113 高普考高考三級 汽車工程 汽車性能測試與檢驗 考古題詳解

核心觀念

本題考查汽車工程中的可靠度、耐久性與引擎性能指標。作答時先將英文術語譯為中文，再說明其定義、衡量方式及工程上的意義。前三個名詞描述產品或引擎的性能特性；後兩個則是引擎進氣與燃油經濟性的指標。

解題方法與名詞解釋

（一）Reliability——可靠度

可靠度是指產品或零件在規定條件下、規定時間內，執行規定功能而不發生故障的機率。因此，可靠度須連同使用條件、任務時間與功能要求一併說明，不能只泛稱「不容易壞」。

若以 $R(t)$ 表示可靠度，則：

其中 $T$ 為發生故障的時間，$R(t)$ 表示產品運作至時間 $t$ 仍未故障的機率。

（二）Durability——耐久性

耐久性是產品或零件在使用、磨耗、疲勞、腐蝕及老化等作用下，維持所需性能與功能，並達到預定壽命的能力。汽車零件的耐久性常以使用時間、行駛里程、循環次數或耐久試驗結果表示。

可靠度著重「在特定時間內是否故障」；耐久性則著重「長期使用後能否維持功能，以及可使用多久」。耐久性良好的零件通常較能承受長期劣化，但兩者概念不同。

（三）Pumping Mean Effective Pressure——泵氣平均有效壓力

泵氣平均有效壓力，簡稱泵氣平均有效壓力（PMEP），是引擎在進氣與排氣行程中，氣體交換過程所產生的淨功，除以引擎排氣量所得的等效平均壓力。它用來表示引擎克服進、排氣阻力所需的泵氣功；在一般節流式汽油引擎部分負荷運轉時，泵氣損失通常較大。

以四行程引擎的每循環淨泵氣功 $W_{\mathrm{pump}}$ 及總排氣量 $V_d$ 表示：

依符號慣例，若把引擎克服泵氣阻力所消耗的功記為負值，PMEP 會呈負值；若以損失量表示，則常報其正值大小。

（四）Volumetric Efficiency——容積效率

容積效率是引擎進氣系統在進氣行程中，實際吸入汽缸的新鮮空氣量，與理論上按排氣量及參考狀態計算所得空氣量的比值。它反映汽缸充氣能力，受引擎轉速、進氣壓力與溫度、氣門正時及進氣系統設計等因素影響。

以空氣質量表示：

核心觀念

車體動力計（底盤動力計）讓車輛驅動輪在滾筒上運轉，並以負載控制模擬車輛在道路上行駛時的阻力與行車狀態。搭配廢氣取樣分析、油耗量測、車速與電能量測等設備，可在可控制、可重複的條件下測試整車性能。

測試項目依動力計型式、量測設備及測試程序而定；作答時可按「污染與能效、動力性能、電動車性能、耐久與特殊功能」分類說明。

解題方法與測試項目

1. 污染排放測試 依規定行車型態操作車輛，量測排氣污染物，例如一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx），以及適用車種的粒狀污染物（PM、PN）。搭配故障模擬與車載診斷系統檢查，也可進行部分污染控制系統及 OBD 功能測試。

2. 油耗與能源效率測試 在市區、高速或其他指定行車型態下量測燃料消耗，計算燃油效率或耗能表現。油耗測試須配合相應的取樣、分析或燃料量測設備；電動車則可量測電能消耗量與能源效率。

核心觀念

滾動阻力是輪胎滾動時，輪胎與路面接觸區反覆變形、遲滯耗能所形成的行駛阻力。輪胎材料變形後不能完全回復原狀，部分能量以熱散失，車輛便須額外輸出牽引力克服此阻力。

平坦道路上常以滾動阻力係數表示：

其中 $F_r$ 為滾動阻力，$f_r$ 為滾動阻力係數，$W$ 為車輪承受的正向載重，$m$ 為車輛質量，$g$ 為重力加速度。若各輪載重不同，總阻力為各輪阻力的總和：

因此，影響滾動阻力的因素，主要可從「輪胎變形與耗能程度」、「輪胎所受載重」及「行駛狀態與路面條件」來整理。

解題方法：依影響來源逐項說明

一、輪胎構造與材料

輪胎橡膠及簾布層在接地區反覆彎曲、壓縮，材料的黏彈性遲滯損失會形成滾動阻力。橡膠配方、胎面膠特性、簾布及帶束層構造、輪胎尺寸與胎面厚度都會影響變形量和耗能。通常變形及遲滯損失越大，滾動阻力越大。

二、胎壓

胎壓不足時，輪胎接地部分變形加大，胎側與胎面反覆彎曲的程度增加，耗能及發熱上升，滾動阻力通常增大。適當維持胎壓可降低不必要的變形損失；但胎壓仍須符合車輛及輪胎規定，不能為追求低阻力而任意超充。

三、輪胎載重與車輛總重

載重增加會使輪胎接地變形增加，且作用於車輪的正向載重 $W$ 直接影響阻力。由 $F_r=f_rW$ 可知，在滾動阻力係數近似不變時，載重越大，滾動阻力越大。車上乘員、貨物及拖曳負荷均會增加車輛總重，進而提高滾動阻力。

四、車速

核心觀念

本題分成兩個層次：第一小題考汽油、柴油引擎排氣的主要成分及有害污染物；第二小題考新車型審驗時，依車輛類別與測定方法管制哪些污染物。作答時要區分「排氣中可能含有的成分」與「法規列為管制項目的污染物」。

法規部分以命題當年（民國 113 年）的《空氣污染防制法》及《移動污染源空氣污染物排放標準》為準。

（一）廢氣排放的組成分

引擎排氣可概分為燃燒後的主要氣體、未完全燃燒或高溫燃燒產生的有害氣體，以及液滴或固體微粒。

汽油引擎排氣通常著重 $CO$、$HC$、$NO_x$ 與蒸發碳氫化合物；柴油引擎則著重 $CO$、$HC$、$NO_x$、粒狀污染物與黑煙。兩者都是內燃機，實際排氣成分會隨空燃比、負荷、轉速、燃燒狀態及後處理系統而變動。

（二）新車型審驗的排放管制分類項目

解題方法

先依引擎燃料與車輛重量分為汽油車、柴油車，以及輕型車、重型車，再依測試方式判斷管制項目。新車型審驗通常以車輛行車型態測定為核心；汽油車另須留意蒸發排放與曲軸箱排放，柴油車則須留意粒狀污染物及黑煙。

「管制項目」是指法規要求測定或限制的排放物；不同測試型態、車輛級別與適用標準階段，實際列管項目及限值不盡相同。

汽油引擎汽車

1. 排氣行車型態測定 主要管制項目為一氧化碳（$CO$）、碳氫化合物（$HC$）及氮氧化物（$NO_x$）。依適用標準及測試程序，碳氫化合物可再區分總碳氫化合物（$THC$）、非甲烷碳氫化合物（$NMHC$）；