①活塞下压时,是通过做功改变针筒内气体的内能
②t1-t2过程的能量转化与图2中丙相同
③密封气体在t2时刻的内能小于t3时刻的内能
④活塞静止后,密封气体的温度最终保持在 T2
⑤图2丙存在化学能能转化成内能的过程
⑥若图 2 内燃机飞轮转动速度为3600r/ min,则每秒完成涉及内能和机械能相互转化的冲程有30次
汽车发动机
发动机是汽车的动力源,汽油机以汽油为燃料,使活塞在汽缸中往复运动,一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程,汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积,它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(冲程长度),如果发动机有若干个汽缸,那么所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量,实际汽车往往采用多缸发动机。如图所示发动机有4个汽缸(图中标注1、2、3、4),通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个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吸气、压缩和排气冲程。
(1)汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为能;
(2)若一个汽缸排量为V,燃气对活塞的平均压强为p,则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为(用字母表示);
(3)若汽车发动机以恒定功率输出,在爬坡的时候减慢车速,目的是;
(4)若做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0 , 发动机排量为V排 , 则发动机转速为3000r/min时,该轿车的输出功率P与发动机排量V排的关系式为。
汽油机
单缸四冲程汽油机工作原理:汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,在吸气冲程中被吸入汽缸,混合气经压缩点火燃烧而产生内能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推动活塞作往复直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机一个工作循环在包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程.
科学家在四冲程发动机的基础上发明了“六冲程引擎”发动机.这种引擎在完成四冲程工作后,会把水注入汽缸,使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生第五冲程,为汽车提供动力.第六冲程是让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入汽缸的水.“六冲程引擎”发动机的优点是环保、效率高.
工程师还制造了四缸四冲程汽油机。制造时通过连杆把四个四冲程汽油机的活塞连在一根曲轴上如图所示.四缸四冲程汽油机分为两种:一种是同步汽油机,一种是异步汽油机.同步汽油机,四个汽缸在同一时间都是做的相同工作: 吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程.异步汽油机,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,其他三个汽缸分别做吸气、压缩和排气工作.
Q195型汽油机的部分技术规格如下表所示
汽缸数 | 单缸排量 | 额定功率 | 转速 | 燃气气压 |
1 | 0.5×10-3m3 | 2400 R/min | 5×106Pa |
其中,“额定功率”是指汽油机正常工作时对外所做机械功的功率;“单缸排量”是活塞从上止点到下止点所扫过的容积. “燃气气压”是指汽油机在做功冲程中燃气对活塞的平均压强.
四缸汽油机
通常汽车发动机依靠燃料在汽油机汽缸内燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功,从而对外输出有用功。汽缸是汽油机的核心部件,活塞在汽缸内往复运动,吸气、压缩、做功和排气四个冲程不断循环进行,活塞往复运动过程中,其在汽缸内所封闭空间的体积会不断发生变化。汽缸工作容积指活塞上表面从上止点到下止点所扫过的容积,该容积又称单缸排量,如图所示,它的大小取决于活塞的横截面积S和活塞从上止点运动到下止点距离l(即冲程长)。排量通常用升(L)或毫升(mL)来度量。
一般来讲,汽车的排量可以反映发动机(汽油机)输出功率的大小,所以增加汽缸数量或者增加每个汽缸的单缸排量可以提高发动机的输出功率。因而实际的汽车发动机都有多个汽缸,比如常见的四缸、六缸和八缸发动机。多缸发动机中每个汽缸的排量都相同,每个汽缸的排量之和就是汽车发动机的排量,常见的家用小客车发动机的排量一般为0.8L~2.8L。
如图所示为四缸发动机结构原理图:发动机通过连杆把四个汽缸的活塞连在同一根曲轴上,并使各汽缸的做功冲程的时间相互错开,在曲轴转动的每半周内,都有一个汽缸处在做功冲程,其他三个汽缸分别处在吸气、压缩和排气冲程。这样既能保证发动机有足够的输出功率,还能让发动机的动力连续平稳输出,减小发动机工作时带来的振动,从而提高乘坐汽车的舒适性。
此外,对于排量已经固定的发动机,也可以通过增加发动机的转动速度,即增加活塞的往复运动速度,以便在相同时间内增加汽缸的做功次数,从而提高发动机的输出功率。以一辆采用四缸汽油发动机的家用小客车为例,其发动机的排量为2.0L(即该发动机中四个汽缸工作容积的总和),发动机的转速表示每分钟曲轴所转的周数,用n表示,其单位为r/min(转每分钟)。通过测量得到了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示,可见在允许范围内,发动机转速增加时,输出功率也增加了。
根据上述材料,回答下列问题:
A.活塞在筒内往复运动时,与筒壁摩擦导致发热;
B.活塞在筒内往复运动时,不断压缩气体做功导致发热。
他们设计了实验进行探究,选用的实验器材有:打气筒、测温枪、计时器、气压不足的篮球等,分别在打气筒的上部和下部标注两个测温点,如图所示。请回答下列问题:
实验次序 | 时间/s | 活塞往复次数 | 上部温度/℃ | 下部温度/℃ |
1 | 10 | 20 | 30.7 | 36.6 |
2 | 10 | 20 | 30.2 | 36.2 |
3 | 10 | 20 | 30.5 | 36.3 |
小明分析表中实验数据可以验证猜想(填字母)一定正确。
(1)若某汽车的质量是2.1t,那么它的重力是多少?(g取10N/kg)
(2)压缩冲程中将机械能转化为_____能?
(3)若气缸内密闭空气的初始温度为t1=27℃,则相当于热力学温度T1是多少?
(4)柴油的着火点约为480K。若密闭空气的体积被压缩到原来的 , 压强将增大为原来的16倍。结合第(3)小问,试通过计算,判断此时能否将柴油点燃?
排量 | 2.0L |
输出功率 | 120kW |
转速 | 6000r/min |
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。