108 高普考高考三級 汽車工程 汽車動力機 考古題詳解

核心觀念

本題考汽油或柴油引擎燃燒室內的氣體運動，以及活塞與汽缸間的密封狀況。充氣漩渦（swirl）是進氣在汽缸內繞汽缸中心軸旋轉的氣流；漏氣（blowby）則是燃燒氣體由活塞環與汽缸壁間隙竄入曲軸箱的現象。

解題方法

作答時分別交代氣流的運動方向與漏氣的路徑、成因及影響，即可清楚界定兩個名詞。

(一) 充氣漩渦（swirl）

充氣漩渦是汽缸內的進氣繞著汽缸中心軸線作有組織的旋轉運動，方向大致平行於活塞頂面。它通常由進氣道或進氣口的形狀與方向形成，並在壓縮行程中持續影響缸內氣流。

適當的漩渦可促進空氣與燃油混合、提高混合氣均勻度，並加強燃燒室內的熱量與質量傳遞。柴油引擎中，漩渦有助於噴入燃燒室的燃油與空氣混合；但漩渦強度須配合燃燒室與噴油特性設計，不能單純視為愈強愈好。

(二) 漏氣（blowby）

核心觀念

廢氣再循環系統（EGR）將部分排氣導回進氣歧管，使進入汽缸的混合氣中含有惰性氣體。惰性氣體不參與燃燒，會稀釋混合氣並降低其氧濃度及熱容量比，使燃燒峰值溫度下降。

SI 引擎在高負荷、燃燒溫度較高時，容易生成氮氧化物（$NO_x$）。EGR 的主要作用是降低燃燒溫度，抑制 $NO_x$ 生成；它不是用來直接氧化或捕捉排氣中的污染物。

解題方法：依「燃燒溫度」推論各項影響

題目要求說明排污、油耗與排氣溫度的影響，可從 EGR 稀釋混合氣、降低燃燒溫度這個核心效果，逐項推論：

• **排污：**燃燒溫度降低，熱力型 $NO_x$ 顯著減少。EGR 過量時，燃燒速度與穩定性下降，可能造成不完全燃燒，使碳氫化合物（HC）及一氧化碳（CO）增加；因此 EGR 主要改善的是 $NO_x$，不代表所有污染物都會下降。
• **油耗：**適量 EGR 用於部分負荷時，能降低節流損失，並可能改善燃油經濟性；

核心觀念

本題考查四行程引擎的平均有效壓力、機械效率，以及由轉速與每循環功計算制動功率和扭力。

四行程引擎每一汽缸每兩轉完成一個工作循環，因此每分鐘的工作循環數為引擎轉速的一半。平均有效壓力等於每循環所做的功除以排氣量：

其中 $W$ 為單一汽缸每循環的功，$V_d$ 為單一汽缸排氣量。機械效率定義為：

解題方法

全引擎排氣量為 $2.0\ \mathrm{L}=2.0\times10^{-3}\ \mathrm{m^3}$，共有四缸，因此單缸排氣量為：

(一) 指示平均有效壓力

每缸每循環的指示功為 $480\ \mathrm{J}$，故：

(二) 制動平均有效壓力

由機械效率 $\eta_m=0.85$：

(三) 整個引擎的制動功率

四行程引擎在 $3000\ \mathrm{rpm}$ 下，每缸每分鐘的工作循環數為：

核心觀念

OBD II（第二代車載診斷系統）是車輛自我監測與診斷系統，重點在監控與廢氣排放相關的引擎及控制系統元件。當系統偵測到故障可能使排放超過法規限值時，會記錄故障資訊並點亮儀表板上的故障指示燈（MIL，俗稱「Check Engine」燈），供駕駛人及維修人員察覺與診斷。

本題主要考查 OBD II 的監測對象、故障判定方式、故障資訊處理與診斷流程。題目未要求引用特定法條，作答以 OBD II 的通用功能與運作原理說明即可。

解題方法

可依照「監測元件與系統 → 判斷異常 → 記錄故障 → 提醒駕駛 → 提供診斷資訊」的流程作答，並補充車載自我測試與外接診斷儀的功能。這樣能同時交代 OBD II 的用途與實際運作方式。

OBD II 的功能

1. 監測排放控制相關系統：監測引擎燃燒、燃油與點火控制、排氣後處理及相關感知器、致動器的工作狀態。常見監測項目包括觸媒轉換器、氧氣感知器、蒸發排放控制系統、失火、燃油修正與廢氣再循環系統等；實際監測項目依車輛配置而異。

2. 偵測足以影響排放的故障：當感知器回報值超出合理範圍、控制系統反應不符合預期，或監測結果顯示排放控制效能下降時，控制器會判定故障。失火監測也可偵測可能損害觸媒轉換器的異常。

3. 點亮故障指示燈並保存資訊：確認故障符合設定條件後，系統點亮 MIL，並儲存診斷故障碼（DTC）及相關運轉資料。依故障類型與發生時點，資料可包含故障發生時的引擎轉速、負荷、冷卻水溫等定格資料（freeze-frame data），協助維修人員重現故障情境。

4. 提供標準化診斷介面：維修人員可透過診斷連接器及診斷儀讀取故障碼、車輛監測資料與系統狀態，也可清除故障碼及 MIL 狀態。清除故障碼後，相關監測器可能需要在適當的行駛條件下重新完成自我檢查。

OBD II 的運作原理

核心觀念

本題考查電動車驅動馬達的種類，以及各種馬達在車輛上的應用優缺點。電動車馬達須能在起步時提供較大轉矩，並適應車速變化、頻繁加減速與再生煞車等工況。常見種類可分為直流馬達與交流馬達；現代電動車多採用交流馬達，並由電力電子控制器調整供電與轉速。

解題方法

依「馬達種類—工作特性—車用優缺點」逐一說明。先列出常見馬達，再以結構複雜度、效率、轉矩與轉速控制、維護需求及成本作比較，最後指出實際車用選擇會受車輛性能、成本與控制系統設計影響。

各類馬達及其車用優缺點

1. 直流串激馬達（DC series motor） 電樞與磁場繞組串聯，起動轉矩大，低速牽引能力佳，轉速控制也較直接，早期電動車常用。缺點是具有電刷與整流子，會磨耗並需定期維護；高速運轉時電刷與整流子限制較多，效率及可靠性也不如現代無刷交流馬達。

2. 無刷直流馬達（BLDC） 以電子換相取代電刷與整流子，具有高效率、體積小、維護需求低及轉矩密度高等優點，適合小型電動車與輕型載具。其缺點是需要電子控制器及轉子位置偵測或估測，控制系統較複雜；常使用永磁材料，成本及磁材供應也會影響整體設計。

3. 感應馬達（induction motor） 轉子不需永磁體，結構堅固、可靠、耐用，且適合高速運轉，維護需求低。缺點是需由變頻器控制，系統控制較複雜；部分運轉區域的效率與功率因數不如永磁同步馬達，低速高轉矩性能也須仰賴適當的控制設計。