본 연구에서는 소형선박용 중·고속 디젤엔진에 적용하여 연구 중인 SCR+DPF 기술을 저속엔진이 설치된 선박에 탑재하여 해상 실증 시험을 수행하였다. 대상 선박(총 톤수 2,881 톤, 정격출력 1,470kW@240rpm ×1)은 국내 연해를 운항하는 일반화물선으로 배출저감설 비의 선박 탑재를 위해 도면 개발, 승인 및 선박 임시검사를 수행하였다. 저감성능 확인을 위해서 가스상물질 측정장비는 NOx technical code 및 ISO-8178의 분석방법을 준용하는 장비를 사용하였으며, 입자상물질 측정장비는 국제해사기구(IMO)에서 논의하고 있는 블랙카본 측정 방법 중 하나인 스모크미터를 사용하였다. 시험은 황 함유량 따라 MGO(0.043%), LSFO(0.42%) 2종의 연료를 사용하였으며 실제 운항 하는 엔진회전수(130, 160 및 180 rpm)를 고려하여 시험 조건을 설정하였다. 시험 조건에 따라 배출저감설비의 전·후단에서 가스상 및 입 자상(매연) 물질을 측정하여 배출저감설비의 저감효율을 확인하였으며 모든 시험 조건에서 NOx의 경우 90% 이상, 입자상물질(매연)의 경우 95% 이상의 저감효율을 확인하였고 엔진 성능의 영향을 줄 수 있는 배기가스 압력은 허용배압 기준인 50mbar 이하를 만족하였다. 본 연구를 통해 해상실증 연구의 중요성과 중소형 저속엔진 선박의 질소산화물 및 입자상물질의 동시 저감을 위한 대응 기술로 SCR+DPF 설비 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

Failure diagnoses on large diesel engine are commonly detected when a deviation or fluctuation in its temperature, pressure, vibration or noise set parameter limits arises. These parameters can be easily monitored and can provide information of the engine’s present state depending on external environment and operating conditions. On the other hand, long term monitoring and condition management can be interfaced into the engine’s existing operating system. The approach is seen to keep track of monitored machines’ status using resonance and vibration amplitude. In particular, these signals will be able to identify complex vibration characteristic pertaining to such as engine torque output and support mounts. In this paper, a basic research for large diesel engine diagnosis was carried-out. The failure diagnosis collects and monitors the vibration state time history by using various vibration signals with reference to ISO 13373-1. Further, this monitoring system in the field of large diesel engines has not been applied practically and the results of this study are presented herein.

국내 대기오염물질 배출량 통계에 따르면 상당한 대기오염물질이 선박에 의해 발생하고 있다. 따라서 선박으로부터의 대기오 염물질 배출 제한과 항만지역 대기질 개선을 위해 다양한 정책들이 시행되고 있고, 국제적으로도 선박에 의한 해양오염 방지를 위해 국 제 협약 등이 이루어지고 있다. 하지만 실제 운항하는 선박에서 배출되는 대기오염물질 측정에 관한 연구와 실험은 거의 이루어지고 있 지 않아, 본 연구는 이동식배출가스측정장비(PEMS)를 사용하여 실제 운항하는 9,169톤급 선박에서 발생하는 대기오염물질 배출량 평가에 대한 방법과 가능성을 제시하였다. RPM과 부하에 따라 배출량의 차이가 있었으며, NOX 배출량은 497-2,060ppm, CO2는 1.55-6.9%, CO는 0.002-0.14% 수준이다. 엔진 제조사에서 제공하는 Shop Test에 명시된 배출량과 실제 측정된 배출량에 차이가 있음을 확인하였다. 대상선박 의 전 항해구간에서 발생하는 각 대기오염물질 최대 배출량이 PEMS 측정 구간에 포함되는 것을 확인하여, 총톤수 10,000톤급 이내 선박 에 PEMS 활용 가능성을 검증하였다.

Diesel engine has the advantages of strong power, low fuel consumption and good durability, so it has been widely used in transportation, automobile, ship and other fields. However, the nitrogen oxides(NOx) and particulate matter(PM) emitted by diesel engines have become one of the main causes of air pollution. Especially during idling, the engine temperature is low, and there are more residual exhaust gases in the combustion chamber, resulting in the formation of more harmful emissions. In this study, performance of a single cylinder, four-stroke, direct injection (DI) diesel engine fueled with diesel–biodiesel mixtures has been experimentally investigated. The findings show that a remarkable improvement in PM–NOx trade-off can be achieved by burning diesel-bioethanol blend fuels.

Diesel engine has the advantages of strong power, low fuel consumption and good durability, so it has been widely used in transportation, automobile, ship and other fields. However, the nitrogen oxides(NOx) and particulate matter(PM) emitted by diesel engines have become one of the main causes of air pollution. Especially during idling, the engine temperature is low, and there are more residual exhaust gases in the combustion chamber, resulting in the formation of more harmful emissions. In this study, performance of a single cylinder, four-stroke, direct injection (DI) diesel engine fueled with diesel–biodiesel mixtures has been experimentally investigated.

