정적사이클(오토 사이클)

1장 기관의 성능

◎ 정적사이클(오토 사이클)

T₄-T₁

η₀ = 1- ───────

εk-1(T3-T2)

= 1- ─────

ε^k-1

ε : 압축비

K : 단열지수(비열비)

T₁ : 점화 전 절대온도

T2 : 점화 후 절대온도

T3 : 폭발행정 후의 절대온도

T4 : 흡입된 가스의 절대온도

◎ 정압사이클(디젤 사이클)

1 δ^k-1

η_d = 1-(──)^k-1×──────

ε K(δ-1)

ε : 압축비

δ : 단절비(정압 팽창비)

K : 비열비

◎ 복합 사이클(사바테 사이클)

1 αδ^k-1

η_s= 1-(──)k-1 ×───────

ε (α-1)+Kα(δ-1)

ε : 압축비

α : 폭발비(압력비)

δ : 단절비(체적비)

K : 비열비

◎ 피스톤의 작용력(F1)

2NL NL

Vs = ────── = ────── m/s

60×1000 30,000

πD²

F₁ = P×A=P×────(kg)

Vs : 피스톤 평균속도(m/sec)

N : 크랭크축(엔진) 회전수(rpm)

L : 행정(mm)

F₁ : 피스톤의 작용력(kg)

P : 연소실의 폭발압력(kg/cm²)

A : 실린더 단면적(cm²)

D : 실린더 내경(cm)

◎ 피스톤 핀의 강도

πD²

P×──── = 2b×d×δ

P×πD²

δ= ───────(kg/cm2)

8b×d

πD² πd²

P×─── = 2×────×r

4 4

r=(──)² ×P

D: 실린더 내경(cm)

P : 폭발압력(kg/cm2)

b : 핀 보스부의 폭(cm)

δ : 핀 보스부의 압축응력(kg/cm2)

r : 전단응력(kg/cm2)

◎ 압축비(compression ratio)

압축비(ε) = ────

Vc +Vs

= ──────

= 1+────

V = Vc+Vs

ε : 압축비

V : 실린더 체적

Vc : 연소실 체적

Vs : 행정 체적

◎ 배기량(piston displacement)

V = ───D2 ㆍL

Vt = ───D2 ㆍLㆍN

π R

Vm = ───D2ㆍLㆍNㆍ──

4 2

D: 내경(cm)

L : 행정(cm)

N : 실린더 수

R : 기관의 회전수(rpm)

2사이클 : R

4사이클 : ───

◎ 동력(power)

W =FㆍS

W FㆍS

P= ──── = ────────

t t

W : 일(kgㆍm)

F : 힘(kg)

S : 변위(m)

P : 동력(kgㆍm/s)

t : 시간(sec)

T =Fㆍr

◎ 회전력

2πTN

P = ──────(kgㆍm/s)

P : 동력(kg.m/s)

T : 회전력(m-kg)

N : 회전수(rpm)

◎ 마력(Horse power)

2πTN

HP = ──────(HP)

75×60

T: 회전력(m-kg)

N : 회전수(rpm)

◎ 지시마력(lndicated Horse Power)

PㆍAㆍLㆍNㆍ───

IHP = ───────────

75×60

P : 지시평균 유효압력(kg/cm2)

N : 실린더수

A : 실린더 단면적(cm2)

── : 4사이클 RPM

L : 행정(m)

R : 2사이클 RPM

◎ 마찰 마력(Friction Horse Power)

fㆍZㆍNㆍVs

FHP = ─────────

F×Vs

= ─────

f : 피스톤 링 한 개의 마찰력(kg)

Z : 실린더당 링수

N : 실린더 수

Vs : 피스톤 평균속도(m/sec)

F : 실린더수

◎ 제동(축,정미)마력 (Brake Horse Power)

BHP = η_m×lHP

2π×T×R T×R

BHP = ─────── = ─────

75×60 716.2

η_m: 기계효율(%)

T : 회전력(m-kg)

R : 회전수(rpm)

◎ 연료마력(Petrol Horse Power)

60C×W C×W

PHP= ─────= ──────

632.3t 10.5t

C : 연료의 저위 발열량(Kcal/kg)

W : 연료의 중량(kg)

t : 측정시간(분)

◎ 공칭(과세)마력(SAE마력)

