题目内容

19.小亮家有一辆轿车,爸爸在给他讲车的性能时,总是说“2.0的排量”,却很少说“功率”,为此小亮特地从网上查到了排量的定义:活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量.如果发动机有若干个气缸,所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量.小亮从说明书上查到家中的轿车采用的是LFX直列四缸发动机,排量为2.OL;从网上查找到了了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示.(已知所使用汽油的热值为4.6×107J/kg,密度为0.72×103kg/m3)
(1)根据如图分析,在发动机转速为1000~5000r/min范围内,它的输出功率与转速大致成正比.
(2)小亮又向爸爸询问了一些实测数据:一般路况下,平均车速为100km/h时,发动机转速为2000r/min,平均油耗为10L/lOOkm.参考图中的数据,分析这辆汽车在这种状态下行驶时,发动机的效率约为多少?
(3)当发动机转速为3000r/min时,则发动机每个工作循环所需要的时间为0.01s;设做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0,发动机排量为V排,每个活塞的受力面积为S,活塞移动距离为L,则发动机转速为n时该轿车的输出功率P与发动机排量为V排的关系式为A:
A.np0V排/2    B.np0V排 C.2np0V排 D.4np0V排.

分析 (1)由这台发动机输出特性曲线可以得出发动机转速为1000--5000r/min范围内输出功率与转速的大致关系;
(2)先根据图象得出发动机转速为2000r/min时的输出功率,根据t=$\frac{s}{v}$求出发动机工作的时间,根据W=Pt求出求出汽车做的有用功;根据m=ρV求出燃烧汽油的质量,根据Q=mq求出汽油放出的总热量,即为总功,根据效率公式求出发动机的效率;
(3)根据发动机转速得到每个工作循环所需要的时间;
先设出做功冲程燃气对活塞的平均压强和发动机排量,根据F=PS求出做功冲程燃气对一个活塞的平均压力,根据W=Fs求出每个做功冲程燃气对一个活塞做的功,再根据P=$\frac{W}{t}$得出发动机转速为n时燃气对活塞做功的功率,进一步得出发动机的输出功率与其排量的关系.

解答 解:
(1)由这台发动机输出特性曲线可以看出,在发动机转速为1000-500r/min范围内,它的输出功率与转速大致成正比关系;
(2)由发动机输出特性曲线可知:发动机转速为2000r/min时,其输出功率约为30kW,
因为P=$\frac{W}{t}$,
所以有用功为W有=Pt=$\frac{Ps}{v}$=$\frac{3×1{0}^{4}W×1×1{0}^{5}m}{100×\frac{1}{3.6}m/s}$=1.08×108J;
总功为W总=mq=ρVq=0.72×103kg/m3×10×10-3m3×4.6×107J/kg=3.312×108J;
发动机的效率:η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.312×1{0}^{8}J}×100%$≈32.6%;
(3)四缸发动机是每转0.5圈对外做功1次,转速是3000r/min,则1min对外做功3000/0.5=6000次,也就是完成6000个工作循环所以发动机转速为3000r/min时,
每个工作循环所需要的时间为t=$\frac{60}{6000}$s=0.01s;
设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p0,发动机排量为V排,则一个活塞的排气量$\frac{1}{4}$V排,
做功冲程燃气对一个活塞的平均压力:F=p0S,
每个做功冲程燃气对一个活塞做的功:W0=FL=p0SL=$\frac{1}{4}$p0V排,
发动机转速为n时,燃气对活塞做功的功率:P=$\frac{W}{t}$=2n×$\frac{1}{4}$P0V排=$\frac{1}{2}$nP0V排,
所以,在发动机转速n,做功冲程汽缸平均压强p0大致相同时,燃气对活塞做功的功率P与发动机排量V排成正比.故选A.
答:
(1)正;
(2)发动机的效率约32.6%;
(3)0.01;A.

点评 此题综合性很强,且难度很大;涉及到热量的计算,功和功率的计算、压强问题、速度计算;将三类问题通过发动有机的结合在一起,充分利用题目的已知条件,就可解答此题.

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