연비의 정의

자동차 연비란 자동차에 쓰이는 단위연료당 주행거리로 이를 연료소비율(燃費, 燃比 /Fuel Economiy/Fuel Consumption Ratio)로 나타낸다. 따라서 숫자가 높을수록 기름이 적게 먹는, 연비가 좋은 차이다. 연비단위로 우리나라와 일본은 km/l 로 기름 1l 로 몇 km까지 달릴 수 있는가를 나타내고, 미국은 mpg(Mile per Gallon)로 기름 1갤론(3.785l)으로 몇 마일을 달릴 수 있는가를 표시하며, 독일·프랑스·캐나다·호주 등은 l /100km로 100km 달리는데 기름이 얼마나 드는가로 나타낸다. 연비의 종류는 크게 수평의 평탄한 직선 포장도로에서 측정구간을 설정하여 이 구간을 일정속도로 주행한 후 측정하는 정속(定速)주행연비와 실제의 주행조건과 도로상태에서 측정하는 실주행연비, 그리고 시가지나 고속도로의 특정지역 주행패턴을 대표하는 주행모드(Mode)로 시험실의 샤시동력장비로 재현하여 측정하는 모드연비로 나누어진다. 우리나라는 1988년부터 승용차의 에너지소비효율 및 등급에 관한 정보(정부공인연비)를 소비자에게 제공하고 있는데 연비 측정방법은 국제적으로 가장 많이 통용되는 LA-4모드(평균속도 31.5km/h)에 의한 배출가스 측정방법(CVS-75 모드 측정방법)이 있다. 그러나 실제 우리나라 시가지 주행은 이보다 속도가 낮아 정부공인연비보다 10~20% sw은 보정계수(0.9~0.8)를 곱해야 한다고 한다.

연비향상

미국의 국가도로교통안전국(NHTSA)은 1978년부터 매년 각 기업이 미국에서 판매하는 차(승용차, 픽업, 밴)의 평균연비(CAFE:Corporate Average Fuel Economiy)를 조사,발표하고 기준치에 미달하면 동일년도 생산모델 총대수를 기준으로 1mpg당 50달러의 벌금을 물게 한다. CAFE는 서유소비억제와 지구환경보호차원에서 1978년 도입 당시 승용차는 갤론당 18.0마일이었으나 1997년 27.5마일(l 당 11.7km), 상용차는 20.7마일(l 당 8.8km)를 주행해야 한다. 연비향상을 위해서는 엔진기술개발, 차체경량화, 공기저항감소스타일 등을 복합적으로 추진하여야 한다. 특히, 정밀한 설계와 제조기술로 각종 기계손실을 줄이는 것도 연비향상의 해결방법이다. 중형승용차 기준으로 에너지 손실이 94% 정도나 되고 실제 주행운동에 들어간 에너지는 6%도 안되기 때문이다.

차량경량화

연비를 1% 향상시키려면 차량중량을 1% 감소시켜야 한다. 1500kg 중량의 승용차 연비를 10% 향상시키려면 150kg 이상 차체무게를 줄여야 한다. 차체의 무게를 줄이는 방법은 개별부품의 두께감소, 부품의 간소화·통합화, 구조변경을 동반한 소재전환 등이 있으나 가장 효과적인 것은 소재의 경량화를 통해 가능하다고 볼 때 가장 중량이 무거운 철강 사용 비중을 줄이고 대신 알루미늄과 플라시틱을 늘리고 동시에 신소재를 개발하는 것이 지름길일 것이다. 일본의 경우 지난 20년간 승용차용 소재 중 알루미늄 사용량을 2.8%에서 6.3%, 합성수지는 2.9%에서 7.7%로 크게 증가한 반면, 철강소재는 80%에서 96년 70%로 약 10%가 감소했다. 이러한 철강소재의 감소는 철강산업의 위기로까지 이어질 수 있다. 년간 5천만대의 자동차가 생산되고 이 가운데 승용차 3,500만대에 쓰이는 철강사용량만 4,500만톤으로 세계조강생산량 7억3천만t의 6%에 해당된다. 이 거대한 자동차용 철강시장에 알루미늄과 플라스틱 등의 시장잠식이 본격화되고 있기 때문이다. 그러나 경량화 소재의 사용은 자동차의 안전성과 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 문제를 안고 있어 그렇게 용이한 것은 아니다.

직접분사식 가솔린엔진 개발

현재 대부분의 가솔린 엔진은 MPI 시스템을 사용하고 있으나 앞으로 연비향상과 출력향상 및 배기가스 절감을 위해서 GDI(Gasoline Direct Injection) 엔진시스템이 도요타와 미쓰비시의 주도로 96년부터 일부차량에 탑재되고 있다. 기존 희박연소(Lean Burn) 엔진이 엔진의 흡기포트에 연료를 분사해서 스윌 유동을 이용해 공연비(공연비)가 약 20~25 정도에서 운행이 가능했으나 GDI엔진은 연소실에 연료를 직접 분사하는 초희박연소 엔진으로 공연비 40 이상에서도 운행이 가능하여 연료소모율의 절감 가능성이 2배 정도인 것으로 알려졌다. 한편 디젤엔진도 직접 분사식 CDI(Common-rail Direct Injection) 엔진이 속속 개발되어 중소형 승용차에 탑재되고 있어 2000년대 초반에 가면 승용 디젤엔진이 주축을 이룰 것으로 전망되며 유럽중십으로 추진중인 '3 리터카 프로젝트'도 가능하게 될 것으로 보인다.

3 l Car와 Super Car Project

연비향상은 에너지 절감차원을 넘어 환경대응 차원으로 바뀌어 환경문제해결과 새로운 국제경쟁력을 확보하기 위한 국책과제가 되었다. 독일의 자동차협회(VDA)는 1995년 앞으로 10년내 연비를 25% 개선(95년 7.5 l /100km → 2005년 5.9l/100km)하고 또 '3l Car' 개발을 본격화하였다. '3l Car'란 3 l 대(3.0~3.9 l )의 연료로 100km를 주행(3.0~3.9 l /100km → 25.6~33.3km/ l )하는 초저연비차(超低燃費車)로 1995년 프랑크푸르트 모터쇼에서 목표를 세운 후 VW,BENZ, OPEL, BMW 등의 메이커가 소형디젤엔진과 경량 소재의 차량 개발로 속속 진전을 보이고 있다. 한편 미국도 정부주도로 민관합동연구계획(AAI)을 1993년 대통령 제안으로 시작하였다. 이 계획은 '꿈의 차' 또는 'Ultimate Car'를 목표로 향후 10년 동안 80mpg(34km/ l )의 연비를 갖는 차세대 승용차개발에 10억 달러를 투자하여 추진 중인데 극소량 또는 전무한 공해배출 기준을 만족시키고 80%의 리사이클을 실현하며, 차량중량을 40% 감축하는 것을 과제로 담고 있다.