M²N

내경이 mm인 경우(SAE) : HP=────

1613

D²N

내경이 inch인 경우(SAE) : HP= ────

2.5

M : 실린더 내경(mm)

N : 실린더 수

D : 실린더 내경(inch)

◎ 기계효율(η_m)

제동일(W_b)

η_m = ──────── ×100%

지시일(W_i)

제동마력(BHP)

η_m= ─────────× 100%

지시마력(IHP)

제동평균 유효압력(P_me)

η_m = ───────────── ×100%

지시평균 유효압력(P_mi)

◎ 지시평균 유효압력(P_mi)

P_me

P_mi = ─────(P_me)

η_m

◎ 제동평균 유효압력(P_me)

4πT

P_me = ─────η_m×P_mi

10V

P_mi: 지시평균 유효압력(kg/cm²)

η_m : 기계효율(%)

T : 회전력(m-kg)

V : 총 배기량(ℓ)

P_me : 제동평균 유효압력(kg/cm²)

◎ 열효율(thermal efficiency)

실제로 일로 변화된 열에너지

η_e = ───────────── ×100%

기관에 공급된 열에너지

632.3×BPS 632.3

= ────── ×100% =────×100%

G×Hι be×H

BPS : 제동마력

G : 매시간당 연료 소비량(kg/h)

Hι : 연료의 저위발열량(kcal/kg)

be : 제동연료 소비율(kg)

◎ 체적효율(volumetric efficiency)

실제로 흡인된 공기량

ηv = ─────────── ×100%

실린더 행정체적(배기량)

◎ 보일의 법칙(boyle' law)

P₁V₁ = P₂V₂ = 일정

P: 압력 V : 체적

◎ 샬의 법칙(charle's law)

V₁ T₁

─── =────

V₂ T₂

∴ V₁T₂ = V₂T₁

V1 : 표준상태의 체적

V2 : 현재상태의 체적

T1 : 표준상태의 절대온도

T2 : 현재상태의 절대온도

◎ 보일 샬의 법칙

P₁V₁ P₂V₂

──── = ────

T₁ T₂

∴ P₁V₁T₂ = P₂V₂T₁

◎ 연소에 필요한 공기량

L=─────W(kg/kg)

0.232

1 8

L= ────(──C+8H+S-0)(kg/kg)

0.232 3

L : 연소에 필요한 이론적 공기량

W : 연료 1kg을 연소시키기 위한 공기량

C : 탄소 H : 수소

S : 황

O : 산소

◎ 시간마력당 연료소비율(specific fuel comsumption)

총 연료 소비량(gr)

SFC = ────────────(g/psㆍh)

출력(PS) ×운전시간(HR)

◎ 주행연료 소비율

km/ℓ , ℓ/km

km : 주행거리 ℓ : 연료소비량

◎ 행정 내경비(stoke square ratio)

L/D =1 : 정방행정(square)기관

L/D <1 : 단행정(square)기관

L/D >1 : 장행정(square)기관

L : 행정

D : 내경

◎ 실린더벽의 두께

t = ───

2ㆍδ_a

P:폭발압력(kg/cm²)

D : 실린더 내경(cm)

t : 실린더의 두께(cm)

δa :재료의 허용응력(kg/cm²)

◎ 크랭크 핀의 벤딩 응력

──

M 4 8FI

δ_pb = ───=─── =───(kg/cm²)

Z πd³ πd³

───

M : 벤딩모멘트(kg)

Z : 핀의 단면계수(cm²)

F : 피스톤의 작용력(kg)

I : 크랭크 핀의 피치(cm)

d : 크랭크 핀의 직경(cm)

◎ 크랭크 저널의 벤딩 응력

───

M 2 16Fr

δ_jb= ─── = ──── = ───(kg/cm²)

Z πD³ πD³

───

D : 크랭크 저널의 직경(cm)

r : 암과 베어링 중심거리(cm)

◎ 크랭크 저널의 전단응력

F F

── ──

2 2 2F

T_i =─── = ────=────(kg/cm²)

A πD² πD²

───

A : 단면적(cm²)

◎ 4사이클 기관

N N

S = ───── = ───

60×2 120

◎ 2사이클 기관

S = ────

S : 초당 밸브 작동 횟수

N : 엔진 회전수(rpm)

◎ 밸브유효 직경

d_m = D √ ───

Vg : 밸브 통과 가스속도(m/sec)

