에너지 효율적인 운전

Energy-efficient driving

에너지 효율적인 주행 기술은 연료 소비를 줄이고자 하는 운전자가 사용하여 연비를 극대화합니다. 많은 운전자들이 연비를 크게 향상시킬 가능성이 있습니다.[1] 타이어의 공기 주입을 적절히 유지하고, 차량을 잘 정비하고, 공회전을 피하는 것과 같은 간단한 것들은 연비를 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.[2] 가속 및 감속을 신중하게 사용하고 특히 고속 사용을 제한하는 것이 효율성에 도움이 됩니다. 이러한 여러 가지 기술을 사용하는 것을 "하이퍼밀링"이라고 합니다.[3]

단순한 연료 효율성 기술은 대형 차량의 꼬리표를 다는 것과 같이 불법적이고 위험할 수 있는 급진적인 연료 절약 기술에 의존하지 않고 연료 소비를 줄일 수 있습니다.

하이퍼밀링

하이퍼밀러로[3] 알려진 마니아들은 연비를 높이고 소비를 줄이기 위해 운전 기술을 개발하고 연습합니다. 예를 들어 하이퍼밀러는 프리우스에서 갤런당 109마일을 달성하는 등 연비 기록을 깼습니다. 하이브리드 차량이 아닌 경우에도 이러한 기술은 Honda Accord에서 최대‑US 59mpg(4.0L/100km)의 연비 또는 Acura MDX에서 최대 30mpg‑US(7.8L/100km)의 연비로 유용합니다.[4]

에너지 손실의 원인

주 기사: 자동차의 연비
(a) 도심 주행, (b) 고속도로 주행의 예는 (2009년 이전) 중형 승용차의 에너지 흐름입니다. 출처 : 미국 에너지부[5][6]

자동차의 연료 에너지 손실의 대부분은 엔진의 열역학적 손실에서 발생합니다. 특히 평균 시속 60km(37mph)로 주행할 경우 약 33%의 에너지가 배기로 들어가고 29%는 엔진을 냉각하는 데 사용되며 엔진 마찰은 11% 더 소요됩니다. 나머지 21%는 타이어의 롤링 마찰(11%), 에어 드래그(5%), 제동(5%)[7]으로 나뉩니다. 공회전 중이나 엔진 대기 중에는 마일리지가 쌓이지 않기 때문에 차를 세울 때 시동을 끄면 효율이 높아집니다.

기술

도심 속도에서의 효율 한계의 최대 95%가 차량의 제작에 내재되어 있지만,[7] 다양한 기술이 에너지 효율적인 주행에 기여합니다.

유지

과소 팽창된 타이어는 타이어 변형으로 인해 더 빨리 마모되고 롤링 저항에 대한 에너지를 잃게 됩니다. 4개 타이어 모두의 압력이 2psi(0.1bar, 10kPa) 떨어질 때마다 자동차의 손실은 약 1.0%입니다.[8] 부적절한 휠 정렬과 높은 엔진 오일 운동학적 점도 또한 연비를 저하시킵니다.

질량 및 공기역학 개선

운전자는 운송되는 질량, 즉 차량에 탑재되는 인원 또는 화물, 도구 및 장비의 양을 최소화함으로써 연비를 향상시킬 수 있습니다. 루프 랙, 브러시 가드, 윈드 디플렉터(또는 "스포일러"), 다운포스 및 향상된 유동 분리를 위해 설계된 경우, 런닝 보드, 푸시 바와 같은 일반적인 불필요한 액세서리를 제거하고, 보다 좁고 낮은 프로파일의 타이어를 사용하면 무게, 공기역학적 항력 및 롤링 저항을 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있습니다.[9] 일부 자동차는 무게/비용/공간 절약 목적으로 절반 크기의 스페어 타이어를 사용하기도 합니다. 일반적인 차량에서는 100파운드를 추가할 때마다 연료 소비가 2% 증가합니다.[8] 루프 랙(및 부속품)을 제거하면 연료 효율을 최대 20%까지 향상시킬 수 있습니다.[8]

