第三节
内燃机（2）
编审人：刘仁坤
【学习目标】
1、会根据飞轮的转速计算工作循环个数、冲程个数及对外做功次数；
2、巩固压强公式、功的公式及功率公式的在热机计算中的灵活应用；
3、培养学生利用已学的力学知识解决生活中的实际问题的能力．
【重点难点】
重点：掌握四冲程的特点及能量转化情况；
难点：利用压强公式、功和功率公式进行有关热机的综合计算．
【自主学习、夯基寻困】
1．内燃机
【知识点的认识】
四冲程内燃机的一个工作循环由
冲程、
冲程、
冲程、
冲程四个冲程组成．在一个工作循环中飞轮和曲轴转
周，活塞往复运动
次，对外做功
次．
【命题方向】
第一类常考题：
例1：某飞轮转速为2400r/min的四冲程汽油机，每秒内完成
个冲程，对外做功
次．
例2：如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观察到棉花着火燃烧．此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能
，这与四冲程汽油机的
冲程的能量转化相同．某台汽油机飞轮的转速为3000r/min，在1min内，汽油机完成
个工作循环．
第二类常考题：
例1：现代生活中最重要的交通运输工具--汽车，与我们的生活走得越来越近了．已知某四冲程汽油机曲轴转速是1800r/min．
（1）此汽油机每秒钟完成
个冲程，对外做
次功．
（2）若该单缸汽油机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞扫过的距离是30cm，燃气的平均压强是5×105Pa，则该汽油机每个循环对外做功是
J．
【合作探究、互助解惑】
2．有关热机的计算
例1：某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中的移动距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）若燃气对活塞的平均压强为p，设活塞的面积为S，冲程长为L，汽缸工作容积（单缸排量）为V，如图所示，请推导出一个做功冲程燃气对活塞做的功W=pV．
例2：晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值．所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和．一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大．汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周．现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L，最大功率为74kw，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为5200r/min．汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为14：1，压缩比是10（即气缸总容积与燃烧室容积的比值），若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3，汽油的热值为4.6×107J/kg、密度为0.71×103kg/m3．请计算：
（1）这台发动机在最大功率时1min内发动机做的有用功．
（2）1min内发动机吸气冲程的次数．
（3）1min内发动机消耗汽油的质量．
【同步演练、拓展提升】
1．图1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．
（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）图2为发动机在做功冲程中的示意图．下面给出公式W=pV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
W=pV．
2．如图是四冲程汽油机的剖面图．表中所示的是某品牌轿车汽油发动机的部分参数．
其中“额定功率”是发动机工作时的最大机械能功率．“额定转速”是对应额定功率下发动机曲轴的转速．“排气量”是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和．“压缩比”即气缸总容积，（燃烧室容积与排气量之和）与燃烧室容积的比值．“空燃比”即混合气体中空气和汽油的质量比．
已知此发动机在额定功率时汽油和空气混合物的密度为1.35kg/m3、93#汽油的热值为4.6×107J/Kg，1L=10-3m3．
请你根据提供的数据计算这台发动机以额定功率行驶时：（设在排气冲程中将所有废气排出气缸）
①1min内发动机做的有用功；
②一个工作循环吸入汽油和空气混合物的体积；
③1min吸入汽油的质量；
额定功率
100kW
额定转速
5000r/min
排气量
1.8L
压缩比
10：1
空燃比
14：1
无铅汽油
93#
④热机的功率（保留2位有效数字）
3．晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值．所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和．一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大．现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L，最大功率为74kW，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为5200r/min．这台发动机每个工作循环吸入的汽油为2×10﹣4kg，汽油的热值为4.6×107J/kg、密度为0.71×103kg/m3．请回答：
（1）汽车发动机每一个工作循环要经历
个冲程，带动曲轴转动
周．
（2）这台发动机在最大功率时的效率？
（3）发动机在最大功率时，汽车的最高时速为175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升？第三节
内燃机（1）
编审人：刘仁坤
【学习目标】
1、了解汽油机的基本构造和工作原理；
2、归纳总结汽油机与柴油机在构造和工作过程中的异同点；
3、熟记内燃机的工作循环、冲程个数、飞轮和曲轴转动圈数及做功次数的关系．
【重点难点】
