Question

19．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和品质．若某台以93号汽油为燃料的汽车，其发动机的相关数据如下表所示．表中空燃比指汽缸内空气和燃油的质量比．

1min内完成的 工作循环数	2400个	汽缸内汽油和空气混合气体的密度	1.3kg/m3
汽缸的工作容积	1.8L	汽油的热值	4.6×107J/kg
发动机最大功率	82.8kW	空燃比	12：1

（1）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乙甲丁丙（对甲、乙、丙、丁重新排序），其中内能转化为机械能的冲程是图丁．

（2）汽车以120km/h的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，此时汽车1min内做的有用功是多少？
（3）汽车完成一个工作循环时，气缸内汽油和空气混合气体的质量是2.34×10^-3kg，气缸内汽油的质量是1.8×10^-4kg，燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（4）当汽车以120km/h的速度匀速行驶时，发动机的效率是多大？

Answer 1

分析 （1）内燃机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程，同时需要掌握内燃机四冲程的特点；
（2）已知发动机的最大功率，直接根据W=Pt即可求出汽车1min内做的有用功；
（3）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，再利用放热公式Q=mq求出燃料完全燃烧放出的热量；
（4）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）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；
故一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是：乙甲丁丙；
其中做功冲程（即图丁）内燃机给汽车提供动力，此冲程中能量的转化是内能转化为机械能．
（2）发动机的最大功率P=82.8kW=8.28×10⁴W，时间t=1min=60s，
由P=$\frac{W}{t}$得，汽车1min内做的有用功
W_有=Pt=8.28×10⁴W×60s=4.968×10⁶J；
（3）汽缸内汽油和空气混合气体的体积等于汽缸的工作容积，
即V=V_容=1.8L=1.8×10^-3m，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，汽油和空气混合气体的质量：
m=ρV=1.3kg/m³×1.8×10^-3m³=2.34×10^-3kg，
因为空燃比是13：1，
所以汽油的质量：m_汽油=$\frac{1}{13}$m=$\frac{1}{13}$×2.34×10^-3kg=1.8×10^-4kg，
完成一个工作循环时，汽油燃烧释放的热量：
Q_放=m_汽油q
=1.8×10^-4kg×4.6×10⁷J/kg
=8.28×10³J．
（4）1min内完成的工作循环数是2400个，
则1min内汽油燃烧释放的热量：
Q_放′=2400Q_放=2400×8.28×10³J=1.9872×10⁷J；
发动机的效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{Q}_{放}^{′}}$×100%
=$\frac{4.968×1{0}^{6}J}{1.9872×1{0}^{7}J}$×100%
=25%．
答：（1）乙甲丁丙；丁；
（2）汽车1min内做的有用功是4.968×10⁵J；
（3）2.34×10^-3；1.8×10^-4kg；燃料完全燃烧放出的热量是8.28×10³J；
（4）发动机的效率是25%．

点评 本题考查了内燃机的工作过程，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．