內燃機 申論題歷屆試題與參考架構
高考三級，民國 103～115 年共 13 份試卷、64 題，其中 61 題附參考答題架構。考這一科的類科：輪機技術。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明柴油機刮缸（Scuffing）之原因及主要症狀。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
刮缸又稱拉缸或微熔焊咬死，是柴油機運轉中氣缸套內壁與活塞環或活塞裙部表面因潤滑油膜局部破裂，導致金屬直接接觸、摩擦過熱進而產生局部黏著、熔焊與金屬撕裂的嚴重摩擦學失效。
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- 2
請說明柴油機定容循環、定壓循環及複合加熱循環之主要差異為何？（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
內燃機理想熱力循環依燃燒吸熱過程的物理特徵，分為定容加熱循環（奧圖循環）、定壓加熱循環（狄賽爾循環）與複合加熱循環（薩巴瑟循環），其主要差異在於吸熱時容積與壓力的變化特徵、熱效率高低規律及工程應用領域。
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- 3
請說明船舶柴油主機排氣溫度過高及過低之主要原因。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
船舶柴油主機排氣溫度是反映缸內燃燒品質、熱負荷大小與換氣效能的最關鍵運轉參數，異常偏高或偏低均代表燃油噴射系統、進排氣系統或氣缸機械組件出現運轉失調或故障。
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- 4
請說明柴油機活塞環槽磨損之原因及再生修理之方法。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
柴油機活塞環槽是活塞支撐活塞環、密封高溫燃氣與傳導熱量的核心配合面，長時運轉下承受衝擊氣體壓力、機械顫振與熱負荷，其過量磨損將直接引發竄氣與滑油消耗暴增，需施以規範之工藝進行再生修復。
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114 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試配合寫出以下四衝程汽油引擎的參數的定義式後解釋該參數的意義：
⑴制動平均有效壓力（brake mean effective pressure, bmep）；⑵活塞平均速度（mean effective speed）；⑶容積效率（volumetric efficiency）；⑷制動功率（brake power）。（20 分）
（20 分）
- 2
一船舶主機使用天然氣（CH4）為燃料，若天然氣槽的壓力為 P = 25 bar，温度 T = 20℃，試求其密度，單位 kg/m³；若一天然氣鋼槽的錶壓力P（gauge pressure）為 68 kPa，試求其絕對壓力 Pabs 為多少大氣壓力（atm）？及多少 kgf/cm²？（20 分）
（20 分）
- 3
試說明⑴柴油的 16 烷值（cetane number）性質的意義，及其值對引擎性能的影響；⑵若一柴油的 50%蒸餾温度 T50 = 280℃，比重 sg = 0.85，試求其 16 烷指數（cetane index，簡稱 CI）。（20 分）Note： API gravity(G) = (141.5/sg) - 131.5 CI = -420.34 + 0.016 G2 + 0.192 G(logT50) + 65.01(logT50)2 - 0.0001809(T50)2，式中溫度用℉。
（20 分）
參考架構・破題
十六烷值是柴油「著火性」的指標，數值高代表著火延遲短、燃燒平順；第⑵小題是十六烷指數的代入計算，關鍵在先算 API 比重、再把 T50 換成華氏溫度，log 用常用對數（以 10 為底）。
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- 4
試說明⑴間接噴射柴油引擎的運作方式；⑵火花點火引擎 Knocking（爆震）現象，及 Knocking 對該引擎性能的影響。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
間接噴射柴油機利用特殊副燃燒室形成高速渦流以促進油氣混合與分級燃燒；而火花點火汽油機之爆震則屬末端未燃混合氣不正常自燃產生的高頻壓力震盪，嚴重危及引擎運轉與結構安全。
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- 5
汽油（以 C7H17 化學式代表）與空氣（以 O2 + 3.76 N2 代表）進行在理論計量比（stoichiometric）條件下的完全燃燒，試求其⑴AFS（Stoichiometric下的 air/fuel 質量比） ；⑵產物中的 H2O 及 CO2 的莫耳分率，即求 XH2O及 XCO2。（20 分）
（20 分）
