高考申論題
111年
[汽車工程] 汽車性能測試與檢驗
第 一 題
📖 題組：
二、一汽油引擎之特性如下圖所示，分別於 5200 rpm 和 3600 rpm 時輸出最大馬力 105 kW 和最大扭力 204 N-m，並於 3700 rpm 時有最小比油耗 0.281 kg/kW-h。此引擎被搭配在一重量為 1500 kg 之車子上，此車之風阻係數為 0.45，前投影面積為 2.32 m2，滾動阻力係數為 0.015，輪胎半徑為 0.32 m，輪胎滑差為 0.03；假設重力加速度為 9.81 m/s2。 (一)若引擎於最大扭力輸出時恰能使車子爬上 40 %之坡道，則傳動系統所需之減速比為何？且此時車子之爬行速度為何？假設風阻忽略不計，且傳動效率為 0.9。（15 分） (二)此引擎之最大馬力能否使車子以時速 180 km/h 於平坦路面上行駛？假設空氣密度為 1.23 kg/m3，且傳動效率為 0.95。（10 分） (三)此車以 60 km/h 定速進行油耗測試，假設此時傳動系統提供之減速比為 3.51，參考題(二)之假設，若汽油之密度為 0.725 g/ml，請問此部車之耗油率（km/l）為何？（25 分）
二、一汽油引擎之特性如下圖所示，分別於 5200 rpm 和 3600 rpm 時輸出最大馬力 105 kW 和最大扭力 204 N-m，並於 3700 rpm 時有最小比油耗 0.281 kg/kW-h。此引擎被搭配在一重量為 1500 kg 之車子上，此車之風阻係數為 0.45，前投影面積為 2.32 m2，滾動阻力係數為 0.015，輪胎半徑為 0.32 m，輪胎滑差為 0.03；假設重力加速度為 9.81 m/s2。 (一)若引擎於最大扭力輸出時恰能使車子爬上 40 %之坡道，則傳動系統所需之減速比為何？且此時車子之爬行速度為何？假設風阻忽略不計，且傳動效率為 0.9。（15 分） (二)此引擎之最大馬力能否使車子以時速 180 km/h 於平坦路面上行駛？假設空氣密度為 1.23 kg/m3，且傳動效率為 0.95。（10 分） (三)此車以 60 km/h 定速進行油耗測試，假設此時傳動系統提供之減速比為 3.51，參考題(二)之假設，若汽油之密度為 0.725 g/ml，請問此部車之耗油率（km/l）為何？（25 分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
若引擎於最大扭力輸出時恰能使車子爬上 40 %之坡道，則傳動系統所需之減速比為何？且此時車子之爬行速度為何？假設風阻忽略不計，且傳動效率為 0.9。（15 分）
思路引導 VIP
本題屬於車輛動力學計算，解題第一步先依據「行駛阻力=驅動力」的力學平衡方程式（忽略風阻），利用坡度求出爬坡與滾動總阻力，進而反推傳動系統的總減速比。第二步則利用引擎轉速、總減速比、輪胎半徑，並扣除輪胎滑差（滑動率）的影響，計算出實際的爬坡車速。
小題 (二)
此引擎之最大馬力能否使車子以時速 180 km/h 於平坦路面上行駛？假設空氣密度為 1.23 kg/m3，且傳動效率為 0.95。（10 分）
思路引導 VIP
解題核心在於『功率平衡』。先計算車輛在 180 km/h (需換算為 50 m/s) 時需克服的滾動阻力與空氣阻力，得出車輪所需的推進功率。接著，將此功率除以傳動效率與(1-滑差率)，回推抵達此車速所需的引擎輸出功率，最後與引擎最大馬力 105 kW 進行比較即可判斷。
小題 (三)
此車以 60 km/h 定速進行油耗測試，假設此時傳動系統提供之減速比為 3.51，參考題(二)之假設，若汽油之密度為 0.725 g/ml，請問此部車之耗油率（km/l）為何？（25 分）
思路引導 VIP
本題核心在於將車輛動力學與引擎特性圖結合。首先由定速行駛的阻力（滾動與空氣阻力）推算出引擎所需的輸出功率；其次，利用車速、輪胎滑差及減速比反推引擎轉速，並至特性圖查出對應的比油耗（SFC）。最後，將引擎功率與比油耗相乘得到燃油質量消耗率，再以燃油密度換算為體積，即可求出 km/l 的油耗表現。