燃費効率

燃料効率（または燃費）は熱効率の一種で、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の労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、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ます。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扱う産業ではそうです。

輸送の文脈では、燃費とは特定の車両のエネルギー効率であり、消費された燃料の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の設計、タイヤの設計など、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「燃料消費量」として、100キロメートルあたりのリットル（L/100 km）またはリットルあたりのキロメートル（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、燃費はガロンあたりのマイル（mpg）で表されます。たとえば、米国や通常は英国（英ガロン）では、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に合わせています。^[1]

燃料消費量は、車両の性能を測るより正確な指標です。なぜなら、燃料経済性は効率改善に歪みをもたらすのに対し、燃料消費量は線形関係にあるからです。^[2]貨物車の場合は重量別効率（単位重量あたりの効率）、乗用車の場合は乗客別効率（乗客一人あたりの車両効率）が示されます。

燃費は、エンジンパラメータ、空気抵抗、重量、エアコン使用量、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、慎重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、小型の燃焼エンジンが電気モーターと組み合わされています。ブレーキ時に熱として失われる運動エネルギーは、電力として回収され、燃費が向上します。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、エンジンを停止して長時間のアイドリングを回避します。^[4]

車両群の効率とは、車両の平均的な効率を表します。効率に関する技術的な進歩は、燃費の悪い重い車両を好む傾向のある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]

エネルギー効率は燃料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)、または英国熱量単位(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」、つまり出力単位に必要な入力エネルギー量です。たとえば、MJ/人キロ (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)、またはリットル/100 km (車両走行) などです。100 km あたりのリットルも「エネルギー強度」の尺度で、入力は燃料の量で測定され、出力は走行距離で測定されます。例:自動車の燃費。

燃料の発熱量がわかれば、燃料単位（ガソリンのリットルなど）からエネルギー単位（MJ など）への変換も、その逆の変換も簡単です。しかし、エネルギー単位を使用した比較には 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、数パーセント異なることがあります (下記参照)。
• 輸送エネルギーコストを比較する場合、1キロワット時の電気エネルギーを生成するには、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。

燃料の比エネルギー含有量は、ある量（ガロン、リットル、キログラムなど）が燃焼したときに得られる熱エネルギーです。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、比熱エネルギーの値が 2 つ存在します。1 つは高（または総）燃焼熱で、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）になっている場合です。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、液体の水の値の方が大きくなります。これは、水の蒸発潜熱が含まれるためです。高値と低値の差は大きく、約 8 ～ 9% です。これが、ガソリンの発熱量の見かけ上の矛盾の大部分を占めています。米国（および表）では、高発熱量が伝統的に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。

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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の量 (燃料消費量の逆数) は、エンジンによって異なります。ガソリン エンジンの場合は 17.6 MJ/kg、ディーゼル エンジンの場合は 19.1 MJ/kg の数値が可能です。詳細については、ブレーキ固有の燃料消費量を参照してください。 ^{[説明が必要]}

自動車の燃費は、車両の走行距離と消費される燃料の量に関係します。消費量は、距離を移動するための燃料の量、または消費される燃料の単位量あたりの走行距離で表すことができます。車両の燃料消費は大気汚染の大きな要因であり、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るため、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、さまざまな方法が使用されます。燃料のエネルギーは、車両を推進するとき、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ときに発生するさまざまな損失 (風の抵抗、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の間の変換のそれぞれで損失を減らすために、さまざまな戦略を採用できます。ドライバーの行動は燃費に影響する可能性があります。急加速や急ブレーキなどの操作はエネルギーを浪費します。

電気自動車は燃料を直接燃やさないため、それ自体に燃費はありませんが、ガソリン換算の1ガロンあたりの走行距離などの同等性尺度が作られ、比較しようと試みられています。