효율적인 속도 유지

트럭이 시속 55마일로 제한됨

효율적인 속도를 유지하는 것은 연비의 중요한 요소입니다.[10][11] 일정한 속도로 순항하면서도 가장 높은 기어에서 변속기를 사용하면 최적의 효율을 기대할 수 있습니다(아래 기어 선택 참조). 최적의 속도는 차량 유형에 따라 다르지만 일반적으로 시속 35~50마일(56~80km/h)로 보고됩니다. 예를 들어, 2004년형 쉐보레 임팔라는 시속 42마일(68km/h)의 최적 속도를 보였고, 시속 29~57마일(47~92km/h)의 15% 이내였습니다. 더 빠른 속도에서 바람 저항은 에너지 효율을 감소시키는 데 증가하는 역할을 합니다.

하이브리드는 일반적으로 이 모델에 의존하는 임계 속도 이하에서 최고의 연비를 발휘합니다. 자동차는 배터리 충전으로 배터리 전원 모드 또는 엔진 전원을 자동으로 전환합니다. 테슬라 모델 S와 같은 전기 자동차는 시속 39km(24mph)로 1,080km(670마일)까지 갈 수 있습니다.[12]

도로 용량은 속도에 영향을 미쳐 연비에도 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 시속 72km/h(45mph)를 조금 넘는 속도는 도로가 혼잡할 때 가장 높은 처리량을 제공합니다.[13] 개별 운전자는 차량의 속도가 시속 72km/h 이하로 느려지는 도로와 시간을 피함으로써 연비와 다른 운전자의 연비를 향상시킬 수 있습니다. 커뮤니티는 속도 제한[14] 또는 정책을 채택하여 속도가 시속 72km/h 이하로 느려지는 지점에 접근하는 차량에 운전자가 진입하는 것을 막거나 방지함으로써 연비를 향상시킬 수 있습니다. 혼잡통행료는 이 원칙에 기반을 두고 있습니다. 즉, 사용량이 많을 때 도로 접근료를 인상하여 차량의 통행을 막고 효율적인 수준 이하로 속도를 낮추는 것입니다.

연구에 따르면 의무 속도 제한은 낮은 속도 제한 준수 여부에 따라 2~18%의 에너지 효율을 향상시키도록 수정될 수 있습니다.[15]

기어 선택(수동 변속기)

엔진 효율은 속도와 토크에 따라 달라집니다. 일정한 속도로 주행하려면 엔진의 작동 지점을 선택할 수 없으며, 오히려 선택한 속도를 유지하는 데 필요한 특정한 양의 동력이 필요합니다. 수동 변속기를 사용하면 운전자가 전원 밴드를 따라 여러 지점 중에서 선택할 수 있습니다. 너무 낮은 터보 디젤의 경우 기어가 엔진을 높은 RPM, 낮은 토크 영역으로 이동시켜 효율이 빠르게 떨어지며, 따라서 높은 기어 근처에서 최상의 효율을 발휘합니다.[16] 가솔린 엔진에서는 일반적으로 감속 손실로 인해 디젤 엔진보다 더 빠르게 효율이 떨어집니다.[17] 효율적인 속도로 순항하는 것은 엔진의 최대 출력보다 훨씬 적은 전력을 사용하기 때문에, 저출력으로 순항하는 데 최적의 작동 지점은 일반적으로 엔진 속도가 1000rpm 전후 또는 그 이하로 매우 낮습니다. 이는 고속도로 순항 시 매우 높은 "오버 드라이브" 기어의 유용성을 설명합니다. 예를 들어, 소형차는 시속 97km/h의 속도로 순항하는 데 10~15마력(7.5~11.2kW)밖에 필요하지 않을 수 있습니다. 이 속도에서 2500rpm 정도로 기어가 장착될 가능성이 높지만, 최대 효율을 위해서는 해당 엔진에서 가능한 한 효율적으로 동력을 생성하기 위해 엔진이 약 1000rpm으로 작동해야 합니다(실제 수치는 엔진 및 차량에 따라 다름).[citation needed]

