[열난다] 내 기름 10리터, 차 움직이는데는 20%만 쓰고 있었다

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토요타 4세대 프리우스. 엔진의 열효율을 디젤엔진과 비슷한 40%까지 끌어올렸다.
토요타 4세대 프리우스. 엔진의 열효율을 디젤엔진과 비슷한 40%까지 끌어올렸다.

이제 고작 5월인데 폭염주의보가 내렸습니다. 서울은 푹푹 찌는 더위가 며칠째 이어지고 있습니다. 열이 오릅니다. 더워요. 열관리가 필요합니다. 사무실에는 에어컨을 켭니다. 시원하면 일이 잘 됩니다. 생산성이 높아집니다.

단순한 원리인데 자동차에도 이런 열관리가 필요합니다. 엔진에서 휘발유를 태워서 운동에너지를 얻기 때문입니다. 일반적으로 휘발유를 사용하는 자동차의 효율은 25%라고 합니다. 이것은 엔진의 효율이고 바퀴까지 전달되는 동력을 고려하면 19% 정도에 불과하다고 합니다.

즉, 휘발유 10리터를 태우면 바퀴가 움직이는 데는 1.9리터만 사용하고 나머지는 열로 사라진다는 것입니다. 자동차가 뜨끈한 이유가 이해됩니다.

미국 에너지성은 자동차의 연료 효율을 휘발유차, 하이브리드, 전기차로 구분해서 정리해놨습니다. 일반적인 휘발유 차는 엔진에서 68~72%가 사라집니다. 손실이죠. 이후 동력계통으로 에너지를 전달하면서 5~6%가 또 사라집니다. 결국 바퀴에 전달하면 18~25%만 남습니다. 엔진 효율도 별로 높지 않은데 여기저기로 에너지가 사라져 결국에는 20% 남짓의 에너지로 달리는 셈입니다. 무척 비효율적입니다.

하이브리드자동차의 에너지 효율
하이브리드자동차의 에너지 효율

그런데 토요타자동차는 작년 프리우스의 4세대 모델을 출시하면서 엔진의 효율을 40%까지 끌어올렸다고 합니다. 2010년에 만든 3세대도 38.5%였는데 더 짜내서 효율을 개선했다는 겁니다. 물론 바퀴까지 전달되는 과정에서 또 에너지가 사라지지만 엔진 효율을 높이니 전반적인 효율은 개선됩니다.

가솔린 자동차의 에너지 효율
가솔린 자동차의 에너지 효율

미국 에너지국은 하이브리드자동차의 엔진의 손실은 65~69%라고 분석했습니다. 프리우스의 효율이 40%라고 발표했으니 손실은 60%. 하이브리드 가운데서도 매우 좋은 편입니다. 미 당국의 조사에서는 하이브리드의 효율이 평균 31~35% 정도 되겠네요. 어찌했건  바퀴까지 전달되는 과정에는 하이브리드라도 27~38%만 남습니다. 하지만 특징적인 것은 회생제동이라고 부르는 브레이크에서 되살려내는 에너지가 약 5~9%라고 합니다. 에너지의 손실만 이어지다가 한 차례 회생이 들어가 에너지를 더해서 효율을 개선합니다. 연비가 좋은 것은 당연하겠네요.

토요타자동차는 하이브리드자동차의 에너지 흐름을 분석하고 개선하는데 많은 노력을 기울였다고 발표했습니다. 지난해 4세대 프리우스의 출시에서 강조한 내용입니다. 토요타자동차의 자료에 따르면 프리우스의 효율 개선을 위해 엔진에는 듀얼 냉각 시스템을 적용했고 움직이는 부품들의 마찰을 줄였습니다. 흡기와 배기도 설계를 다시해서 가솔린 내연기관 차 가운데 최고 수준의 효율을 만들었습니다. 그래서 프리우스 하이브리드의 연비가 좋은 것이었습니다.

전기자동차의 에너지 효율
전기자동차의 에너지 효율

그러면 열효율 관련해서 조금 다른 얘기지만 전기차의 사례는 어떨까요. 가솔린 차는 최대 25% 정도, 하이브리드는 최대 38% 정도인 에너지 효율이 전기차는 82%까지 올라갑니다. 엄청난 개선입니다. 미국의 조사에 따르면 충전 과정에서 16% 손실이 발생하고 모터를 포함한 전기 동력원에서 16% 그리고 기타 부분에서 2.5%가 사라집니다. 대신 공회전은 없습니다. 또, 하이브리드와 같이 브레이크를 작동하면서 17%의 에너지가 살아납니다.

플러그인 하이브리드자동차의 개념도. 집에서 전기를 꼽아 배터리를 충전하고 주유소에서 휘발유를 채워 엔진을 구동한다.
플러그인 하이브리드자동차의 개념도. 집에서 전기를 꼽아 배터리를 충전하고 주유소에서 휘발유를 채워 엔진을 구동한다.

조금 복잡한 이야기지만 ‘열효율’의 관점에서 자동차를 비교하니 왜 하이브리드와 전기차가 친환경인지 이해가 될 것으로 믿습니다. 우리나라의 현실적 여건을 고려하면 당장 구입할 수 있는 대안은 하이브리드자동차가 친환경차 가운데 가장 좋은 방법입니다.

연일 계속되는 때 아닌 폭염 때문에 열관리에 대해서 글을 써봤습니다. 아~ 그래도 더워요.

참조: fueleconomy.gov

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