학문
자동차 연비가 고속에서 다시 나빠지는 이유는?
자동차는 속도를 조금 올릴수록 효율이 좋아지는 구간이 나오다가, 또 어느 지점을 넘으면 오히려 연비가 크게 떨어진다고 합니다. 이러한 현상이 일어나는 주된 이유는 무엇인가요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
자동차 연비가 시속 60~80km 정도의 경제 속도를 넘어가면 고속에서 다시 떨어지는 핵심 원인은 공기 저항과 엔진 · 변속기 한꼐 때문입니다.
공기 저항의 속도 제곱 비례(가장 결정적 원인)
공기 저항 힘은 속도의 제곱(v^2)에 비례하고, 이를 극복하기 위해 엔진이 써야 하는 출력(에너지)은 속도의 세제곱(v^3)에 비례합니다.속도가 2배 빨라지면 공기 저항은 4배, 소비에너지는 8배 가까이 급증합니다.
시속 100km 이상 고속 주행시, 자동차가 사용하는 전체 연료의 50%이상이 오직 공기를 밀쳐내는데만 쓰입니다.
변속기 기어비의 한계
저속 구간에서는 최고 단수 기어(최고단)으로 변속하며 엔진 회전수(RPM)대비 이동 거리를 늘려효율을 극대화합니다. 하지만 최고 단수에 도달한 이후에는 속도를 더 올리기 위해 엔진 RPM 자체를 강제로 올려야 합니다.높은 RPM과 연료 분사량 증가
RPM이 높아지면 실린더 내부 마찰 저항이 증가하고 단위 시간당 연료 분사량이 급증하여 엔진의 미세한 동력 전달 효율이 오버행 구간을 지나며 떨어집니다.
요약하자면 : 시속 60~80km 까지는 최고단 기어 변속으로 엔진 효율이 올라가지만, 그 이상의 고속에서는 기하급수적으로 커지는 공기저항을 뚫기 위해 엔진이 폭증된 연료를 쏟아부어야 하므로 연비가 급격히 나빠집니다.
자동차는 일정 속도까지는 효율이 좋아지지만, 그 이상에서는 공기의 저항이 급격하게 증가하게 됩니다. 그래서 연비가 다시 나빠지는 것입니다.
저속에서는 엔진의 효율이 낮고 정차나 가속이 많기 때문에 연료 소모가 큰 반면에, 일정 속도로 달릴 경우 엔진이 가장 효율적인 구간에서 작동하기 때문에 연비가 좋아질 수 있습니다. 하지만 고속으로 갈수록 공기 저항은 속도의 제곱에 비례해서 커지게 되고, 이를 이겨내기 위해 엔진은 더 많은 출력을 내야 합니다.
고속에서는 타이어 구름저항과 구동계 손실도 함께 증가합니다. 그래서 연료 소비가 더욱 커지는 것이죠.
안녕하세요. 감병주 전문가입니다.
말씀해주신것처럼 자동차는 중간까지는 엔진이 가장 효율적으로 작동해 연비가 좋아지는 구간이 있습니다. 하지만 일정 속도를 넘으면 공기저항이 급격히 증가하게 되서 엔진이 더 큰 힘을 내야 하기 때문에 연료 소모가 급격히 늘어납니다.
그리고 타이어의 회전저항과 구동계 손실도 함께 증가해 연비가 떨어집니다.
한마디로 질문해주신 어느 지점을 넘게 되면 공기저항의 증가와 타이어의 회전저항 및 구동계 손실로 인한 연비효율 저하로 인해 연비가 나빠지게 됩니다.