走進熱機的世界

郭勇

熱機是把燃料燃燒時釋放的內能轉變為機械能的裝置。熱機使人類擺脫了繁重的體力勞動，促進了生產的發展，帶來了工業革命，在現代工業生產中仍有不可替代的作用。下面我們一起走進熱機的世界。

一、熱機工作沖程的判斷

熱機的工作過程有吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。內燃機四沖程的簡要判斷方法是：一看氣門開閉情況，二看指示標志，三看活塞運動方向。活塞向下運動時，若進氣門打開，排氣門關閉，則為吸氣沖程（一般在進氣門處標有吸入氣體的方向指示箭頭）;活塞向下運動時，若兩氣門均關閉（圖片上方常有火花塞點火或噴油嘴噴油標志）為做功沖程;活塞向上運動時，若兩氣門均關閉為壓縮沖程;活塞向上運動時，若進氣門關閉，排氣門打開（一般在排氣門處有排出氣體的方向指示箭頭）為排氣沖程。

例1（2019·云南·昆明）下圖是汽油機工作的四個沖程，其中表示排氣沖程的是（ ）。

解析：圖片A中，兩氣門都關閉，活塞向上運動，汽缸容積變小，是壓縮沖程;圖片B中，進氣門打開，活塞向下運動，且有氣體流入汽缸的指示箭頭標志，是吸氣沖程;圖片C中，排氣門打開，活塞向上運動，且有氣體流出汽缸指示箭頭標志，是排氣沖程;圖片D中，兩氣門都關閉，活塞向下運動，汽缸容積變大，火花塞噴出電火花，是做功沖程。

答案：C

點評：在判斷時，仔細分析圖片，一要看清楚進氣門和排氣門的開閉情況，二要看清楚指示箭頭的方向，三要看清楚活塞運動方向，這是準確判斷四個沖程的關鍵。

二、汽油機和柴油機的區別和聯系

汽油機和柴油機是生產生活中最常見的兩種熱機，盡管它們結構相似，工作原理相同，但也有諸多不同，為方便同學們準確掌握，用表格總結如下：

四沖程汽油機和柴油機的異同比較

[不同點 汽油機 柴油機 構造 火花塞 噴油嘴 燃料 汽油 柴油 吸氣沖程吸入的物質 空氣和汽油 空氣 壓縮沖程末汽缸內的溫度 低 高 點火方式 點燃式 壓燃式 做功沖程燃氣的壓強 低 高 優缺點 體積小，噪音低，轉速高 燃油經濟性好（效率高），低速扭矩大 應用 制造輕便機械 制造重型機械 相

同

點 1.構造：主要部件有汽缸、進氣門、排氣門、活塞、連桿、曲軸;

2.工作：都分為吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程四個沖程 ]

例2 下列關于汽油機和柴油機的主要區別，其中錯誤的是（ ）。

A. 柴油機的上部是噴油嘴，汽油機的頂部有火花塞

B. 在做功沖程中，柴油機的點火方式叫點燃式，汽油機的點火方式叫壓燃式

C. 柴油機比汽油機笨重，但燃料便宜

D. 柴油機吸入汽缸的只是空氣，汽油機吸入汽缸的是汽油和空氣的混合物

解析：汽油機和柴油機構造上的主要不同就是柴油機的上部是噴油嘴，汽油機的頂部有火花塞，A說法正確;在做功沖程中，柴油機的噴油嘴噴出柴油，被高溫高壓空氣點燃，該點火方式叫壓燃式，汽油機的火花塞噴出電火花，點燃吸入的汽油和空氣的燃料混合物，該點火方式叫點燃式，B說法錯誤，D說法正確;柴油機比汽油機笨重，但燃料便宜，C說法正確。

答案：B

點評：明確汽油機和柴油機的異同、準確掌握表格中內容是解題關鍵。

三、熱值及熱機效率計算

（1）熱值及熱量的計算

對于熱機中所使用的固體和液體燃料，一般情況下采用質量反映它們的多少，所以計算公式為Q放 = qm。對于氣體燃料，一般情況下采用體積反映它們的多少，所以計算公式為Q放= qV。其中Q放表示燃料完全燃燒時所放出的熱量，該值為熱機在理想情況下所做的總功。

（2）熱機效率的計算

熱機中用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒所放出的熱量之比為熱機的效率。熱機效率的計算一般有兩種方法：一種是利用有用功與總功的比值，一種是根據能流圖進行計算。熱機效率很低，提高熱機效率的途徑有：（1）使燃料盡可能燃燒充分;（2）使用時，注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦消耗的能量;（3）在設計和制造上，不斷改進和革新，以減小各種能量損失;（4）在提高燃料利用率主要措施上，設法利用廢氣中的能量。

例3（2019·四川·瀘州）截至2019年4月14日，瀘州云龍機場已開通31條航線。從云龍機場飛往北京的某航班在水平跑道上加速的初始階段，飛機牽引力沿水平方向，大小為9.2 × 104 N，經過的路程為1000 m，則牽引力所做的功為 J;若飛機發動機的效率為25%，在此過程中，消耗的汽油為 kg。（汽油的熱值q = 4.6 × 107 J/kg）

解析：（1）已知牽引力和行駛路程，可以得到牽引力做的功：飛機行駛1000 m，牽引力做的功為W = Fs = 9.2 × 104 N × 1000 m = 9.2 × 107 J。

（2）已知發動機效率和牽引力做的功，可以得到發動機做的功：

因為η = W有用/W總，所以發動機做的功為W總 = W有用/η = 9.2 ×107 J /25% = 3.68 × 108 J，即汽油完全燃燒放出的熱量為Q = W總 = 3.68 × 108 J。因為Q = mq，所以消耗的汽油質量為m = Q/q = 3.68 × 108 J/ （4.6 × 107 J/kg） = 8 kg。

答案：9.2 × 107;8

點評：掌握基本公式是正確解答的關鍵。