燃料効率（または燃費）は熱効率の一種であり、キャリア（燃料）に含まれる化学的位置エネルギーを運動エネルギーまたは仕事に変換するプロセスにおける、努力と結果の比率を意味します。全体的な燃料効率はデバイスごとに異なる場合があり、さらにアプリケーションごとに異なる場合があり、この変動の範囲は連続的なエネルギープロファイルとして示されることがよくあります。産業などの輸送以外の用途は、燃料効率の向上による恩恵を受けており、特に化石燃料発電所やハーバー法によるアンモニア製造などの燃焼を伴う産業ではその恩恵を受けています。
輸送の文脈において、燃費とは特定の車両のエネルギー効率であり、消費燃料1単位あたりの走行距離の比率として表されます。これは、エンジン効率、トランスミッション設計、タイヤ設計など、いくつかの要因に依存します。メートル法を使用するほとんどの国では、燃費は100キロメートルあたりのリットル数（L/100 km）またはリットルあたりのキロメートル数（km/Lまたはkmpl）で表されます。他のシステムを使用している多くの国では、燃費は1ガロンあたりのマイル数（mpg）で表されます。例えば、米国や英国（英ガロン）では通常はmpgです。英ガロンは米国ガロンより20%大きいため、mpgの値を直接比較できないため、混乱が生じることがあります。伝統的に、ノルウェーとスウェーデンではリットル/ミルが使用されていましたが、どちらもEU標準のL/100 kmに準拠しています。[1]
燃料消費量は線形関係にあるため、車両の性能をより正確に測る指標です。一方、燃費は効率改善に歪みをもたらします。[2]貨物車の場合は重量比効率（単位重量あたりの効率）、乗用車の場合は乗客比効率（乗客1人あたりの車両効率）が示される場合があります。
車両設計
燃費は、エンジンパラメータ、空気抵抗、重量、エアコンの使用、燃料、転がり抵抗など、車両の多くのパラメータに依存します。ここ数十年で、車両設計のあらゆる分野で進歩がありました。車両の燃費は、丁寧なメンテナンスと運転習慣によっても改善できます。[3]
ハイブリッド車は、推進力として2つ以上の動力源を使用します。多くの設計では、小型の内燃エンジンと電気モーターが組み合わされています。ブレーキ時に熱として失われるはずだった運動エネルギーは、電力として回収され、燃費を向上させます。これらの車両の大型バッテリーは、車の電子機器に電力を供給し、エンジンを停止させて長時間のアイドリングを回避します。[4]
艦隊効率
フリート効率とは、車両の平均的な効率を表します。効率に関する技術進歩は、燃費の悪い大型車両への傾向を持つ購買習慣の変化によって相殺される可能性があります。[5]
エネルギー効率用語
エネルギー効率は燃費効率に似ていますが、入力は通常、メガジュール（MJ）、キロワット時（kW·h）、キロカロリー（kcal）、英国熱量単位（BTU）などのエネルギー単位で表されます。「エネルギー効率」の逆は「エネルギー強度」で、これは出力単位に必要な入力エネルギー量です。例えば、MJ/人・km（旅客輸送）、BTU/トン・マイルまたはkJ/t・km（貨物輸送）、GJ/t（鉄鋼およびその他の材料の生産）、BTU/(kW·h)（発電）、リットル/100km（車両走行）などです。100kmあたりのリットルも「エネルギー強度」の指標であり、入力は燃料の量で、出力は走行距離で測定されます。 例：自動車の燃費
燃料の発熱量が分かれば、燃料単位（ガソリンのリットル数など）からエネルギー単位（MJなど）への変換、およびその逆の変換は簡単です。しかし、エネルギー単位を用いた比較には2つの問題があります。
- 水素含有燃料には2つの異なる発熱量があり、数パーセントの差が生じる可能性があります（下記参照）。
- 輸送エネルギーコストを比較する場合、1キロワット時の電力を生成するには、2キロワット時または3キロワット時の発熱量を持つ燃料が必要になる場合があります。
燃料のエネルギー含有量
