汽油机和柴油机是怎样工作的？◇学生提问如图所示，这是汽油机在工作过程中某一时刻所处的状态，由图可判断，汽油机正处在（ ）A.吸气冲程 B.压缩冲程C.做功冲程 D.排气冲程老师，汽油机与柴油机的工作原理是什么？汽油机和柴油机工作是有哪些相同点和不同点呀？您给我介绍一下吧。◇问题探究汽油机（重要性：★★★★）老师：好的，你先来看看下面这一实验。如图所示，给试管中的水加热，水沸腾一段时间后，塞子被推出，同时看到试管口出现了大量的“白气”。在这一过程中，水蒸气的＿＿＿能转化为塞子的＿＿＿＿能；水蒸气的内能＿＿＿，温度＿＿＿＿，发生了＿＿＿＿现象。学生：呵呵，这还不简单！塞子是被水蒸气做功推出去的，消耗了水蒸气的内能，塞子得到了机械能！因此水蒸气的内能减小，温度降低，才液体为小水滴的。可是，这有什么用呢？老师：想想看，汽油机和柴油机工作时，是把什么能转化成的机械能？学生：哦，明白了：汽油机和柴油机是通过燃烧汽油或柴油，先把化学能转化为内能，再利用内能做功，将内能转化为机械能的吧！老师：对！你来看汽油机的结构示意图，有什么发现？7\n学生：我看看，汽油机主要由进气门、排气门、火花塞、连杆、曲轴、气缸、活塞构成。现在的图片显示这台汽油机的进气门打开了，有气体进入气缸；此时活塞向下运动，曲轴在转动。老师，我推测活塞在气缸内做的是一种往复运动，从下端运动到下端，然后又从下端运动到上端。老师：对！我们把活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。图片展示的这一冲程我们称之为吸气冲程，此外，四冲程汽油机还有压缩、做功、排气四个冲程。如图所示，你比较一下四幅图，看看又有什么发现？学生：我看看，气缸中没有流入汽油的其他通道，那汽油应该是在吸气冲程被吸入气缸的；在压缩冲程中活塞压缩气体做功，机械能应转化为内能，气体的温度升高；火花塞点燃汽油，生成的高温高压燃气将活塞迅速向下推动做功；然后气缸内的废气被向上运动的活塞排出气缸。四个冲程各零部件的工作情况我总结成一个表格吧。气门开合情况活塞运动方向备注进气门排气门吸气冲程开关向下吸入汽油和空气混合物压缩冲程关关向上机械能转化为内能关关向下产生电火花点燃汽油7\n做功冲程内能转化为机械能排气冲程关开向上排出废气所以我认为：1.汽油机工作时就是这四个冲程按顺序一次次循环完成的。2．汽油机每完成一个冲程，曲轴转动半圈，所以一个工作循环，包含了四个冲程，但只做功一次，曲轴转动两圈。3．这四个冲程中，只有做功冲程内能转化为机械能，活塞是被燃气推动，同时活塞通过连杆推动曲轴转动的；另外三个冲程活塞则是被曲轴向下拉动和向上推动的，是要消耗一部分机械能才能完成的，所以可称为辅助冲程。柴油机（重要性：★★★★）老师：你总结得非常好！学生，再来看看柴油机的结构示意图，你想想四冲程柴油机又是如何工作的？如图所示，柴油机主要由①进气门、②排气门、③喷油嘴、④汽缸、⑤活塞、⑥连杆、⑦曲轴构成。学生：从图中我看出，柴油机气缸上部与汽油机不同，汽油机顶部有一个火花塞，而柴油机顶部则是一个喷油嘴。这说明柴油机吸气冲程并没有吸入柴油。四冲程柴油机的工作过程也应由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断按顺序循环完成。其中压缩冲程和做功冲程有明显的能量转化。压缩冲程也是消耗机械能，转化为气缸内气体的内能；做功冲程也是燃气推动活塞做功，内能转化为机械能。7\n老师：呵呵，你的推测正确！柴油机正是在压缩冲程末通过喷油嘴向气缸内喷射雾状柴油的，这些柴油进入气缸后会立即猛烈燃烧。你想想，这是为什么？学生：我想想，这应该是压缩冲程末气缸内空气的温度超过了柴油的燃点的缘故。看来柴油机的压缩冲程要比汽油机的压缩冲程对气体的压缩程度大。老师：对啊，我们把汽油机的燃烧方式称为点燃式，柴油机的燃烧方式称为压燃式。还要告诉你的知识是：柴油机的效率要比汽油机高一些，但柴油机比较笨重，所以轻型汽车一般用汽油机当发动机，而载重汽车则一般配用柴油机当发动机，你要记住呀。◇学生笔记汽油机与柴油机的工作过程：1．四冲程汽油机和柴油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断按顺序循环完成工作的；原理都是将燃气的内能转化为机械能的。2．汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物，而柴油机只吸入空气；3．汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式。◇要点训练1．关于热机，下列说法正确的是()A．随着科学技术的发展，热机的效率可达到100％B．四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程C．柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的效率D．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大答案：B7\n解析：热机工作时，由于燃料不可能完全燃烧，有些化学能没有转化为内能；转化成的内能有一些以散热的形式损失了；排出的废气带走了大量内能；由于热机零部件之间存在摩擦力，又有一些机械能损失；所以热机的效率不太高，不会达到100%。四冲程汽油机的做功冲程和压缩冲程进气门和排气门都关闭，不同之处是活塞的运动方向不同。柴油机是利用安装的飞轮的惯性让曲轴继续转动完成排气、吸气、压缩三个辅助冲程。至于柴油机的效率比汽油机的高的原因，是构造上和点火方式上存在差异。2.单缸汽油机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的是＿＿＿＿冲程，主要利用惯性来工作的冲程有＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。答案：做功 吸气 压缩 排气3.汽油机的工作的四个冲程为:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，如图所示为＿＿＿＿冲程。在压缩冲程中，活塞压缩气体做功，气体的内能＿＿＿＿(填增大或减小)，＿＿＿＿能转为气体的内能。答案：做功 增大 机械4.一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r／min，该汽油机每秒钟内完成＿＿＿＿个冲程，做功＿＿＿＿次。答案：40 10排 量2.0L输出功率120kW转 速6000r/min5.如图所示为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。7\n（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将________能转化为＿＿＿＿能。（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。①该发动机在1s内做功＿＿＿J，单缸排量V=＿＿＿L。②在每个做功冲程里，发动机做功W=＿＿＿＿J。（3）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为，式中p表示燃气对活塞的压强，则p＝＿＿＿Pa。（1L=10-3m3）（4）如图所示为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出了公式的证明，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用S、L或p表示）：设活塞的面积为S，冲程长为L，燃气对活塞的压强为p，则燃气对活塞的压力F＝＿＿＿＿，燃气对活塞所做的功W＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V＝＿＿＿＿＿＿＿＿，故。答案：（1）内能 机械 （2）①②因为 而且飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功7\n所以1s内完成的做功冲程为 100×2＝200（次）因此在每个做功冲程里，发动机做功（3）（4）7
