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2 引擎原理

1 -1 熱機的定義與分類 1 -2 內燃機的循環

內燃機的循環，可依熱力循環與工作循環來分：
一 熱機的定義
一 依熱力循環來分

凡是利用物質中所含有的化學能，經過燃燒程序後釋放出熱能，再以適當方式讓機
械產生往復運動或迴轉運動，因而產生動力的機械即稱為熱機（heat engine）。 熱力循環是將一個工作循環之進氣、壓縮、動力、排氣等四個工作形態，用汽缸的

容積變化與壓力變化來表示，其性能圖稱為壓力容積圖，簡稱 P-V 圖。
二 熱機的分類
內燃機依熱力循環可分為等容循環、等壓循環、等容等壓循環、米勒循環等。

熱機依燃料燃燒位置，可分為內燃機與外燃機兩大類： 1 等容循環 活塞 上行方向 汽缸
進汽門
1 內燃機 (internal combustion engine，簡稱 ICE) 又稱奧圖循環（Otto cycle）， 火星塞

具有構造簡單、體積較小、重量 屬於四行程汽油引擎循環。
排汽門 T B
較輕、熱效率較高、適用範圍較廣之優 燃料在熱機內部 (1) 進氣：O-A 活塞自上死點 O 點下 下行方向
燃燒後產生熱能， 燃燒後的氣
點，目前汽車的動力仍以內燃機為主。 再將熱能轉變為 體受熱膨脹 行，其容積為 V ，活塞開始將 P 3 C
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如汽油引擎、柴油引擎、燃氣渦輪引 機械能；也可說 後，經機械 混合氣吸入汽缸內，活塞下移至 等容燃燒 等溫膨脹
是將燃料的化學 裝置轉換成
擎、噴射引擎等均屬於內燃機，現代小 能（燃燒）轉化 機械能而推 下死點 A 點時，其容積為 V ， P 2
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成機械能 動活塞 B 等容放熱
型車的動力仍以汽油引擎為主。主要是 此過程為等壓進氣，汽缸內之壓 D
內燃機 等溫壓縮 O
讓燃燒後的氣體膨脹後，經由機械裝置 力為大氣壓力 P ，其壓縮比為 P 1
簡單來說，內燃機的工作介質是燃燒氣體。 1 A
轉換成機械能而對外作功。 V / V 。 V 1 V 2
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TDC 等壓進氣 BDC
2 外燃機 (external combustion engine，簡稱 ECE) (2) 壓縮：A-B 活塞自下死點 A 點上 等容循環
構造較複雜、體積較大、重量較重、 行，開始將混合氣壓縮，此時汽 其混合氣燃燒在 B-C 之等容積下完成，稱為等容循環。
燃燒產生熱使水
熱效率較低，目前運用於火力或核能發電 或其他介質變成 缸內之容積愈來愈小，而壓力愈
高壓高溫氣體，
廠的發電機動力源，或使用於大型工廠之 再將此氣體導入 來愈高，當上移至上死點 B 點時，其壓縮壓力為 P ，此過程為等溫壓縮。
2
汽電共生的發電機動力源。是將燃料置於機 將燃料 機械內部，使其 (3) 燃燒：B-C 活塞到達上死點 B 點瞬間，混合氣被火星塞的火花點燃；由於混合氣在
置於機 作用在活塞或輪
械外部燃燒，如蒸汽往復活塞引擎（steam 械外部 葉上，產生往復 被點燃前已充分混合，在被點燃後，混合氣之燃燒極為迅速，使燃燒壓力很快達到
燃燒 或迴轉運動
reciprocating piston engine）、 蒸 汽 渦 輪 引 C 點，其燃燒壓力為 P ，此過程為等容燃燒或等容加熱。
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擎（steam turbine）、史特靈引擎（Stirling 外燃機
(4) 動力：C-D 混合氣燃燒後迅速膨脹，讓活塞承受強大的燃燒壓力，立即由 C 點被推下，
engine）等，其中史特靈引擎的工作介質是 簡單來說，外燃機的工作介質是水蒸汽或被加熱的
氣體，而不是燃燒氣體。 汽缸內的壓力也跟隨著下降，活塞一直下移至下死點 D 點，此過程為等溫膨脹。
氦氣，讓氦氣熱脹冷縮而作功。
(5) 排氣：D-A-O 在下死點 D 點排汽門打開，壓力立即降至 A 點，其壓力接近大氣壓力
隨堂練習 1-1
P ，此過程為等容放熱；此時，活塞在Ａ點又開始上行，而將燃燒後廢氣排除。當
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1. 目前小型車的動力以何者為主？ (A) 汽油引擎 (B) 柴油引擎 (C) 燃氣渦輪引擎 (D) 噴射引擎。 移至上死點 O 點後，又開始進行下一個工作循環。
2. 下列何者不是內燃機的優點？ (A) 構造簡單 (B) 體積較小 (C) 重量較輕 (D) 熱效率較低。