가속 및 감속(제동)

연비는 차량에 따라 다릅니다. 가속 중 연비는 일반적으로 피크 토크(브레이크 고유 연료 소비[16]) 근처까지 RPM이 증가함에 따라 향상됩니다. 그러나 앞에 있는 것에 주의를 기울이지 않고 필요 이상의 속도로 가속할 경우 제동이 필요할 수 있으며 이후 추가 가속이 필요할 수 있습니다. 2001년의 한 연구는 수동 자동차로 변속하기 전에 가속을 활발하게 하지만 부드럽게 할 것을 권장했습니다.[18]

일반적으로 가속과 제동을 최소화할 때 연비가 극대화됩니다. 따라서 연료 효율적인 전략은 앞으로 발생할 상황을 예측하고 가속 및 제동을 최소화하고 타력 주행 시간을 최대화하는 방식입니다.

브레이크의 필요성은 때때로 예측할 수 없는 사건으로 인해 발생합니다. 속도가 빨라지면 차량이 해안을 따라 속도를 줄일 수 있습니다. 운동 에너지가 더 높기 때문에 제동 시 더 많은 에너지가 손실됩니다. 중속일 경우, 운전자는 전체적인 연비 효율을 극대화하기 위해 가속, 타력 주행, 감속 중 어느 쪽을 선택할지 선택할 시간이 더 많아집니다.

적색 신호에 접근하는 동안 운전자는 신호 전에 스로틀을 느슨하게 하여 "신호 시간"을 선택할 수 있습니다. 차량이 일찍 속도를 줄이고 해안으로 이동하도록 허용함으로써 차량이 도착하기 전에 조명이 녹색으로 변할 수 있는 시간을 제공하여 에너지 손실을 멈출 필요가 없도록 할 것입니다.

정차 및 이동 교통으로 인해 출퇴근 시간에 운전하면 연료 효율이 떨어지고 유독 가스가 더 많이 발생합니다.[19]

기존 브레이크는 운동 에너지를 열로 방출하는데, 이는 회수할 수 없습니다. 하이브리드/전기차에서 사용하는 회생제동은 운동에너지의 일부를 회복하지만, 변환 과정에서 일부 에너지가 손실되며, 배터리의 최대 충전율과 효율에 의해 제동력이 제한됩니다.

코스팅 또는 글라이딩

메인 기사 : 글라이딩(차량)

가속 또는 제동의 대안은 추진력 없이 미끄러지듯 나아가는 코스팅(coasting)입니다. 코스팅은 저장된 에너지(운동 에너지 및 중력 퍼텐셜 에너지)를 공기역학적 항력과 롤링 저항에 대항하여 분산시키며, 이는 항상 차량이 주행 중 극복해야 합니다. 오르막을 해안으로 이동할 경우 저장된 에너지도 등급 저항에 의해 소비되지만 나중에 사용될 수 있는 중력 위치 에너지로 저장되기 때문에 이 에너지는 소멸되지 않습니다. 이러한 목적으로 저장된 에너지를 사용하는 것이 마찰 제동 시 에너지를 소멸시키는 것보다 더 효율적입니다.

엔진이 작동 중이고 수동 변속기가 중립 또는 클러치가 눌려 있는 상태에서 타력 주행을 할 경우 엔진이 공회전 상태의 엔진 속도를 유지해야 하기 때문에 연료가 다소 소모됩니다.

대부분의 미국 주에서는 대부분 내리막길에서 기어가 없는 차량으로 코스를 밟는 것이 법으로 금지되어 있습니다. 예를 들어 메인 주 개정 법령 제29-A, 19장 §2064 "운전자는 다운그레이드를 할 때 차량의 기어를 중립으로 하여 주행할 수 없습니다." 다운그레이드를 위해 클러치를 해제하지 않기 위한 상용 차량과 변속기를 중립으로 설정하기 위한 승용 차량 간에 일부 규정이 다릅니다. 이러한 규정은 운전자가 차량을 작동하는 방법을 가리킵니다. 더 길고 급강하 도로에서 엔진을 사용하지 않거나 브레이크를 과도하게 사용하면 브레이크 과열로 인한 고장이 발생할 수 있습니다.