燃料の比熱とは、ある量（ガロン、リットル、キログラムなど）を燃焼させたときに得られる熱エネルギーのことです。これは燃焼熱と呼ばれることもあります。同じ燃料バッチに対して、2つの異なる比熱エネルギーの値が存在します。1つは高（または総）燃焼熱、もう1つは低（または正味）燃焼熱です。高値は、燃焼後、排気中の水が液体になっているときに得られます。低値は、排気中の水がすべて蒸気（水蒸気）になっているときに得られます。水蒸気は蒸気から液体に変化するときに熱エネルギーを放出するため、液体の水の値は水の蒸発潜熱を含むため大きくなります。高値と低値の差は約8～9%と大きく、ガソリンの発熱量の見かけ上の差異の大部分を占めています。米国（および表）では、伝統的に高発熱量が使用されてきましたが、他の多くの国では低発熱量が一般的に使用されています。
| 燃料の種類 | MJ/L | MJ/kg | BTU /英ガロン | BTU /米ガロン | リサーチオクタン 価 (RON) |
|---|---|---|---|---|---|
| レギュラーガソリン | 34.8 | 約47 | 150,100 | 125,000 | 91以上 |
| プレミアムガソリン | 約46 | 95以上 | |||
| オートガス( LPG ) (プロパン60% 、ブタン40% ) | 25.5～28.7 | 約51 | 108～110 | ||
| エタノール | 23.5 | 31.1 [7] | 101,600 | 84,600 | 129 |
| メタノール | 17.9 | 19.9 | 77,600 | 64,600 | 123 |
| ガソホール(エタノール10%、ガソリン90%) | 33.7 | 約45 | 145,200 | 121,000 | 93/94 |
| E85（エタノール85%、ガソリン15%） | 25.2 | 約33 | 108,878 | 90,660<extra_id_1> 100～105 | 軽油 |
| 38.6 | 約48 | 166,600 | 138,700 | 該当なし（セタン価を参照） | バイオディーゼル |
| 35.1 | 39.9 | 151,600 | 126,200 | Vegetable oil (using 9.00 kcal/g) | バイオディーゼル |
| 34.3 | 37.7 | 147,894 | 123,143 | Aviation gasoline | |
| 33.5 | 46.8 | 144,400 | 120,200 | 80-145 | Jet fuel , naphtha |
| 35.5 | 46.6 | 153,100 | 127,500 | N/A to turbine engines | Jet fuel , kerosene |
| 37.6 | 162,100 | 約47 | 135,000 | Liquefied natural gas | Jet fuel , kerosene |
| 25.3 | ~55 | 109,000 | 90,800 | Liquid hydrogen | |
| 0 9.3 | 40,467 | 33,696 | [ 8 ] |
[8]
総燃焼熱も正味燃焼熱も、反応から得られる理論的な機械的エネルギー（仕事）の量を与えるものではありません。（これはギブスの自由エネルギーの変化によって与えられ、ガソリンの場合は約45.7 MJ/kgです。）燃料から得られる実際の機械的仕事量（燃料消費率の逆数）はエンジンによって異なります。ガソリンエンジンでは17.6 MJ/kg、ディーゼルエンジンでは19.1 MJ/kgが可能です。詳細については、正味燃料消費率を参照してください。 [説明が必要]
輸送
輸送におけるエネルギー効率とは、乗客、貨物、またはあらゆる種類の積荷の有効移動距離を、輸送推進手段に投入された総エネルギーで割ったものです。エネルギー投入は、推進力の種類に応じていくつかの異なる種類で表され、通常、そのようなエネルギーは液体燃料、電気エネルギー、または食料エネルギーとして表されます。[9] [10]エネルギー効率は、エネルギー強度と呼ばれることもあります。[11]輸送におけるエネルギー効率の逆数は、輸送におけるエネルギー消費です。