Vs : 피스톤 평균속도(m/sec)

D : 실린더 내경

◎ 밸브 양정

πd_m d_m

H = ───── ≒ ────

12 4

H = h×──── -C

H : 캠의 양정

d_m : 밸브의 지름

l : 캠쪽 로커암 길이

l' : 밸브쪽 로커암 길이

C : 밸브와 로커암 간극

◎ 점화시기(ignition timing)

점화시기(IT) = R×360°×─── - F

= 6RT-F

R : 엔진 회전수(rpm)

T : 점화(착화) 지연시간(초)

F : 최대폭발 각도

◎ 라디에이터 코어 막힘

R₁-R₂

막힘률(C_R) = ─────── ×100%

R₁

R₁: 라디에이터 규정용량(신품용량)

R₂: 냉각수 주입용량(구품 용량)

◎ 옥탄가(octan rate)

이소옥탄

옥탄가 = ───────── ×100%

이소옥탄 + 정헵탄

◎ 세탄가(cetance rate)

세탄

세탄가 = ───────────× 100%

세탄 + α 메틸 나프탈린

◎ 연료분사량

각노즐 분사량의 합

평균분사량 = ──────────

노즐의 수

불균치(+) = 최대분사량 - 평균분사량

불균치(-) = 평균분사량 - 최소분사량

최대분사량 -평균분사량

불균율(-) = ────────── ×100%

평균분사량

평균분사량- 최소분사량

불균율(-) = ──────────×100%

평균분사량

2장 동력 전달 계통의 특성과 성능

◎ 속도(velocity)

속도 (V) = ────

V : 속도(m/s, m/mine, km/h)

S : 거리(m, km)

t : 시간(sec, mine, h)

◎ 가속도 (accelerator velocity)

(V₁-V₀)

가속도 (A)= ────────

V₁ : 나중속도

V₀ : 처음속도

t : 걸린시간

◎ 감속도(brake velocity)

(V₀-V₂)

가속도 (B)= ────────

V₁ : 나중속도

V₀ : 처음속도

t : 걸린시간

◎ 전달효율

T₂×N₂

전달효율(η) = ─────── ×100%

T₁×N₁

T₁ : 엔진토크(m-kg)

T₂ : 클러치 출력토크(m-kg)

N₁ : 엔진의 회전수(rpm)

N₂ : 클러치 회전수(rpm)

◎ 전달토크

Ps ×75×60

전달토크(T) = ─────────

2πN

Ps ×716

= ────────

클러치전달 토크(T) = μㆍFㆍRㆍn

Ps : 마력

N : 회전수(rpm)

μ : 마찰계수(보통 0.3∼0.5

F : 클러치를 미는 힘(kg)

R : 클러치 유효반경(m)

n : 클러치 판의 수

◎ 클러치 판의 압력

클러치 판의 압력(P) = ───────

──(D²-d²)

F : 클러치를 미는 힘(kg)

D : 클러치 판의 외경(cm)

d : 클러치 판의 내경(cm)

◎ 구동력

구동력(F) = ───

T : 회전력(m-kg)

r : 바퀴의 반경(m)

◎ 변속비(trans mission)

Z₂×Z_b

T_r= ───────

Z₁×Z_a

Z₁ : 입력축 기어잇수

Z₂ : 입력축과 물린 부축기어잇수

Z_a : 출력축과 물린 부축기어잇수

Z_b : 출력축 기어잇수

◎ 중공축

71620ㆍPsㆍr

최대토크(T) = ────────

π D⁴₁-D⁴₂

= ──(──────)ι

16 D₁

16D₁ㆍT

∴ ι = ────────

π(D⁴₁ - D⁴₂)

T : 최대 토크(m-kg)

D1 : 중공축의 외경(cm)

ι : 추진축 재료의 전단응력(kg/cm2)

N : 기관의 회전수(rpm)

D2 : 중공축의 내경(cm)

d : 실축의 지름(cm)

Ps : 엔진의 출력

r : 변속기의 감속비

◎ 실축

πd³

최대토크(T) = ──── × r

∴d =1.72 3√ ──

◎ 추진축의 위험회전수

60π EㆍI ㆍg

Nc = ──── ㆍ√ ──────

2ℓ² Aㆍr

ℓ : 추진축의 길이(mm)

E : 세로 탄성계수(kg/mm²)

