機械工程 105 年內燃機考古題

假設一個四衝程、空氣標準Otto 循環由四個過程所組成，壓縮過程開始的壓力P1 = 96 kPa， 溫度T1= 47 ℃，壓縮比rC = 12，在加熱過程的壓縮比P3/P2 = 2.7，假設汽缸內燃氣可 視為理想氣體，且分子量 M = 26，定壓比熱cP = 1.06 kJ/(kg．K)，比熱比（specific heat ratio）k = 1.4，試畫出此循環之P – v（壓力–比容）圖，並說明此循環由那四個過 程所構成。求此循環之最高溫度，單位K。求於加熱過程每單位燃氣質量的加 熱量。此循環之熱效率η。（每小題5 分，共20 分）

試分別說明汽油直接噴射（Gasoline Direct Injection，簡稱GDI）及歧管噴射（Port Fuel Injection，簡稱PFI）的二種噴射方式。（10 分） 相對於PFI，試分別說明GDI 於燃油/空氣比、霧化程度、排放污染量等方面之 特色或表現。（10 分）

燃料與進氣在內燃機的汽缸內進行燃燒反應形成二氧化碳（CO2）的反應式可用 2 2 CO O 2 1 CO ← → + 代表：（每小題10 分，共20 分） 試以式中各成分的莫耳分率即 CO x 、 2 O x 、 2 CO x 與反應壓力p（單位atm）列式表 示其根據分壓的化學平衡常數（chemical equilibrium constant based on partial pressure） Kp之計算式。 若 T 10 0.125 4.757 T 10 0.149 ) 1000 T ln( 10 0.415 (T) K log 3 5 2 p 10 − − × + − × + × − = ，式中 T = 1800 K 為反應溫度，試求此反應式的Kp(T)值。

假設辛烷（C8H18）與空氣進行燃燒反應，若縱座標為各種燃燒產物的莫耳分率， 橫座標為燃料-空氣的當量比ø（equivalence ratio），試畫圖表示燃燒產物之莫耳分 率 2 CO x 、 CO x 、 2 N x 、 2 O x 、 O H2 x 在當量比ø = 0.6 ~ 1.5 之間的大略變化趨勢，並 簡要解釋圖中各曲線的莫耳分率隨ø 趨勢變化的原因。（10 分） 辛烷與空氣在理論計量比（stoichiometric）燃燒反應後，試求各燃燒產物之莫耳分 率 2 CO x 、 O H2 x 、 2 N x 與產物混合物的分子量M。（10 分）

試解釋下列名詞的意涵：（每小題10 分，共20 分） 制動熱效率（brake thermal efficiency）η 均質進料壓縮點燃（Homogeneous Charge Compression Ignition，簡稱HCCI）