におけるエネルギー効率は、しばしば燃料消費量で説明されます。燃料消費量は燃費の逆数です。[10]ただし、燃料消費量は液体燃料を使用する推進手段に関連付けられているのに対し、エネルギー効率はあらゆる種類の推進力に適用できます。こうした混乱を避け、あらゆる種類の車両のエネルギー効率を比較できるようにするために、専門家はエネルギーを国際単位系、つまりジュールで測定する傾向があります
したがって、国際単位系では、輸送におけるエネルギー効率はメートル毎ジュール（m/J）で測定され、輸送におけるエネルギー消費はジュール毎メートル（J/m）で測定されます。車両の効率が高いほど、1ジュールで走行できるメートル数が多くなり（効率が高くなる）、1メートル移動するのに消費するジュール数が少なくなります（消費が少なくなります）。輸送におけるエネルギー効率は、輸送手段によって大きく異なります。輸送の種類によって、自転車では1キロメートルあたり数百キロジュール（kJ/km）から、ヘリコプターでは1キロメートルあたり数十メガジュール（MJ/km）までの範囲となります。
燃料の種類と燃料消費率により、エネルギー効率は運転コスト（$/km）や環境排出量（例： CO2 /km） にも関連することがよくあります。自動車の燃費
自動車の燃費または燃料効率は、車両の走行距離と消費燃料量に関係しています。燃費は、100キロメートルあたりのリットル数（L/100 km）など、特定の距離を走行するために必要な燃料の量で表すことができます。また、その逆数として、消費燃料の単位量あたりの走行距離（キロメートル/リットル（km/L）またはマイル/ガロン（mpg））で表すこともできます。車両の燃費は大気汚染の重要な要因であるため、自動車燃料の輸入は国の対外貿易の大きな部分を占める可能性があり、消費者は燃費を過小評価することが多いため、多くの国が燃費に関する要件を課しています
車両の実際の性能を近似するために、様々な方法が使用されます。燃料のエネルギーは、車両を推進する際、および点火や空調などの車両システムに電力を供給する際に発生する様々な損失（風圧、タイヤの抵抗など）を克服するために必要です。燃料の化学エネルギーと車両の運動エネルギーとの間の変換における損失を削減するために、様々な戦略を採用できます。運転者の行動は燃費に影響を与える可能性があり、急加速や急ブレーキなどの操作はエネルギーを無駄にします。
電気自動車は100キロメートルあたりキロワット時（kWh/100km）の電力を消費します。米国では、ガソリン換算ガロンあたりのマイル数（米ガロン）などの同等の尺度が作成され、それらを比較しようとしています。運転技術
エネルギー効率の高い運転技術は、燃料消費量を削減し、燃費を最大化したいドライバーによって活用されています。多くのドライバーは燃費を大幅に向上させる可能性を秘めています。[13]タイヤの空気圧を適切に保つ、車両のメンテナンスを徹底する、アイドリングを避けるといったシンプルな対策で、燃費を劇的に向上させることができます。[14]加速と減速を慎重に使い分け、特に高速走行を制限することが燃費向上につながります。このような技術を複数組み合わせて活用することを「ハイパーマイリング」と呼びます。[15]
これらの技術はどのドライバーでも応用できますが、エネルギー効率の高い運転（しばしば「エコドライブ」と呼ばれる）は、現代の車両管理の主要な焦点となっています。車両のデジタル化の重要な部分として、企業はテレマティクスを使用して燃費を自動的に監視および管理しています。車両テレマティクスシステムは、急加速、スピード違反、アイドリングなど、燃料を浪費する行動に関するデータを収集します。この情報は、ドライバースコアリングアプリケーションで使用され、ドライバーを識別して指導します。[13]これは、高精度の燃料レベルセンサーを使用して正確な燃料消費データを取得し、ガソリンの盗難を防止する専用の燃料管理システムと組み合わせられることがよくあります。[16]
大型車の車間距離を詰めるなど、違法かつ危険な極端な燃料節約技術に頼ることなく、シンプルな燃費向上技術で燃料消費量を削減できます。先進技術
