m:平均摩擦半徑

藉由控制摩擦片的接合程度,可使淨油機平順啟動,並吸收部分啟動衝擊。

解題方法

本題直接考查碟式淨油機的典型傳動分類。題幹已指出「除了皮帶式外」,應從船舶淨油機的傳統機械構造判斷另一種常見方式。

碟式淨油機通常要求:

  1. 傳遞高速旋轉動力;
  2. 啟動時降低轉鼓的瞬間負荷;
  3. 避免馬達受到過大的啟動衝擊;
  4. 維持傳動平順並具備一定的滑動保護作用。

摩擦片式傳動符合上述要求,因此選擇 (C) 摩擦片式。

選項分析

(A) 直接傳動式

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第 17 題2 分

下列何種閥具有工質流動阻力小的優點,但其密封面容易因磨損而喪失密封功能?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查各類閥的構造、流道形式、流動阻力及密封特性。

閘門閥(gate valve)利用閘板沿垂直於流體流向的方向升降,控制流體通斷。閘板完全開啟時,閥體內形成近似直通的流道,流體方向改變小、流道截面大,因此具有:

  • 流動阻力小;
  • 壓力損失小;
  • 適合全開或全關操作;
  • 不適合長時間作節流使用。

閘門閥的閘板與閥座之間靠密封面接觸來阻止洩漏。啟閉過程中,密封面容易產生滑動摩擦;若操作不當、含有固體雜質,或長期處於半開狀態,密封面容易磨損,進而喪失密封功能。

因此,題幹所述「工質流動阻力小,但密封面容易因磨損而喪失密封功能」正是閘門閥的典型特性。

解題方法

判斷本題可從兩個關鍵敘述切入:

  1. 「工質流動阻力小」 代表閥門全開時流道接近直通,通常指閘門閥。

  2. 「密封面容易因磨損而喪失密封功能」 閘門閥的閘板與閥座密封面在啟閉時會互相摩擦,容易磨耗;半開節流時,流體高速通過閘板與閥座附近,也會加劇沖蝕與磨損。

兩項特徵同時符合者為閘門閥,故選 ((C))。

選項分析

(A) 停止閥

停止閥通常指截止閥(globe valve),閥瓣沿閥桿方向升降,流體通過閥座時通常需要改變流向,流道較曲折,因此:

  • 流動阻力較大;
  • 壓力損失較高;
  • 具有良好的調節及節流能力;
  • 適合控制流量。

停止閥的密封面也可能因磨損而洩漏,但「流動阻力小」並不是其主要特徵,因此不符合題幹的整體描述。

(B) 止回閥

止回閥(check valve)依靠流體流向自動啟閉,只允許流體單向流動,主要用途是防止逆流。其特點是:

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第 18 題2 分

若將離心泵出口閥在長時間關閉狀態下運轉,將導致下列何種結果?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查離心泵在「出口閥關閉、流量為零」時的運轉特性,又稱泵浦的「閉閥運轉」或「死點運轉(dead-heading)」。

離心泵出口閥關閉時:

  • 流量 Q=0Q=0。
  • 泵仍由馬達驅動葉輪旋轉。
  • 泵所輸入的機械能無法藉由液體排出,部分能量會因液體內部循環、摩擦及攪拌作用轉變為熱能。
  • 液體溫度逐漸升高,泵殼及泵體因而發燙過熱。

因此,長時間閉閥運轉的直接典型結果是泵外殼過熱。

離心泵的液壓功率為:

Ph=ρgQHP_h=\rho g QH

當出口閥完全關閉時,Q=0Q=0,液壓輸出功率為零;但馬達仍持續供給軸功率,這些能量主要轉化為熱能與機械損失,造成泵內液體及泵殼升溫。


解題方法

判斷本題可依下列順序:

  1. 確認泵型為離心泵。
  2. 出口閥關閉,代表排出流量接近零。
  3. 離心泵仍持續旋轉,並持續對泵內液體施加能量。
  4. 液體無法正常流出,熱量無法有效帶走。
  5. 長時間下,泵內液體溫度上升,最後使泵殼發燙過熱。

因此,最符合題目所問的結果為泵外殼過熱。

實際操作上,離心泵通常允許短時間在接近閉閥點運轉,但不宜長時間維持出口閥全閉;泵浦系統常設置最小流量回流管路,以避免過熱及內部損壞。


選項分析

(A) 出口壓力將無限上升:錯誤

出口閥關閉時,泵的流量降為零,出口壓力會上升至泵浦的閉閥揚程或截止揚程(shut-off head),但此壓力受到葉輪尺寸、轉速、液體密度及泵浦特性限制,不會無限上升。

泵浦性能曲線通常表示:

  • 流量最大時,揚程較低。
  • 流量逐漸減少時,揚程上升。
  • 流量為零時,達到有限的截止揚程。

所以「無限上升」屬於絕對化錯誤敘述。

(B) 泵設備損壞:不作為本題最佳答案

長時間閉閥運轉確實可能導致泵浦損壞,例如:

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第 19 題2 分

警報顯示冷凍壓縮機排出壓力過高,其故障原因為下列何者?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查蒸氣壓縮式冷凍循環中,冷凝器散熱能力與壓縮機排出壓力的關係。

冷凍壓縮機吸入低壓、低溫冷媒蒸氣,壓縮後排出高壓、高溫冷媒蒸氣,進入冷凝器放熱。冷凝器必須將冷媒熱量傳給冷卻水,使冷媒凝結成液體。

當冷凝器髒污、結垢或冷卻水流量不足時,冷凝器的傳熱能力下降。為了排出相同的熱量,冷媒必須在較高的冷凝溫度下運作;冷凝溫度升高時,冷凝壓力也隨之升高,直接造成壓縮機排出壓力過高。

其熱力關係可概括為:

冷凝器散熱能力下降⇒Tcond↑⇒Pcond↑⇒Pdischarge↑\text{冷凝器散熱能力下降} \Rightarrow T_{\mathrm{cond}} \uparrow \Rightarrow P_{\mathrm{cond}} \uparrow \Rightarrow P_{\mathrm{discharge}} \uparrow

其中 TcondT_{\mathrm{cond}} 為冷凝溫度,PcondP_{\mathrm{cond}} 為冷凝壓力,PdischargeP_{\mathrm{discharge}} 為壓縮機排出壓力。

解題方法

判斷「壓縮機排出壓力過高」時,先檢查冷凝側:

  1. 冷凝器是否散熱不良。
  2. 冷卻水溫度是否過高。
  3. 冷卻水流量是否不足。
  4. 冷凝器是否髒污、結垢或堵塞。
  5. 冷媒是否充填過量。

本題選項 A 明確指出冷凝器髒污,並造成冷卻水不足。這些因素均會使冷凝器無法有效排熱,導致冷凝壓力上升,因此壓縮機排出壓力過高。

選項分析

(A) 冷凝器髒污,導致冷卻水不足

正確。

冷凝器髒污、結垢會附著在熱交換表面,增加熱阻,降低冷媒與冷卻水之間的熱傳效率。冷卻水不足則會減少帶走的熱量,使冷凝器散熱能力進一步下降。

冷媒無法在正常冷凝壓力下充分放熱,冷凝溫度與冷凝壓力上升,壓縮機排出側的高壓壓力也會升高,因而觸發「排出壓力過高」警報。

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第 20 題2 分

船舶發電機其輸出電力越來越大,對於額定電壓 6,600 V 者,輸配電需使用下列何種斷電器?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶中壓配電系統的斷路器選用。

船舶發電機額定電壓為 6,600 V6{,}600\ \text{V},即 6.6 kV6.6\ \text{kV},屬於中壓系統。此類電壓在發生短路或切斷負載電流時,會產生強烈電弧,因此斷路器必須具備適合中壓等級的絕緣與滅弧能力。

