高考申論題 107年 [汽車工程] 汽車動力機

第一題

📖 題組：
自然進氣的四行程引擎在進行進氣、壓縮、動力、排氣等工作時，為了使進氣更充分、排氣更乾淨，以增加容積效率，其進氣門與排氣門通常會早開晚關。請說明： (一)「進氣門晚關」的原因。（8 分） (二)「排氣門早開」的原因。（8 分）

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

「進氣門晚關」的原因。（8 分）

看到「進氣門晚關」，應直覺聯想到流體力學中的「氣體慣性」。解題時需說明活塞通過下死點後，如何利用高速進氣流的慣性動能（衝壓效應），克服缸內初期微幅上升的壓力，進而極大化充氣量與提升容積效率。

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【破題】「進氣門晚關」的核心目的在於利用進氣氣流的「流體慣性」，以最大化汽缸的充氣量，進而提升引擎的容積效率（Volumetric Efficiency）與動力輸出。【論述】

「排氣門早開」的原因。（8 分）

看到排氣門早開（提前於下死點 BDC 前開啟），應立刻聯想到熱力學中的「泵浦損失（Pumping Loss）」與流體力學的「壓力差」。答題策略是先點出動力行程末期的缸內壓力狀態，接著解釋「自由排氣（Blowdown）」機制，最後比較「損失的膨脹功」與「減少的排氣負功」，證明其對整體淨功的提升。

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【破題】自然進氣四行程引擎之排氣門通常設計於動力（做功）行程下死點（BDC）前提前開啟，其核心目的在於利用缸內外壓力差進行「自由排氣（Blowdown）」，藉此大幅降低引擎的排氣負功（泵壓損失）。【論述】