Question

15．发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能与品质，现在汽车主要分汽油与柴油两类发动机，其中汽油发动机提供动力的是内燃机的汽缸．某台以汽油为燃料的汽车，发动机内有四个汽缸，其相关数据如表所示．

1min内完成的工作循环	2600次	93° 汽油	汽缸内汽油和空气的混合密度	1.35kg/m3
排气量	1.8L		热值	4.6×103J/kg
发动机最大功率	75kW		空燃比	14：1

（1）汽车以100km/h速度匀速运动时发动机的输出功率最大，则1min内做有用功4.5×10⁶J．
（2）汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是乙甲丁丙（对甲、乙、丙、丁重新排序），如图所示的丁冲程给内燃机汽车提供动力．
（3）汽车排气量是指发动机汽缸的工作容积，汽车排气量越大，功率越大．空燃比是指汽缸内空气和燃料的质量比．当汽车以100km/h的速度匀速行驶时，完成一次工作循环做的有用功是1769J；汽缸内汽油的质量是2.43×10^-3kg，完成一次工作循环汽油产生的热量是7820J，汽车发动机的效率是22.6%．

Answer 1

分析 （1）由表格数据可知，发动机的最大输出功率，根据W=Pt求出1min内做有用功；
（2）内燃机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程，且活塞向下运动的冲程是做功冲程，内燃机给汽车提供动力；压缩冲程中机械能转化为内能；
（3）先求出完成一个工作循环做的有用功；
根据m=ρV算出燃气的质量，然后根据空燃比算出汽油的质量；
发动机的效率是有用功跟汽油燃烧释放热量的比值．

解答 解：
（1）汽车以100km/h速度匀速运动时，1min中内做的有用功：
W=Pt=75000W×60s=4.5×10⁶J；
（2）甲中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是第二冲程；
乙中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；
丙中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；
丁中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，是第三冲程；
故排序为：乙甲丁丙．其中做功冲程给内燃机汽车提供动力．
（3）完成一个工作循环做的有用功：
W′=$\frac{4.6×1{0}^{6}J}{2600}$≈1769J；
根据ρ=$\frac{m}{V}$可得，做一次功燃气的质量：
m_燃气=ρV=1.35kg/m³×1.8×10^-3m³=2.43×10^-3kg，
因为空燃比是14：1，
所以做一次功消耗的汽油质量：
m=2.43×10^-3kg×$\frac{1}{14}$≈1.7×10^-4kg；
完成一次工作循环汽油产生的热量：
Q=m_汽油q=1.7×10^-4kg×4.6×10⁷J/kg=7820J，
发动机的效率：
η=$\frac{W′}{Q}$=$\frac{1769J}{7820J}$×100%≈22.6%．
故答案为：
（1）4.5×10⁶；
（2）乙甲丁丙；丁；
（3）1769；2.43×10^-3；7820；22.6%．

点评 本题考查速度、功率、效率的计算，考查面比较广，关键是公式及其变形的应用，最容易出错的是物理量的单位和单位的换算．