真空斷路器(Vacuum Circuit Breaker, VCB)利用真空作為滅弧介質,適用於中壓配電系統,常見額定電壓包括 3.3 kV3.3\ \text{kV}、6.6 kV6.6\ \text{kV} 及 11 kV11\ \text{kV} 等。

解題方法

判斷步驟如下:

  1. 先確認電壓等級:

6,600 V=6.6 kV6{,}600\ \text{V}=6.6\ \text{kV}

  1. 6.6 kV6.6\ \text{kV} 已非一般低壓配電範圍,須採用中壓用斷路器。

  2. 比較各選項的主要適用範圍:

  • ACB、MCCB、NFB:主要用於低壓配電。
  • VCB:主要用於中壓配電,適合 6.6 kV6.6\ \text{kV} 船舶發電機輸配電系統。

因此,本題應選用真空斷路器。

選項分析

(A) 空氣斷電器(ACB)錯誤

ACB(Air Circuit Breaker)以空氣作為絕緣及滅弧介質,通常用於低壓大電流系統,例如船舶主配電盤的低壓主開關、發電機出口低壓斷路器及大型馬達饋線。

ACB 雖具有較大的額定電流容量,但其典型應用電壓仍屬低壓範圍,並非 6.6 kV6.6\ \text{kV} 中壓發電機輸配電的標準選擇。

(B) 模組式斷電器(MCCB)錯誤

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第 21 題2 分

1,000 伏特工作電壓下,新裝設之電機,其絕緣電阻不得低於多少 MΩ?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查新裝設電機的最低絕緣電阻標準。絕緣電阻是帶電導體與大地,或不同帶電導體之間,阻止漏電流通過的能力,通常以絕緣電阻計(Megger)量測,單位為 MΩ\mathrm{M\Omega}。

依命題當年(民國 115 年)適用之電機絕緣要求,工作電壓為 1,0001{,}000 伏特的新裝設電機,其絕緣電阻不得低於:

Rmin⁡=1 MΩR_{\min}=1\ \mathrm{M\Omega}

解題方法

題目已明確給出兩項關鍵條件:

  1. 對象:新裝設之電機。
  2. 工作電壓:1,000 V1{,}000\ \mathrm{V}。

直接依新裝設電機的最低絕緣電阻標準判斷:

R絕緣≥1 MΩR_{\text{絕緣}}\geq 1\ \mathrm{M\Omega}

因此最低要求為 1 MΩ1\ \mathrm{M\Omega},選擇選項 (A)。

本題不是要求計算電壓與電阻的比例,也不是要求判斷電機實測值是否合格;題目是在考法規或規範所定的最低門檻。

選項分析

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第 22 題2 分

船舶電機器具上的灰塵中含有油或滑脂時,需用下列何種方式清潔為佳?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶電機器具的清潔方法,以及油污、滑脂對電氣設備維護的影響。

灰塵若混有油或滑脂,便不再是單純的乾燥粉塵。油脂會使灰塵黏附於器具表面及縫隙,形成污垢膜,降低絕緣性能,並妨礙散熱。清潔時應選用能溶解除去油脂、且不損傷絕緣材料與金屬表面的適當溶劑,因此以「溶劑清洗」為佳。

實務上應先切斷電源,確認設備已停電,再使用適用於電氣設備的清潔溶劑,並注意通風、防火及溶劑與絕緣材料的相容性。

解題方法

判斷本題的關鍵在於「灰塵中含有油或滑脂」:

  1. 若只是乾燥、鬆散的灰塵,可採用拭布、真空吸取或低壓壓縮空氣等方式處理。
  2. 本題的灰塵含有油或滑脂,污染物具有黏性,單純吹除或吸取無法有效去除。
  3. 溶劑可將油脂溶解,使黏附在電機器具上的油污與灰塵脫離,因此選擇溶劑清洗。

選項分析

(A) 拭布擦拭:錯誤

拭布可處理器具外部表面上的部分灰塵與油污,但對於縫隙、通風孔及內部零件的油脂粉塵,清潔效果有限。擦拭時也可能將油污推開、塗抹,甚至留下纖維與殘留物。

因此,拭布可作為溶劑清洗前後的輔助工具,並非本題所問的最佳主要方法。

(B) 壓縮空氣吹除:錯誤

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第 23 題2 分

所謂回授控制,指系統中的感測器量測控制對象的溫度、壓力等,然後將量測結果與系統的何者做比較?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查「回授控制(feedback control)」的基本定義。

在回授控制系統中,感測器量測控制對象的實際輸出,例如溫度、壓力、轉速,再將此量測值與系統預先設定的「目標值」或「設定值」比較,藉以判斷是否需要調整控制作用。

基本關係可表示為:

e(t)=r(t)−y(t)e(t)=r(t)-y(t)

其中:

  • r(t)r(t):目標值(設定值、參考值)
  • y(t)y(t):感測器量測到的實際輸出
  • e(t)e(t):誤差值

因此,感測器的量測結果是與目標值比較;比較後所得到的結果才是誤差值。

解題方法

掌握回授控制的標準流程:

目標值→比較→誤差→控制器→控制對象\text{目標值} \rightarrow \text{比較} \rightarrow \text{誤差} \rightarrow \text{控制器} \rightarrow \text{控制對象}

例如,柴油機冷卻水溫度的控制:

  1. 設定冷卻水目標溫度為 80∘C80^\circ\text{C}。
  2. 感測器量得實際溫度為 85∘C85^\circ\text{C}。
  3. 控制器將實際量測值與目標值比較。
  4. 產生誤差,並依誤差調整冷卻水流量或控制閥開度。

題目問「量測結果與系統的何者做比較」,所指即為預先設定的目標值,因此選擇 (A)。

選項分析

(A) 目標值

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第 24 題2 分

為防止設備因絕緣損壞導致發生漏電意外,裝置接地偵測系統,當線路接地時則燈泡如何顯示?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶電氣設備的「接地偵測系統」及漏電時指示燈的變化。

設備絕緣正常時,接地偵測燈泡兩端維持正常電壓,因此發出正常亮度。當線路因絕緣損壞而接地時,故障電流經由接地路徑流動,使偵測燈泡兩端的有效電壓降低。依燈泡功率關係:

P=V2RP=\frac{V^2}{R}

在燈絲電阻 RR 大致固定的條件下,燈泡兩端電壓 VV 降低,消耗功率 PP 隨之降低,因此燈泡亮度變暗。

解題方法

判斷接地偵測燈的顯示,可依下列順序:

  1. 正常狀態下,燈泡兩端具有額定或正常工作電壓。
  2. 線路接地後,故障電流分流至船體或接地回路。
  3. 偵測燈泡兩端的電壓下降。
  4. 電壓下降造成燈泡功率降低,亮度變暗。

因此,依本題官方答案所採用的接地偵測系統設計,線路接地時燈泡應顯示為「變暗」。

選項分析

(A) 變亮:錯誤

線路接地時,故障電流經由接地路徑分流,偵測燈泡兩端的電壓通常降低,並非增加。由 P=V2/RP=V^2/R 可知,電壓降低會使燈泡功率降低,所以不會變亮。

(B) 變暗:正確

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第 25 題2 分

下列何者不屬於空氣壓縮機的保護裝置?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查空氣壓縮機常見的保護裝置及其功能。空氣壓縮機在運轉時,須防止潤滑油壓力不足、排氣壓力過高及機件溫度過高,因此通常會配置各類開關或洩壓裝置,在異常狀況下發出警報、停止壓縮機或釋放壓力。

判斷關鍵在於:該元件是否用來監視或排除空氣壓縮機的異常運轉狀態。

解題方法

逐一判斷各選項的主要功能:

  1. 監視壓縮機溫度者,屬於過熱保護。
  2. 監視潤滑油壓力者,屬於潤滑保護。
  3. 防止壓力超過容許值者,屬於超壓保護。
  4. 若主要用於冷凍循環中的節流與控制冷媒流量,則不屬於空氣壓縮機本體的保護裝置。

依此判斷,只有 Expansion valve 不符合空氣壓縮機保護裝置的性質。

選項分析

(A) Thermo switch:正確

Thermo switch 為溫度開關,通常裝設於壓縮機本體、排氣管路或相關高溫部位,用於監測溫度。

當壓縮機因下列原因導致溫度過高時:

  • 冷卻不良;
  • 潤滑不足;
  • 排氣壓力過高;
  • 壓縮機長時間過載運轉;
  • 吸、排氣閥異常;

Thermo switch 可在溫度超過設定值時動作,發出警報或切斷控制電路,使壓縮機停止運轉,以避免活塞、氣缸、軸承及潤滑油因過熱而損壞。因此屬於空氣壓縮機的保護裝置。

(B) L.O. pressure switch:正確

L.O. pressure switch 為潤滑油壓力開關,L.O. 是 Lubricating Oil 的縮寫。

空氣壓縮機的曲柄軸、連桿、軸承及其他運動部件,通常需要潤滑油維持正常運轉。若潤滑油壓力低於設定值,可能表示:

  • 潤滑油量不足;
  • 油泵故障;
  • 濾油器堵塞;
  • 潤滑油管路洩漏;
  • 軸承或其他部位磨損異常。

潤滑油壓力不足時繼續運轉,容易造成軸承燒損或運動部件嚴重磨耗。因此 L.O. pressure switch 會在油壓異常時發出警報或使壓縮機停機,屬於重要的潤滑保護裝置。

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第 26 題2 分

柴油主機的結構共分為上、中、下三大區塊,下列何者不屬於上層區塊的裝置?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考的是大型低速二行程柴油主機的構造分區。依船用柴油機常見的「上層、中層、下層」分類:

  • 上層區塊:與氣缸燃燒空間及活塞往復運動上部有關的裝置。
  • 中層區塊:主要為十字頭(Crosshead)、導板及相關往復運動導引機構。
  • 下層區塊:主要為曲柄軸箱、曲軸、軸承及底座等機件。

本題要找的是「不屬於上層區塊」的裝置,因此應辨識各選項所屬的功能區域。

解題方法

判斷順序如下:

  1. 先找出直接位於氣缸上部、燃燒室附近的裝置。
  2. 再判斷是否屬於活塞桿與曲柄連桿機構之間的中間導引構造。
  3. Crosshead 是連接活塞桿與連桿的中間往復機構,負責將活塞的直線運動傳遞給連桿,並由導板限制其側向運動,因此屬於中層區塊。
  4. 其餘三項均與氣缸上部或活塞桿穿越部位相關,歸入本題所採用的上層區塊。

選項分析

(A) Indicator valve

Indicator valve,又稱指示閥或示功閥,裝設於氣缸蓋附近,用來連接示功器,量測氣缸內壓力隨活塞行程的變化,以繪製示功圖。

它直接與燃燒室相通,位置在氣缸上部,因此屬於上層區塊。本選項不符合題目所問,故錯誤。

(B) Cylinder cover

Cylinder cover 為氣缸蓋,封閉氣缸上端並構成燃燒室的一部分,通常設有噴油器、排氣閥、起動閥及示功閥等裝置。

它是柴油主機上部最主要的構造之一,明確屬於上層區塊。本選項錯誤。

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第 27 題2 分

“Prepare the following exclusive tools: Feeler gauge 0.4 mm thick (suction) and Feeler gauge 0.5 mm thick (exhaust)”這句話是在做何種保養?

這一題的完整詳解

核心觀念

題幹中的:

“Prepare the following exclusive tools: Feeler gauge 0.4 mm thick (suction) and Feeler gauge 0.5 mm thick (exhaust)”

意指準備專用厚薄規,分別量測:

  • 吸氣閥(suction valve,亦稱 intake valve):間隙標準為 0.4 mm0.4\ \text{mm}
  • 排氣閥(exhaust valve):間隙標準為 0.5 mm0.5\ \text{mm}

此處的間隙是閥桿端部與搖臂、挺桿等驅動機構接觸處之間的間隙,通常稱為:

  • Valve clearance
  • Tappet clearance
  • Valve head clearance

因此,本題考的是柴油機進、排氣閥間隙的量測與調整。

解題方法

判斷關鍵在於題幹明確列出:

  1. Feeler gauge,即厚薄規。
  2. 分別用於 suction 與 exhaust。
  3. 兩者具有不同厚度標準,分別是 0.4 mm0.4\ \text{mm} 與 0.5 mm0.5\ \text{mm}。

柴油機進、排氣閥因工作溫度、熱膨脹量及設計條件不同,閥間隙標準通常不相同。保養時先使曲軸轉至指定汽缸的壓縮上死點,使進、排氣閥均處於關閉狀態,再將厚薄規插入指定量測位置:

實測閥間隙≈厚薄規厚度\text{實測閥間隙} \approx \text{厚薄規厚度}

若厚薄規通過阻力過小,表示間隙過大;若無法通過,表示間隙過小。藉由調整螺栓、調整墊片或其他閥機構調整裝置,使間隙符合規定值。

題幹指定吸氣閥與排氣閥的厚薄規,正是進、排氣閥間隙調整工作的典型工具配置,所以正確選項為 (C)。

選項分析

(A) Main bearing clearance measure

錯誤。

Main bearing 是主軸承,主軸承間隙是曲軸軸頸與主軸承軸瓦之間的間隙。常用量測方法包括:

  • Plastigage(間隙塑膠線)
  • 內徑量錶、外徑量具
  • 軸承拆卸後的精密尺寸量測

主軸承間隙不會分成 suction 與 exhaust 兩種,也不會以吸氣閥、排氣閥的 0.4 mm0.4\ \text{mm} 與 0.5 mm0.5\ \text{mm} 厚薄規作為調整標準。

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第 28 題2 分

下列何者與燃油噴射閥連接,使燃油噴射閥將燃油噴入柴油引擎?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油引擎燃油系統中,各部件的功能與燃油流動順序。

傳統柴油引擎的燃油系統通常依序為:

燃油櫃→濾油器→燃油泵→噴油泵→燃油噴射閥燃油櫃 \rightarrow 濾油器 \rightarrow 燃油泵 \rightarrow 噴油泵 \rightarrow 燃油噴射閥

其中,噴油泵負責將低壓燃油加壓至足以克服汽缸內壓力的高壓,並依照引擎轉速、負荷及噴射時機,將定量燃油送往燃油噴射閥,使燃油霧化後噴入汽缸。

解題方法

判斷本題的關鍵,在於辨認「哪一個部件直接供應燃油噴射閥所需的高壓燃油」。

燃油噴射閥本身主要負責在適當壓力下開啟,將燃油霧化噴入燃燒室;產生高壓並控制噴油量與噴油時機的主要部件是噴油泵。因此,與燃油噴射閥直接連接、供應高壓燃油的部件為噴油泵。

選項分析

(A) 燃油泵

燃油泵通常負責將燃油由燃油櫃輸送至燃油系統,並提供低壓輸送壓力,使燃油通過濾油器及其他管路。其主要功能是輸送燃油,不負責產生燃油噴射所需的高壓,也不直接控制噴油量及噴油時機,因此不是本題答案。

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第 29 題2 分

下列何者不是作用於柴油引擎軸承的力?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油引擎運轉時,作用於曲軸軸承上的主要動力來源。軸承承受的負荷,主要是由活塞連桿機構與曲柄運動所產生,再經由連桿、曲柄傳遞至曲軸及其軸承。

主要作用力包括:

  1. 氣體膨脹壓力:燃燒後高溫高壓氣體作用於活塞頂部,經連桿傳至曲軸。
  2. 往復慣性力:活塞與連桿小端等往復運動質量,在加速、減速時產生慣性力。
  3. 離心力:曲柄、曲柄銷及連桿大端等旋轉質量作圓周運動時產生離心力。

因此,判斷重點是:該力是否屬於柴油引擎運轉時傳遞至軸承的主要機械負荷。


解題方法

逐一檢視各選項是否為曲軸軸承所承受的主要作用力:

  • 由燃燒壓力造成的負荷,屬於氣體力。
  • 由活塞、連桿往復運動造成的負荷,屬於往復慣性力。
  • 由曲柄等旋轉部件造成的負荷,屬於離心力。
  • 「彈力」並非柴油引擎軸承負荷分類中的主要作用力。

可用曲柄連桿機構的受力概念表示:

氣體壓力作用於活塞的力約為

Fg=pAF_g=pA

其中,pp 為汽缸內氣體壓力,AA 為活塞面積。

往復質量的慣性力可概略表示為

Fi=maF_i=m a

其中,mm 為往復運動質量,aa 為其瞬時加速度。

旋轉質量所產生的離心力為

Fc=mrω2rF_c=m_r\omega^2 r

其中,mrm_r 為旋轉質量,ω\omega 為曲軸角速度,rr 為曲柄半徑。

上述各力會透過曲柄連桿機構傳遞至曲軸,再由主軸承、連桿軸承等承受。


選項分析

(A) 往復慣性力

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第 30 題2 分

有關二行程主機潤滑之敘述,下列何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查低速二行程十字頭式主機的潤滑系統。此類主機通常採「分離式潤滑」:

  1. 氣缸潤滑系統:使用專用氣缸油,由注油器定量注入氣缸套,潤滑活塞環與氣缸壁。
  2. 曲柄箱潤滑系統:使用系統油,主要潤滑曲軸軸承、連桿軸承、十字頭軸承等機件。
  3. 填料箱(stuffing box):隔離活塞下方的掃氣空間與曲柄箱,避免氣缸側的燃燒產物、掃氣髒污及氣缸油進入曲柄箱,也避免曲柄箱滑油上竄。

二行程主機的氣缸油與曲柄箱系統油用途不同,不能混為一談。

解題方法

判斷各選項是否符合「二行程主機氣缸潤滑」的基本原理即可:

  • 氣缸壁需由專用氣缸油潤滑。
  • 氣缸油通常具有鹼性,用以中和燃燒後形成的酸性物質。
  • 曲柄箱滑油不是用來潤滑氣缸套。
  • 活塞環與氣缸壁間的油膜可降低摩擦、磨耗,並增強氣密性。

因此,宣稱「以曲柄箱滑油飛濺上來潤滑」的敘述,違反二行程主機的分離式潤滑原則。

選項分析

(A) 有填料箱把活塞下方空間與曲柄箱隔開

此項正確。

二行程十字頭式主機設有填料箱,位置通常在活塞桿穿過掃氣空間與曲柄箱之間。填料箱的作用包括:

  • 將活塞下方的掃氣空間與曲柄箱隔離;
  • 防止燃燒產物、掃氣側髒污及氣缸油進入曲柄箱;
  • 防止曲柄箱系統油沿活塞桿上竄。

因此,填料箱確實具有隔開活塞下方空間與曲柄箱的功能。

(B) 從注油孔注入鹼性的滑油來潤滑氣缸壁

此項正確。

二行程主機的氣缸油由氣缸注油器,經注油孔或注油嘴定量注入氣缸套適當位置。氣缸油通常具有鹼性,其鹼值可用總鹼值表示,即 TBN(Total Base Number)。

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第 31 題2 分

有關柴油機的排氣渦輪增壓機之敘述,下列何者錯誤?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油機採用排氣渦輪增壓機(exhaust gas turbocharger)後,對引擎性能、效率、負荷及排放特性的影響。

排氣渦輪增壓機利用柴油機排氣能量帶動渦輪,渦輪同軸驅動壓氣機,將較高壓力的空氣送入汽缸,使進氣量增加。因此在相同排氣量下,可以燃燒較多燃油並提高輸出功率。

相關效率可表示為:

ηm=BPIP\eta_m=\frac{BP}{IP}

其中:

  • BPBP:制動馬力(Brake Power)
  • IPIP:指示馬力(Indicated Power)
  • ηm\eta_m:機械效率(Mechanical Efficiency)

增壓後,由於汽缸內可燃燒較多燃油,指示功與制動功均提高;在摩擦損失增加幅度相對有限的情況下,機械效率通常提高。

解題方法

判斷各選項是否正確,可依序檢查增壓對下列四項的影響:

  1. 汽缸壓力與燃燒溫度是否增加。
  2. 引擎輸出與機械效率是否提高。
  3. 空氣供應與燃燒是否改善。
  4. 單位功率的燃油及機油消耗率是否降低。

增壓的主要效果是增加進氣量,使燃燒更完全、功率提高,並改善單位功率的燃油消耗率。排氣渦輪本身也具有部分消音效果。因此,將增壓概括為「增加排氣污染和噪音」並不符合一般柴油機增壓的基本特性。

選項分析

(A) 增加機械負荷和熱負荷

此項正確。

增壓後,汽缸內的進氣壓力提高,燃燒時可燃燒更多燃油,因而使最高爆發壓力、平均有效壓力及活塞所承受的氣體作用力增加。活塞、連桿、曲軸、軸承等零件所承受的機械負荷因此提高。

同時,燃燒熱量增加,排氣溫度、活塞頂部溫度、汽缸蓋及排氣閥的熱負荷也會提高。因此增壓柴油機通常需要較高強度的機件及較完善的冷卻系統。

(B) 增加機械效率

此項正確。

增壓可在相同排氣量及相近轉速下提高指示功與制動功。雖然摩擦損失會隨負荷上升而增加,但指示功的增加幅度通常較大,因此:

ηm=BPIP\eta_m=\frac{BP}{IP}

的數值通常提高。

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第 32 題2 分

平均制動有效壓力與下列何者有關?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查「平均制動有效壓力」(Brake Mean Effective Pressure, BMEP)的意義。它是將引擎每循環實際輸出的制動功,換算成作用於活塞上的平均壓力:

pbm=WbVsp_{bm}=\frac{W_b}{V_s}

其中:

  • pbmp_{bm}:平均制動有效壓力
  • WbW_b:每循環的制動功
  • VsV_s:氣缸總排氣量,即活塞排量

對於四行程多缸引擎,制動馬力可表示為:

BP=pbmVsN2×60BP=\frac{p_{bm}V_s N}{2\times 60}

其中 NN 為每分鐘轉數。由此可知,平均制動有效壓力代表引擎在實際負荷下,每單位排氣量所產生的制動功,主要反映引擎的負荷程度。

燃油量增加時,通常表示每循環供給的燃料增加,燃燒所產生的熱能與膨脹功增加,制動功隨之提高,因此平均制動有效壓力也會提高。

解題方法

本題可從「各選項是否直接代表引擎負荷」切入。

在引擎轉速、運轉條件及燃燒效率大致相同時,增加每循環燃油量,會使燃燒放熱量增加,活塞所獲得的有效功增加,制動功 WbW_b 增大。由公式:

pbm=WbVsp_{bm}=\frac{W_b}{V_s}

在排氣量 VsV_s 不變的情況下,WbW_b 增加,故 pbmp_{bm} 增加。因此本題依官方答案選擇燃油量。

選項分析

(A) 氣缸容積:錯誤

氣缸容積,也就是排氣量,屬於公式中的分母:

pbm=WbVsp_{bm}=\frac{W_b}{V_s}

若僅增加氣缸容積,而制動功按相同比例增加,平均制動有效壓力可以維持不變。因此氣缸容積本身不是決定平均制動有效壓力的主要因素。

平均制動有效壓力是「單位排氣量所產生的制動功」,不是單純看氣缸大小。

(B) 燃油量:正確

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第 33 題2 分

柴油機在何時會發生過給機喘振的現象?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油機過給系統的「喘振」(surge)。過給機壓氣機必須在穩定工作範圍內運轉;當壓氣機出口壓力過高、進氣流量過低,使運轉點越過喘振線時,會發生週期性的流量脈動,甚至出現空氣倒流,形成喘振現象。

