汽車學原理與實務

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。

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...

自　序
大約在十年前，雖然如願的升上教授，但好像也失去了生活的重心。為了重新找到對生活的熱情與活力，決定投入古董車的世界，於是買下了我人生第一台保時捷911（1992年的964）。經歷了甫購買車子的喜悅後，隨之而來的是車子出問題的煩惱，為了找到正確的原因及零件，通常都需要無數次的與車友討論、上網搜尋資料、向保養廠技師請教，最後耐心地等待問題解決後的成就感。
隨著上述循環次數的增加，也不斷地累積我對車子的基本知識。許多大學生也開始來找我進行車子相關的專題研究，於是乾脆成立了一個部落格：「曾教授與古董保時捷」(http://eatontseng.pixnet.net/blog)。 把一些比較實用的成果放在網路上與大家分享。另一方面也開始在學校裡面開授汽車學課程。
在此課程中我試圖做到兩件事情。第一件事情是將汽車的發展由古老的化油器時代、機械噴射時代及至近代的電子／電腦噴射時代，做一個有系統地介紹，使學生能對汽車的結構及發展有更全面的了解。第二件事情是將車子的理論與實務互相結合，所有提供的示意圖都盡量與汽車真實結構互相搭配。最後要特別感謝目前的四位研究生（頼彥甫、林宏翰、邱晟展及丁啟翔）辛苦的校訂及畫圖，使本書內容更趨完善。

自　序
大約在十年前，雖然如願的升上教授，但好像也失去了生活的重心。為了重新找到對生活的熱情與活力，決定投入古董車的世界，於是買下了我人生第一台保時捷911（1992年的964）。經歷了甫購買車子的喜悅後，隨之而來的是車子出問題的煩惱，為了找到正確的原因及零件，通常都需要無數次的與車友討論、上網搜尋資料、向保養廠技師請教，最後耐心地等待問題解決後的成就感。
隨著上述循環次數的增加，也不斷地累積我對車子的基本知識。許多大學生也開始來找我進行車子相關的專題研究，於是乾脆成立了一個部落格：「曾教授與古董保時捷」...

1 引擎工作原理
1.1 前言
1.2 引擎發展歷史
1.3 引擎定義和分類
1.4 引擎的運作過程
2 引擎零件介紹
2.1 前言
2.2 引擎零件
2.3 引擎分類
3 各式引擎的安裝
3.1 前言
3.2 直列式引擎安裝
3.3 V型引擎安裝
3.4 水平對臥式引擎安裝
4 供油系統（機械式引擎）
4.1 前言
4.2 汽油的性質與廢氣處理
4.3 供油系統簡介
4.4 化油器原理與流程
4.5 化油器歷史
4.6 機械噴射系統（K-Jetronic）原理與流程
5 基本電路控制（機械式引擎）
5.1 前言
5.2 重要元件介紹
5.3 K式噴射系統（K-Jetronic）
5.4 其他噴射系統介紹
6 基本電學與機械點火系統介紹
6.1 前言
6.2 基本電學介紹
6.3 點火系統簡介
7 電子學與電子點火
7.1 電晶體介紹
7.2 半晶體點火系統
7.3 全晶體點火系統
7.4 無分電盤點火系統
8 汽車電子引擎(一)
8.1 前言
8.2 各式噴射系統介紹
8.3 噴油方式演進
8.4 進氣系統
9 汽車電子引擎(二)
9.1 前言
9.2 電子引擎的由來
9.3 廢氣循環系統（EGR）
10 車用電力系統
10.1 前言
10.2 啟動系統
10.3 充電系統
11 馬達
11.1 前言
11.2 直流馬達
11.3 步進馬達
12 車用電腦(一)
12.1 前言
12.2 電子控制單元（Electronic Control Units, ECU）介紹
12.3 訊號轉換與應用
12.4 網路功能與總機系統
13 車用電腦(二)
13.1 前言
13.2 ECU系統體系，功能與實現
13.3 ECU系統的錯誤檢查
13.4 檢查電子迴路的方法
13.5 ECU改裝
14 車用感測器介紹
14.1 前言
14.2 位置感測器
14.3 溫度感測器
14.4 壓力感測器
14.5 其他
15 電路系統
15.1 前言
15.2 汽車電器配備介紹
15.3 汽車電流流程
16 汽車傳動系統
16.1 前言
16.2 手排變速箱
16.3 自排變速箱
17 懸吊系統
17.1 前言
17.2 汽車底盤
17.3 懸吊基本構造
17.4 懸吊系統種類

1 引擎工作原理
1.1 前言
1.2 引擎發展歷史
1.3 引擎定義和分類
1.4 引擎的運作過程
2 引擎零件介紹
2.1 前言
2.2 引擎零件
2.3 引擎分類
3 各式引擎的安裝
3.1 前言
3.2 直列式引擎安裝
3.3 V型引擎安裝
3.4 水平對臥式引擎安裝
4 供油系統（機械式引擎）
4.1 前言
4.2 汽油的性質與廢氣處理
4.3 供油系統簡介
4.4 化油器原理與流程
4.5 化油器歷史
4.6 機械噴射系統（K-Jetronic）原理與流程
5 基本電路控制（機械式引擎）
5.1 前言
5.2 重要元件介紹 ...