공회전 대신 엔진을 끄면 연료가 절약됩니다. 신호등은 예측 가능하며, 언제 녹색으로 바뀔지 예측할 수 있는 경우가 많습니다. 지원 장치는 스타트-스톱 시스템으로 정지 중에 자동으로 엔진을 껐다 켰다 합니다. 일부 신호등에는 타이머가 있어 운전자가 이 전술을 사용하는 데 도움이 됩니다.

일부 하이브리드는 차량이 움직이고 변속기가 결합될 때마다 엔진이 작동해야 하지만, 차량이 멈출 때 작동하여 낭비를 방지하는 자동 정지 기능이 여전히 있습니다. 공회전으로 인해 순간 연비 효율이 갤런당 0마일로 크게 떨어지고, 이로 인해 평균 연비(또는 누적) 효율이 낮아지기 때문에 이러한 차량에서 자동 정지의 사용을 극대화하는 것이 매우 중요합니다.

트래픽 예상

운전자는 다른 차량의 이동이나 운전자가 현재 처한 상황의 갑작스러운 변화를 예상하여 연비를 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 신호를 보내지 않고 빠르게 멈추거나 방향을 바꾸는 운전자는 다른 운전자가 자신의 성능을 극대화할 수 있는 옵션을 줄여줍니다. 운전자는 도로 사용자의 의도에 대해 가능한 한 많은 정보를 제공함으로써 다른 도로 사용자의 연료 사용량을 줄일 수 있고 안전성도 높일 수 있습니다. 마찬가지로 신호등과 같은 도로 특징에 대한 예상은 과도한 제동 및 가속의 필요성을 줄일 수 있습니다. 또한 운전자는 주변에 있는 보행자나 동물의 행동을 예측하여 그들과 관련된 발달 상황에 적절하게 대응할 수 있어야 합니다.

부수적 손실 최소화

에어컨을 사용하려면 주어진 속도를 유지하기 위해 최대 5hp(3.7kW)의 추가 전력을 생성해야 합니다.[citation needed] A/C 시스템은 탑승자가 요구하는 대로 전원을 켜고 끄거나 출력을 변경하기 때문에 최대 전력으로 지속적으로 작동하는 경우가 거의 없습니다. A/C를 끄고 창문을 아래로 굴리면 이러한 에너지 손실을 방지할 수 있지만, 드래그가 증가하여 비용 절감 효과가 일반적으로 예상되는 것보다 적을 수 있습니다.[21] 조수석 난방 시스템을 사용하면 엔진의 작동 온도 상승 속도가 느려집니다. 카뷰레터가 장착된 자동차(1970년대 이전)의 초크나 현대 차량의 연료 분사 컴퓨터는 정상 작동 온도에 도달할 때까지 연료-공기 혼합물에 더 많은 연료를 추가하여 연료 효율을 저하시킵니다.[22]

연료형

도요타는 노크가 문제가 되지 않을 때에도 옥탄가에 따른 효율 차이를 조금씩 측정해 왔지만,[23] 필요 없는 차량에 옥탄가 높은 연료를 사용하는 것은 일반적으로 불필요한 비용으로 간주됩니다.[24] 1996년 이후 제작된 미국의 모든 차량에는 OBD-II 탑재 진단기가 장착되어 있으며 대부분의 모델에는 핑이 감지되면 자동으로 타이밍을 조정하는 노크 센서가 장착되어 있어 효율성과 성능이 다소 떨어지며 고옥탄용으로 설계된 엔진에 저옥탄 연료를 사용할 수 있습니다. 엔진이 고 옥탄에 맞게 설계된 경우 고 옥탄 연료가 특정 부하 및 혼합 조건에서 더 높은 효율과 성능을 발휘합니다. 탄화수소 연료의 연소 시 방출되는 에너지는 분자 사슬 길이가 감소함에 따라 증가하므로 헵탄, 헥산, 펜탄 등과 같은 짧은 사슬 알칸의 비율이 높은 가솔린 연료입니다. 특정 부하 조건 및 연소실 기하학적 구조에서 사용하여 엔진 출력을 증가시켜 연료 소비를 줄일 수 있지만, 이러한 연료는 압축비가 높은 엔진에서 사전 폭발에 더 취약할 수 있습니다. 가솔린 직분사 압축 점화 엔진은 연료가 고압축 시 연소실로 직접 분사되어 자동으로 점화되므로 보다 높은 연소 에너지의 단사슬 탄화수소를[citation needed] 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다. 연소실에서 사전 폭발을 위해 연료를 사용할 수 있는 시간을 최소화합니다.