113 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試繪大型單流掃氣式二行程柴油機之氣門定時圖並說明運作過程。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
大型單流掃氣二行程柴油機兼具氣缸下端掃氣孔均勻進氣與氣缸蓋頂部排氣閥強制排氣的優異換氣構造，其氣門定時圖精確劃定了做功、排氣預開、單向吹掃與後充氣壓縮的完整循環相位。
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- 2
若某一大型船用二行程之柴油機具有 8 氣缸，轉速為 100 rpm，測得氣缸內之平均指示有效壓力為 60 kg/cm2，氣缸內徑為 600 mm，活塞之行程為 1800 mm，試求該引擎之指示功率為多少公制馬力？又為多少kW？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查多缸二行程船用柴油機指示功率之標準熱力工率計算，關鍵在於正確認知二行程引擎每轉一次完成一個工作循環之做功頻率特性，並嚴密執行幾何單位與工程功率單位制之換算。
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- 3
試解釋下列名詞的意涵：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）燃油消耗率（Specific fuel consumption rate）
（二）理論熱效率（Theoretical thermal efficiency）
（20 分）
參考架構・破題
燃油消耗率與理論熱效率分別為評估內燃機工程營運燃油經濟性與熱力學理想熱功轉換極限之核心指標，兩者由實際運行與理論循環兩個層面共同構建了內燃機效率評價體系。
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- 4
試說明柴油主機曲柄軸之軸承構造與特性，以及運轉時該軸承所承受的作用力。（20 分）
（20 分）
- 5
大型低速柴油機掃氣箱著火屬於危險的故障情況，試說明造成柴油機掃氣箱油污及油霧過多的原因。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
大型低速二行程柴油機掃氣箱著火是因箱內聚集過量易燃油污，在高溫漏氣衝刷下發生的危險火災事故，探究油污與油霧過量聚集之根源，是落實預防管理與機艙安全的關鍵。
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112 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
某柴油機之理想循環為雙燃循環（Dual combustion cycle），進氣壓力為1 bar，進氣溫度為攝氏 30 度，壓縮比（Compression ratio）為 20。此循環定壓燃燒產生之熱量為定容燃燒產生熱量之 1.5 倍。若工作流體之定容比熱與定壓比熱分別為 718（J/kg∙K）以及 1005（J/kg∙K），其比熱比為 1.4，請計算此理想循環之切斷比（Cut-off ratio）及熱效率。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查雙燃循環（複合循環）熱力學各狀態點參數之解析推導，核心在於利用等熵壓縮關係式建立初始點與壓縮終點狀態，再結合定容與定壓吸熱量比例條件聯立求得切斷比與循環熱效率。
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- 2
請說明降低船舶柴油主機燃油消耗率之主要方法。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
降低船舶柴油主機燃油消耗率（SFOC）是提升船舶營運競爭力並達成國際海事組織溫室氣體減排戰略指標（如能源效率指數與碳強度指標）的核心途徑，需從引擎本體燃燒優化、熱能回收及全船綜合運行管理全面落實。
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- 3
請繪製二行程柴油機燃燒過程中燃氣溫度、燃氣壓力、噴油量及燃燒放熱量隨曲柄角度變化之情形，並說明高速柴油機燃燒過程的四個階段。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
柴油機缸內燃燒是極短時間內微觀物理霧化、蒸發混合與宏觀劇烈放熱交織之熱物理過程，曲柄角度展開圖能動態展現各參數瞬態演變，而經典四階段劃分則精確揭示了壓燃燃燒之核心規律。
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- 4
請說明船舶柴油主機起動前相關系統之準備。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
船舶柴油主機起動前之系統整備是防止機械乾摩擦磨損、消除劇烈熱應力衝擊及確保順利點火的重要標準作業程序，涵蓋潤滑油、冷卻水、燃油、起動空氣與盤車吹氣等子系統之全面聯鎖檢查。
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- 5
