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1. 실험 목적 및 개요
열역학 수업을 통해 배운 내연기관 이론을 바탕으로 실제 가솔린 엔진의 성능을 평가하고 이론 과 비교하여 본다. 엔진 회전속도와 부하에 따라 실린더 내부 압력, 토크 데이터를 취득하고, 그 데이터를 바탕으로 계산을 통해 효율을 구한다.

2. 기초 이론

이론과 실제 사이클의 P-V 선도

실제 엔진에서는 각종 손실에 의해 효율이 감소한다.
연소 과정에 시간이 필요함
하사점(BDC) 이전에 배기 밸브 열림 : 일 손실 발생
실제 엔진은 개방형 사이클 : 기체 성분을 외부와 교환
하사점(BDC) 이후에 배기 밸브 닫힘 : 압축비 감소

내연기관의 실린더 보어(Bore)의 지름을 B[m2], 행정(stroke)의 길이를 S[m], 실린더 내부 압력을 P[N/m2] 라 하면, 시스템이 외부에 하는 일은 다음과 같다.
= ∫ = ∫ 2 [ ∙ ] 4
: 도시일
: 실린더 내부 압력
: 실린더 체적
: 실린더의 행정

2.1 도시평균유효압력 [Indicated Mean Effective Pressure]
그림 1. 의 P-V 선도의 면적은 1 사이클 당 1 개의 실린더에서 수행된 일을 나타낸다. 이 면적을 동일한 면적의 직사각형으로 대체할 수 있다. 이때 직사각형의 긴 가로 변의 길이는 그 기관의 행정 체적과 같게 한다. 그러면 직사각형의 세로 변의 길이가 바로 도시평균유효압력(IMEP)가 된다.
= ∙
: 도시일
: 도시평균유효압력[IMEP]
: 행정체적

또한, 1 사이클 당 한 일은 크랭크각도 -360 도부터 360 도 까지 의 합 이므로, ∑ = ∑ () ∗() ∗ = = ∙ 가 된다.

2.2 제동평균유효압력 [Brake Mean Effective Pressure]
제동평균유효압력은 축출력에 의해 발생된 일을 행정체적으로 나눈 값이다. 따라서 동력계 상에서 측정한 토크를 통해 역산하여 구할 수 있으며, 일반적으로 토크와 제동평균유효압력은 다음과 같이 표시할 수 있다. (축출력은 1 개의 실린더가 아닌 모든 실린더에서 발생된 출력의 합 이므로, 행정체적에 실린더 수를 곱한다.)

참고 자료

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