エネルギーを回転運動に変換する最も効率的な機械は、電気自動車に使用されている電気モーターです。しかし、電気は主要なエネルギー源ではないため、発電効率も考慮する必要があります。鉄道車両は、追加の走行レール、架線システム、または米国や英国の鉄道網で一般的に使用されているディーゼル電気機関車に搭載されている車上発電機を介して供給される電気で駆動されます。集中発電による汚染物質は、現場ではなく、遠方の発電所から排出されます。汚染物質は、鉄道の電化と低炭素電力の利用を増やすことで削減できます。フランスのSNCF（フランス国鉄）やスイス連邦鉄道など、一部の鉄道は、電力の100%ではないにしても、大部分を水力発電所または原子力発電所から得ているため、鉄道網からの大気汚染は非常に低くなっています。これは、AEAテクノロジーがロンドンとパリ間のユーロスターと航空機の旅を比較した研究にも反映されており、フランスの原子力発電の恩恵もあって、列車は乗客一人当たりのCO2排出量が飛行機の10分の1であることが示されました。[17]
水素燃料電池
将来的には、水素自動車が市販される可能性があります。トヨタは、一連の水素燃料ステーションが設置されている南カリフォルニアで、水素燃料電池で動く車両の試験販売を行っています。燃料電池内の化学反応によって電気を生成し、非常に効率的な電気モーターを駆動するか、内燃機関で水素を直接燃焼させることによって駆動されます（天然ガス車とほぼ同じで、天然ガスとガソリンの両方に同様に適合します）。これらの車両は、排気管からの汚染物質をほぼゼロにすることを約束しています。太陽光、風力、水力、原子力などの非汚染源からの電気を用いて電気分解によって水素が生成されれば、大気汚染は最小限に抑えられる可能性があります。商業的な水素製造では化石燃料が使用され、水素よりも多くの二酸化炭素が排出されます
自動車の製造と破壊、そして電気と水素の生産、伝送、貯蔵には汚染物質が関与するため、「ゼロ汚染」というラベルは、自動車が貯蔵エネルギーを運動に変換する部分にのみ適用されます。
2004年、 BMW、ゼネラルモーターズ、ホンダ、トヨタ、フォルクスワーゲン／アウディといった大手自動車メーカーの連合体は、米国とカナダのガソリンブランドを対象に、洗剤含有量の最低基準[18]を満たし、金属添加剤を含まない「トップティア洗剤ガソリン基準」を策定しました。トップティアガソリンには、燃費とエンジン性能を低下させることが知られている堆積物（通常は燃料インジェクターと吸気バルブ）の蓄積を防ぐために、より高いレベルの洗剤添加剤が含まれています。[19]
微小重力下
燃料の燃焼方法は、生成されるエネルギー量に影響します。アメリカ航空宇宙局（NASA）は、微小重力下における燃料消費量を調査しています。
通常の重力条件下での炎の一般的な分布は対流に依存します。これは、ろうそくのように煤が炎の上部に上昇する傾向があり、炎が黄色くなるためです宇宙空間のような微小重力または無重力環境では、対流は発生しなくなり、炎は球状になり、より青く、より効率的になる傾向があります。この違いにはいくつかの説明が考えられますが、最も可能性の高い説明は、温度が均一に分布しているためすすが生成されず、完全燃焼が起こるという仮説です。、アメリカ航空宇宙局、2005年4月。NASAによる微小重力実験では、微小重力下での拡散炎は、地球上の拡散炎よりも、生成後にすすが完全に酸化される可能性が高いことが明らかになっています。これは、通常の重力条件と比較して、微小重力下では一連のメカニズムが異なる挙動を示すためです。LSP-1実験結果、アメリカ航空宇宙局、2005年4月。微小重力下での予混合炎は、地球上のろうそくよりもはるかに遅い速度で効率的に燃焼し、はるかに長く持続します。[20]
参照
参考文献
- ^ 「新車の燃費に関する情報」。2019年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年11月7日閲覧。
- ^ 「ガソリン車の燃費ラベルについて詳しく知る」。2013年7月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「車の燃費を向上させるための簡単なヒントとコツ | CarSangrah」。CarSangrah 。 2018年6月7日閲覧。2018年7月24日閲覧。