請說明柴油機活塞環折斷之原因。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
活塞環折斷是柴油機氣缸組件極為嚴重的機械與熱力失效，將引發劇烈漏氣、刮毀氣缸套鏡面甚至造成掃氣箱火災，主要成因涵蓋熱膨脹幾何間隙失調、機械撞擊磨損、積碳咬死與材料熱疲勞。
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111 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
分別說明汽油引擎與柴油引擎在進氣行程時進入氣缸的物質、燃料進入氣缸的方式、點火源及爆震的差異。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
汽油引擎（火花點火式，SI）與柴油引擎（壓燃式，CI）基於根本熱力學原理之不同，在進氣工質成分、燃油引進方式、點火發火機制及爆震之物理本質上存在本質差異。
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- 2
試敘述中、高速的四行程柴油機與大型低速二行程柴油機在活塞設計上的不同處，並說明其原因。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
中高速四行程柴油機與大型低速二行程柴油機在運轉轉速、衝程長度、熱負荷等級及傳動連桿機構形式（筒形活塞vs十字頭式）之巨大差異，直接決定了兩者在活塞構造形式、材料選用、冷卻迴路及密封裙部長度之根本分歧。
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- 3
什麼是船舶柴油主機的操控系統？為了保證操控系統能夠可靠地工作，對該系統有那些基本要求？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
船舶柴油主機操控系統是實現船舶機動航行與安全運轉的核心中樞，負責主機起動、換向、調速與停車等動作；其基本要求聚焦於系統反應的精確迅速、嚴密的防錯聯鎖保護機制，以及多層級的應急就地操作能力。
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- 4
什麼是平均指示壓力？如何量測計算得到？是評定柴油機的那一項重要指標？試說明影響平均指示壓力的因素。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
平均指示壓力是評定內燃機氣缸動力性能與內部燃燒熱力過程完善程度的核心熱工參數；本題作答應從假想恆定壓力之物理定義切入，詳述示功圖量測與數值計算方法，並全面剖析影響其數值之進氣、供油與密封因素。
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- 5
試敘述船用二行程柴油主機使用排氣渦輪增壓機的原理及目的，為何該排氣渦輪增壓機須加裝空氣冷卻器及氣水分離器？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
船用二行程低速柴油機採用排氣渦輪增壓機旨在回收廢氣餘熱以強化進氣充量與提供掃氣動力；配置空氣冷卻器與氣水分離器則是克服壓縮溫升導致的密度衰減，並阻絕凝結水滴引發的油膜破壞與低溫酸蝕。
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110 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
某海運柴油之化學式可表示為 C14.2H24.2S0.15。S 之完全燃燒產物為 SO2。
（一）試求此海運柴油之理論計量空燃比（stoichiometric air-fuel ratio）。（10 分）
（二）此海運柴油燃燒時之燃料空氣當量比（fuel-air equivalence ratio）為 0.6時，假設完全燃燒，試求燃燒產物中 SO2 之排放濃度。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題為典型海運燃油燃燒化學計量與排氣濃度計算題；作答應依原子守恆原則建立含硫重油完全燃燒之化學反應方程式，求得理論計量空燃比，再藉由當量比推求稀薄燃燒下各排氣成分之摩爾數與二氧化硫濃度。
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- 2
某八氣缸四衝程柴油機之壓縮比為 16，缸徑 120 mm，衝程缸徑比為 1.2。已知此柴油機在 2000 rpm 全負載運轉時，制動平均有效壓力（bmep）為861 kPa。此柴油機之摩擦平均有效壓力（fmep）可由以下經驗公式求得：N 2 fmep (kPa) = 110 + 48 + 0.4Vp其中 N 為轉速，單位為 rpm，V 為平均活塞速度，單位為 m/s。
（一）試求柴油機排氣量（L） 。（5 分）
（二）試求 2000 rpm 全負載之制動馬力（kW）。（5 分）
（三）試求 2000 rpm 之摩擦平均有效壓力（kPa） 。（5 分）
（四）試求 2000 rpm 全負載之機械效率。 （5 分）
（20 分）
- 3
渦輪增壓機（turbocharger）或稱排氣過給機（exhaust gas turbocharger）。
