1. 연료소비율

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엔진의 연비 성능은 연료소비율로 표시된다. 단, 엔진을 운전하는데 필요한 연료량은, 당연한 것이지만, 그 운전 상태에 따라 크게 변한다. 그래서 他엔진과 비교하는 것이 가능하도록, 엔진을 다이나모메타에 취부하여 동력 성능을 측정할 때에, 동시에 사용되는 연료량을 생각하여 연비 성능의 목표로 한다.

이 관계로, 엔진의 연료소비율은 단위 일당 연료소비량으로 표시되고, 단위는 g/PS·h이다. 다이나모메타上에서 회전수를 매분 3000회전으로 유지할 때 엔진은 55PS의 마력을 내고, 이 상태에서 1시간 운전을 계속하면 11kg의 가솔린이 들어간다고 하면, 이때의 연료소비율은 220g/PS·h이다.

그런데 엔진의 성능 곡선에서 연료소비율의 그래프를 볼때에는 그 양보다도, 엔진의 회전이 얼마일때에 연료소비율이 최고로 작은가 하는 것을 보아 참고로 하고, 실제의 차량 연비는 실차에서 측정한 수치로 판단하지 않으면 안된다.

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요컨대, 일반적으로 연비라고 할 경우에는, 이것은 이해할 것이므로, 카타로그 등에서는 10-15 모드 연비 및 60km/h 정지 연비로 말하는 것이 사용된다. 여기에서 말하는 연료소비율은 어디까지나 엔진 그 자체의 연비인 것이다.

연료소비율을 작게 하기 위해서는, 가능한 한 그다지 연료를 연소시키지 않는 것과 발생한 열을 가능한 한 쓸데 없게 하지 않고, 엔진 일로서 취출된다고 하는 열효율을 올리는 것으로 연결된다. 요컨대 혼합기를 가능한 한 높은 온도, 높은 압력을 더욱 빠르게, 게다가 완전히 연소시켜서, 연소실의 벽에 전달되는 열 및 연소 가스와 함께 잃어버리는 열을 가능한 한 적게 하고, 엔진 내부의 기계적인 마찰 손실 등을 가능한 한 작게 하는 것이다.

엔진의 열효율, 요컨대 엔진이 가솔린으로부터 받은 열에너지를 어떤 방법으로 사용하는가를 요소별로 분류하여 계산하는 것을 熱勘定이라고 하고, 이것을 그림으로 표시한 것이 熱勘定線圖이다. 보통의 가솔린엔진의 열감정을 대략적으로 말하면, 출력으로서 나타나는 열, 연소 가스와 함께 잃어버리는 열, 실린더 벽으로부터 달아나는 열의 3가지가 대략 30% 정도로, 기타가 10% 정도이다. 요컨대 가솔린이 갖고 있는 에너지내에, 엔진의 출력으로서 나타나는 에너지는 약 1/3로, 게다가 1/3이 엔진 운전에 사용되고, 나머지 1/3이 배출 가스와 함께 버려지게 된다. 현재의 일반적인 가솔린엔진의 열효율은, 최고로 좋은 경우에 약 35%, 연료소비율로 말하면, 약 170g/PS·h로 되어 있다.

 

 2. 출력과 연비성능

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엔진의 출력을 크게 하기 위해서는, 그만큼 많은 공기를 엔진에 들여 넣어, 그 공기량에 걸맞는 연료를 보내지 않으면 안되기 때문에, 출력이 크게 되는 만큼 연비는 나쁘게 된다. 그러나, 만약 엔진에 흡입되는 혼합기를 잘 연소시켜 열효율을 올리고, 같은 연료로 보다 큰 출력을 얻는 것이 가능하다면, 출력을 크게 함과 동시에 연료를 어느 정도 좋게 하는 것이 가능할 것이다. 게다가 연료사 완전 연소하면 배기도 좋아지게 된다는 효과도 얻어진다.

엔진의 열효율은 연료가 갖고 있는 에너지내에, 얼마만큼의 출력으로서 취출되는지, 요컨대 연료로부터 발생한 열량과 피스톤을 움직이게 한 열량과의 비율을 말한다. 그렇다고 하면 열효율을 크게 하기 위해서는, 피스톤을 움직이는 연소가스의 팽창력을 가능한 한 크게 하고, 동시에 피스톤을 움직이는데 사용되지 않고 열로서 사라져 버리는 에너지를 가능한 한 적게 하면 좋을 것이다. 엔진으로부터 잃어버리는 에너지에는, 연소·팽창 행정에서 연소 가스가 연소실의 벽에서 냉각되고, 냉각수에 전달되어 라디에이터로부터 방출되는 냉각 손실, 배기와 함께 나오는 배기 손실, 혼합기의 흡입과 연소 가스의 배출에 사용되는 흡배기 손실 (펌프 손실) 등이 있다.

