108 高普考高考三級 農業機械 農業動力學 考古題詳解

核心觀念

二行程循環引擎以活塞的上行、下行兩個行程完成一個工作循環，曲軸每轉一圈，即 $360^\circ$，完成一次循環，因此每轉一圈有一次作功行程。

以下以常見的曲軸箱掃氣式單缸汽油引擎說明：活塞上方是燃燒室，活塞下方的曲軸箱負責預壓新鮮混合氣；排氣口與掃氣口由活塞控制開閉。這類引擎通常沒有四行程引擎的汽門，因此題目所稱「氣門正時圖」，可用進氣口、排氣口與掃氣口的開閉時序圖表示。

解題方法與正時圖

依活塞位置與氣流方向判斷各事件：活塞上行時壓縮燃燒室內混合氣，並使曲軸箱形成吸力；活塞下行時作功並壓縮曲軸箱內的新鮮混合氣。接近下死點時，排氣口先開，掃氣口後開；回程時，掃氣口先關，排氣口後關。

下圖採用常見的示意正時，實際開閉角度會因引擎設計而不同：

曲軸角度： 0°上死點 65° 80° 110° 180°下死點 250° 280° 295° 360°上死點
進氣口： 開────────閉 開───────────────────┘
排氣口： 開────────────────────────────閉
掃氣口： 開────────────────閉
活塞行程： 下行作功──────────────→下死點←──────────────上行壓縮

進氣口跨越上死點開啟：由 $295^\circ$ 開至 $65^\circ$，即上死點前 $65^\circ$ 開啟、上死點後 $65^\circ$ 關閉。排氣口在下死點前 $100^\circ$ 開啟（$80^\circ$），下死點後 $100^\circ$ 關閉（$280^\circ$）。掃氣口在下死點前 $70^\circ$ 開啟（$110^\circ$），下死點後 $70^\circ$ 關閉（$250^\circ$）。

作用原理

核心觀念

本題考查引擎汽缸內活塞的往復運動，以及汽缸工作容積、壓縮比與進氣能力等基本名詞。作答時先分清楚活塞的兩個極限位置，再據此定義容積與比值。

設汽缸內徑為 $D$、活塞行程為 $L$，活塞面積為 $A=\frac{\pi D^2}{4}$；餘隙容積為 $V_c$，活塞排氣量為 $V_d$。

解題方法與名詞說明

（一）行程（Stroke）

活塞由上死點（Top Dead Center, TDC）移動到下死點（Bottom Dead Center, BDC），或由下死點移回上死點，所移動的直線距離，稱為行程。行程是距離，不是活塞往返一次所經過的總距離；活塞由一端移至另一端的距離為 $L$，完整往返的路程則為 $2L$。

（二）餘隙容積（Clearance volume）

活塞位於上死點時，活塞頂面與汽缸蓋之間仍然存在的空間容積，稱為餘隙容積，記為 $V_c$。這個容積使活塞到達上死點時，汽缸內仍保有燃燒氣體或殘餘氣體；它不是活塞在汽缸內掃過的容積。

（三）活塞排氣量（Piston displacement volume）

活塞由上死點移動至下死點時所掃過的容積，稱為活塞排氣量，也稱掃氣容積或排氣量，記為 $V_d$。汽缸截面積乘上行程即可求得：

單一汽缸引擎的總排氣量為 $V_d$；若有 $n$ 個汽缸且各汽缸規格相同，總排氣量為 $nV_d$。

（四）壓縮比（Compression ratio）

壓縮比是活塞位於下死點時的汽缸總容積，與活塞位於上死點時的餘隙容積之比。下死點時的總容積為 $V_d+V_c$，因此：

核心觀念

本題考查落花生播種機與聯合收穫機各作業部的先後關係。判斷時，依作物從田間準備、播種到收穫處理的流程排列；收穫部分則依「扶正植株、夾持並挖起、去除泥土、輸送脫莢、清選集果」的作業目的排列。

解題方法

（一）落花生播種機

播種前先作畦，接著開出種溝；種子落入溝內後覆土，再以鎮壓使土壤與種子接觸良好。

• 作畦（D）：整理田面與畦形，建立播種作業的畦面。
• 開溝（E）：在畦面上形成播種溝。
• 播種（B）：將種子排入溝內。
• 覆土（C）：覆蓋種子，保持適當播種深度。
• 鎮壓（A）：使覆土後的土壤較密實，利於種子與土壤接觸。

