普考申論題
109年
[輪機技術] 船舶主機概要
第 三 題
📖 題組：
某四行程船用柴油主機之總排氣量（displacement volume）為748公升。在轉速700 rpm下運轉之制動馬力為4050 kW，在此狀況下連續運轉24小時之燃油消耗量為20公噸。燃油低熱值（lower heating value）為41,400 kJ/kg。使用下列單位換算：1 kgf/cm2 = 98.1 kPa，1 kW = 1.36 PS。試計算求出： (一)制動燃油消耗率（bsfc, brake specific fuel consumption）（單位制動馬力之耗油率）為若干g/kWhr？（6分） (二)制動平均有效壓力（bmep, brake mean effective pressure）為若干kPa？（7分） (三)柴油機之燃料轉換熱效率（fuel conversion efficiency）？（7分）
某四行程船用柴油主機之總排氣量（displacement volume）為748公升。在轉速700 rpm下運轉之制動馬力為4050 kW，在此狀況下連續運轉24小時之燃油消耗量為20公噸。燃油低熱值（lower heating value）為41,400 kJ/kg。使用下列單位換算：1 kgf/cm2 = 98.1 kPa，1 kW = 1.36 PS。試計算求出： (一)制動燃油消耗率（bsfc, brake specific fuel consumption）（單位制動馬力之耗油率）為若干g/kWhr？（6分） (二)制動平均有效壓力（bmep, brake mean effective pressure）為若干kPa？（7分） (三)柴油機之燃料轉換熱效率（fuel conversion efficiency）？（7分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (三)
柴油機之燃料轉換熱效率（fuel conversion efficiency）？（7分）
思路引導 VIP
燃料轉換熱效率的核心概念是「產出的有效功」除以「輸入的燃料熱能」。考生需注意單位的一致性，將制動馬力（kW = kJ/s）與燃料消耗熱能率（kg/s × kJ/kg = kJ/s）放在同一時間基準上進行計算，即可求得正確的百分比。
小題 (一)
制動燃油消耗率（bsfc, brake specific fuel consumption）（單位制動馬力之耗油率）為若干g/kWhr？（6分）
思路引導 VIP
看到「制動燃油消耗率 (bsfc)」，應直覺想到其定義為「產生單位制動馬力（kW）在一小時內所消耗的燃油克數（g）」。解題關鍵是先將總耗油量轉換為公克（g），算出總作功量（kW × hr），兩者相除即可得解。
小題 (二)
制動平均有效壓力（bmep, brake mean effective pressure）為若干kPa？（7分）
思路引導 VIP
看到此題，應立即聯想到制動馬力（Pb）與制動平均有效壓力（bmep）、排氣量（Vd）及引擎轉速（N）的關係式。特別注意四行程引擎每兩轉才作功一次，且必須將排氣量單位從公升（L）轉換為立方公尺（m³）以對應 kW（kJ/s）與 kPa（kN/m²）的標準單位制。
柴油機效能計算
💡 燃料轉換效率為引擎輸出制動功率與輸入燃料總熱能之比率。
🔗 燃料轉換效率計算邏輯鏈
- 1 燃料流率計算 — 將 24h 總耗油量轉換為每秒質量流率 (kg/s)
- 2 熱功率輸入 — 燃料流率 × 低熱值 (LHV) = 輸入總功率 (kW)
- 3 效率比值運算 — 輸出制動馬力 / 輸入總功率 = 熱效率 (decimal)
- 4 結果呈現 — 轉換為百分比 (%) 並檢驗數值合理性
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🔄 延伸學習：延伸思考：BSFC 與熱效率成反比關係，BSFC 越低則效率越高。
