Question

曉欣同學看到一些小汽車的尾部都標有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網查詢得知這是汽車發(fā)動機“排氣量”的數(shù)值．所謂排氣量就是發(fā)動機氣缸的工作容積，是指所有氣缸內活塞從下止點到達上止點所掃過的容積之和．一般情況下發(fā)動機的“排氣量”越大，功率越大．汽車發(fā)動機每一個工作循環(huán)要經歷四個沖程，帶動曲軸轉動2周．現(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動機排氣量為1.8L，最大功率為74kW，當該發(fā)動機以最大功率工作時，曲軸的轉速為5200r/min．汽油機工作時的最佳空燃比（即空氣和燃油的質量比）為14：1，壓縮比是10（即氣缸總容積與燃燒室容積的比值），若發(fā)動機在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35kg/m³，汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg、密度為0.71×10³kg/m³．請計算：

（1）這臺發(fā)動機在最大功率時的熱機效率．

（2）發(fā)動機在最大功率時，汽車的最高時速為175km/h，計算在此情況下汽車每百公里油耗為多少升？

 

Answer 1

【答案】

（1）21%；（2）22.7L．

【解析】發(fā)動機的效率是有用功跟汽油燃燒釋放熱量的比值．先根據(jù)t=s/ v 求出時間，然后求出這段時間消耗的質量，再根據(jù)V′=m′/ ρ求出汽油的質量。

解：（1）這臺發(fā)動機在最大功率時1min內發(fā)動機做的有用功：W_有=74×10³W×60s=4.44×10⁶J，

在1min內轉動5200r，吸入汽油和空氣的混合氣2600次，

1min內發(fā)動機消耗汽油的質量為：m=ρV=1.35kg/m³×1.8×10/ 9 ×10-³m³×2600×1/ 15 =0.468kg，

1min內汽油完全燃燒放出的熱量W_總=0.468kg×4.6×10⁷J/kg≈2.15×10⁷J，

這臺發(fā)動機在最大功率時的熱機效率η=W_有/ W_總 =4.44×10⁶J/ 2.15×10⁷J ≈21%；

（2）汽車以最高時速175km/h前進100km所用時間：t=s/ v =100km /175km/h =4 /7 h≈34.3min，

汽車每行使100km的耗油質量為m′=0.47kg/min×34.3min≈16.1kg，

汽車每行使100km的耗油體積：V′=m′/ ρ =16.1kg/ 0.71kg/L ≈22.7L．

答：（1）這臺發(fā)動機在最大功率時的熱機效率為21%；

（2）發(fā)動機在最大功率時，汽車的最高時速為175km/h，汽車每百公里油耗為22.7升