喘振常見條件為:

  • 壓氣機出口壓力高;
  • 空氣流量不足;
  • 柴油機負荷突然增加或超負荷;
  • 船舶螺槳負荷因滿載、風浪而增大;
  • 柴油機轉速下降,但排氣背壓與壓氣機負荷仍偏高。

其本質可表示為壓氣機工作點進入低流量區:

空氣流量降低、壓力比升高  ⟹  工作點越過喘振線  ⟹  過給機喘振\text{空氣流量降低、壓力比升高} \;\Longrightarrow\; \text{工作點越過喘振線} \;\Longrightarrow\; \text{過給機喘振}

解題方法

判斷本題的關鍵,是找出「船舶推進負荷突然或大幅增加,但柴油機轉速與空氣流量無法相應維持」的運轉情況。

船舶滿載時,船體吃水增加,航行阻力上升;遇到大風浪時,螺槳負荷及船舶推進阻力進一步增加。此時柴油機承受較大的轉矩需求,轉速容易下降,過給機的空氣流量與壓力配合失衡。壓氣機出口壓力偏高而流量不足,運轉點便會靠近或越過喘振線,因此容易發生喘振。

船舶螺槳負荷通常可用近似關係表示:

Q∝n2Q \propto n^2 P∝n3P \propto n^3

其中 QQ 為螺槳轉矩,PP 為螺槳功率,nn 為螺槳轉速。滿載及大風浪會使實際負荷加重,造成柴油機在低轉速、高轉矩需求下運轉,這正是過給機容易發生喘振的典型情境。

選項分析

(A) 在船舶滿載及大風浪下運轉——正確

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第 34 題2 分

下列何者造成調速器在控制柴油引擎轉速時,會出現追逐現象?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油引擎調速器的「追逐現象」(hunting)。

調速器是負回授控制裝置,依引擎轉速變化調整噴油量:

  • 轉速下降時,增加供油量。
  • 轉速上升時,減少供油量。

理想狀態下,供油調整應能及時反映為引擎轉速變化。若燃料供應與實際燃燒、轉速變化之間存在時間延遲,調速器會持續修正,形成「轉速過低增加供油、轉速過高減少供油」的反覆擺動,此種現象即為追逐現象。

解題方法

判斷本題的關鍵,在於找出會造成「控制作用延遲」的因素。

柴油引擎的燃燒並非燃油噴入汽缸後立即完成。燃油噴射、霧化、與空氣混合、著火及燃燒均需經過一定時間。若燃燒時間延遲,調速器增加供油後,引擎轉速無法立即上升,調速器會誤以為供油不足而繼續增加供油。

當延遲的燃料相繼燃燒後,實際產生的功率突然增加,轉速便升得過高。調速器因而大幅減少供油;但減油效果同樣具有延遲,導致轉速再次下降。如此反覆,即形成追逐現象。

其控制過程可簡化表示為:

轉速下降→調速器增加供油→燃燒延遲→轉速過度上升→調速器減少供油→轉速再次下降\text{轉速下降} \rightarrow \text{調速器增加供油} \rightarrow \text{燃燒延遲} \rightarrow \text{轉速過度上升} \rightarrow \text{調速器減少供油} \rightarrow \text{轉速再次下降}

因此,本題依官方答案,造成調速器追逐現象的主要原因為燃燒時間延遲。

選項分析

(A) 噴油泵動作不良:錯誤

噴油泵動作不良會造成供油量不均、供油壓力不足、噴油量不正確或各缸供油不一致,導致引擎運轉不穩、功率下降、排煙異常等故障。

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第 35 題2 分

最大爆發壓力偏高且排氣溫度不高的可能原因,是下列何者?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油機的「供油提前角」對最大爆發壓力與排氣溫度的影響。

  • 最大爆發壓力:燃燒氣體在汽缸內所形成的最高壓力,通常發生於上死點後不久。
  • 供油提前角:燃油開始噴入汽缸時,曲柄相對於上死點的提前角度。供油提前角過大,表示燃油在活塞尚未到達上死點前過早噴入並燃燒。
  • 排氣溫度:燃燒後氣體膨脹作功並排出汽缸時的溫度,可反映燃燒時機與燃燒後膨脹程度。

柴油機正常運轉時,燃燒應集中在上死點附近及其後,使燃燒壓力有效轉化為活塞作功。

解題方法

判斷本題可同時觀察兩個現象:

  1. 最大爆發壓力偏高。
  2. 排氣溫度不高。

若供油提前角過大,燃油在活塞到達上死點前即開始燃燒。此時汽缸容積仍較小,燃燒所產生的熱量較接近定容燃燒狀態,因而使汽缸壓力快速升高,造成最大爆發壓力偏高。

另一方面,燃燒提前發生後,燃燒氣體在活塞下行過程中有較長時間膨脹作功,燃氣膨脹程度較大,排氣前已完成較多能量轉換,故排氣溫度反而不高。

因此,符合「最大爆發壓力偏高且排氣溫度不高」的原因是供油提前角度過大。

選項分析

(A) 供油量太大:錯誤

供油量過大會使燃燒產生的熱量增加,通常造成汽缸壓力升高、燃燒不完全及排氣溫度升高,並可能伴隨黑煙、排氣冒煙與引擎超負荷等現象。

其典型特徵是最大爆發壓力偏高且排氣溫度也偏高,與題目所述「排氣溫度不高」不符。

(B) 供油提前角度過小:錯誤

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第 36 題2 分

10 mm 以下的何管用於控制空氣以及儀器或儀表上細小的傳導管?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶管路材料的用途辨識,尤其是小口徑控制管與儀器管路的選材。

控制空氣管路及儀器、儀表上的細小傳導管,通常要求:

  • 管內表面平滑,減少壓力損失;
  • 管材容易彎曲及加工,便於狹窄空間配管;
  • 耐腐蝕性良好,避免管內銹蝕造成堵塞;
  • 適合製成約 10 mm10\text{ mm} 以下的小口徑管。

銅管具有良好的延展性、加工性、導熱性及耐腐蝕性,適合製作小口徑控制管、儀表管及氣壓傳導管,因此本題答案為銅管。

解題方法

題幹提供兩個關鍵條件:

  1. 管徑在 10 mm10\text{ mm} 以下;
  2. 用於控制空氣、儀器或儀表上的細小傳導管。

這類管路的重點不是承受大型管路的高流量,而是需要小口徑、易彎曲、內壁平滑及不易生銹。依船舶管路材料的典型用途判斷,最符合者為銅管。

選項分析

(A) 鍍鋅管

鍍鋅管是在鋼管或鐵管表面鍍鋅,以提高防銹能力,常用於一般給水、消防或低壓流體管路。其管壁及接頭形式較不適合製作 10 mm10\text{ mm} 以下的精密儀表傳導管,彎曲與細部配管的便利性也不如銅管,因此不選。

(B) 無縫鋼管

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第 37 題2 分

甲板上的疏水管、測深管及空氣管路,通常施加何種表面處理?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶甲板外露管路的防蝕處理。

甲板上的疏水管、測深管及空氣管路,長期暴露於海洋大氣環境,會受到海水飛濺、鹽分、濕氣及日曬影響,管路外表面容易發生鏽蝕。因此,通常以「鍍鋅處理」提高鋼管的耐蝕性。

