자동차공학)자동차의 성능 (동력성능)

자동차의 성능은 주행성능, 동력성능, 제동성능, 조종안전성, 승차감 등으로 나눌 수 있다. 그 중 동력선응에 대하여 알아보자.

 

1. 최고 속도

2. 등판능력

3. 가속성능

4. 연료성능

 

1. 최고 속도

자동차의 최고 속도는 바람이 없는 상태에서 최대적재 상태의 차가 평찬한 도로를 달릴 때 발휘할 수 있는 속도의 최대값을 말한다. 최고의 속도는 여유구동력이 0이 되는 점이다. 최고 속도를 높이기 위해서는 차체를 유선형으로 하여 주행 저항을 감소시키거나 엔진의 구동력이 고속측에서 저하되지 않도록 하며 총 감속비를 적절히 선택하여 설계하고 있다.

 

2. 등판능력

등판능력은 최대 등판능력으로 표시되며, 이것은 최대 적재 상태의 차가 건조한 포장 노면에서 정지하여 제 1속으로 언덕기을 오를 수 있는 최대 능력은로 tan θ 또는 %로 나타낸다.

 

3. 가속성능

가속성능은 자동차가 평지주행에서 가속할 수 있는 최대 여유력이며, 최대 가속도 a max는 각 기어에서 최대 구동력 F max과 최대 가속도를 낼 때 주행 저항에서 차량 총 중량 W과 회전부분 관성 상당중량 Wc으로 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.

 

 a max = (F max - R) / (W + Wc)

 

가속성능에는 발진가속능력과 추월가속능력이 있다. 발진가속능력이란 자동차가 시동을 건 정지상태에서 기어 벼속으로 일정거리를 최단시간내에 주파할 때 얻은 최대가속능력을 말하고, 추월가속능력이란 어느 일정속도에서 다른 속도로 변화로  얻을 수 있는 최대가속능력을 말하며 추월성능을 판단할 수 있다. 간단한 측정방법으로는 속도계를 보면서 스톱워치로 40, 80, 100km/h 등의 속도에 도달하는 시간을 측정하여 가속능력을 평가한다.

 

4. 연료성능

자동차의 연료소비율은 언젠의 연료소비율(g/kW·h)과 다르고 표현방법도 나라마다 다르며 우리나라에서는 연료 1리터당 주행거리로 표시된다.

 

단위 : 차량의 연료소비율을 표시하는 방법에는 다음과 같은 단위가 사용된다.

 

[km/L] : 연료 1리터당 주행거리 km를 표시한다. 우리나라와 일본, 대만 등에서 사용된다. 이 역수를 취하여 주행거리 1km당 연료소비량 L, 즉 [L/km]로 표시하는 경우도 있다.

 

[MPG(miles per gallon] : 연로 1gallon당 주행거리 mile로 표시하는 방법이고 미국에서 사용된다.

 

[L/100km] : 주행거리 100 km당 연료소비량 L로서 표시하는 방법이고 주로 유럽, 캐나다, 호주 등에서 사용되고 있다.

 

실용연비 : 실용연비는 주행방법에 따라 다르지만 일반적으로는 다음과 같은 것이 있다.

 

모드연비 : 배출가스 시험시 배출한 배기가스 조성(CO2, CO, HC)에서 연료소비량을 구하는 방법이다. 우리나라, 미국, 유럽, 일본 등 각 나라마다 다른 것을 사용하고 섀시 다이나모에서 구한다.

 

정지연비 : 수평의 평탄한 직선 포장도로 위에 측정구간을 설정하고 그 사이를 일정속도로 통과할 때의 시간과 연료소비량을 측정하여 연료소비율 km/L과 평균속도 km/h를 구한다 또 실제 주행 외에 주행 저항을 섀시 다이나모에 치환하여 새시 다이나모에서 구할 수 있다.

 

연비에 미치는 영향

 

차량 질량 : 차량질량은 가속저항과 구름저항에 영향을 미치고, 그 크기는 주행 조건에 따라 다르지만 평균 속도가 낮고 가·감속의 많은 주행 모드일수록 그 비율은 크다. 반대로 고속영역의 일정속도에서는 작다.

 

주행저항 : 저속에서는 구름저항이 크며, 고속에서는 공기저항의 영향이 크다.

 

트랜스미션 : 자동변속기는 토크 컨버터의 슬립 때문에 수동변속기에 비하여 일반적으로 연비가 10%정도 나쁘다. 연비는 록업기구를 사용하기 어려운 저속 영역에서 악화되고, 록업기구를 사용할 수 있는 고속시는 수동변속기와 유사하다. 기어비도 연비에 영향을 미친다. 오버드라이버는 연비 개선에 유효하지만 구동력이 저하하기 때문에 엔진 출력과 밸런스가 필요하다. 운전 조건에 따라 연비가 좋은 기어비를 자동적으로 선택하는 무단변속기(CVT, continuosly variable transmission) 차량은 수동변속기 이상의 연비를 얻고 있다.

 

엔진 : 엔진이 연비에 미치는 요인으로는 열효율과 기계손실이 있다. 열효율은 압축비, 연소실 형상, 공연비, 점화시기 등에 따라 영향을 받는다. 가솔린 엔진은 공연비가 희박하면 연비는 좋게 되지만, 희박한계를 넘으면 실화하여 연비 및 운전성능이 나쁘게 된다. 기계 손실은 피스톤, 크랭크저널 등의 마찰손실과 흡·배기게의 펌핑 손실, 오일 펌프 등의 보기류 구동손실 등이 있다. 저속 주행에서는 밸브 구동 손실, 펌핑 손실이 점유하는 비율이 크다.

 

배기가스 규제 : 연비는 특히 NOx와 관계가 있다.  NOx는 연소온도, 산소농도가 높을수록 발생하기 쉽다. NOx의 저감을 위해서는 압축비의 저하, 점화시기의 지각, 농후한 공연비로 하는 것이 바람직하지만, 이 방법들은 연비를 악화시킨다. 따라서 배출가스 저감은 주로 3원초개를 사용하고 있다. 또 최근 연비 개선을 목적으로 린번 엔진이나 직접 분사 엔진도 나오고 있다.

 

파워 스티어링, 에어컨 등 : 파워 스티어링, 에어컨 등의 사용은 젠진 부하를 증대시켜 연비를 악화시킨다. 에어컨 사용시는 일반적으로는 연비가 9~20%정도 악화된다. 엔진의 배기량이 작을수록 영향이 크다.

 

주행 속도 : 보통 연비가 가장 좋은 차의 속도는 40~60km/h 이다. 가·감속이 포함한 모드 주행에서도 동일한 경향을 나타낸다. 연비가 주행속도에 따라 변화하는 원인은 저속영역에서는 기계손실이 점유하는 비율이 크고, 또 고속영역에서는 공기저항이 급격히 크게 되기 때문이다.