I : 단면2차 모멘트(mm⁴)

A : 축의 단면적(mm²)

g : 중력 가속도(m/s²)

r : 재료의 비중량(kg/mm²)

◎ 재료가 강관의 경우 Nc

√ D21 + D22

Nc = 0.121×109ㆍ───────

ℓ2

◎ 감속비

링 기어 잇수

종감속비(Fr) = ────────

구동 피니언 잇수

총감속비(Tf) = 변속비×종감속비

◎ 구동력

토크(m-kg)

구동력(F) = ────────

바퀴의 반경(m)

◎ 주행속도

πDN 60

주행속도(V) = ────×────(km/h)

Tr ㆍFr 1000

D : 바퀴의 직경(m)

Tr : 변속비

Fr : 종감속비

N : 엔진의 회전수(rpm)

◎ 구름저항(rolling resistance)

구름저항(Rr) = μㆍWㆍcosθ

μ : 구름 저항계수

W : 차량중량(kg)

cosθ : 경사각

◎ 공기저항(air resistance)

공기저항(Ar) = f ㆍA ㆍV²

f : 공기 저항계수

A : 전면 투영면적(m²)

V : 자동차 주행속도(m/s)

◎ 가속저항(acceleration resistance)

W + W'

관성저항(Ra) = ─────── × a

g : 중력가속도(9.8m/sec²)

w : 차량중량(kg)

w' : 회전부분 상당중량(kg)

a : 가속도(m/sec²)

F : 여유 구동력(kg)

◎ 구배저항(gradient resistance)

WㆍG

구배저항(Rg) = Wㆍsinθ = ────

100

W : 차량중량(kg)

θ : 구배각도

G : 구배율(%)

◎ 전체 주행저항(total running resis tance)

R = Rr + Ar + Ra + Rg

W+W' WㆍG

= μㆍW +fㆍAㆍV² + ───×a + ───

g 100

◎ 주행마력(runnimg horse power)

R ×V

주행저항마력(Rps)= ──────

75×3.6

R×V

실제 저항 마력(Rap) = ──────

η×75×3.6

R : 전체주행저항(kg)

V : 주행속도(km/h)

η : 동력전달효율

3장 조향장치의 성능

◎ 최소 회전반경

최소회전반경(R) = ────── + r

sinα

α : 조향각(°)

L : 축거(m)

r : 타이어 중심과 킹판과의 거리(m)

◎ 조향 기어비

핸들의 회전각

조향기어비 = ─────────

피트먼암의 회전각

◎ 안전 경사 각도

우측 안전경사각도(tanα) = ───

좌측 안전 경사각도(tanα) = ───

Br : 우측 안전폭

H : 중심 높이

Bl : 좌측 안전폭

◎ 스프링정수(spring constant)

스프링정수(K) = ────(kg/mm)

W : 하중(kg)

a : 변형량(mm)

4장 제동장치의 이론과 성능

◎ 마스터 실린더 작용력

작용력(F₁) = ─── × F

A+B

작용력(F₂) = ──────× F

F : 페달에 가힌 힘(kg)

◎ 유압

F F 4ㆍF

유압(P) = ───= ─── =───(kg/cm2)

A πD2 πD2

───

F : 작용력

A : 실린더 단면적(cm2)

D : 실린더 내경(cm)

◎ 리딩 슈 토크

시계방향 모멘트(∑Mo) = Wl +μFR

시계반대방향 모멘트(∑Mo') = ───

W : 슈를 미는힘

μ : 슈와 드럼 마찰계수

R : 드럼의 반경

L : 라이닝의 길이

F : 슈와 드럼사이의 힘

◎ 트레일링슈 토크

시계방향 모멘트(∑Mo) = ─── +μPR

시계반대방향 모멘트(∑Mo') = WL

P : 슈와 드럼사이의 힘

◎ 운동에너지

WㆍV²

E = ──────

2μg

g : 중력가속도(9.8m/sec²)

V : 주행속도(m/sec)

W : 차량중량(kg)

μ : 마찰계수

◎ 공주거리

1000

S₁ = V ×──── ×t

3600

S₁= ───

V : 주행속도(km/h)

t : 공주시간(sec)

◎ 제동거리

V2 W+W'

S2 = ──── ×───────

254 F

F : 제동력(kg)

W : 차량중량

W' : 회전부분 상당중량(kg)

