動力系統介紹 盧昭暉 國立中興大學機械工程研究所

動力系統 提供系統動力的來源。 所有運動件都需要動力來源。 動力需求配合系統特性。 交通工具：車輛，船舶，航空器。 搬運工具：起重機，叉動車，鏟斗車，輸送帶。 致動器：機械手臂，閥門。 手工具：鏈鋸，鑽孔機，板手。  

動力系統分類 以機具來分：熱機，馬達，液壓馬達，氣動工具。 以能源來分：汽油，柴油，電力，液氣壓，氫氣 。 以移動性來分：攜帶式，移動式，固定式。 以運動方向來分：線性運動，旋轉運動。 以功率來分：大型(100 kW~)，中型(1~100 kW)，小型(0.01~1 kW)，微型(~0.01kW)。  

熱機 內燃機：汽油引擎，柴油引擎，旋轉引擎 。 外燃機：史特林引擎，蒸氣引擎。 渦輪引擎：渦輪噴射，渦輪扇，渦輪螺槳。  

引擎發展歷史回顧 Otto 循環 1876 汽油引擎 Diesel 循環 1892 柴油引擎 Stirling 循環 1829 史特林引擎 Brayton 循環 1870 渦輪引擎 Wankle 循環 1957 旋轉引擎  

汽油引擎的應用 (一)、車輛： 小貨車，小客車。 (二)、動力： 小型發電機， 割草機， 模型機。 (三)、其他交通工具： 弦外機，ATV ， 飛機。

柴油引擎的應用 (一)、車輛： 小貨車，大貨車，大客車，小客車。 (二)、施工機械： 發電機，土木機械，農用機械。 (三)、其他交通工具： 火車，船舶，潛艇 。 (四)、發電機： 緊急發電機，汽電共生發電機。

柴油引擎與汽油引擎的差別 汽油引擎： 柴油引擎： 缸外噴射 缸內噴射 火花點火 壓縮點火 壓縮比低 壓縮比高 空燃比低 空燃比高 轉速高 轉速低

汽油引擎的歷史 1876年德國人Nikolaus August Otto 發明汽油引擎

第一輛汽車與第一輛摩托車 1885年 Daimler利用 Otto所發明的內燃機製作出第一輛摩托車

汽車發展歷史 1896 年 Henry Ford所發明的四輪汽車Quadricycle

美國最暢銷的車輛 Ford Model T 1908 ~ 1927 共售出1500萬輛 4 缸, 4 行程, 20 匹馬力 2896c.c. 重550 kg. 價格$850

全世界最暢銷的車輛 VW Beetle 1935 ~ 2002 共售出2100萬輛

高速賽車

超音速汽車 Thrust 最高速 1226 km/hr 馬赫數1.02 兩具Rolls-Royce噴射引擎 推力23000 kg Spirit of America最高速 1015 km/hr

氫氣汽車BMW H2R 極速: 300.175 km/h 氣缸數:12缸 馬力: 982 bhp 車架: 鋁合金 外殼: 碳纖 車重: 1560 kg (3439 lb) 車阻(cw): 0.21

氫氣機車 中興大學機械系研發

柴油車的歷史 1892年德國人Rudolf Diesel 發明柴油引擎 1924年MAN製作第一輛柴油貨車 1936年Mercedes-Benz製作第一輛柴油小客車

最大的柴油引擎 Wartsila-Sulzer RTA96-C 是世界最大的柴油引擎 14 汽缸, 每缸 1820 公升, 最大馬力108,920 hp

小型汽油引擎 行程體積5.23cc 出力1.2ps/18,000r.p.m. 口徑19.5mm 迴轉數2,000～2,0000r.p.m.   出力1.2ps/18,000r.p.m. 口徑19.5mm 迴轉數2,000～2,0000r.p.m. 衝程17.5mm 重量270g