（一）試說明渦輪增壓機出現渦輪遲滯（turbo lag）現象之原因。 （10 分）
（二）試說明可變幾何渦輪增壓（variable geometry turbocharging）的原理。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
渦輪遲滯起因於排氣熱力能量建立與轉子轉動慣性之時間響應延遲；可變幾何渦輪增壓（VGT）則透過動態調整噴嘴導流葉片開度，實現低轉速建立高壓、高轉速降低背壓的全工況自適應匹配。
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- 4
試說明汽油引擎之排氣含氧感測器（exhaust oxygen sensor），對於燃料計量控制與廢氣排放控制之作用為何。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
排氣含氧感測器為現代汽油引擎閉迴路燃油控制的核心感測元件，其作用在於藉由量測排氣殘氧即時修正噴油脈寬，將混合氣嚴密鎖定於化學計量窗口，以確保三元觸媒轉換器發揮極限排氣淨化效率。
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- 5
造成柴油機氣缸襯套（cylinder liner）磨耗的原因有那些？請說明之。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
柴油機氣缸襯套長期處於高溫高壓燃氣、活塞往復衝擊與化學產物侵蝕之嚴酷環境；其磨耗成因係金屬黏著磨損、外部雜質磨粒磨損、硫酸低溫化學腐蝕及冷卻水側穴蝕等複合物理化學機理交互作用之結果。
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109 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
某柴油機使用理想雙燃循環（Dual combustion cycle），壓縮比（Compression ratio）為15比1，進氣之絕對壓力與溫度分別為1 bar與40℃。該引擎於定容及定壓加熱過程分別輸入250 kJ/kg及100 kJ/kg之熱量時，其引擎熱效率為50%。若空氣之氣體常數為287 Jkg-1K-1，請計算此循環之平均有效壓力（Mean effective pressure）。（20分）
（20 分）
- 2
下圖顯示某渦輪增壓機之壓縮機特性。請依據此圖回答下列（一）至（四）之問題。（每小題5分，共20分）3.4 3.2 N=125000 3.0 2.8 2.6 0.4 P2/P1 2.4 0.5 2.2 0.6 2.0 0.7 115000 1.8 1.6 0.72 100000 1.4 85000 1.2 70000 1.0 5 10 15 20 25 30 35 40 Air flow rate kg/min N: rotation speed(rev/min) P1 Inlet pressure P2 Discharge pressure
（一）當空氣流量為10 kg/min，P2/P1=1.8，此渦輪增壓機之狀態為何？
（二）當空氣流量為40 kg/min，P2/P1=1.2，此渦輪增壓機之狀態為何？
（三）當渦輪增壓機轉速為110000 rev/min，空氣流量自35 kg/min降低至30 kg/min，此壓縮機效率如何變化？
（四）請說明此渦輪增壓機裝設前、後對柴油機性能產生之影響。
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 3
請繪圖說明四衝程柴油機實際熱力循環之壓力-比容圖（P-v圖），以及與其對應之氣閥定時圖。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
本題應以兩張互相對照的圖作答：P-v圖呈現四衝程實際循環與泵氣迴路，氣閥定時圖則以曲柄角標出進、排氣閥提前開啟與延後關閉，並用箭線說明兩圖各過程的對應。
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- 4
請說明柴油機氣缸套過度磨耗之徵狀。（20分）
（20 分）
- 5
請說明柴油主機掃氣室（Scavenging air box）著火之現象。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
掃氣室著火是漏入掃氣空間的氣缸油、油泥及未燃碳渣，在高溫燃燒氣體吹漏或灼熱粒子作用下被點燃；作答宜依早期儀表徵象、外觀聲響、各缸性能變化與嚴重發展分層說明。
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108 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
四衝程引擎之容積效率與其閥門正時關係甚大。引擎性能模擬時，循環曲柄角度為由 0°至 720°CA，並以壓縮衝程之上死點（TDC）為 0°CA。
（一）某四衝程柴油機之進氣閥開啟角度為 350°CA，閥門重疊期共 30°CA，進氣閥開啟期間共 235°CA，排氣閥開啟期間共 245°CA。表示此柴油機之閥門正時，包括進氣閥開啟 IVO 角度、進氣閥關閉 IVC 角度、排氣閥開啟 EVO 角度、排氣閥關閉 EVC 角度。請以一般 bTDC、aTDC、bBDC、aBDC 方式表示之。（10 分）