Diesel engine is used many industrial fields such as ship, power plant and big-sized vehicles and so on. Roto cap is one of the parts of system of intake and exhaust valve. Roto cap consists of body, disc spring, spring & steel ball, retainer and stop ring. Disc spring is known as taking cyclic load and cyclic load leads to fatigue damage. This study aims to investigate the stability of disc spring due to fatigue damage. As the results, the fatigue life of disc spring according to cylic load could be predicted using fatigue analysis. Consequently, disc spring showed the stability of about 1.7~2 times for criterion load of 1370N.

Roto cap is usually used to diesel engine, especially, big-sized diesel engine such as ship, power plant and so on. Intake and exhaust valves are essential parts of diesel engine and thus roto cap is one of the most important parts of intake and exhaust valves. Roto cap consists of body, disc spring, spring & steel ball, retainer and stop ring. In this study, the body and disc spring in parts of roto cap were simulated using static structural analysis. The purpose of this study is to achieve the data for designing and improving the roto cap. As the results, the body of roto cap showed safety factor of 6.3 in even 2 times of 1370N(target load) and the disc spring showed safety factor of 4.9 in 2370N load.

본 연구에서는 선박용 디젤 엔진에서 발생되는 크랭크케이스 수트(soot)의 재활용 가능성을 검토하기 위하여, 수트를 배기관에서 발생하는 수트와 크랭크케이스에서 발생한 수트로 분류하고, 열처리에 따른 수트의 구조적 특성을 분석하였다. 열처리는 아르곤 가스 분위기에서 2,000℃와 2,700℃로 열처리를 수행하였고, 샘플의 구조적 특성 분석을 위해 라만분광법(Raman spectroscopy)과 고분해능 전자현 미경(HRTEM)을 활용하였다. 또한, 취득한 HRTEM 이미지를 정량적으로 분석하기 위해 디지털 이미지 처리(Digital Image Processing) 기법을 활용하였다. 라만 분석 결과, 배기 수트와 2,700℃로 열처리한 수트에서 상대적으로 높은 G/D ratio가 나타났다. HRTEM 이미지에서는 두 수트 모두 유사한 형태의 흑연화된 나노 구조를 확인할 수 있었으나, 수트의 종류와 열처리 온도차에 따른 흑연화 정도의 차이를 정량 적으로 도출할 수 없는 한계가 있었다. 이에 Digital Image Processing을 통해 HRTEM 이미지의 fringe의 길이와 곡률을 정량적으로 분석하였으며, 라만 분석과 일치하는 결과를 도출할 수 있었다. 이는 배기 수트가 크랭크케이스 수트에 비해 더 흑연화 된 구조를 가지는 것을 의미하며, 더 높은 온도에서 열처리 할 경우 흑연의 구조로 더 잘 발달함을 의미한다. 본 연구의 결과로 크랭크케이스 수트 역시 배기 수트 와 마찬가지로 흑연계 재료로 재활용이 가능함을 확인하였다.

선박용 디젤엔진의 NOx 환원제로 액체 우레아를 사용하는 SCR 기술이 널리 사용되고 있다. 하지만 액체 우레아 대신에 고체 상의 암모늄 카바메이트를 NOx 환원제로 사용하면 저온 NOx 저감율 및 암모니아 저장용량 측면 등에서 다양한 장점이 있다. 이에 따라 본 연구에서는 암모늄 카바메이트를 EA, FTIR, XRD 방법으로 분석하여 순도를 관리하는 방법을 제시하고자 하였으며, 다양한 온도와 압력 조건에 암모늄 카바메이트가 노출되었을 때의 물질 변화 특성을 고찰하고자 하였다. 본 연구를 통하여 암모늄 카바메이트의 순도를 EA 분석을 통해 효과적으로 관리 할 수 있음을 알 수 있었으며, 선박용 디젤엔진의 SCR 시스템에 적용될 것으로 예상되는 열분해 온도 조건에서 가열과 냉각을 반복한 암모늄 카바메이트에 대한 FTIR 분석결과, 물질 특성은 변화하지 않는 것을 확인하였다. 또한, 대기 중에 장기간 노출된 암모늄 카바메이트는 암모늄 카보네이트로 물질 변화함을 알 수 있었다.