(승용차 : 0.05, 트럭 : 0.07)

V : 제동 초속초(km/h)

◎ 정지거리

V V²

정지거리(S_t) = S₁+S₂ = ─── + ───

36 254

W +W'

× ─────

V : 주행속도(km/h)

5장 전기장치의 이론과 실제

◎ 도체의 저항

ℓ

R = ρ ×───

R : 도체의 저항(Ω)

ρ : 물질의 고유저항(Ωcm)

A : 단면적(cm²⁾

ℓ : 길이(cm)

◎ 옴의 법칙(Ohm's law)

I = ──

E = IㆍR

R = ──

I : 도체에 흐르는 전류(A)

E : 도체에 가해진 전압(V)

R : 도체의 저항(Ω)

◎ 저항의 접속 직렬접속

R = R₁ +R₂+ R₃ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ+R_n

◎ 저항의 접속 병렬접속

R = ────────────────

1 1 1 1

── + ──+ ── ㆍㆍㆍ + ───

R₁ R₂ R₃ R_n

◎ 저항의 접속 직ㆍ병렬 접속

R = R₁ + ────────

1 1

── + ──

R₂ R₃

◎ 키르히 호프의 법칙 제1법칙

I ₁ +I₂ +I₄ = I₃+I₅

(I₁ +I₂+I₄) - (I₃+I₅) = 0

∴ ∑ I= 0

◎ 제2법칙

∑IR = ∑E

◎ 정전용량

Q = CE C = ────

Q : 전기량(Coluomb)

E : 전압(V)

C : 정전용량(Farad)

◎ 직렬접속시 합성용량

C = ──────────────

1 1 1

── + ── +ㆍㆍㆍㆍ ───

C₁ C₂ C_n

◎ 병렬접속시 합성용량

C = C₁ + C₂ + ㆍㆍㆍㆍC_n

◎ 전지의 접속 직렬 접속

I = ───────

R+ nr

I : 전류(A)

E : 전압(V)

R : 외부저항(Ω)

r : 내부저항(Ω)

n : 전지의수

◎ 전지의 접속 병렬접속

I = ──────

── +R

N :전지의 수

◎ 전지의 접속 직ㆍ병렬접속

I = ───────

─── + R

n : 직렬 전지수

N : 병렬 전지수

◎ 전력

E²

P =EI P =I²R P = ───

P : 전력(W)

E : 전압(V)

I : 전류(A)

R : 저항(Ω)

◎ 전력량

W = P×t = I2RT

W :전력량(W)

P : 전력(W) t : 시간(sec)

◎ 주울의 법칙(Joule's Law)

H = 0.24I²Rt

H = 0.24EIt

E²

H = 0.24 ──t

◎ 유도 기전력(V)

Δφ

기전력(V) = N × ───

Δt

◎ 자기 유도작용(V₁

)

ΔI

V₁= L ×───

Δt

N : 코일 감은수

ΔΦ : 자속의 증가량(Wb)

Δt : 자속(sec)

V₁ : 기전력(V)

L : 자기 인덕턴스(H)

Δt : 자속(sec)

ΔI : 전류(A)

◎ 상호 유도작용(V₂)

ΔI

V₂ = M ×────

Δt

◎ 점화 코일(E₂)

E₂ = ────

M : 상호 인덕턴스(H)

E₁ : 1차 코일 유도전압

E₂ : 2차 코일 유도전압

N₁ : 1차 코일 권수

N₂ : 2차 코일 권수

◎ 순시값(V)

V = Em ㆍsinθ

◎ 최대값(E_m, I_m)

E_m = √ 2 ㆍE I_m= √ 2ㆍI

E_m : 최대 기전력

θ : 운동방향과 자력선의 각도

I_m : 최대전류

◎ 평균값(E_av, I_av)

Eav = E_m ×0.637

Iav = I_m × 0.637

◎ 실효값(E, I)

E_m I_m

E = ───── I = ─────

√2 √2

◎ 축전지전해액의 비중환산

S₂₀ = S_t +0.0007(t-20)

S₂₀: 표준온도(20°C)

S_t : t°c에서 실측한 비중

t : 측정시 전해액 온도(°c)

◎ 축전지 용량

AH = A×H

AH : 축전지 용량

A : 방전전류

H : 방전시간

◎ 빛 조도

Lux = ────

r²

r : 거리(m)