（二）有些引擎具有可變閥門正時之機構，說明在不同引擎轉速下，閥門正時對於容積效率之影響。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
先依題設座標把四衝程位置固定：壓縮上死點為0°，作功下死點為180°，排氣上死點為360°，進氣下死點為540°，下一次壓縮上死點為720°；再利用開啟期間與重疊期回推四個事件，第二小題則以氣流慣性解釋可變正時。
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- 2
為節省航運之營運成本，船舶柴油機趨向於使用廉價之低品質燃料油。
（一）說明低品質燃料油之特點。（5 分）
（二）說明柴油機使用低品質燃料油容易出現之問題。（7 分）
（三）使用低品質燃料油除淨化、預熱等預處理外，說明對於柴油機之管理與維護保養要點。（8 分）
（20 分）
參考架構・破題
低品質船用燃料的問題不只是黏度高，而是高殘碳、灰分、硫分、催化細粉及安定性不佳等特性共同影響噴射、燃燒、磨耗與腐蝕；答案應依特點、故障機理、管理維護三小題一一對應。
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- 3
試說明下列問題：
（一）柴油指數之定義與量測方式。（10 分）
（二）柴油機使用燃油之十六烷值範圍。（5 分）
（三）柴油指數對於船舶採購燃油之意義。（5 分）
（20 分）
參考架構・破題
柴油指數是以燃油密度特性與苯胺點推估壓縮點火品質的經驗指標，數值愈高通常表示著火延遲較短；它不是用標準試驗引擎直接測得的十六烷值，亦不宜直接套用於成分複雜的殘渣燃油。
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- 4
試說明下列問題：
（一）柴油機燃料噴霧之噴霧角與其影響因素。（5 分）
（二）柴油機燃料噴霧之貫穿距離與其影響因素。（8 分）
（三）柴油機燃料噴霧之液滴大小、分布與其影響因素。（7 分）
（20 分）
參考架構・破題
燃料噴霧可用「角度決定覆蓋、貫穿決定到達距離、液滴決定蒸發混合」統整；三者皆由噴孔幾何、噴射壓差、燃油物性、缸內氣體密度與流場共同控制，且彼此並非獨立。
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- 5
常見之柴油機燃燒系統型式為：⑴敞開式燃燒室、⑵半敞開式（活塞杯式）燃燒室、⑶渦流室式燃燒室、⑷預燃室式燃燒室。對於以上型式之燃燒系統，比較說明柴油機之壓縮比、燃燒室內氣流運動、燃油霧化要求程度、噴油嘴孔數、額定轉速、所應用之柴油機大小與循環衝程。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
四種燃燒室可先分成直接噴射與分隔式兩大類：敞開式、半敞開活塞杯式屬直接噴射，主要靠高壓多孔噴霧配合缸內氣流；渦流室、預燃室屬間接噴射，以較高壓縮比及副室強烈氣流改善混合。
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107 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試配合列出定義式說明下列重要參數的意義：（每小題 5 分，共 20 分）
（一）制動比燃料消耗（brake specific fuel consumption）。
（二）引擎機械效率（mechanical efficiency）ηm。
（三）排氣容積（displacement volume）Vd。
（四）理論計量燃料空氣質量比（stoichiometric fuel to air mass ratio）。
（20 分）
- 2
試配合畫出簡圖說明下列引擎機構的作動過程： （每小題 10 分，共 20 分）
（一）汽油直接噴射（gasoline direct injection）。
（二）二行程壓縮點火引擎包含橫流掃氣的作動。
（20 分）
參考架構・破題
本題以圖為主、文字為輔：汽油直接噴射要畫出燃油直接進缸後的混合與點火過程；二行程壓縮點火橫流掃氣則要依曲軸一轉內的壓縮燃燒、膨脹、排氣開啟、掃氣口開啟及換氣順序作圖。
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- 3
假設一 8 氣缸 4 衝程火花點火引擎的缸徑（bore）b = 0.36 m，衝程（stroke）s = 0.47 m，壓縮比 r = 9，在轉速為 2,100 rpm 時的引擎制動輸出扭矩（brake torque）τ 為 728 N．m，試求此引擎之：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）制動功率（brake power）Ẇb，單位 kW。
（二）制動平均有效壓力（brake mean effective pressure），單位 kPa。
（20 分）
- 4