（二）落花生聯合收穫機

收穫時先扶起植株並夾持，讓機具能將植株連根部位帶起；再以鏟土部切入根部下方、配合拔取使植株離土。植株離土後拍除附著泥土，再經輸送送往脫莢部，最後篩選並將落花生裝斗或裝袋。

依作業功能排序如下：

1. 扶起（H）：使倒伏或散亂的植株進入收穫部。
2. 夾株（E）：夾持植株，穩定其行進與拔取。
3. 鏟土（B）：鏟入根部下方，鬆開根區土壤。
4. 拔取（A）：將植株及莢果從土中拔起。
5. 拍土（I）：拍除根部與莢果所附泥土。
6. 輸送（F）：將植株送至脫莢部。
7. 脫莢（G）：使莢果與植株分離。
8. 篩選（C）：分離莢果與莖葉、土塊等雜物。

核心觀念

本題考查引擎指示馬力、制動馬力、平均有效壓力與機械效率的關係。四行程引擎每一汽缸每兩轉完成一次工作循環，因此每分鐘的作功次數為轉速的一半。

• 指示平均有效壓力 $p_i$：依汽缸工作容積計算出的平均壓力，用來求指示馬力。
• 制動馬力 $BP$：由引擎輸出軸實際取得的馬力。
• 機械效率 $\eta_m$：制動馬力與指示馬力之比，$\eta_m=BP/IP$。
• 摩擦馬力 $FP$：指示馬力扣除制動馬力，即 $FP=IP-BP$。

解題方法

先由缸徑與行程求單缸工作容積，再乘上汽缸數。四行程引擎每轉的作功行程數為汽缸數的一半，因此指示馬力為

其中 $p_i$ 以 $\mathrm{kg/cm^2}$ 計，總工作容積 $V_d$ 以 $\mathrm{cm^3}$ 計，轉速 $N$ 以 $\mathrm{rpm}$ 計；分母中的 $450{,}000$ 是題目提供的每馬力換算值，另除以 $2$ 是四行程引擎的作功頻率。

先將尺寸換成公分：

單缸工作容積：

六缸總工作容積：

核心觀念

本題考一般多缸柴油引擎的機械式燃料系統，重點是燃油由油箱送到噴油嘴的流程、噴油嘴開啟壓力，以及噴油量如何配合引擎負荷與轉速調節。

燃料系統的基本流程為：低壓供油 → 過濾 → 高壓噴射 → 多餘燃油回流。噴油量則由噴射泵柱塞的有效供油行程控制，並透過調速器配合駕駛者的油門操作調整。

解題方法

（一）燃料系統的主要構件與功能

依燃油流動順序，可列出下列構件：

1. 燃油箱：儲存柴油，並提供燃油系統所需的燃料。
2. 燃油濾網或粗濾器：攔除較大的雜質，保護輸油泵與後續構件。
3. 輸油泵（供油泵）：將燃油由油箱抽出，送往燃油濾清器及噴射泵；部分機型另有手動泵，供排氣或啟動前預供油使用。
4. 燃油濾清器：進一步去除細小雜質與水分，避免精密泵件和噴油嘴磨損或堵塞。
5. 噴射泵（高壓泵）：依各汽缸的點火順序，在適當時機將定量燃油加壓，並分送至各汽缸。
6. 高壓油管：將噴射泵送出的高壓燃油輸送至各汽缸的噴油嘴。
7. 噴油嘴（噴油器）：在燃油壓力達到開啟壓力時開啟，將柴油霧化後噴入燃燒室。
8. 回油管：將噴油嘴及泵內多餘燃油導回油箱。

調速器與噴射泵相連，根據引擎轉速及負荷變化調整供油量；油門控制機構則用來設定所需的輸出與轉速。不同引擎的濾網、輸油泵和回油配置略有差異，作答時應掌握上述供油功能與流程。

（二）噴油壓力至少需多少？

傳統機械式柴油引擎的噴油壓力須高於汽缸內的壓力，使噴油嘴能開啟並將燃油霧化。考試作答可寫：至少約 $150\ \mathrm{kgf/cm^2}$，約為 $14.7\ \mathrm{MPa}$ 或 $147\ \mathrm{bar}$。