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연소 가스의 팽창력을 크게 하여 열효율을 올린다고 하는 것은, 엔진의 출력을 올리는 것은, 요컨대 홉합기의 흡입량을 증가시키고, 압축비를 올리는 것등에 연결되어 있다.

냉각 손실을 작게 하는 것에는 연소실의 온도를 올리는 것이 바람직하다. 그래서 연소실의 형태를 좋게 하여, 압축비를 올려 온도가 높아져도 노킹 등의 이상 연소가 일어나지 않도록 한다든지, 냉각수의 온도를 어느 정도 높게 하는 등의 방법이 취해진다.

흡배기 손실을 작게 한다고 하는 것은, 실린더를 주사기로 생각하면, 그 피스톤을 어떤 방법으로 움직이도록 하는가이다. 그래서 흡배기의 통로를 크게 하고, 짧게 하며, 굽힘을 적게 하는 등이 유효하다.

단, 밸브 부분의 통기를 좋게 하기 위해 밸브경을 크게 한다든지, 밸브수를 늘리는 것이 좋지만, 이에 따라 홉합기의 흐름이 늦어지게 된다든지, 연소실의 형태가 복잡하게 되어 연소가 나쁘게 된다든지, 오히려 열효율이 작게 된다고 하는 식의 경우도 있기 때문에, 신중하게 검토가 외어야 한다.

그래서 한가지 더,열효율을 올리는 수단으로서 피스톤이 상하로 움직일 때의 마찰 등에 의한 LOSS 및, 보기류를 구동할 목적의 기계 손실을 작게 하는 것도 빠뜨려서는 안되는 것이다.

 

 3. 차량 연비

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연료소비율은 엔진의 연비 성능을 표시하는 중요한 수치이지만, 물론 그것이 그대로 차량 연비로 된다는 뜻은 아니다. 같은 엔진이라도 크고 무거운 차량에 탑재되는 경우와, 컴팩트하고 가벼운 차량에 적재되는 경우는, 연비가 상당히 변하는 것은 당연하다.

또, 어떤 차량에, 엔진으로서는 연비 성능이 좋은 소배기량 엔진을 탑재한 경우와, 수치상으로는 연비는 나쁘지만 파워가 있는 배기량이 큰 엔진을 탑재한 경우를 비교하여도, 그 연비는 차량의 운전 방식에 따라 크게 변할 것이다. 예를 들면 엔진 회전을 그다지 올리지 않고 사용하는 것이 많다면 소배기량 쪽이 연비가 좋은지도 모르지만, 엔진 회전을 올려 빠르게 주행할 기회가 많다면, 경우에 따라서는 파워에 여유가 있는 배기량이 큰 엔진 쪽이 좋은 것도 있을 수 있다.

이러한 예를 보지 않더라도, 차량 연비는 운전 조건에 크게 좌우되기 때문에, 차량끼리 연비를 비교할 때에는, 일정 시험 방법으로 행한 결과를 비교할 필요가 있다. 최근의 카타로그에는 시험 방법으로서 10-15 모드 주행연비와 60km/h 정지주행연비의 2가지 데이터가 기재되고 있다.

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즉, 차량 연비는 엔진만의 경우와 같은 연료소비율로 말하는 단어가 사용되지만, 단위는 km/ℓ로, 엔진의 g/PS-h 와는 틀리고, 차량이 1ℓ의 연료로 몇 km 주행 가능한가를 나타낸다.

10-15 모드 주행연비 라고 하는 것은, 차량의 구동륜을 다이나모메타라고 하는 계측 장치에 탑재해, 아이들링→발진가속→정속주행→감속 의 사이클로 결정된 주행 패턴에 따라 회전하고, 주행 거리를 연료소비량으로 나누어 구한다. 이 주행 패턴은 최고 속도가 40km/h로 낮고, 최근의 교통 사정에 맞지 않는 것으로서 현재는 차량 최고 속도를 70km/h까지 높게 한 15 모드로 말하는 것이 추가되어, 10-15 모드로 되었다.

60km/h 정지주행연비 라고 하는 것은, 차량에 정원이 승차하여 하물도 적재된 상태, 요컨대 차 중량이 차량 총중량의 상태에서, 평탄한 포장로를 바람이 없을 때, 속도를 60km/h로 일정하게 유지하여 주행한 때의 연비이다. 이 연비는 메이커가 사내에서 측정하여 건설교통부에 제출하는 수치로, 말하자면 이상적인 조건에서 주행한 때의 연비이고, 실제의 주행은 당연한 것이지만, 이에 비하면 상당히 낮은 수치로 되는 것이 보통이다.