鍍鋅屬於金屬防蝕方法,利用鋅層隔離鋼材與水分、氧氣及鹽分;當鍍層局部受損時,鋅也能因其較活潑的金屬性而優先腐蝕,對鋼材產生犧牲陽極保護作用。

解題方法

判斷本題可從兩個方向切入:

  1. 題目所列管路位於「甲板上」,屬於容易接觸海洋大氣及海水飛濺的外露管路。
  2. 題目詢問的是「通常施加的表面處理」,重點在於選擇適合長期防止鋼材外表面鏽蝕的處理方式。

在船舶管路的常見處理中,鍍鋅特別適合用於外露、需兼顧防蝕與施工便利性的鋼管。因此選擇鍍鋅處理。

選項分析

(A) 酸洗處理:錯誤

酸洗是利用酸液去除鋼材表面的鐵鏽、氧化皮及其他污物,使金屬表面恢復潔淨,常作為後續塗裝或鍍層前的前處理。

酸洗本身不是主要的長期防蝕保護層。若酸洗後未再施加適當塗層或鍍層,鋼材仍會暴露於海洋環境中而發生腐蝕,因此不能作為本題所問的通常表面處理。

(B) 鍍鋅處理:正確

鍍鋅是在鋼管表面形成鋅層,以達到下列效果:

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第 38 題2 分

下列何種閥為機艙管路中普遍使用的一種閥,可控制、調節或關閉管路中之液體?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查機艙管路常用閥件的構造、功能及適用場合。

閥件主要功能包括:

  1. 開啟或關閉管路
  2. 控制流量
  3. 調節流體流速與壓力
  4. 防止流體逆流

題幹中特別指出「可控制、調節或關閉管路中之液體」,關鍵在於該閥不僅能作為截流閥使用,也適合進行流量調節。依本題命題所採用的輪機工程用語,這種功能是指球型閥(globe valve)。

球型閥藉由閥瓣與閥座間的開度變化控制流通面積,因此適合調節液體流量,也可完全關閉管路。


解題方法

判斷此題可依「閥件主要用途」分類:

  • 以防止逆流為主:止回閥
  • 兼具截止與防逆流功能:停止止回閥
  • 以全開、全關為主,節流性能較差:閘門閥
  • 可控制、調節並關閉流量:球型閥

題幹強調「控制、調節或關閉」,應選擇具備良好節流調整能力的球型閥,因此答案為 (B)。


選項分析

(A) 停止止回閥

停止止回閥是停止閥與止回閥的組合,具有兩項主要功能:

  • 可由閥桿控制流體通斷
  • 可防止流體逆流

其特色是即使閥桿處於開啟狀態,若流體反向流動,閥瓣仍可自動關閉,以保護泵浦及管路設備。

但停止止回閥的主要考點在於「截止加止回」功能,並非機艙管路中普遍用來進行流量調節的代表性閥件,因此不是本題答案。

(B) 球型閥

球型閥的閥體內部通常具有閥瓣、閥座及流道,利用閥瓣上下移動改變流通面積。閥瓣開度可以連續調整,因此能夠:

  • 控制液體流量
  • 調節流體流速
  • 關閉管路

球型閥的節流特性良好,適合需要經常調整流量的管路,例如冷卻水、燃油、蒸汽及其他機艙液體管路。

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第 39 題2 分

下列何種泵是船舶泵中最常被使用的一種泵,通常使用在海水及淡水的冷卻系統?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查船舶泵的種類、工作原理及適用場合。海水與淡水冷卻系統的主要任務,是以較大的流量持續循環冷卻水,因此泵浦通常須具備:

  • 連續輸送能力;
  • 流量大、運轉平穩;
  • 結構簡單、體積適中;
  • 維修容易;
  • 適合長時間連續運轉。

船舶冷卻水系統最常使用離心式泵。離心式泵利用葉輪旋轉所產生的離心力,使液體獲得速度與壓力,將冷卻水由低壓側輸送至高壓側。

泵浦的基本流量關係可表示為:

Q=AvQ=Av

其中 QQ 為流量、AA 為流通截面積、vv 為平均流速。冷卻系統需要較大的 QQ,離心式泵正適合此種大流量、連續循環的工作條件。

解題方法

判斷本題可從「用途」切入,而非只看泵的名稱:

  1. 海水及淡水冷卻系統屬於連續循環系統。
  2. 冷卻水通常需要大流量輸送,壓力需求則屬中低揚程範圍。
  3. 離心式泵具有流量連續、脈動小、結構簡單及適合長時間運轉等特性。
  4. 因此,船舶冷卻系統最常使用離心式泵。

選項分析

(A) 往復式泵

往復式泵利用活塞、柱塞或隔膜的往復運動輸送液體,屬於容積式泵。其特點是:

  • 可產生較高壓力;
  • 適合小流量、高揚程場合;
  • 流量具有脈動性;
  • 結構較複雜,需設置吸、排入閥。

往復式泵常用於高壓注水、鍋爐給水、燃油或其他需要精確輸送的場合,不適合船舶冷卻系統所需的大流量連續循環。因此本選項錯誤。

(B) 噴射式泵

噴射式泵利用高速流體通過噴嘴時形成的低壓,將另一股液體吸入並混合輸送。其主要特點是:

  • 沒有一般機械泵的旋轉或往復運動部件;
  • 結構簡單;
  • 效率通常較低;
  • 必須有工作流體提供能量。
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第 40 題2 分

壓縮式冷凍系統若存在不凝結氣體,將造成下列何種情形?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查壓縮式冷凍系統混入不凝結氣體(如空氣、氮氣)後,對冷凝器、冷凝壓力及壓縮機耗功的影響。

不凝結氣體不會像冷媒一樣在冷凝器中凝結放熱,會聚集於冷凝器高壓側,形成額外的氣體分壓與氣膜,使冷凝器內的總壓力升高。冷凝壓力提高後,壓縮機必須將冷媒壓縮至更高壓力,因此壓縮比及耗功均增加。

壓縮機理想等熵壓縮功可表示為:

wc∝kk−1RT1[(P2P1)k−1k−1]w_c \propto \frac{k}{k-1}RT_1 \left[ \left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}-1 \right]

其中:

  • P1P_1:壓縮機吸氣壓力
  • P2P_2:壓縮機排氣壓力
  • kk:冷媒比熱比

當不凝結氣體使排氣側壓力 P2P_2 增加時,壓縮比 P2P1\frac{P_2}{P_1} 增大,壓縮機耗功隨之增加。

解題方法

判斷不凝結氣體影響時,可依下列因果關係分析:

不凝結氣體進入系統→冷凝器內總壓力上升→冷凝壓力與排氣壓力上升→壓縮比增大→壓縮機耗功增加\text{不凝結氣體進入系統} \rightarrow \text{冷凝器內總壓力上升} \rightarrow \text{冷凝壓力與排氣壓力上升} \rightarrow \text{壓縮比增大} \rightarrow \text{壓縮機耗功增加}

此外,不凝結氣體會在冷凝器內形成氣體層,增加傳熱熱阻,使冷媒蒸氣與冷卻介質之間的有效傳熱能力下降。因此,正確敘述應是「增加壓縮機的耗功」。

選項分析

(A) 增加壓縮機的耗功:正確

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第 41 題2 分

商船用上之海水淡化大多數採用何種方法?

