Question

【題目】在當(dāng)今世界，研制各種機(jī)器都必需考慮節(jié)約能源和治理廢氣污染這一重要課題．在內(nèi)燃機(jī)中，廢氣帶走了很多能量，如果能將這些能量再利用起來，會使內(nèi)燃機(jī)的效率提高許多．某工廠科研人員研制生產(chǎn)的四沖程汽車專用柴油發(fā)動機(jī)，就采用了很多新技術(shù)．其中最重要的一項(xiàng)叫“增壓”技術(shù)，它是利用“廢氣渦輪增壓器”使排氣沖程中排出的高溫、高壓的廢氣去沖擊“廢氣渦輪”高速旋轉(zhuǎn)，它同時又帶動同軸的進(jìn)氣系統(tǒng)中的“進(jìn)氣渦輪”也高速旋轉(zhuǎn)，從而增加吸氣沖程的進(jìn)氣量并增大進(jìn)氣氣壓，使做功沖程中柴油燃燒的更充分，燃?xì)鈮簭?qiáng)更大，同時也減少了廢氣中的有害物質(zhì)，達(dá)到提高柴油發(fā)動機(jī)效率和減少廢氣污染的目的．這種柴油發(fā)動機(jī)有8個氣缸，活塞面積為12000mm，活塞行程為135mm，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2500r/min時，發(fā)動機(jī)功率為220kW，最低油耗可達(dá)260g/（KW.h），（1KW.h=3.6×106J），柴油的熱值為4.3×107J/kg。請回答下列問題：

（1）該柴油發(fā)動機(jī)的效率最高可達(dá)多少？_______________

（2）在做功沖程中氣缸內(nèi)的平均壓強(qiáng)是多少？___________

（3）如果將我國這種機(jī)型的汽車柴油發(fā)動機(jī)都安裝“增壓器”后，能使它們的平均效率提高，若安裝前平均效率是30％，安裝前按每年消耗4億噸柴油估算，使用這項(xiàng)技術(shù)后每年能為我國節(jié)約1億噸柴油，這項(xiàng)技術(shù)使柴油發(fā)動機(jī)的平均效率提高了多少？______________

Answer 1

【答案】32.2% 8.1×105pa 10%

【解析】

（1）發(fā)動機(jī)的最低油耗為表示獲得1kWh的電能消耗260g柴油，根據(jù)求出柴油完全燃燒釋放的熱量，利用求出該柴油發(fā)動機(jī)的最高效率；

（2）單缸四沖程柴油機(jī)的一個工作循環(huán)包括四個沖程，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次，據(jù)此求出一個氣缸每秒做功的次數(shù)，然后求出該柴油機(jī)每秒做功的次數(shù)，根據(jù)和 表示出一個氣缸每次做功沖程中所做的功，進(jìn)一步求出該柴油機(jī)每秒做的總功，利用表示出該柴油機(jī)的功率即可求出做功沖程中的平均壓強(qiáng)；

（3）由于安裝“增壓器”前后有用功是相同的，根據(jù)和得出等式即可求出應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)柴油發(fā)的動機(jī)效率，然后得出答案。

（1）表示獲得1kWh電能消耗260g柴油，則柴油機(jī)工作時獲得的有用功：，消耗260g的柴油完全燃燒放出的熱量：所以柴油機(jī)的效率為：；

（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速為時，因單缸四沖程柴油機(jī)的一個工作循環(huán)包括四個沖程，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次，所以，一個氣缸每秒做功的次數(shù)：則該柴油機(jī)每秒做功的次數(shù)，設(shè)做功沖程中的平均壓強(qiáng)為p，由和可得，一個氣缸每次做功沖程中所做的功：，則該柴油機(jī)每秒做的功：，該柴油機(jī)的功率：，所以，做功沖程中的平均壓強(qiáng)；

（3）因安裝“增壓器”前后有用功是相同的，所以，，則，這項(xiàng)技術(shù)使柴油發(fā)動機(jī)的平均效率提高了。

答：（1）該柴油發(fā)動機(jī)的效率最高可達(dá)32.2%；

（2）在做功沖程中氣缸內(nèi)的平均壓強(qiáng)是8.15×105Pa；

（3）這項(xiàng)技術(shù)使柴油發(fā)動機(jī)的平均效率提高了10%。