펄스 및 활공

펄스 및 글라이드(PnG) 주행 전략은 주어진 속도로 가속("펄스" 또는 "번")한 후, 더 낮은 속도로 코스팅 또는 활공하는 기간으로 구성되며, 이 시점에서 번 코스트 시퀀스가 반복됩니다.[25] 이 주행 전략은 운전자들이 오랫동안 연료를 절약하기 위해 발견하고 경험해 온 것으로, 일부 실험에서는 연료 절약 능력을 검증하기도 했습니다.[26] PnG 작동에서는 엔진이 작동하지 않을 때 코스팅이 가장 효율적이지만, 엔진이 켜지면(브레이크, 스티어링 및 보조 장치에 대한 동력을 유지하기 위해) 차량이 중립 상태에 있는 상태에서 어느 정도의 이득을 얻을 수 있습니다.[25] 대부분의 현대적 가솔린 차량은 기어를 타력 주행(과잉 주행)할 때 연료 공급을 완전히 차단하지만, 움직이는 엔진은 상당한 마찰 항력을 추가하고 드라이브 트레인에서 엔진을 분리할 때보다 속도가 더 빨리 손실됩니다.

펄스 앤 글라이드 전략은 최대 20%의 연료 절감 [27]효과와 함께 자동차 추종 및 자유 주행 시나리오 모두에서 효율적인 제어 설계임이 입증되었습니다. PnG 전략에서는 엔진과 변속기의 제어에 의해 연료 절감 성능이 결정되며, 이는 최적 제어 문제(OCP)를 해결함으로써 얻어집니다. OCP는 이산 기어비, 강한 비선형 엔진 연료 특성 및 펄스/글라이드 모드에서의 상이한 역학으로 인해 스위칭 비선형 혼합 정수 문제입니다.[28][29]

일부 하이브리드 차량은 펄스 및 글라이드를 수행하는 데 적합합니다.[30] 직렬-병렬 하이브리드(하이브리드 차량 드라이브트레인 참조)의 경우, 가속기를 조작하기만 하면 활강을 위해 내연 기관 및 충전 시스템을 차단할 수 있습니다. 그러나 시뮬레이션에 따르면 하이브리드 차량이 아닌 차량에서 더 많은 경제적 이득을 얻습니다.[26][25]

이 제어 전략은 차량 군집(자동화 차량의 군집 주행은 도로 운송의 연비를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력이 있음)에서도 사용될 수 있으며, 이 제어 방법은 기존의 선형 2차 제어기보다 훨씬 우수한 성능을 발휘합니다.[31]

하이브리드 차량에서 연소 엔진의 펄스 및 글라이드 비율은 소비 지도, 배터리 용량, 배터리 수준, 부하, 가속도, 바람의 항력 및 속도 요인에 따라 기어비에 따라 표시됩니다.

