Engine performance is one of the main objectives specified at the beginning of a new engine design project. The cycle simulation for SI engine is based on the zero-dimensional gas exchange model and a heat release expression according to Wiebe. This program also requires minimum input data and takes only a short time to run. Heat transfer from cylinder is calculated during the total process using Woschni's heat transfer formula. The flow coefficient ( effective area ) is calculated from valve lift using the standard flow coefficient curve and engine friction is calculated from the Millington and Hartles' engine friction formula.
The chemical species considered in burned gas are 6 species-$CO_2$, CO, $H_2$, $H_2O$, $O_2$, $N_2$ and the cylinder pressure, homogeneous cylinder temperature, gas composition and burned fraction are calculated at each crank angle through the cycle.
To check the validity and accuracy, experimental study was done with 3 engines for measuring cylinder pressure, imep, bmep, air flow rate, etc.
Despite its simple assumptions, cycle simulation showes excellent breathing and performance correlation when compared with data of tested engines, and have been proved useful in engine design.
본 논문의 Cycle Simulation Program 은 엔진의 Basic Input Data 를 이용하여 Gas Exchange 과정을 통한 Flow Rate와 엔진 성능을 상당히 정확하게 예측할 수 있도록 작성되었다.
흡.배기 매니홀드 압력을 일정하다고 가정한 「Zero-dimensional Exchange Model」 이 사용되었으며 Gas Flow 는 Compressible Gas Flow 식을 사용하여 계산하였다.
본 프로그램은 자연 흡기 엔진에만 적용되며, Input Data는 엔진의 기본 Data인 엔진 Size, Valve Lift, Valve 경 등과 엔진의 운전 조건의 Data인 RPM, Load, 흡배기 압력, A/F등과 Combution Data 인 Ignition Timing, 연소기간, Wiebe Constant 인 m, a 값등으로 구성된다.
Output 는 예측하고자 하는 엔진의 운전조건에 따른 Airflow Rate (ma, mc, mr), 체적 효율, Intake Mach No., Cylinder Peak Pressure and Crank Angle, IMEP, BMEP, FMEP, PMEP, ISFC, BSFC, 배기 온도, Burn Rate, Energy Balance 등이다.
Input Data 중 연료는 mass (kg/hr) 또는 공연비 (A/F) 어느 것으로도 가능하도록 하였고, FMEP는 실측 Data와 Millington ＆ Hartles식(20,21) 어느것으로도 계산될 수 있도록 하였다.
Program내에 저장된 실험인자로서는 흡배기 Port를 지나는 유량 계수 $C_{fI}$ 와 $C_{fE}$ 가 있으며, 연소실 주위로의 열전달 방정식 ( Woschni의 열전달식), Heat Release Function ( Wiebe Combustion Rule ), Millington and Hartles 의 실험식 (20,21)이 들어 있다.
