1952년에 설립된 니혼 대학교 엔진 동호회는 자동차 연구에 중점을 둔 동아리로 시작했으며, 초기 몇 년 동안 주요 자동차 제조업체와 협력했습니다. 1980년대에는 경쟁이 치열한 모터스포츠로의 전환을 시도했습니다. 이 동호회는 자원봉사 이벤트와 더불어, 가솔린 1리터로 누가 가장 멀리 갈 수 있는지를 겨루는 에코 마일 챌린지에 참여하기 시작했습니다. 2000년과 2001년에 이르러서는 목표를 더 높게 잡아, 맞춤형 카울(cowl) 제작과 알루미늄 프레임 구조를 앞세워 권위 있는 미국의 Formula SAE 대회에 출전했습니다.

오늘날 이 동호회는 니혼 대학교의 “Future Doctor Workshop” 학생 프로젝트 이니셔티브의 일환으로 자금 지원과 전용 작업 공간을 포함한 학교 차원의 지원을 받고 있습니다. 이러한 지원에 힘입어 2003년 첫 대회 이후 모든 일본 학생 포뮬러 대회에 참여할 수 있었습니다. 이는 소수의 대학 팀만이 달성한 놀라운 업적입니다. 이 글에서는 니혼 대학교 엔진 동호회의 이키(Iki) 씨와 함께 Flir T540이 레이싱카 개발에서 소속 팀이 상위 순위를 차지하는 데 어떻게 도움이 되는지 알아보겠습니다.

니혼 대학교 엔진 동호회의 이키 씨

개발된 기계의 실제 주행 테스트를 통한 경험 구축 및 데이터 수집의 중요성

니혼 대학교 엔진 동호회(Nihon University Engine Association)의 여정이 항상 순탄했던 것만은 아닙니다. 수년 동안 이 동호회는 50위 안팎의 순위에서 고전했습니다. 그러나 프로젝트의 전면적인 개편으로 성과가 달라졌습니다. 최근 대회에서는 19위, 26위, 16위라는 뛰어난 성적으로 꾸준히 상위 20위권에 이름을 올렸습니다. 이러한 반전은 팀 단결 강화와 동문들의 귀중한 지원에서 비롯됩니다. 많은 프로그램이 위축되었던 코로나19 팬데믹 기간에도 기술적 우위와 경쟁심을 잃지 않았습니다.

“엘리트 등급에 진입하려면 레이싱카 개발 및 부품 엔지니어링에 대한 전적인 헌신과 광범위한 테스트 주행이 필요합니다.”라고 이키 씨는 설명합니다. 

상위 등급과 중간 등급 학교 간의 격차는 트랙 주행 시간에 달려 있는 경우가 많습니다. 간단히 말해서 실제 경험과 데이터 축적을 대체할 수 있는 것은 없습니다. 이 팀의 현재 레이싱카는 야심 찬 접근 방식을 반영합니다. 이 레이싱카는 섀시 롤을 제어하도록 설계된 정교한 서스펜션 시스템(POU)과 퍼포먼스 경계를 넓히는 고출력 엔진 튜닝이 결합된 것이 특징입니다. 

동호회의 레이싱카 섀시.

이 팀의 한 가지 장점은 464×348 해상도의 Flir T540 전문가용 열화상 카메라를 이용할 수 있었다는 점이었습니다. 처음에 이키 씨는 Flir T540을 타이어 온도 분석(특히 캠버 각도(사진 3) 최적화 목적)과 브레이크 시스템 모니터링에 사용할 계획이었습니다. 그러나 그는 곧 엔진 튜닝 작업에서 카메라의 예상치 못한 가치를 발견했습니다. 

주행 전과 후 오른쪽 뒤(위) 및 왼쪽 앞(아래) 타이어 장면.

균일한 열 분포는 적절하게 최적화된 설정을 나타냅니다.

출력과 배기 시스템 온도 변화 간의 관계에 집중 - 배기 시스템 비디오 분석

“양산 차량은 일상적인 주행 조건을 위해 안전 보장 조치를 포함하여 설계되지만, 레이싱카 엔진은 완전히 다른 원칙에 따라 작동합니다. 퍼포먼스가 전부입니다.”라고 이키 씨는 설명합니다. “공기-연료 혼합물의 연소 타이밍을 앞당기면 출력이 향상될 수 있지만, 너무 일찍 설정하면 노킹이 발생할 수 있으며 최악의 경우 엔진 고장으로 이어질 수 있습니다. 반대로 연소 타이밍이 너무 보수적이면, 에너지가 사용 가능한 파워로 변환되기보다는 열로 낭비됩니다. 점화 타이밍 조정의 효과는 섀시 다이나모미터(Chassis Dynamometer)의 출력 곡선 상에서 수치로 확인할 수 있습니다. 그러나 배기 시스템의 온도 변화에 대한 촬영 영상을 분석하고 이를 출력 데이터와 비교했을 때, 그 결과는 출력 곡선과 완벽하게 일치했습니다.”

Flir T540 전문가용 열화상 카메라

Flir T540은 고급 연구 및 개발을 위해 설계된 고성능 카메라이지만, 간소화된 분석 소프트웨어인 Thermal Studio Pro와 함께 사용하면 팀들은 현장에서 직접 빠르고 직관적으로 측정 결과를 얻을 수 있습니다.

앞으로 이 동호회는 자동차의 무게중심을 낮추기 위해 맞춤형 오일 팬을 개발할 계획입니다. 그 단계에서 Flir T540은 엔진의 냉각 성능이 충분한지 확인하는 데 중요한 역할을 합니다.

머플러 매니폴드 온도, 사전 및 사후 점화 타이밍 조정.

점화 타이밍을 조정하자 머플러 매니폴드의 온도가 낮아졌으며, 이는 배기 가스가 사용 가능한 파워로 더 효과적으로 변환되고 있음을 나타냈습니다.

머플러 온도 및 매니폴드의 시계열 온도 데이터.

이키 씨는 Flir T540이 엔진 튜닝뿐만 아니라 방열 성능 평가에도 유용하다고 언급했습니다. 표면적을 늘리고 방열을 향상시키도록 설계된 고성능 코팅인 HDP를 적용하기 전과 후에 머플러 표면의 열화상을 비교함으로써, Flir T540을 사용하여 해당 코팅의 효과를 명확하게 입증하였습니다. 

HDP 코팅 전과 후 머플러.

동일한 주행 부하 후에 온도를 측정하였습니다. 코팅 적용 후 메쉬 영역에서 방열 온도가 약 8°C 증가하는 것이 관찰되었습니다.