问题描述:
(2014?无锡)有一混合动力汽车,由汽车发动机(汽油机)和电动机为驱动系统提供动力,汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程,带动曲轴转动两圈,该汽油发动机的最大功率是69kW,以最大功率工作时曲轴转速为5000r/min.活塞从气缸一端运动到另一端所扫过的容积为气缸排气量,气缸容积与燃烧室容积之比为压缩比,如图为气缸容积和燃烧室容积的示意图,该车排气量是1.8L,压缩比为10:1,动力蓄电池额定电压为200V,容量(蓄电池放电电流和放电时间乘积)为150A?h,已知该车的动能E与其速度v的关系如下表所示.v/ms-1 | 1 | 2 | 4 | 10 | 20 |
E/J | 6.0×102 | 2.4×103 | 9.6×103 | 6×104 | 2.4×105 |
(2)a.当这辆汽车在平直公路上以108km/h的速度匀速行驶时,动力完全由汽油发动机提供,若汽车汽油发动机的输出功率为54kW,则此时汽车所受的阻力是多大?
b.当驾驶员看到前方限速标志时,立即减速并启动充电装置给动力蓄电池充电,汽车速度由108km/h减小到72km/h,若在此过程中动力蓄电池获得的电能为汽车所减少动能的50%,则动力蓄电池获得的电能为多少焦?
(3)若该汽车汽油发动机以最大功率工作时,吸气冲程末气缸内每升混合气体中汽油质量是7.2×10-4kg,此时这台汽油发动机的效率是多少?(q汽油=4.6×107J/kg)
最佳答案:
(1)蓄电池储存的电能:
W=UQ=200V×150A×3600s=1.08×108J;
(2)a:汽车以ν1=108km/h=30m/s匀速行驶时,汽车受到的阻力等于牵引力,有
P=
W |
t |
Fs |
t |
Ff=
P |
v |
54×103W |
30m/s |
b:根据表中数据,当速度为1m/s时,E=6.0×102,由E=m
1 |
2 |
2E | ||
|
2×6.0×102N |
(1m/s)2 |
v0=108km/h=30m/s,v末=72km/h=20m/s,
设这一过程中汽油发动机做的总功为W,由动能定理有:W=Ff?s=
1 |
2 |
v | 20 |
1 |
2 |
v | 2末 |
1 |
2 |
蓄电池获得的电能?E电=W×50%=1.5×105J;????????
(3)在1min内转动5000r,吸入汽油和空气的混合气2500次,
这台发动机在最大功率时1min内发动机做的有用功:
W有=69×103W×60s=4.14×106J,
∵压缩比是10(即气缸总容积与燃烧室容积的比值),
∴原吸入气体是排出气体的
10 |
9 |
∴汽油占其中的
1 |
9 |
发动机消耗汽油的质量:m=7.2×10-4kg×
1 |
9 |
1min内汽油完全燃烧放出的热量:
Q=2500×1.44×10-4kg×4.6×107J/kg=1.656×107J,
这台发动机在最大功率时的热机效率
η=
W有用 |
Q |
4.14×106J |
1.656×107J |
答:(1)该汽车的动力蓄电池最多可储存1.08×108J的电能;
(2)a:此时汽车所受的阻力是1.8×103N;b:动力蓄电池获得的电能为1.5×105J;
(3)此时这台汽油发动机的效率是25%.
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