微型引擎 微小旋轉引擎2.5W  

旋轉引擎  

轉子引擎機車 Hercules W2000

空氣引擎 利用高壓空氣來推動引擎。  

空氣引擎 印度的 Tata Motors 設計出空氣動力汽車 City Cat，已經準備交付量產了！City Cat 僅僅用壓縮空氣作為啟動能源，可達 68 MPH 每小時68英里的速度，加滿一次可跑 125 英里。  

環保氣動機車吃空氣零廢氣 中央大學機械系成功研發「空氣壓縮機車」綠能一號，機車不吃油不吐廢氣，只要有空氣就會跑，相當節能省碳，完全無污染。機車目前最遠可跑1公里，適合市區通勤，已申請專利，將來希望量產上路。 該車以廢棄野狼機車改裝，以空氣馬達代替汽油引擎，加裝高壓氣瓶推動機車奔跑，手工打造，成本不到2萬元　最高時速30公里。

低溫引擎 低溫引擎(Cryogenic Engine)是將低溫液體汽化，利用相變化所產生的膨脹效果來推動引擎。 目前有兩款低溫引擎，一款是University of Washington所發展的LN2000 Engine，另一款是University of Birmingham所發展的micro Engine。 低溫引擎是否為永動機？是否違反熱力學第二定律？

Engine Booster 笑氣(N2O) N2O ->N2 +O2 增加氣體的體積 降低進氣溫度 不是燃料無法提供能量 具有短暫效果  

史特靈引擎  

史特靈引擎  

太陽能史特靈引擎  

電動車

Venturi 電動車性能 太陽能，風能，與電能的車輛 馬達功率:11kWc (15 hp) 電池容量:8 kWh (0.68L gasoline) 太陽電池：300 W ( 7 km/day) 風力發電: 15km/day 續航力: 50 km 極速 : 50 km/h

複合動力車

液壓複合動力系統 保留原車引擎驅動能力，液壓系統變為輔助 引擎及液壓系統可有加成效果，同時輸出具有較大加速性 行星齒輪 並聯式液壓混合系統

液壓動力車輛產品發展 法國PSA Hybrid Air 空氣/液壓混合動力系統 在市區中80%時間採用氣動，油耗降低35%

燃料電池 燃料電池是一種能源直接轉換的裝置。 燃料不經過燃燒，而以電化學反應的方式，將化學能直接轉變為電能。  

水電解反應 水電解成氫氣與氧氣。 Cathode (reduction): 2H+(aq) + 2e− → H2(g) Anode (oxidation): 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e−    Overall reaction: 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)  

質子交換膜燃料電池(PEMFC) 燃料電池是一項水電解過程的逆向反應。 陽極：H2 → 2H+ + 2e- 陰極：1/2 O2 + 2H+ + 2e- → H2O 總反應：H2 + 1/2 O2 → H2O  

燃料電池汽車

水燃料車 自由時報電子報 2008年6月17日 星期二 日本Genepax，推出一套水能量系統（Water Energy System），將水分解成氫和氧產生能量，讓汽車只吃水就可以發動，雨水、河水甚至茶都可使用，目前共有120W及300W的原型機，一公升的水就可以時速八十公里連續行駛一小時。

國內首輛水油氣混合車亮相 2008/05/24 【中國時報】 「一般汽、柴油因含有硫、氮等成分，無法達到百分之百燃燒」，友荃副總經理說，但氫氧焰能提高油料燃燒效能，不但讓1600cc的汽車馬力提升成1800cc，還能清除引擎積碳。 「一般汽、柴油車燃料發揮的效用最多僅能到六成，友荃的車用氫氧機，能讓燃料百分之百的運用。」從事再生能源研究的XX大學教授對燃料發揮的效益感到滿意。

燃料電池飛機

太陽能車 太陽能車成為交通工具的可行性不高 陽光能量密度太低(700W/m2)

太陽能飛機 無人載具可行性高 Solar pulse Two Swiss adventurers revealed a prototype for a solar-powered aircraft they hope will be the first to fly around the globe in 2011. Helio and Zephyr of UK

結論 （1）動力系統相當重要。 （2）燃料多樣化與永續能源是重點。 （3）微小化是新的趨勢。 （4）動力系統的發展趨勢高效率，低污染。