115 警察特考四等 水上警察人員類別輪機組 輪機學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查內燃機基本構造、活塞式引擎幾何關係，以及熱力學能量守恆。前四個名詞分別說明氣缸內的容積、壓縮程度與傳遞動力的機件；最後一個名詞則說明熱與功如何改變系統的內能。

解題方法與名詞解釋

（一）餘隙容積

活塞位於上死點時，活塞頂面與氣缸蓋之間仍保留的空間容積，稱為餘隙容積，常以 $V_c$ 表示。這個空間讓活塞不會撞擊氣缸蓋，並容納壓縮終了時的工作流體。

氣缸總容積（或下死點容積）由掃氣容積與餘隙容積組成：

其中 $V_s$ 為活塞從上死點移至下死點所掃過的容積。

（二）壓縮比

壓縮比是活塞位於下死點時的氣缸容積，與位於上死點時的餘隙容積之比，常以 $r$ 表示：

壓縮比是無因次的幾何比值，表示氣缸內工作流體在壓縮行程中容積縮小的程度。壓縮比愈大，通常壓縮終了的壓力與溫度愈高；實際性能仍受引擎型式、燃燒與運轉條件影響。

（三）曲柄軸

曲柄軸是將活塞的往復直線運動轉換為旋轉運動，並把引擎所產生的扭矩傳至輸出端的主要軸件。活塞透過活塞銷、連桿連接曲柄銷，連桿推拉曲柄銷，使曲柄軸旋轉；曲柄軸也帶動飛輪及相關機件。曲柄軸須承受燃燒壓力與往復慣性力，因此須具備足夠的強度、剛性與平衡性。

（四）飛輪

核心觀念

本題考查柴油發電機組的安全保護。答題時應分成兩部分：柴油機（原動機）保護負責避免引擎本體受損；發電機及其電氣系統保護則監視電氣輸出、絕緣與溫度等狀態，異常時警報或切離故障。

題目未指定機型與控制盤型式，因此以下依船用柴油發電機組常見配置說明。保護動作的設定值與是否自動停機，依設備廠牌及船舶規範而異。

解題方法

先依設備功能分類，再說明每項保護的「監視量、異常原因、保護動作」：

1. 柴油機本體列出題目要求的三項主要安全保護。
2. 發電機本體與電氣側列出常見警報及跳脫保護。
3. 區分「警報」與「停機／跳脫」：警報提醒人員處理；停機或跳脫則自動切斷燃油或斷開發電機斷路器，防止設備損壞。

柴油機的三項安全保護

1. 超速保護（Overspeed trip） 以超速調速器或獨立超速跳脫裝置監視柴油機轉速。當轉速超過允許上限，裝置切斷燃油供給，使柴油機停機，避免曲軸、連桿及旋轉部件因離心力過大而損壞。此保護通常須與正常調速功能區分，避免調速器故障時失去最後一道防護。

2. 潤滑油低壓保護（Low lubricating oil pressure） 由油壓開關或壓力感測器監測潤滑油壓力。油壓過低代表軸承及運動部件的油膜可能不足，會造成磨耗、過熱甚至燒損。系統通常先發出低油壓警報；若油壓低至危險程度，則使柴油機自動停機。

3. 冷卻水高溫保護（High cooling water temperature） 以溫度開關或感測器監測冷卻水溫度。水溫過高可能由冷卻水不足、泵浦故障、熱交換器堵塞等因素造成，持續運轉會使缸套、汽缸蓋及活塞過熱。系統會發出高溫警報，達到危險值時可使柴油機停機。

發電機及電氣系統的安全保護警示裝置

核心觀念

往復式泵是容積式泵的一種，利用活塞或柱塞在泵缸內作往復運動，使泵缸工作容積週期性改變；再藉由吸入閥與排出閥交替啟閉，將液體吸入並排出。答題時掌握「主要構造、吸入行程、排出行程、主要特性」四部分即可。

構造

往復式泵主要由下列部分組成：

• 泵缸與活塞（或柱塞）：活塞在泵缸內往復，改變工作容積。活塞式泵以活塞及活塞環密封；柱塞式泵則以柱塞與填料函密封。
• 活塞桿、連桿及曲柄機構：將原動機的旋轉運動轉換為活塞的往復直線運動。
• 吸入閥與排出閥：通常為單向閥，依泵缸內外的壓力差自行啟閉，使液體按指定方向流動。
• 吸入管與排出管：分別連接液源與排出端。
• 空氣室：常設於排出側，也可設於吸入側，用來緩和流量與壓力脈動。

解題方法：依活塞行程說明工作原理

往復式泵以活塞運動方向區分吸入與排出行程。說明時指出泵缸容積變化、壓力變化及閥門狀態，即能完整呈現工作原理。

1. 吸入行程：活塞向外移動，泵缸工作容積增加，缸內壓力降低至低於吸入端壓力；吸入閥開啟、排出閥關閉，液體經吸入管進入泵缸。
2. 排出行程：活塞向內移動，泵缸工作容積縮小，缸內壓力升高至高於排出端壓力；吸入閥關閉、排出閥開啟，液體經排出管排出。

單作用泵在活塞一側完成吸、排液；雙作用泵則利用活塞兩側交替進行吸入與排出，因此同一往復循環中可有兩次排液作用。

主要特性

核心觀念

本題考《防止船舶污染國際公約》（MARPOL）附則 V 第 10 條，以及 IMO 決議 MEPC.220(63)《垃圾管理計畫制定準則》。垃圾管理計畫重點在於說明船上如何管理垃圾；垃圾紀錄簿則記錄垃圾的排放與焚化作業。

**本題依命題當年（民國 115 年）法規為準。**題幹所列「400 總噸及以上」適用於垃圾紀錄簿的紀錄要求；垃圾管理計畫的要求適用於 100 總噸及以上或核定可載運 15 人及以上的船舶。題目已限縮詢問垃圾管理計畫內容與紀錄簿應記載的作業，依題意作答。

解題方法

作答分成兩部分：先列垃圾管理計畫的核心程序，再列必須登錄垃圾紀錄簿的作業類型。計畫應涵蓋垃圾從產生到處置的流程；紀錄簿則以「排放」及「焚化」為主軸，並包括意外遺失或排放等特殊情形。

一、垃圾管理計畫應包括的內容

依 IMO 制定的準則，計畫應以船舶實際設備及作業為基礎，至少包括：

1. 垃圾減量：採取措施減少垃圾產生。
2. 垃圾收集與分類：說明垃圾如何收集、分類及分流處理。
3. 船上儲存：說明各類垃圾如何存放，避免混合或造成污染。
4. 船上處理：說明如何使用船上設備處理垃圾，例如壓縮、粉碎或焚化。

核心觀念

本題考查輪機工程常用術語的中英翻譯。作答時須掌握引擎點火方式、船舶電力設備、燃油性能指標，以及海事公約的正式英文名稱。

解題方法

逐一辨認中文術語的專業含義，再採用輪機領域慣用的英文名稱：

1. 壓縮點火式引擎：燃油因空氣受壓升溫而自行著火，英文為 compression-ignition engine。
2. 配電盤：將電力分配至不同電路的盤體，英文為 switchboard。
3. 燃油消耗率：單位時間或單位輸出所消耗的燃油量，英文為 fuel consumption rate；若特指單位輸出功率的消耗量，則稱 specific fuel consumption。
4. 國際防止船舶污染公約：正式名稱為 International Convention for the Prevention of Pollution from Ships，常用簡稱為 MARPOL。

解題技巧