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核心觀念

本題考查船舶海水淡化設備的主要處理方法,以及各種淡化技術的基本原理。

商船為供應船員生活用水及部分機器用水,通常利用主機或鍋爐系統產生的廢熱、冷卻水熱量或蒸汽,將海水加熱汽化,再把水蒸氣冷凝成淡水。此方法稱為蒸餾法,船舶上常見的設備包括真空蒸發器、蒸餾器或造水機(fresh water generator)。

解題方法

判斷本題可從「商船傳統且主要的海水淡化方式」切入。

船舶航行時具有下列可利用的熱源:

  • 主機缸套冷卻水的餘熱
  • 主機排氣或廢氣鍋爐所回收的熱能
  • 蒸汽系統的熱量
  • 其他機械設備所產生的廢熱

蒸餾式造水機通常在真空狀態下操作,使海水的沸點降低。海水受熱後產生水蒸氣,鹽分及大部分雜質留在濃縮海水中;水蒸氣經冷凝後,即形成淡水。

其基本流程可表示為:

海水加熱→水分汽化→水蒸氣冷凝→淡水\text{海水加熱} \rightarrow \text{水分汽化} \rightarrow \text{水蒸氣冷凝} \rightarrow \text{淡水}

蒸餾法特別適合船舶使用,原因在於可利用船上原本就存在的廢熱,能源利用效率較高,且淡化後的水質通常適合供應船舶生活及機器用途。因此本題依官方答案選擇蒸餾法。

選項分析

(A) 冷凍法:錯誤

冷凍法是先使海水部分結冰。結冰時,水分子形成冰晶,而鹽分大多留在未結冰的濃縮鹵水中,再將冰晶分離、融化以取得淡水。

此方法理論上可以進行海水淡化,但設備需要低溫冷凍、冰晶分離及清洗等系統,操作控制較複雜,並非商船海水淡化的主要方法。

(B) 反逆滲透法:錯誤

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第 42 題2 分

下列何者是機艙處之排油監控系統採用的方法?

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核心觀念

本題考查船舶機艙處理含油艙底水時,排油監控系統(Oil Discharge Monitoring and Control System, ODMCS)所採用的油分濃度檢測方法。

依船舶防污染要求,機艙艙底水排放前,必須連續監測排放水中的含油量。常見控制標準為油分濃度不得超過 15 ppm15\ \mathrm{ppm};監控系統達到警戒值時,會發出警報,並啟動停止排放或回流處理等控制功能。

此類系統的核心是「測量含油量」,不是利用重力、離心力或擋板進行油水分離。因此,正確方法為光學式的紅外線吸收法。

解題方法

含油水通過監控儀器的測量室時,油中碳氫化合物會對特定波長的紅外線產生吸收。儀器測量紅外線通過前後的強度差異,再換算排放水中的油分濃度。

其基本關係可用比耳定律表示:

A=log⁡10(I0I)=εclA=\log_{10}\left(\frac{I_0}{I}\right)=\varepsilon c l

其中:

  • AA:吸光度;
  • I0I_0:入射紅外線強度;
  • II:通過樣品後的紅外線強度;
  • ε\varepsilon:油分對特定波長的吸收係數;
  • cc:油分濃度;
  • ll:光徑長度。

在其他條件固定時,油分濃度越高,紅外線吸收程度越大,儀器據此判定含油量是否超過控制標準。因此,本題所問的「排油監控系統採用的方法」是紅外線吸收法。

選項分析

(A) 紅外線吸收法:正確

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第 43 題2 分

下列何者在冷凍機中,為主要製冷的機構?

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核心觀念

本題考查蒸氣壓縮式冷凍機各主要設備的功能,以及「製冷」的真正作用位置。

冷凍循環通常包括:

  1. 壓縮機
  2. 冷凝器
  3. 膨脹閥
  4. 蒸發器

其中,冷媒在蒸發器內由液態逐漸汽化,吸收被冷卻空間或物體的熱量,使溫度降低。因此,蒸發器是冷凍機中直接進行主要吸熱、產生製冷效果的機構。

冷凍能力可表示為:

QL=m˙(h1−h4)Q_L=\dot{m}(h_1-h_4)

其中:

  • QLQ_L:冷凍能力
  • m˙\dot{m}:冷媒質量流率
  • h1h_1:冷媒離開蒸發器時的焓
  • h4h_4:冷媒進入蒸發器時的焓

此式顯示冷媒在蒸發器內因焓值增加而吸收熱量,這就是主要製冷作用。

解題方法

判斷各設備功能時,應先找出「哪一個設備直接從被冷卻物或空間吸收熱量」。

冷媒在蒸發器內處於低壓、低溫狀態,吸收周圍熱量後汽化,將熱量帶離冷凍空間。雖然膨脹閥會造成冷媒壓力與溫度下降,但它本身並非主要吸熱場所;真正大量吸收熱量的部位是蒸發器。

因此,本題答案為蒸發器。

選項分析

(A) 壓縮機:錯誤

壓縮機的主要功能是將由蒸發器流出的低壓低溫冷媒蒸氣,壓縮成高壓高溫冷媒蒸氣,並提供冷媒循環所需的機械能。

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第 44 題2 分

鍋爐運作時,汽鼓裡蒸汽攜帶大量的水分,易形成水錘現象,是由於下列何者引起?

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核心觀念

本題考查鍋爐汽鼓水位對蒸汽品質及水錘現象的影響。

正常運作時,汽鼓應維持適當水位,使蒸汽與水充分分離。若汽鼓水位過高,蒸汽上升通道的分離空間縮小,且水面容易受到汽泡擾動,導致蒸汽攜帶大量水滴進入蒸汽管路,此現象稱為帶水或汽水共騰(priming)。

水滴進入蒸汽管路後,會形成高速流動的液體團或在管路低點聚集。當蒸汽推動這些水團突然撞擊彎頭、閥件或管壁時,便會產生水錘(water hammer),造成管路震動、噪音,甚至損壞管件。

解題方法

判斷本題的關鍵,在於觀察題幹所描述的「蒸汽攜帶大量的水分」。

其因果關係如下:

汽鼓水位過高→汽水分離空間縮小→蒸汽帶水→水滴進入蒸汽管路→水錘現象\text{汽鼓水位過高} \rightarrow \text{汽水分離空間縮小} \rightarrow \text{蒸汽帶水} \rightarrow \text{水滴進入蒸汽管路} \rightarrow \text{水錘現象}

因此,造成汽鼓蒸汽含水量增加的直接原因,是汽鼓內水位過高,故選擇高水位。

選項分析

(A) 低水位:錯誤

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第 45 題2 分

下列有關舵機的工作油壓之敘述何者錯誤?

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核心觀念

本題考查液壓舵機之「最大工作油壓」與舵機轉舵扭矩、液壓缸尺寸及主泵額定壓力之關係。

液壓舵機以油壓產生推力,再經舵柄或轉舵機構轉換為舵桿扭矩,其基本關係為:

F=pAF=pA T=Fr=pArT=Fr=pAr

其中:

  • FF:液壓缸推力
  • pp:工作油壓
  • AA:液壓缸有效面積
  • rr:力臂
  • TT:轉舵扭矩

在所需轉舵扭矩 TT 固定時:

A=TprA=\frac{T}{pr}

因此,工作油壓越高,產生相同扭矩所需的液壓缸有效面積越小,轉舵機構可採用較小尺寸。

解題方法

本題可採用「固定所需扭矩,觀察油壓與機構尺寸的反比關係」判斷。

舵機所需扭矩主要取決於舵面受到水流作用後的阻力矩。當設計扭矩一定時,提高液壓系統壓力即可用較小的液壓缸面積產生相同推力。因此:

  • 油壓提高,機構尺寸通常可縮小;
  • 油壓降低,必須增加液壓缸面積或機構尺寸;
  • 最大工作油壓須由舵機所需扭矩及設計條件決定;
  • 主泵額定排出壓力須足以提供舵機最大工作油壓。

所以錯誤敘述為 (A)。

選項分析

(A) 最大工作油壓選得越高,轉舵機構的尺寸就越大

錯誤。

由:

T=pArT=pAr

在所需扭矩 TT 與力臂 rr 固定時:

A=TprA=\frac{T}{pr}
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第 46 題2 分

下列何者是造成船舶電力系統發生電壓驟降的原因?