펄스-글라이드 에너지 절약의 원인

대부분의 경우 자동차 엔진은 최대 효율의 극히 일부에서만 작동하므로 [32]연비가 낮아집니다(또는 동일한 것, 특정 연료 소비(SFC)가 높아집니다).[33] 토크(또는 브레이크 평균 유효 압력)와 RPM의 실현 가능한 모든 조합에 대한 SFC를 나타내는 차트를 브레이크 특정 연료 소비 맵이라고 합니다. 이러한 지도를 이용하면 rpm, 토크 등의 다양한 조합에서 엔진의 효율을 찾을 수 있습니다.[25]

펄스와 글라이드의 펄스(가속) 단계에서는 토크가 높기 때문에 효율이 거의 최대이며 이 에너지의 대부분이 이동하는 차량의 운동 에너지로 저장됩니다. 이렇게 효율적으로 얻은 운동 에너지는 굴림 저항과 공기역학적 항력을 극복하기 위해 활공 단계에서 사용됩니다. 즉, 효율적인 가속과 활공의 기간 사이를 이동하면 일반적으로 일정한 속도로 순항할 때보다 더 높은 전체 효율을 얻을 수 있습니다. 컴퓨터 계산에 따르면 드물게(정속으로 순항하는 데 필요한 토크가 낮은 저속에서는) 연비를 두 배(또는 세 배)로 향상시킬 수 있다고 합니다.[26] 다른 트래픽을 설명하는 보다 현실적인 시뮬레이션은 20%의 개선 가능성을 시사합니다.[25] 다시 말해, 실제 환경에서는 연비가 두 배 또는 세 배가 될 가능성이 거의 없습니다. 이러한 장애는 신호, 정지 신호 및 기타 트래픽에 대한 고려 사항으로 인해 발생합니다. 이 모든 요소는 펄스 및 글라이드 기술을 방해합니다. 그러나 20% 정도의 연비 개선은 여전히 가능합니다.[26][25][34]

제도 또는 슬립스트림

제도 또는 슬립스트림(slip streaming)은 소형 차량이 바람을 막아주기 위해 앞 차량 뒤에 바짝 붙어 주행하는 기술입니다. 많은 지역에서 불법인 것 외에도 종종 위험합니다. 스케일 모델 풍동과 세미 트럭 10피트 뒤에 있는 자동차의 실제 테스트 결과, 풍력(공기역학적 항력)이 90% 이상 감소한 것으로 나타났습니다. 효율성의 증가는 20-40%인 것으로 보고되었습니다.[35][36]

안전.

연료를 절약하는 것과 충돌을 방지하는 것 사이에는 때때로 상충 관계가 있습니다.[10]

미국에서는 연비가 최대화되는 속도가 제한 속도(일반적으로 35~50mph(56~80km/h) 이하인 경우가 많지만, 이보다 트래픽 흐름이 빠른 경우가 많습니다. 자동차 간 속도 차이는 충돌 위험을 높입니다.[10]

제도는 선행 차량과 3초 미만의 이격이 있을 때 충돌 위험을 높입니다.[37]

타력 주행은 연료 효율성을 높이기 위한 또 다른 기술입니다. 기어 변속 및/또는 엔진 재시동은 가속을 수반하는 회피 기동에 필요한 시간을 증가시킵니다. 따라서, 어떤 사람들은 연안화와 관련된 통제력의 감소가 용납될 수 없는 위험이라고 생각합니다.

그러나 다른 도로 사용자와 교통 신호에 대한 예측을 통해 효율성을 극대화하는 데 능숙한 운영자가 주변 환경을 더 잘 인식하고 결과적으로 더 안전해질 가능성도 있습니다. 효율적인 운전자는 브레이크 사용을 최소화하고 앞에 더 큰 틈을 남기는 경향이 있습니다. 예기치 못한 사건이 발생할 경우, 그러한 운전자는 습관적으로 심하게 제동을 거는 운전자보다 더 많은 제동력을 발휘하게 됩니다.

안전 및 하이퍼밀링의 주요 문제는 브레이크 시스템의 온도 부족입니다. 이는 겨울철 구형 차량과 매우 관련이 있습니다. 디스크 브레이크 시스템은 높은 온도로 효율성을 얻습니다. 고속도로 속도에서 냉동 브레이크를 사용한 긴급 제동은 정차 거리 증가에서 한쪽으로 쏠림에 이르기까지 여러 가지 문제를 야기합니다.

참고 항목

참고문헌

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외부 링크

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