机械工程实验期末个人报告四技车辆三甲许原志摘要

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1、機械工程實驗期末個人報告四技車輛三甲49715065許原誌摘要內燃機（引擎）是透過燃料燃燒爆炸來產生動力。以現在的內燃機架構來看，大約只有不到30%的燃料用來產生動力，其他70%以上的燃料都是轉變成「熱」。如何將大量的「熱」散發掉，以免燒毀引擎，這就是一門很大的學問了。簡介「熱」的產生剛開始，先來瞭解引擎的熱是如何產生的。由上面的示意圖可以看到，絕大部分的熱（註1）都是在汽缸中的燃燒室產生，油氣進入燃燒室經由火星塞點火後，中心火焰的溫度可以高到攝氏1700～2000度，火焰波前也還有個攝氏700度。這麼龐大的熱，藉由汽缸壁、活塞、氣門、火星塞、機油、汽

2、油、排氣等等介質，往四周傳遞出去，最終傳到引擎四周相對很冷的空氣裡（註2）。「熱」的傳遞簡單來講，引擎裡熱的傳遞，都是由燃燒室（汽缸）向四周傳遞，最後由周圍的空氣帶走。因為這些熱最終都要由空氣帶走，這時空氣的空氣的熱對流係數（註3）就很重要，畢竟這是能將熱帶離引擎的最大值！唯有增加散熱面積才是引擎冷卻設計最重要的課題。熱的傳導，因為介質的不同，帶走熱的大小也不同。帶走最多熱的當屬排放的廢氣了，畢竟這些廢氣是熱的來源；其次是導熱良好的鋁、鐵、銅等金屬零件（註3），這些金屬零件直接接觸爆炸，能帶走數量可觀的熱；再來就是機油，雖然導熱性與比熱都不怎麼優，但因

3、機油直接就在這些高熱金屬零件中穿梭，因此也帶走不少的廢熱。1.氣冷與強制氣冷：將引擎大約分為汽缸頭、汽缸與曲軸箱三個部分，來討論散熱方式。氣冷引擎的汽缸是單純直接接觸空氣來冷卻。氣冷，如果依照分類方式，應該叫做「金屬冷」比較正確，它是直接透過引擎的金屬零件將大部分的熱傳遞到空氣裡，這算是大家最熟悉的冷卻方式。前面有提過，增加散熱面積才是最重要的問題，氣冷引擎的解決方法，是在汽缸本體上設計許多散熱片，藉此增加了大量與空氣接觸的表面積。另外還有強制氣冷的設計，散熱片旁另外加裝風扇，強制增加空氣流動以帶走熱。大家常看到的速克達，就是強制氣冷的設計。氣冷引擎的

4、優點1.零件少、重量相對較輕。2.冷卻系統不會故障。3.沒有冷卻用的Pump所以不會吃掉馬力，是最簡單有效的設計。氣冷引擎的缺點1.不易控制理想的引擎工作溫度，等紅燈時溫度高，而行進間降溫快，如此一來引擎工作溫差大，導致零件的間隙要比較大，以預留熱漲冷縮的空間。2.散熱不均勻，這種狀況在多缸的引擎中最為明顯。3.氣冷引擎受限於散熱面積（散熱片）較小，以致無法做出更高性能的引擎。直列四缸引擎的正面，明顯地看的出來，兩側的汽缸接觸空氣的面積比較大，中間兩缸的接觸面積小了很多引擎散熱效果要好，重點就是要撞風，讓大量空氣來冷卻引擎。以直列四缸引擎為例，其兩側的

5、汽缸與接觸面積大，散熱效果比中間兩個汽缸要來的好，因此造成散熱不均勻的現象。為此，氣冷直列四缸引擎的中間兩個汽缸，原廠都會設定比較濃的供油，利用這多一點的汽油來吸收熱量，降低中間兩汽缸的溫度。縱列V形引擎，前面汽缸直接撞風，其散熱效果也優於後面的汽缸。此輛MT01在後面汽缸後方還裝有散熱風扇，幫助其散熱。BMW的水平對臥引擎，兩個汽缸的撞風效果差不多，因此冷卻效果平均，讓HP2這輛車通過LeMan24小時耐久賽的嚴苛考驗。這輛HP2Sport雖是氣冷設計，但壓縮比高達12.5：1，馬力高達128匹，同為氣冷雙缸且排氣量相近的DUCATIMonster1

6、100，其縱列引擎壓縮比為10.7：1，輸出93匹馬力。由此可以看出冷卻方式所造成的主要差異。2.油冷：活塞主要是藉由噴射、或由曲軸甩至活塞底部的機油，來進行冷卻，這就是規格表上常見的「噴射與飛濺並用」的意思。無論氣冷、油冷、水冷引擎，都是這樣的設計。而上圖的油冷引擎，其與氣冷引擎最大的不同處，在汽缸頭的設計。氣冷之外，再多利用原本就有的機油，來加強氣冷不足的散熱效果，這就產生了油冷引擎。大排氣量的氣冷引擎與油冷引擎，例如YamahaXJR1300與SuzukiGSX1400，外觀看起來好像只有油冷排的大小不一樣的差別而已，難道油冷排比較大的就算是油冷

7、嗎？XJR1300的油冷排功用，僅止於降低機油溫度，讓機油溫度保持在正常工作範圍。GSX1400的機油冷卻器，明顯比XJR1300大上一倍，汽缸頭的設計也明顯異於XJR1300。油冷的GSX1400，則是有兩套油路，一套潤滑，構造就跟一般四行程引擎一樣；還有另外一套就是冷卻油路，專門來冷卻「火星塞四周」。透過上圖可以看到，在汽缸頭多了兩塊棕色物體，那裡就是冷卻油路冷卻火星塞四周（燃燒室頂端）的地方。GSX1400的冷卻油路，可以看到在火星塞的周圍有用來散熱的小油槽（灰色的部分代表機油）。XJR1300的汽缸頭沒有使用另外的冷卻油路，而是在正中央處火星塞

8、的位置特別凹陷（紅圈處），增加缸頭散熱效果XJR1300與GSX1400的汽缸，基本上沒有太大