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69W,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 |
(1)该汽车的动力蓄电池最多可储存多少焦的电能?
(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)
解:(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
b:根据表中数据,当速度为1m/s时,E=6.0×102,
设这一过程中汽油发动机做的总功为W,由动能定理有:
蓄电池获得的电能 E电=W×50%=1.5×105J;
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=2500×69×10-3W×60s=10350J,
∵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
,
发动机消耗汽油的质量:7.2×10-4kg×10÷9
=8×10-4kg
1min内汽油完全燃烧放出的热量:
W总=8×10-4kg×4.6×107J/kg=3.68×104J,
这台发动机在最大功率时的热机效率
η=
W有用 |
W总 |
×100%=
10350J |
3.68×104J |
×100%≈28%.
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28%.