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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
                                                                                                                                                                 1
                    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
                                                                                                                                                                               2
                                                                    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
                                                                                                                                                     1
                                                                                                                                                 2
                                                                                                                                                                                                         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。
                                                                                                                                                                       3
                    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
                                                                                                                                                1
                          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。
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