高考申論題 110年 [輪機技術] 內燃機

第一題

📖 題組：
渦輪增壓機（turbocharger）或稱排氣過給機（exhaust gas turbocharger）。

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

試說明渦輪增壓機出現渦輪遲滯（turbo lag）現象之原因。（10 分）

看到「渦輪遲滯」，應立刻聯想引擎氣體交換的能量傳遞路徑與動力學特性。解題時請依序從「廢氣能量不足（熱力學）」、「轉子慣性克服（動力學）」到「進氣管路容積壓力建立（流體力學）」三個維度來拆解延遲發生的根本原因。

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【破題】「渦輪遲滯」（Turbo Lag）是指駕駛者踩下油門踏板（節流閥開度增加）以期獲得較大動力時，至渦輪增壓機實際建立足夠增壓壓力（Boost Pressure）並輸出預期扭力之間的時間延遲現象。【論述】

試說明可變幾何渦輪增壓（variable geometry turbocharging）的原理。（10 分）

看到此題，首先應聯想到傳統渦輪增壓器在低轉速時常有「渦輪遲滯（Turbo lag）」的問題。接著切入 VGT 的核心解法：利用「可動導流葉片」動態改變排氣通道截面積。解題時需對比說明引擎在「低轉速（縮小截面積增流速）」與「高轉速（放大截面積降背壓）」時的兩種作動狀態，並帶出其優勢。

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【破題】可變幾何渦輪增壓（VGT, Variable Geometry Turbocharger）的核心原理是透過改變廢氣進入渦輪前的「流道截面積」或「導流葉片角度」，以動態適應引擎在不同轉速下的排氣流量，進而消除渦輪遲滯並最佳化全速域的增壓效率。【論述】