- ^ 「ハイブリッド車 の仕組み」。米国エネルギー省。2015年7月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年1月16日閲覧
- ^ ab 「自動車トレンドレポートのハイライト」。EPA.gov 。米国環境保護庁（EPA）。2022年12月12日。2023年9月2日時点のオリジナルからのアーカイブ。
- ^ Cazzola, Pierpaolo; Paoli, Leonardo; Teter, Jacob（2023年11月）「世界の自動車フリートのトレンド2023 / SUVシフトとEV移行の管理」（PDF）。世界燃費イニシアチブ（GFEI）。3ページ。doi : 10.7922/G2HM56SV。2023年11月26日時点のオリジナルからのアーカイブ（PDF） 。
- ^ 生成熱から計算。MJ/Lを密度で割った値と完全には一致しません。
- ^ オークリッジ国立研究所交通分析センターの輸送エネルギーデータブック、付録B
- ^ 「効率」。2016年9月18日閲覧
- ^「 軽量車両の燃費技術の評価」。全米科学アカデミー出版。2011年。doi :10.17226/12924。ISBN 2016年9月18日閲覧。
- ^ 「エネルギー関連用語集」。米国エネルギー省。 2016年9月20日閲覧
- ^ ウォルター・ハインズ・ペイジ、アーサー・ウィルソン・ペイジ（1916年）。「人間とその機械」。『世界の仕事』第33巻。ガーデンシティ、ニューヨーク：ダブルデイ・ペイジ社
- ^ ボーゼン他（2009年）。「車載ログ装置を用いたエコドライブ講習の長期的影響の調査」。Transportation Research D. 14 ( 7): 514– 520. Bibcode :2009TRPD...14..514B. doi :10.1016/j.trd.2009.05.009. 2013年10月19日時点のオリジナルよりアーカイブ
- ^ 「燃費を向上させてガソリン代を節約する20の方法」。2016年8月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ http://www.merriam-webster.com/dictionary/hypermiling メリアム・ウェブスター辞書
- ^ 「時代を先取り：2023年の3つの主要なフリート管理トレンド」。Forbes 。 2023年4月18日。2025年10月7日閲覧。
- ^ 「ロンドン・パリ間のCO2排出量比較で、鉄道は飛行機より10倍優れている - Transport & Environment」。2007年 時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ Top Tier Gasoline ウェイバックマシンで2013年8月15日にアーカイブ
- ^ 「デポジット管理基準」。2004年8月6日にオリジナルからアーカイブ。2012年10月19日に取得。
- ^ SOFBAL-2実験結果。Wayback Machineに2007年3月12日にアーカイブ。アメリカ航空宇宙局（NASA）、2005年4月。
外部リンク
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- 燃費に関する米国政府のウェブサイト
- 英国運輸省による道路と鉄道の比較
- NASA、高速で燃費の良い航空機に150万ドルの賞金を提供。Wayback Machineに2016年3月3日にアーカイブ。
- 自動車の燃費公式データ
- Spritmonitor.de「最も燃費の良い車」 - 数千の（主にドイツの）自動車所有者の実際の燃費データのデータベース（Spritmonitorを参照）
- EPA（米国環境保護庁）の検索可能な燃費データ
- penghemat bbm - Alat penghemat bbm
- ニューヨーク・タイムズ：代替燃料ビジョンのロードテスト