重点：内燃机的四个冲程特点及能量转化；
难点：汽油机和柴油机的构造和工作过程．
【自主学习、夯基寻困】
1．热机
【知识点的认识】
煤炭、汽油和柴油等燃料燃烧时，将储存的
能转化为蒸汽或燃气的
能，各种将蒸汽或燃气的内能转化为机械能的发动机称为
．热机的种类分为：①蒸汽机；②内燃机；③汽轮机；④喷气发动机．
其中内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机．内燃机分为汽油机和柴油机．
一、汽油机：
（1）构造：进气门、排气门、气缸、火花塞、曲轴、连杆等．
（2）工作原理：在气缸内燃烧汽油，生成高温高压的燃气〔化学能→
能〕，使燃气推动活塞做功〔内能→
能〕．
（3）冲程：活塞在往复运动中从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程．
（4）工作过程：多数汽油机是由吸气、
、
〔燃烧﹣膨胀做功〕和排气冲程的不断循环来保证连续工作的．
（5）工作过程中能量的转化：①
冲程：机械能→内能；②
冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能．
（6）汽油机工作的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对活塞做功，其它三个冲程要靠飞轮的
来完成．在开始运转时，要靠外力先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后，汽油机才能自己工作．
二、柴油机：
（1）构造：与汽油机相似，区别在于柴油机顶部没有火花塞，而有一个
．
（2）工作原理：与汽油机相同．
（3）工作过程：与汽油机相似．
（4）柴油机启动时也要靠外力使飞轮和曲轴转动起来．
（5）特点与应用：
特点：柴油比汽油便宜，但柴油机比较笨重．
应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船以及发电机．
【命题方向】
第一类常考题：
关于热机错误的说法是（ ）
A．利用内能来做功的机器叫热机?
B．蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热机?
C．一切热机的工作过程都包括四个冲程?
D．用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率
第二类常考题：
柴油机和汽油机在构造上的主要区别是：柴油机气缸顶部有
，汽油机气缸顶部有
，在吸气冲程中的不同是：汽油机吸入气缸里的是
，柴油机吸入气缸里的是
．
【合作探究、互助解惑】
2．内燃机的四个冲程
【知识点的认识】
内燃机是热机的一种，是燃料在汽缸内燃烧的热机．内燃机分为
和
．
（1）汽油机的工作原理：燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能转变为高温高压的燃气（蒸汽）的内能，又通过燃气（蒸汽）推动活塞做功，由内能转变为机械能．
（2）汽油机的工作流程：内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的，如图．
①吸气冲程：进气门
，排气门
．活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸．
②压缩冲程：进气门和排气门都
，活塞向
运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高．
③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向
运动，带动曲轴转动，对外做功．
④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸．
（3）工作过程中能量的转化：①压缩冲程：机械能→内能；②做功冲程：先是化学能→内能，再由内能→机械能．
（4）柴油机是以柴油为燃料的内燃机，在工作时与汽油机工作原理相同．
区别：①在吸气冲程里吸进气缸的只有空气，而汽油机吸进的是汽油和空气的混合物；
②在压缩冲程里，活塞把空气的体积压缩得很小，空气的压强更大，温度更高；
③点火方式：柴油机﹣
；汽油机﹣点燃式．
【命题方向】
第一类常考题：
下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况．关于对图中①②③④的补充正确的是（ ）
A．①做功冲程
②内能转化为机械能
③压缩冲程
④机械能转化为内能
B．①压缩冲程
②内能转化为机械能
③做功冲程
④机械能转化为内能
C．①压缩冲程
②机械能转化为内能
③做功冲程
④内能转化为机械能
D．①做功冲程
②机械能转化为内能
③压缩冲程
④内能转化为机械能
第二类常考题：
如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于做功冲程的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【同步演练、拓展提升】
1．目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项．下列我国“陆、海、空、天”装备中动力机械不属于热机（利用内能做功的机械）的是（ ）
A．中国高铁交流异步牵引电动机
B．052D型导弹驱逐舰燃气轮机
C．歼20战机涡扇15煤油发动机
D．长征五号火箭液氢液氧发动机
2．一般汽油机的一个工作循环分为四个冲程，每个冲程都伴随着能量的转移或转化，其中主要将机械能转化为内能的冲程是（ ）
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
3．汽油机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此时气体的温度和内能的变化情况是（ ）
A．温度降低，内能增大
B．温度不变，内能不变
C．温度升高，内能增大
D．温度降低，内能减小
4．热机的基本工作原理是：燃料的
机械能．
5．如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知：
（1）这种内燃机是
机；
（2）它表示的是
冲程；
（3）在这个冲程中
能转化为
能；
（4）完成这一冲程，曲轴和飞轮转
圈；
（5）仔细观察其铭牌，可看见“1800r/min“字样，则它正常工作时，1秒钟对外做功
次，完成了
个循环，
个冲程．
