114 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

混合循環（Dual cycle，又稱複合循環）是理想內燃機循環模型，結合奧圖循環的定容加熱與柴油循環的定壓加熱。它用來近似描述實際壓縮點火引擎中，燃料燃燒並非瞬間完成，而是在活塞上行至上死點前後的一段曲軸轉角內進行的情形。

循環由四個狀態變化組成：

• $1\to2$：等熵壓縮。
• $2\to3$：定容加熱。
• $3\to4$：定壓加熱。
• $4\to5$：等熵膨脹。
• $5\to1$：定容放熱。

解題方法

依序標示五個狀態點，並根據各過程的熱力學條件判斷 $P$-$V$ 圖上的線段：

1. $1\to2$ 等熵壓縮：體積減小、壓力上升，曲線向左上方延伸。
2. $2\to3$ 定容加熱：體積不變、壓力上升，在相同體積處畫垂直線。
3. $3\to4$ 定壓加熱：壓力不變、體積增加，向右畫水平線。
4. $4\to5$ 等熵膨脹：體積增加、壓力下降，畫向右下方的膨脹曲線。
5. $5\to1$ 定容放熱：體積不變、壓力下降，在相同體積處畫垂直線。

狀態點 $2$、$3$、$4$ 均在上死點容積 $V_2$ 附近；其中 $2\to3$ 的定容加熱使壓力上升，$3\to4$ 的定壓加熱則使體積增加。狀態點 $1$ 與 $5$ 位於下死點容積 $V_1$。

 P
 ↑
 │ 3 ─────→ 4
 │ ↑ ╲
 │ │ ╲
 │ 2 ╲
 │ ╲ ╲
 │ ╲ ↓
 │ ╲ 5
 │ ╲ ↓
 │ ╲ 1
 └────────────────────────→ V
 V₂ V₁

核心觀念

熱效率是引擎輸出的有效功與燃料所提供熱能的比值。本題給的是制動馬力，代表引擎實際輸出的有效功；燃料每小時提供的熱能則由燃油消耗量與汽油熱值計算。

題目已提供熱功當量 $1\,\mathrm{PS\cdot hr}=632\,\mathrm{kcal}$，因此先把制動馬力換成每小時輸出功，再除以燃料每小時輸入熱量。

解題方法

每小時燃料輸入熱量為：

每小時制動輸出功換算為熱量：

核心觀念

燃料電池依電解質種類與工作溫度，通常分為六類：鹼性燃料電池、質子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態氧化物燃料電池，以及直接甲醇燃料電池。題目重點是辨認各類燃料電池的電解質、操作特性與適用場合，再比較哪一種適合車輛動力需求。

燃料電池將燃料與氧化劑的化學能直接轉換為電能，具有能量轉換效率高、運轉時污染物排放低等特性。不同種類的主要差異在於電解質、載流離子、操作溫度、燃料需求與啟動特性。

六種燃料電池

核心觀念

渦輪增壓器利用排氣能量帶動渦輪，再由同軸壓縮機提高進氣壓力與密度。渦輪增壓器的轉速受排氣流量、排氣溫度及轉子慣性影響；當駕駛突然踩下加速踏板時，引擎排氣能量不會立即增加到足以使渦輪達到所需轉速，因此增壓壓力無法立即建立，引擎輸出也不會立刻提升。這段由踩下油門到增壓與扭力充分反應的延遲，稱為渦輪遲滯（Turbo lag）。

渦輪遲滯主要來自渦輪轉子與壓縮機的轉動慣量，以及排氣能量增加、渦輪加速和增壓壓力建立所需的時間。低轉速時排氣流量與能量較少，渦輪加速較慢，遲滯感通常更明顯。它是增壓反應的時間延遲，與增壓器達到穩態後的增壓能力不足不同。

解題方法

本題為概念說明題，可依「現象定義 → 形成原因 → 改善原理與方法」作答。說明改善方法時，要指出方法如何加快渦輪反應、降低轉子慣量，或在渦輪尚未提供足夠增壓時補足進氣量。

改善渦輪遲滯的三種方法

1. 採用較小或低慣量渦輪增壓器 減小渦輪轉子與壓縮機的質量及轉動慣量，使相同排氣能量能更快提高轉速，縮短增壓建立時間。代價是高轉速、大流量時的供氣能力可能受限，須配合引擎需求選擇尺寸。