고해상도 FLIR 카메라로 레이싱 트랙에 과학을

엔진 예열 시스템은 그 어느 때보다 소중한 자산이 되고 있으며 오늘날의 카레이싱 트랙에서 경쟁력 있는 이점을 제공합니다. 여러 레이싱 전문가들은 엔진 마모, 트랙에서의 성능 저하, 금전적 손실을 방지할 수 있기 때문에 이 기술의 가치를 인정하고 있습니다. 엔진 예열과 관련한 미국 제조업체인 Hot Products Engineering은 엔진 예열에 대한 인식을 확대하기 위해 많은 노력을 하고 있습니다. 이 회사는 현재 FLIR 카메라로 촬영한 열화상을 이용해 엔진 예열 제품의 가치를 보여주고 있습니다.

엔진 예열은 트랙에 들어서기 전에 모든 카레이서들이 수행하는 필수적인 의식 중 하나입니다. 최근까지 여러 레이싱 수련(카트, 드래그 레이싱 등)을 위해 이러한 의식은 상온에서 엔진을 켜고 가속하는 것을 의미했습니다. 그러나 소음, 위험 및 냄새 문제가 없는 경우라도 레이싱 엔진을 상온 시동하는 것은 대안이 있는 경우 결코 좋은 선택은 아닙니다. 왜냐하면 예열은 금속 대 금속 마찰과 불완전 연소 그리고 고가의 연료 소모가 요구되기 때문입니다.

엔진 예열은 트랙에 들어서기 전에 모든 카레이서들이 수행하는 필수적인 의식 중 하나입니다.

엔진 예열

자동차 레이싱에서 이 문제에 대해 일반적으로 허용되는 솔루션 엔진 예열 시스템을 사용하는 것입니다. 이 방법은 작고 조용한 발전기에서 저렴한 무연 휘발류를 사용해 정확한 온도를 구축하고 유지시킬 수 있습니다. 10년 전, 캐나다 리버모어에 있는 국립 연구소에서 30년 간 고정밀 엔지니어링 작업 후에 피터 데이비스(Pete Davis) Hot Products Engineering 사를 설립했으며 모터 레이싱을 위한 예열 제품을 설계 및 공급하기 시작했습니다. 현재 그의 Hot Head 엔진 예열기는 전 세계 레이싱 팀에서 사용되고 있습니다. 데이비스는 현재 그의 엔지니어링 배경과 레이싱 경험을 결합해 소위 '블루 컬러' 레이서들에게 다른 레이싱 팀인 Indy Car, Le Mans 및 CCA가 의존하는 것과 동일한 이점을 제공하기 위해 새로운 제품 라인을 개발 중입니다. 현재 Hot Products Engineering의 시스템은 NASCAR, American LeMans, MSA, IndyCar, World of Outlaw Sprint & Dirt Late Model, USAC, IMCA, SCORE, 600 Micro-sprint, Bonneville 및 AMA Motocross를 포함한 여러 일류 레이싱 팀으로부터 가치를 인정받고 있습니다.

예열의 이점

레이싱카 엔진은 특정 온도에서만 최대 출력을 얻습니다. 엔진 예열기는 엔진이 항상 좁은 온도 범위 내에 있도록 보장하기 때문에 최대 출력은 시작 직후에 사용 가능합니다. 이상적인 온도는 대개 레이싱 중인 차량의 타입에 따라 다릅니다. 엔진 온도는 레이싱 성능에만 영향을 미치는 것이 아닙니다. 충분히 가열되지 않은 엔진으로 인해 상온 관련 엔진 고장이 발생할 수 있으며 운전자는 레이싱을 완주하지 못할 수도 있습니다. 또한 상온 시동은 심각한 엔진 마모를 일으킬 수 있습니다. 예열은 엔진 마모를 줄이고 레이싱 팀의 비용 손실을 줄일 뿐만 아니라 부담이 큰 재구축 비용을 줄여주고 콜드 피스톤 고착 위험을 실질적으로 없애 줍니다.