假設一理想的等壓加熱循環或稱 Diesel cycle，由狀態點 1 開始進行壓縮過程至狀態點 2，已知狀態點 1 的溫度及壓力分別為 T1 = 32℃，P1 = 106 kPa，比熱比（specific heat ratio）k = 1.35，定容比熱 CV = 0.87 kJ/(kg．K)，壓縮比 r = 18，停汽比（cutoff ratio）β（即 β = V3/V2）為 2.5，假設此混合燃氣為分子量 M = 29 的理想氣體，試求： （每小題 10 分，共 20 分）
（一）此循環之最高溫度，單位℃。
（二）此循環之指示熱效率（indicated thermal efficiency）η。
（20 分）
參考架構・破題
本題是理想 Diesel 循環的標準計算，先以絕對溫度處理等熵壓縮，再用等壓加熱的體積比求最高溫度，最後代入 Diesel 循環熱效率式；攝氏溫度只在最後換回。
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- 5
國際海事組織對於船舶排放污染管制法規日趨嚴格，試說明下列防制柴油主機排氣污染技術：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）選擇性觸媒還原法（selective catalytic reduction）。
（二）濕式洗滌法（wet scrubber）。
（20 分）
參考架構・破題
兩種技術的治理對象與機理不同：SCR以還原反應控制NOx，濕式洗滌器則以液相吸收、溶解及中和控制SOx並兼除部分粒狀物；作答宜分別依流程、反應條件、優缺點及操作注意事項展開。
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106 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
由 於 氮 氧 化 物 對 於 環 境 的 衝 擊 很 大 ， 國 際 海 事 組 織 （ International Maritime Organization, IMO）對於柴油引擎氮氧化物（NOx）的排放量已分階段提出規範，請敘述任三種目前船舶氮氧化物減量技術方法之原理與內容。（20 分）
（20 分）
- 2
何謂柴油引擎增壓機的「喘振（surging）」？又，造成增壓機「喘振」的原因有那些，請列舉之。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
喘振是渦輪增壓機壓縮機在低流量、高壓比區越過穩定運轉邊界後，氣流與壓力發生週期性大幅振盪，嚴重時出現瞬間逆流的非穩定現象。答案應先下定義，再從空氣側、排氣側、引擎本體及操作變化分類列因。
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- 3
何謂柴油機爆震？其對引擎有何影響？（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
柴油機爆震是著火延遲期間累積的燃油在著火後短時間大量進入預混合燃燒，造成汽缸壓力上升率過大與高頻壓力振盪的異常燃燒；重點是「延遲過長、燃料累積、急速燃燒」，不可照搬汽油機末端氣體自燃的定義。
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- 4
請敘述二、四衝程船舶柴油機活塞上所安裝活塞環的種類與功能。（20 分）
（20 分）
- 5
有一直列 6 缸、3.3 公升的柴油引擎，在空氣-標準雙燃循環（air-standard dual cycle）下運轉，使用輕柴油為燃料（QHV=42,500 kJ/kg） ，假設一半燃料於等容過程燃燒，另一半燃料於等壓過程燃燒，燃燒效率為 ηc=100%，燃燒時空氣的質量與燃油質量比為 20：1，壓縮行程初始狀態為 60℃與 101 kPa，壓縮比為 rc=14：1，試求於壓縮、燃燒與膨脹終了時各狀態之溫度與壓力，以及此循環之指示熱效率（indicated thermal efficiency）為何？（20 分）（R=0.287 kJ/kg-K, cp=1.108 kJ/kg-K, cv=0.821 kJ/kg-K）
（20 分）
參考架構・破題
本題採定比熱空氣標準雙燃循環，應依 1→2 等熵壓縮、2→3 等容加熱、3→4 等壓加熱、4→5 等熵膨脹、5→1 等容放熱逐點計算；題稱一半燃料在兩段燃燒，表示兩段輸入熱量相等，不是溫升相等。
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105 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
若一 6 汽缸 4 衝程循環（four-stroke cycle）引擎之壓縮比 r = 17，缸徑 b (bore)及衝程s (stroke)的大小相同，且 b = s = 0.68 m，若轉速 1200 rpm 時的制動輸出扭矩（brake output torque）為 692 N-m，引擎的機械效率（mechanical efficiency）為 0.96。試求：
（一）每汽缸之排氣容積（displacement volume）Vd，單位 m3；（5 分）（二）每汽缸之餘隙容積（clearance volume）Vc，單位 m3；（5 分）（三）制動功率（brake power）Wb ，單位 kW； （5 分）（四）制動平均有效壓力（brake mean effective pressure）bmep，單位 kpa。（5 分）
