走进热机的世界

郭勇

热机是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。热机使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产的发展，带来了工业革命，在现代工业生产中仍有不可替代的作用。下面我们一起走进热机的世界。

一、热机工作冲程的判断

热机的工作过程有吸气、压缩、做功、排气四个冲程。内燃机四冲程的简要判断方法是：一看气门开闭情况，二看指示标志，三看活塞运动方向。活塞向下运动时，若进气门打开，排气门关闭，则为吸气冲程（一般在进气门处标有吸入气体的方向指示箭头）;活塞向下运动时，若两气门均关闭（图片上方常有火花塞点火或喷油嘴喷油标志）为做功冲程;活塞向上运动时，若两气门均关闭为压缩冲程;活塞向上运动时，若进气门关闭，排气门打开（一般在排气门处有排出气体的方向指示箭头）为排气冲程。

例1（2019·云南·昆明）下图是汽油机工作的四个冲程，其中表示排气冲程的是（ ）。

解析：图片A中，两气门都关闭，活塞向上运动，汽缸容积变小，是压缩冲程;图片B中，进气门打开，活塞向下运动，且有气体流入汽缸的指示箭头标志，是吸气冲程;图片C中，排气门打开，活塞向上运动，且有气体流出汽缸指示箭头标志，是排气冲程;图片D中，两气门都关闭，活塞向下运动，汽缸容积变大，火花塞喷出电火花，是做功冲程。

答案：C

点评：在判断时，仔细分析图片，一要看清楚进气门和排气门的开闭情况，二要看清楚指示箭头的方向，三要看清楚活塞运动方向，这是准确判断四个冲程的关键。

二、汽油机和柴油机的区别和联系

汽油机和柴油机是生产生活中最常见的两种热机，尽管它们结构相似，工作原理相同，但也有诸多不同，为方便同学们准确掌握，用表格总结如下：

四冲程汽油机和柴油机的异同比较

[不同点 汽油机 柴油机 构造 火花塞 喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程吸入的物质 空气和汽油 空气 压缩冲程末汽缸内的温度 低 高 点火方式 点燃式 压燃式 做功冲程燃气的压强 低 高 优缺点 体积小，噪音低，轉速高 燃油经济性好（效率高），低速扭矩大 应用 制造轻便机械 制造重型机械 相

同

点 1.构造：主要部件有汽缸、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴;

2.工作：都分为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程 ]

例2 下列关于汽油机和柴油机的主要区别，其中错误的是（ ）。

A. 柴油机的上部是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞

B. 在做功冲程中，柴油机的点火方式叫点燃式，汽油机的点火方式叫压燃式

C. 柴油机比汽油机笨重，但燃料便宜

D. 柴油机吸入汽缸的只是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物

解析：汽油机和柴油机构造上的主要不同就是柴油机的上部是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，A说法正确;在做功冲程中，柴油机的喷油嘴喷出柴油，被高温高压空气点燃，该点火方式叫压燃式，汽油机的火花塞喷出电火花，点燃吸入的汽油和空气的燃料混合物，该点火方式叫点燃式，B说法错误，D说法正确;柴油机比汽油机笨重，但燃料便宜，C说法正确。

答案：B

点评：明确汽油机和柴油机的异同、准确掌握表格中内容是解题关键。

三、热值及热机效率计算

（1）热值及热量的计算

对于热机中所使用的固体和液体燃料，一般情况下采用质量反映它们的多少，所以计算公式为Q放 = qm。对于气体燃料，一般情况下采用体积反映它们的多少，所以计算公式为Q放= qV。其中Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，该值为热机在理想情况下所做的总功。

（2）热机效率的计算

热机中用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所放出的热量之比为热机的效率。热机效率的计算一般有两种方法：一种是利用有用功与总功的比值，一种是根据能流图进行计算。热机效率很低，提高热机效率的途径有：（1）使燃料尽可能燃烧充分;（2）使用时，注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦消耗的能量;（3）在设计和制造上，不断改进和革新，以减小各种能量损失;（4）在提高燃料利用率主要措施上，设法利用废气中的能量。

例3（2019·四川·泸州）截至2019年4月14日，泸州云龙机场已开通31条航线。从云龙机场飞往北京的某航班在水平跑道上加速的初始阶段，飞机牵引力沿水平方向，大小为9.2 × 104 N，经过的路程为1000 m，则牵引力所做的功为 J;若飞机发动机的效率为25%，在此过程中，消耗的汽油为 kg。（汽油的热值q = 4.6 × 107 J/kg）

解析：（1）已知牵引力和行驶路程，可以得到牵引力做的功：飞机行驶1000 m，牵引力做的功为W = Fs = 9.2 × 104 N × 1000 m = 9.2 × 107 J。

（2）已知发动机效率和牵引力做的功，可以得到发动机做的功：

因为η = W有用/W总，所以发动机做的功为W总 = W有用/η = 9.2 ×107 J /25% = 3.68 × 108 J，即汽油完全燃烧放出的热量为Q = W总 = 3.68 × 108 J。因为Q = mq，所以消耗的汽油质量为m = Q/q = 3.68 × 108 J/ （4.6 × 107 J/kg） = 8 kg。

答案：9.2 × 107;8

点评：掌握基本公式是正确解答的关键。