エネルギー効率の良い運​​転技術は、燃料消費を減らして燃費を最大化したいドライバーによって使用されています。多くのドライバーは燃費を大幅に改善する可能性があります。^{[13] [14]}燃料消費と運転行動の関係は、人工知能（AI）と機械学習（ML）の分野で人気のトピックです。運転行動を表し、影響を与える主な要因には、速度、加速度、ギア、道路パラメータ、天候などがあります。^[14]タイヤを適切な空気圧に保つ、車両をよく整備する、アイドリングを避けるなどの単純なことでも、燃費を劇的に改善できます。^[15]加速と減速を慎重に使用し、特に高速の使用を制限すると効率が向上します。このような技術を複数使用することを「ハイパーマイリング」と呼びます。^[16]

大型車の追突など、違法かつ危険な極端な燃料節約技術に頼ることなく、シンプルな燃料効率化技術で燃料消費量を削減できます。

エネルギーを回転運動に変換する最も効率的な機械は、電気自動車で使用されている電気モーターです。ただし、電気は主要なエネルギー源ではないため、電力生産の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、架空架線システム、または米国や英国の鉄道網で一般的なディーゼル電気機関車で使用される車載発電機を介して供給される電気を使用して駆動できます。集中型の発電から生じる汚染は、「現場」ではなく、遠くの発電所で排出されます。汚染は、鉄道の電化と低炭素電力を電力に使用することで削減できます。フランスのSNCFやスイス連邦鉄道などの一部の鉄道は、電力の100%ではないにしても、ほとんど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いです。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列車と飛行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助けもあり、列車は平均して乗客一人当たりのCO2排出量が飛行機の10分の1であることが示されている_。 [ ^17]

将来、水素自動車が市販されるようになるかもしれません。トヨタは、一連の水素燃料補給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自動車の試験販売を行っています。燃料電池の化学反応で電気を作り、非常に効率的な電気モーターを駆動するか、または内燃機関で水素を直接燃焼させることで駆動します（天然ガス自動車とほぼ同じで、同様に天然ガスとガソリンの両方に対応しています）。これらの自動車は、テールパイプ（排気管）からの汚染がほぼゼロになると期待されています。太陽光、風力、水力、原子力などの非汚染源からの電気を使用して電気分解で水素を生成すれば、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を使用し、水素よりも多くの二酸化炭素を排出します。

自動車の製造と破壊、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が、米国とカナダのガソリンブランドを対象に、最低洗浄剤含有量基準^{[18]を満たし、金属添加物を含まない}「トップティア洗浄剤ガソリン基準」を策定した。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（典型的には燃料噴射装置と吸気バルブ）の蓄積を防ぐために、より高いレベルの洗浄剤添加物が含まれている。^[19]

燃料がどのように燃焼するかは、生成されるエネルギーの量に影響します。アメリカ航空宇宙局(NASA) は、微小重力下での燃料消費を調査しました。

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、ろうそくの場合など、すすが炎の上部に上がる傾向があるため、炎が黄色くなるためです。宇宙空間などの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、より青くなり、より効率的になる傾向があります。この違いについてはいくつかの説明が考えられますが、最も可能性の高いのは、温度が十分に均一に分散されているため、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の微小重力実験では、微小重力下での拡散炎では、地球上の拡散炎よりも多くのすすが生成された後、完全に酸化されることが明らかになりました。これは、通常の重力状態と比較して微小重力下では一連のメカニズムが異なるためである。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]

• 燃費に関する米国政府のウェブサイト
• 英国運輸省の道路と鉄道の比較
• NASA、高速かつ燃費の良い航空機に150万ドルの賞金を提供 2016年3月3日アーカイブ、Wayback Machine
• 自動車燃料消費量の公式データ
• Spritmonitor.de「最も燃費の良い車」 - 何千もの（主にドイツの）自動車所有者の実際の燃料消費量のデータベース（Spritmonitorを参照）
• EPA（米国環境保護庁）から検索可能な燃費データ
• ペンヘマット bbm - アラット ペンヘマット 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