（20 分）
- 2
空氣標準（air-standard）等壓力加熱循環（constant pressure heat addition cycle）或稱Diesel 循環的狀態點 1 代表壓縮行程開始的狀態，T1 =29 ℃，p1 =103 kpa，此循環的最高溫度為 2105℃，壓縮比 r 為 21，若混合燃氣可視為理想氣體，假設分子量 M 為27，定壓比熱cp =1.26 kJ (kg·K)，比熱比（specific heat ratio）k = 1.4，試求：（一）於 p − v座標（p 於縱座標代表汽缸內氣體壓力，v 於橫座標代表氣體比容）圖上畫出這些過程，及標示 1、2、3、4 等各狀態點，並說明此循環由那幾個基本過程所構成；（10 分）
（二）每單位質量的混合氣所輸入之熱量qin ，單位kJ kg。（10 分）
（20 分）
- 3
試：（一）配合簡圖說明共軌噴油系統（common rail injection system）之噴油作動方式；（10 分）（二）與傳統柴油直接噴油系統比較，說明共軌噴油系統之 3 項主要優點。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
共軌系統的核心是「建立與儲存共同高壓，再由電子控制各缸噴油器」，使產生油壓與噴油時刻、噴油量不再由同一機械凸輪一次決定；第一小題用元件流程圖說作動，第二小題精準列三項優點。
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- 4
試解釋下列名詞：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）掃氣（scavenging）。
（二）容積效率（volumetric efficiency） 。
（20 分）
參考架構・破題
掃氣是燃燒循環中的氣體交換過程，重點在排除殘餘廢氣並充入新鮮空氣；容積效率則是衡量實際吸入新鮮充量相對於理論排氣容積所能容納充量的程度。兩者相關但不是同一概念，應分別給定義、指標、型式及影響因素。
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- 5
若某海運燃油經元素分析其所含元素的重量百分比分別為 C：84 wt.%，H：12 wt.%，S：4 wt.%，若此燃油分子量為 200。試：（一）求此燃油之代表化學式，Cn Hm Sx ，即求n、m、x； （10 分）（二）寫出燃油與空氣完全燃燒反應之平衡式，再求出燃燒產物SO2 的莫耳分率XSO2 。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
先以一莫耳、分子量200的假想燃油為基準，將各元素質量除以原子量得到下標；再依碳生成CO2、氫生成H2O、硫生成SO2配平需氧量，最後清楚聲明SO2莫耳分率採濕基或乾基。
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104 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
（一）何謂單流掃氣、環流掃氣、與橫流掃氣，以圖顯示此三種掃氣方式。（12 分）
（二）試從缸頭構造複雜度、掃氣效率比較此三種掃氣方式之優缺點或差異。（8 分）
（20 分）
- 2
（一）請比較「乾槽式潤滑系統」與「濕槽式潤滑系統」之差異。（10 分）
（二）請敘述中速柴油機潤滑油自集油槽（Lubrication oil sump tank）到活塞插銷、最後回到集油槽，整個迴路裡潤滑油依序流經之設備與柴油機內部零件。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題先由潤滑油是否存於曲軸箱底部區分乾槽與濕槽，再以壓力油路追蹤中速柴油機潤滑油從集油槽、泵與淨化設備，經主軸承及曲軸內孔到連桿小端與活塞插銷，最後靠重力回流。
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- 3
（一）請繪圖（垂直軸為氣缸壓力、水平軸為曲柄軸角度）並說明柴油機的燃燒期程，在圖裡標明各期程之起、訖點，並說明前三期程之起、訖點的特質。（12 分）
（二）說明同一柴油機使用十六烷值過高之燃油與使用十六烷值過低之燃油，二者會造成之燃燒期程圖的變化。（8 分）
（20 分）
參考架構・破題
柴油燃燒可依噴油、著火、最高壓力、停噴與燃燒終了等特徵點分成著火延遲、急速燃燒、控制燃燒及後燃四期；十六烷值主要藉改變著火延遲，進而改變預混燃料量、壓升率與各期比例。
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- 4
試說明下列兩種柴油機之調整對 NOx 排放、引擎輸出功率及燃油消耗率之影響：
（一）超高壓縮比與噴射延遲。（10 分）
（二）氣缸噴水或增壓空氣加水。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
柴油機氮氧化物主要在高溫、富氧且停留時間足夠時生成，因此兩組調整都要以缸內最高燃燒溫度與燃燒相位為主軸，再分別評估平均有效壓力與制動燃油消耗率；答案應指出降排放與性能之間的權衡，而非只寫單向結果。
