113 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

柴油引擎高壓共軌系統（Common Rail）是將燃油加壓、蓄壓與噴射控制分開處理的燃油噴射系統。高壓泵把燃油送入共軌管蓄壓，再由電子控制單元（ECU）依引擎運轉狀況控制各缸噴油器。共軌管兼具高壓燃油蓄壓器與供油分配管的作用，使噴射壓力不必直接隨引擎轉速或噴油時刻而變動。

系統原理與作動

燃油由油箱經低壓供油泵、濾清器送至高壓泵。高壓泵將燃油加壓後送入共軌管；軌壓感知器回報共軌壓力，ECU再依需求控制高壓泵的供油量或壓力調節閥，使軌壓維持在適當範圍。

各缸噴油器接於共軌管，ECU依曲軸、凸輪軸位置訊號及負載、轉速、溫度等資訊，決定噴油器的開啟時刻、持續時間與噴油次數。噴油器開啟時，高壓燃油進入汽缸；關閉時停止噴射。噴油量主要由噴油器開啟時間、軌壓及噴孔特性共同決定。

共軌系統可在一個工作循環中安排先導噴射、主噴射及後噴射：先導噴射先導入少量燃油，改善燃燒初期狀況；主噴射提供主要動力；後噴射則可配合排氣後處理需求。實際噴射次數與時序由控制策略決定。

功用與優點

1. 使噴射壓力與引擎轉速、噴油時刻分離：燃油先在共軌管中蓄壓，噴射壓力可由控制系統依工況設定，不必靠機械式噴油泵的瞬時泵送行程決定。
2. 提升噴射控制精度：ECU可分別控制噴油正時、噴油量、噴油持續時間及噴射次數，以配合不同轉速與負載。
3. 改善燃油霧化與燃燒：較高且穩定的噴射壓力有助燃油霧化，促進空氣與燃油混合。

核心觀念

汽油具有揮發性，油箱內的燃油會因環境溫度上升、燃油攪動或引擎熱浸而產生含碳氫化合物（HC）的蒸氣。燃料蒸發污染控制系統（EEC，又稱 EVAP）主要目的，是防止油箱與燃油系統產生的汽油蒸氣直接排入大氣，並將蒸氣回收後送入引擎燃燒。

一般系統包括油箱、蒸氣管路、活性碳罐、碳罐通氣閥、碳罐清除閥（purge valve）及引擎進氣系統。電子控制車輛通常由引擎控制單元（ECU）依引擎運轉狀況控制清除閥。

解題方法：依「蒸氣產生、吸附儲存、清除燃燒」說明

1. 蒸氣產生與導引 油箱中的汽油蒸發形成燃油蒸氣。蒸氣經蒸氣管路導向活性碳罐；油箱通氣設計讓燃油蒸氣有受控的流動路徑，避免直接逸散至大氣。

2. 活性碳罐吸附蒸氣 活性碳具有多孔結構與較大的表面積，可吸附燃油蒸氣中的 HC。蒸氣中的空氣則可由碳罐通氣側排出，活性碳罐暫時儲存燃油蒸氣，避免其逸散。

3. 引擎運轉時清除碳罐 引擎達到適當運轉條件後，ECU 控制清除閥開啟。引擎進氣歧管的負壓使新鮮空氣經碳罐通氣側流入，通過活性碳層，將先前吸附的 HC 脫附並帶入進氣系統。

核心觀念

氫燃料電池是將氫氣與氧氣的化學能直接轉換為電能的裝置。以常見的質子交換膜燃料電池（PEMFC）為例，氫氣在負極失去電子而氧化；電子經外部電路流動形成電流，氫離子則穿過電解質膜到達正極，與氧氣及電子反應生成水。電池運轉時同時產生熱。

解題方法

作答時先交代能量轉換與離子、電子的移動方向，再分別寫出兩極的半反應式。PEMFC 的電解質膜只傳導氫離子，電子不能穿過膜，因此電子必須經外部電路由負極流向正極。

• 負極（陽極，氧化反應）：氫分子解離並失去電子，形成氫離子。

$\mathrm{H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-}$

• 正極（陰極，還原反應）：氧氣與氫離子、電子反應生成水。為使電子數平衡，將負極反應乘以 2 後，正極反應寫為：

$\mathrm{\frac{1}{2}O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2O}$

將兩極反應相加，氫離子與電子抵銷，得到總反應：

核心觀念

混合動力車輛（Hybrid Electric Vehicle, HEV）以內燃機與電動機共同提供車輛所需的驅動能量，並由控制系統依車速、負載、電池荷電狀態（SOC）及駕駛需求，決定各動力源的啟停與輸出比例。其目的在讓引擎較常運轉於效率較佳的區域，並回收煞車時原本會耗散的部分動能。

驅動裝置通常包含：

• 內燃機：燃燒燃料，輸出機械功率。
• 牽引電動機／發電機：可作為電動機輸出扭矩，也可作為發電機回收能量。
• 電池與功率電子裝置：儲存電能，並透過逆變器等裝置控制電動機的電力輸入與輸出。
• 傳動與動力耦合機構：將引擎與電動機的動力傳至車輪；依架構可使用離合器、變速箱、齒輪組或動力分配裝置。
• 混合動力控制器：根據行車狀態安排各動力源運轉，並協調引擎、電動機、電池與煞車系統。

解題方法：先說明能量流，再比較驅動型式

回答時先說明混合動力裝置的基本運作原理，再按動力傳遞路徑區分串聯式、並聯式及複合式，最後補充起步、加速、巡航、減速與煞車時的能量流向。這樣能同時交代裝置組成與「如何驅動」的核心。

串聯式混合動力

串聯式中，引擎不直接驅動車輪。引擎帶動發電機發電，電力可供牽引電動機使用，或先儲存在電池中；牽引電動機再透過減速機構驅動車輪。

能量流可表示為：

電池亦可直接供電給電動機。此型式的引擎與車速不必直接連動，便於控制引擎運轉；但引擎動力經發電與電動兩次能量轉換，會產生轉換損失。

並聯式混合動力

並聯式中，引擎與電動機都能經由機械傳動路徑驅動車輪。兩者可單獨輸出，也可同時輸出，藉由傳動系統合成驅動力。

能量流可表示為：