선형 열 팽창 (Linear Thermal Expansion)

엔진을 예열해야 하는 전반적인 이유는 선형 열 팽창 (Linear Thermal Expansion) 컨셉과 관련이 있습니다. 엔진은 여러 다른 재료로 제작됩니다. 피스톤은 특정 알루미늄 합금으로 제작되며 실린더는 또 다른 타입의 알루미늄합금으로, 링은 주철이나 강으로, 밸브는 강이나 스테인리스강 또는 티타늄으로, 가이드 역시 다른 재료로 제작됩니다. 엔진을 시동하면 이러한 구성품들은 연소와 전후 이동으로 인한 마찰로부터 가열되기 시작합니다. 이러한 재료 중 어떠한 것도 정확하게 동일한 것은 없기 때문에 가열될 때 다른 속도로 팽창하고 냉각될 때 다른 속도로 수축합니다. 재료와 온도 간 이러한 상호작용은 예측 가능합니다. 상온 엔진을 시동하면 먼저 피스톤이 가열되고 확장됩니다. 열은 피스톤에서 링으로 이후 실린더 벽으로 전달됩니다. 엔진을 가속하고 많은 연소 사이클을 생성한 후 너무 이른 시기에 마찰 빈도가 증가하면 피스톤은 실린더보다 훨씬 빨리 팽창합니다. 이러한 팽창을 수용할 수 있는 피스톤과 실린더 사이에 적절한 간격이 없는 경우 엔진에 콜드 시저(cold seizure)라고 알려진 현상이 발생할 수 있습니다. 주행 전에 엔진을 예열함으로써 엔진의 모든 구성품을 천천히 팽창시켜 안정화할 수 있습니다. 엔진이 예열되면 엔진 부품 치수가 변경이 다소 완만해지며 엔진이 손상될 위험이 줄어듭니다.

600cc 레이싱 엔진을 가열하는 예열기의 열화상

FLIR SC6700로 촬영한 열화상 이미지는 온도가 조용하게 누적되며 57℃~98℃ 사이에서 정확하게 유지되는 모습을 명확하게 보여줍니다.

과학 기반 기술을 드래그 레이싱 스트립에 적용

드래그 레이싱 트랙을 따라 설정된 검사에서FLIR SC6700를 이용해 Hot Head DragPro 대회 엔진 예열기의 결과를 캡쳐했습니다. FLIR SC6700로 촬영한 열화상 이미지는 온도가 조용하게 누적되며 57℃~98℃ 사이에서 정확하게 유지되는 모습을 명확하게 보여줍니다. 이 설정은 갑자기 나오지 않습니다. 국립 연구소에서의 그의 배경과 경험 덕분에 Hot Products Engineering의 창립자인 피터 데이비스는 이제 열화상의 능력에 익숙해졌습니다. “저는 연구개발 맥락에서 열 패턴을 연구하기 전에 열화상 카메라를 사용해 왔기 때문에 이 카메라가 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있다는 점을 알고 있었습니다."

따라서 피터 데이비스가 고객의 온도 관련 문제을 확실히 해결해 주는 엔진 예열 시스템을 생산하는 회사를 시작할 때 그는 열화상이 레이싱 전문가들에게 예열 시스템의 가치를 보여줄 수 있다는 점을 알고 있었습니다. 피터 데이비스는 "우리는 엔진 예열 시스템을 위한 새로운 시장을 지속적으로 개발하고 있기 때문에 제품의 가치에 대해 항상 고객을 교육시켜야 합니다. 열화상은 이 업무에 큰 도움이 되기 때문에 FLIR SC6700로 캡쳐한 이미지에 적극적으로 의존하고 있습니다."라고 말합니다. “열화상 카메라를 사용하기 전에 우리는 제품의 효율성에 대한 시각적 정보가 없었습니다."

“FLIR 이미지를 통해 우리는 과학 기반 회사의 이미지를 구축할 수 있었습니다. Hot Products Engineering(HPE)는 주요 대학, 국립 연구소 및 실리콘 밸리 근처 캘리포니아 플레젠튼에 소재하고 있습니다. 이러한 환경은 효율적인 제품 개발에서 중요한 역할을
하고 있습니다.

FLIR SC6700로 작업

FLIR SC6000 시리즈카메라는 과학 또는 연구 분야를 위한 사용이 간편하고 유연한 구성의 패키지로 고속, 고해상도 이미지를 제공합니다. 피터 데이비스는 "FLIR SC6700 열화상은 엔진의 열 축적을 매우 디테일하게 제공합니다."라고 말합니다. “FLIR 카메라는 최첨단이지만 사용이 간편하며 사용자에게 정보를 신속하게 보여줍니다. 또한 FLIR SC6700는 이미지 캡쳐 후 열화상을 시각화, 검색 및 수정할 수 있는 다양한 옵션을 제공합니다.