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- 5
（一）為何彎曲之曲柄軸會讓曲柄腕（Crank web）之開閉變距？（5 分）
（二）曲柄軸之垂直變距如何量測？（10 分）
（三）曲柄軸長期維持在彎曲狀態，容易造成曲柄軸那些部位之材料疲勞？（5 分）
（20 分）
參考架構・破題
曲柄軸彎曲或主軸承中心線不共線時，曲柄銷每轉到不同角位置都會使兩片曲柄腕承受交變彎矩，腕間距因而週期性張開與閉合；以曲柄腕間的百分表讀值隨盤車角度變化，即可判斷垂直變距與軸系對中狀況。
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103 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
假設某石化柴油之平均化學組成為 C16H30，某生質柴油之平均化學組成為 C19H36O2。該石化柴油與生質柴油之性質如下表所示：平均化學組成 平均分子量 低熱值（kJ/kg） 理論空燃比石化柴油 C16H30 222.4 41800 14.57生質柴油 C19H36O2 296.5 37400 - B6 生質柴油為質量比 6 wt%之生質柴油與質量比 94 wt%之石化柴油混合而成。B100 生質柴油則是指 100 wt%之生質柴油。已知空氣之平均分子量為 28.97。某柴油機使用 B6 生質柴油為燃料，廢氣分析儀顯示過剩空氣比例（excess air percentage）為 80%。試求：（每小題 5 分，共 20 分）
（一）B100 生質柴油之理論空燃比（stoichiometric air-fuel ratio）。
（二）B6 生質柴油之理論空燃比。
（三）B6 生質柴油之低熱值。
（四）該柴油機運轉時之實際空燃比。
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 2
傳統式汽油引擎使用化油器（carburetor）進行燃料計量（fuel metering）。試說明：
（一）基本型化油器之構造與各元件之功能。（10 分）
（二）現代化油器之主計量系統與基本型化油器大致相同，但是增加空轉系統（idling system）、加濃系統（enrichment system）、加速泵、阻流板（choke plate）、高度補償（altitude compensation）等。試分別說明各自之功能。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
化油器以文氏管壓降吸引並計量燃油，再由節氣門控制進入汽缸的混合氣量；基本系統只能兼顧中等穩態工況，現代化油器另設低速、加速、冷車、高負荷及高地修正裝置，以補足不同工況所需空燃比。
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- 3
針對直接噴油（direct injection）與間接噴油（indirect injection）兩種不同型式柴油機，試說明：
（一）燃燒室構造的差異。（10 分）
（二）燃燒過程的差異。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
直接噴油與間接噴油的根本差異，在於燃油是在活塞上方的單一主燃燒室直接形成混合氣，或先在缸頭內的副燃燒室著火，再經狹窄通道噴入主室；此差異連帶決定噴油器、氣流、放熱、熱損失及效率。
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- 4
汽油機的排氣系統常使用三元觸媒轉化器（three-way catalytic converter），以降低廢氣排放。試說明：
（一）三元觸媒轉化器可降低那三種廢氣之排放濃度？（5 分）
（二）觸媒轉化效率（catalytic conversion efficiency）的定義。（7 分）
（三）觸媒轉化效率與廢氣溫度的關係，及啟用溫度（light-off temperature）的定義。（8 分）
（20 分）
參考架構・破題
三元觸媒在接近理論空燃比的排氣中，同時進行一氧化碳與未燃碳氫化合物的氧化，以及氮氧化物的還原；作答時應先列三種污染物，再用進出口質量流率定義效率，最後畫出轉化率隨觸媒溫度上升的啟用曲線。
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- 5
柴油機的負載大小取決於燃料的計量（fuel metering）。Bosch 型燃料噴射泵之主要構成元件包括柱塞（plunger）與柱塞筒（barrel），柱塞上具有螺旋狀溝槽與垂直溝槽。試分別說明：
（一）燃料噴射泵之進油口、高壓出油口、回油口與柱塞筒之相對位置如何？（8 分）
（二）在不同負載狀況下，柱塞之溝槽如何控制每循環之燃料噴射量。（12 分）
（20 分）
參考架構・破題
Bosch 柱塞式噴射泵以凸輪決定柱塞的固定往復行程，以齒桿轉動柱塞改變螺旋溝槽何時使高壓腔與回油口相通，從而改變有效壓送行程；答題宜配柱塞筒剖面與不同轉角示意，區分幾何行程與有效噴油行程。
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題目來源：考選部考畢試題查詢平臺（政府資訊公開資料）；參考架構為本站自撰，僅供準備方向參考，非官方標準答案。最後更新：。