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核心觀念

本題考查船舶電力系統中「電壓驟降」的主要故障原因。

船舶配電系統的電壓可用下式表示:

V負載=V源端−IZV_{\text{負載}}=V_{\text{源端}}-I Z

其中 II 為輸送電流,ZZ 為發電機、變壓器、電纜及配電設備的等效阻抗。當系統突然發生低阻抗故障時,故障電流會急遽增加,使系統阻抗上的電壓降增大,負載端電壓便會迅速下降。

短路故障具有「故障阻抗小、故障電流大、電壓快速降低」的特性,因此是造成船舶電力系統電壓驟降的典型原因。

解題方法

判斷本題可從「何種事件會在短時間內造成大電流」切入:

  1. 電壓驟降通常與系統阻抗上的壓降增加有關。
  2. 需要找出會使電流瞬間大幅增加的故障。
  3. 短路發生時,故障點阻抗極低,電流急遽上升。
  4. 大電流流經發電機與配電線路的阻抗,產生顯著電壓降,並可能使發電機端電壓、母線電壓及各負載端電壓下降。
  5. 因此選擇短路故障發生。

船舶發電機通常設有自動電壓調整器(AVR),能修正一般負載變動造成的電壓變化;但短路故障的電流變化極快,故障清除前仍會造成明顯的瞬時電壓驟降。

選項分析

(A) 接地

「接地」本身不必然造成電壓驟降。正常保護接地是將設備外殼或系統中性點與大地連接,以確保故障電流具有回路並促使保護裝置動作。

若接地進一步形成接地故障,且故障阻抗很低,確實可能造成故障電流增加與電壓降低;但選項僅寫「接地」,未指明接地故障或接地短路,因此不是本題所要判定的直接原因。

(B) 三相不平衡

三相不平衡會造成三相電壓或電流大小不一致,並產生負序電流,使發電機、馬達及變壓器增加損耗與發熱。

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第 47 題2 分

下列何者是有助於對電力設備可否使用於高電壓之決定?

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核心觀念

本題考查電力設備之絕緣性能,以及判斷設備能否承受高電壓使用的基本檢驗方法。

電力設備施加高電壓時,若絕緣不良,電流會經由絕緣材料洩漏至外殼、接地端或其他不應導電的部分,容易造成:

  • 漏電
  • 絕緣擊穿
  • 短路
  • 人員觸電
  • 設備損壞

因此,設備是否適合使用於高電壓,首先須檢查其絕緣電阻是否足夠高。絕緣電阻通常以絕緣電阻計(Megger)量測,並以兆歐姆(MΩ)表示。

依歐姆定律:

R=VIR=\frac{V}{I}

在測試電壓 VV 固定時,絕緣電阻 RR 越高,表示洩漏電流 II 越小,絕緣性能越好,越適合承受高電壓。

解題方法

判斷高電壓設備能否使用,關鍵在於確認設備內部帶電部分與外殼、接地端之間是否具有良好絕緣。

四個選項中,只有「絕緣電阻的檢驗」直接測量絕緣性能,能判斷:

  1. 絕緣材料是否老化或受潮。
  2. 帶電部分與外殼之間是否漏電。
  3. 設備是否具有足夠的絕緣能力。
  4. 施加高電壓時,是否有絕緣擊穿的風險。

因此,正確答案為(A)。

選項分析

(A)絕緣電阻的檢驗——正確

絕緣電阻檢驗是利用直流測試電壓,量測帶電部分與外殼、接地端或不同電路之間的電阻值。

絕緣電阻越大,代表洩漏電流越小,設備的絕緣狀況越良好;若絕緣電阻過低,代表設備可能受潮、老化、污染或已有絕緣損傷,不適合直接使用於高電壓。

本選項直接對應高電壓設備最重要的安全條件,因此正確。

(B)短路檢驗——錯誤

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第 48 題2 分

將“How long does it take to start engine from stop?”翻譯成中文,下列何者正確?

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核心觀念

本題考查船舶輪機英文用語及句型翻譯:

  • How long does it take to ...?:表示「做……需要多少時間?」
  • start engine:啟動主機。
  • from stop:從停止運轉、停俥狀態開始。
  • 船舶操俥用語中:
  • ahead:進俥
  • astern:倒俥
  • stop:停俥

因此,原句是在詢問「主機由停止狀態至啟動所需的時間」。

解題方法

先拆解英文句型:

How long does it take to start engine from stop?\text{How long does it take to start engine from stop?}

可分為:

  1. How long does it take:需要多少時間
  2. to start engine:啟動主機
  3. from stop:從停俥狀態開始

合併後為:

「主機從停俥到啟動需多少時間?」

故選 (A)。

選項分析

(A) 主機從停俥到啟動需多少時間?

正確。 「from stop」對應「從停俥」,「start engine」對應「啟動主機」,完整保留原句的起始狀態、動作及時間詢問。

(B) 主機從倒俥到停俥需多少時間?

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第 49 題2 分

柴油機中「空氣分配器」的英文名稱為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查柴油機起動系統中各設備的英文名稱。

柴油機的「空氣分配器」是起動空氣系統的重要控制元件,英文為 air distributor。其作用是按照柴油機的發火順序及曲軸轉角,依序將壓縮起動空氣導向各汽缸的起動空氣閥,使起動空氣推動活塞運轉,協助柴油機起動。

在大型柴油機中,起動空氣通常先儲存在起動空氣瓶,再經由起動空氣閥及空氣分配器,依正確時序送入各汽缸。

解題方法

判斷本題可由「功能」與「英文構詞」切入:

  • 「分配器」的英文為 distributor。
  • 空氣分配器負責分配起動空氣,因此完整名稱為 air distributor。
  • 「壓縮機」是製造壓縮空氣的設備;
  • 「容器」是儲存壓縮空氣的設備;
  • 「contributor」不是柴油機起動系統中「分配器」的標準術語。

因此正確選項為 (B)。

選項分析

(A) air container

錯誤。containercontainer 是「容器」之意,air container 可理解為「空氣容器」,但不是柴油機「空氣分配器」的標準名稱。

柴油機起動系統中,用來儲存壓縮空氣的設備通常稱為:

  • air receiver
  • starting air receiver
  • air reservoir

其功能是儲存壓縮起動空氣,並非依序將空氣分送至各汽缸。

(B) air distributor

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第 50 題2 分

“hydraulic governor”的中文意思為何?

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查輪機工程中英文專有名詞的正確翻譯:

  • hydraulic:液壓的、以液體壓力傳遞動力的。
  • governor:調速器,用於感測轉速變化並調整燃油量、蒸汽量或其他控制量,使原動機維持設定轉速。

因此,hydraulic governor 是利用液壓機構進行轉速調節的裝置,中文翻譯為「液壓調速器」。

解題方法

採「逐字翻譯+專業術語辨識」:

hydraulic+governor=液壓+調速器=液壓調速器\text{hydraulic}+\text{governor} = \text{液壓}+\text{調速器} = \text{液壓調速器}

在柴油機及船舶輔機中,governor 的主要功能是依據負載或轉速變化,調整噴油泵齒條、燃油供給量等,使柴油機轉速保持穩定。由於其控制功能是「調節轉速」,故應翻譯為「調速器」,不能僅翻譯成一般性的「控制器」。

選項分析

  • (A) 水力調速器:錯誤

「調速器」是 governor 的正確翻譯,但 hydraulic 在機械與輪機工程中指液體壓力傳動,應譯為「液壓」,不是「水力」。水力通常用於水輪機、水力發電等以水流能量為主的場合。

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