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汽車學原理與實務

Vehicle Principles and Practice

作　　者：曾逸敦
出版社別：五南
出版日期：2019/09/11(2版1刷)
ＩＳＢＮ：978-957-763-644-7
書　　號：5DK1
頁　　數：520
開　　數：20K
定　　價：620元
優惠價格：558元

　　本書主要著重將汽車內部之機械與零件的運作原理做有系統地介紹，使讀者能對汽車的結構及發展有全面性的了解。並將汽車的理論與實務互相結合，每一部份皆以完整之示意圖與汽車真實結構互相搭配，使讀者能夠輕易理解、融會貫通。

本書主要章節如下：
◎引擎工作原理
◎引擎零件介紹
◎各式引擎安裝
◎供油系統
◎基本電路控制
◎基本電學與機械點火系統介紹
◎電子學與電子點火
◎汽車電子引擎
◎車用電力系統
◎馬達
◎車用電腦
◎車用感測器介紹
◎電路系統
◎汽車傳動系統

曾逸敦
　　1982年自臺灣大學機械系畢業後，至美國里海大學及密西根大學安娜堡校區取得碩士及博士學位，期間並獲得福特汽車公司奬學金。返國後旋至中山大學機械工程學系任教。現任中山大學機電工程學系終身免評鑒教授，開授汽車學及科技產業分析等相關課程。
　　學術研究主要致力於光收發模組的精密構裝及行動載具之研發。產學合作部分則為輔導廠商將傳統製程電腦整合自動化──主機板組裝、電腦零組件自動檢測、雷射加工機自動檢測等。  
　　亦成立部落格「曾教授與古董保時捷」：http://eatontseng.pixnet.net/blog

1.1∣前言
汽車對於現代人來說是必備的交通工具之一，汽車除了能提供使用者在行進時的外部保護，有時還會拿來代表持有人的社會地位，但汽車最為重要的功能，莫過於能夠讓使用者更快的到達目的地，而汽車之所以能夠高速移動是要歸功相當於汽車心臟的引擎。
引擎是帶領人們進入高速世界的代表物，有了引擎後，才有了現今的車、飛機、快艇等需要用到引擎的交通工具；引擎的出現最早可追朔至17世紀，最初的引擎極為粗糙，並有著不環保、耗油等缺點；而在經過人們長時間的研究及改良之下，引擎的效率越來越好，體積變小，並能夠因應逐年強調的環保意識。
現在的引擎主要可依照運作方式及使用的油類來分類，接下來將遂一介紹。
1.2∣引擎發展歷史
1.2.1　內燃機引擎
引擎最早是在1678年，由一名法國人賀德法利（A. Hautefeuille）利用火藥在汽缸中爆炸，產生力量推動活塞，這是內燃機最早的雛型，但在此設計中，火藥的裝填會影響引擎運作，使得內燃機無法順暢的連續運作。
1794年，史屈特氏（Robert Street）做出了一個改良式的內燃機，汽缸在活塞的下方，將空氣壓縮進去，以液體燃料取代上述設計的火藥，液體燃料和壓縮空氣混合氣化後燃燒，使體積膨脹，推動活塞向上，進而產生動力，但此設計在燃料方面和壓縮空氣上必須手動完成，因此燃料比例很難精確控制。
1860年，法國人李諾爾（Lenoir）發明了不需壓縮空氣的氣體燃燒式引擎，被認為是最早的二衝程引擎。
在1862年，法國人洛卻氏（Beau De Rochas）提出了一個最佳效益觀點的內燃機設計準則：
1.	氣缸的表面積與容積比盡量減小，以減少燃氣的熱量損失。
2.	加速膨脹過程，以提高燃氣的有效功能。
3.	使膨脹完全，以增大膨脹期間所作的正功。
4.	提高膨脹前的燃氣壓力，以增大膨脹時的氣體容積比，增加有效的作功量。
5.	在活塞自氣缸頭向下運動時，將可燃氣混合物吸入氣缸。
6.	當活塞朝向氣缸頭運動時，開始將氣缸內的可燃氣混合物壓縮。
7.	當活塞朝向氣缸頭運動至上死點時，予以點火燃燒，並且推動活塞遠離氣缸頭，運動至下死點，此期間為動力衝程。
8.	而後活塞再自下死點往回運動至上死點，此期間可將燃燒後的廢氣壓出，為排氣衝程。
以上準則中的5.～8.即為現代四衝程引擎的運動過程。
1876年，德國人奧圖氏（Nicolaus Otto）以洛卻氏的理論為基礎，製造出了四衝程引擎，此引擎的熱力循環則被稱為奧圖循環（Otto Cycle）（圖1-1），又可被稱為等容積循環，但此時的四衝程引擎卻有著馬力小且重量大的缺點。
1880年，克拉克氏（Clerk）發明了一種二衝程引擎，將四衝程過程中的動作於二衝程中完成。
1895年，狄賽爾氏（Rudolf Diesel）發明柴油引擎，在此引擎中只壓縮空氣，使溫度上升，在燃料噴入後就能自行燃燒，可省下點火的步驟。此引擎的熱力循環被稱為狄賽爾循環（Diesel Cycle）（圖1-2），在燃燒爆炸的過程中，是以等壓的狀態下進行的，因此又被稱為等壓循環。
1926年，德國的萬克爾氏（Felix Wankel）開始研究迴轉活塞式引擎，在經過不斷改良後，終於研發成功。
1.2.2　燃汽渦輪引擎
由於活塞式引擎的活塞是採直線運動，因此需要有連桿將直線運動轉換成旋轉運動，而在這個過程中，勢必會有能量的損失，因此若在一開始就是進行旋轉運動，理論上可以讓效率進一步的提升，而實現這一點的就是燃汽渦輪引擎；在這種引擎中，被推動的並非是直線運動的活塞，而是做旋轉運動的渦輪，燃燒燃料產生的熱能直接被轉換成旋轉能量，提升能量效率。
渦輪機械的概念據稱在西元前120年就已經出現，當時埃及的希羅（Heron）利用一個蒸氣鍋爐，在鍋底加熱產生水蒸氣，水蒸氣再經由細管上升至上方的空心球內，球的邊緣有兩個彎狀的管型出口，蒸氣經過這兩個出口噴出後，會因為反作用力的關係而使得空心圓球旋轉；雖然希羅使用的是蒸氣，但由於概念類似，因此被稱為是反應式（Reaction）渦輪機械的第一人。
而真正設計出燃汽渦輪引擎的人是1791年的英國人巴勃（J. Barber），他藉由將可燃的氣體燃料和空氣混合，將其混合物燃燒後產生高溫高壓的氣體，氣體經由噴嘴噴向葉輪片使其轉動，此設計可說是第一台燃汽渦輪機。
在1873年，美國的布雷登（Brayton）推算出了燃汽渦輪引擎的熱力循環。
1.2.3　其他相關發明
在過去這一百多年以來，也出現了許多能讓引擎性能更加提升的發明，例如火星塞或是電子控制系統，可見表1-3。
引擎在計算功率時，是以「馬力」為單位做計算，這單位是由英國的科學家瓦特（Watt）想出來的；瓦特經過長期的觀察，發現到一匹馬在一分鐘內大約可把220磅的煤拉高100英呎，也就是說一匹馬在一分鐘內可以作22000呎磅的功，但他認為馬在拉煤礦的時候多少有點不情願，於是他自己又把馬力數字提高了50%，最後做出的定義為：「馬力」為一匹馬在一分鐘內作33000呎磅的功。
「馬力」和「瓦特」這兩個單位可進行換算，1馬力等於746瓦特。

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