In order to design a diesel engine system and predict its performance, it is necessary to analyze the gas flow of the intake and exhaust system. A gas flow analysis in three-dimensional (3D) format needs a high-resolution workstation and enormous time for analysis. Therefore, the method of characteristics (MOC) was used for a gas flow analysis with a fast calculation time and a low-resolution workstation. An experiment was conducted on a single cylinder diesel engine to measure pressure in cylinder, intake pipe and exhaust pipe. The one-dimensional (1D) gas flow was analyzed under the same conditions as the experiment. The engine speed, valve timing and compression ratio were the same conditions and the intake pressure was inputted as the experimental results. Bent pipe such as an exhaust port that cannot be realized in 1D was omitted. As results of validation, the cylinder pressure showed accuracy, but the exhaust pipe pressure exhibited inaccuracy. This is considered as an error caused by the failure to implement a bent pipe such as an exhaust port. When analyzed in 3D, calculation time required 61 hours more based on a model of this study. In the future, we intend to implement a bent pipe that cannot be realized in 1D using 3D and prepare a method to supplement reliability by using 1D-3D coupling.

본 연구에서는 IMO의 향후 예상 규제 물질 중 하나인 수트를 선박용 엔진을 대상으로는 최초로 배기 수트와 엔진 수트로 구분 하여 구조적 특성의 비교 분석을 시도하였다. 그리고 최근 발표되고 있는 배기 수트 재활용 연구의 연장선상에서 엔진 수트의 재활용 가 능성 여부를 확인하기 위하여 2,000℃로 열처리를 시행하였고, 열처리 전·후의 수트를 고분해능 전자현미경과 라만분광법을 통해 분석하 였다. 전자 현미경을 통한 분석 결과, 배기 수트와 엔진 수트는 유사한 형태의 나노 구조를 가지고 있으나, 배기 수트는 구형의 1차 입자 가 체인형 결합구조를 가지고 있었고, 엔진 수트는 배기 수트에 비해 무정형한 구조가 확인되었다. 라만분광법 분석 결과, 배기 수트와 엔 진 수트 모두 D peak(1,350 cm-1)와 G peak(1,580 ~ 1,600 cm-1)가 확인되었다. 다만, G/D ratio는 엔진 수트에 비해 배기 수트가 상대적으로 높게 나타나며, 이는 배기 수트가 더 흑연화 된 구조를 나타냄을 의미한다. 열처리 후의 분석 결과, 엔진 수트도 배기 수트와 유사하게 흑연화 가 문제없이 진행됨을 확인하였고, 이를 통해 선박용 디젤엔진에서 발생하는 배기 수트와 엔진 수트 모두 흑연재료로 재활용이 가능함을 확인하였다.

미세먼지발생 문제는 커다란 사회적 문제로 대두되고 있다. 선박에서는 주 추진 동력원으로 디젤엔진을 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 디젤엔진에서 발생하는 미세먼지로 알려진 입자상 물질을 줄이기 위해서 디젤엔진의 후처리시스템으로 사용 중인 DPF(디 젤미립자 필터, Diesel particulate filter)를 소개하고자 한다. DPF의 소재로는 Cordierite와 SiC (Silicon carbide)의 두 가지가 사용되고 있다. 본 논문에서는 SiC DPF에 사용되는 접합제의 물성 향상을 위해서 기존 접합제로 사용된 SiC 계열의 물질 대신 코디얼라이트를 사용하여 열 팽창계수 변화를 통한 고온 변형에 대한 열 내구성을 평가하였으며, 접합제와 Segment 사이의 결합을 결정짓는 바탕제에 주성분인 실리카 졸의 pH 변화에 따른 물성 변화를 확인하였다. 이를 기반으로 실리카 졸의 반응성을 높이기 위해 Siline계 커플링제를 첨가하거나 SiC를 일부 첨가함으로써 접합제의 물성 변화의 영향에 대해서 실험을 통하여 확인하였다.

본 논문에서는 선박용 디젤엔진의 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서의 형상과 배치에 따른 압력강하와 유동균일도 특성에 대한 연구를 진행하였다. 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서는 미세먼지저감 장치 내의 배출가스 및 산화/환원제의 유동 균일도를 높여 배출가스 저감 성능을 높이는 긍정적인 효과와 함께 시스템의 배압을 상승시키는 부정적인 효과도 동시에 지니고 있다. 본 연구에서는 5개의 다공판, 1개의 믹서를 Case 별로 조합하여 6개의 사양에 대해서 유동해석을 통해 각각 유동균일도 및 압력 강하를 계산하였으며, 최적의 다공판 및 믹서의 형상과 배치를 선정하였다.

The fuel used in this study, DMM is an oxygen additive containing 42.5% oxygen by weight and dissolved in diesel fuel, also known as methyl alcohol or Dimethoxymethane (CH3-O-CH2-O-CH3). DMM, which is a colorless liquid, shows chemical characteristics of gas-liquid and is also used as a diesel fuel component. In this study, five mixtures were added to the common diesel fuel at DMM addition rates of 2.5, 5, 7.5, 10 and 12.5% by volume. A single cylinder, four strokes, DI diesel engine was used as the test engine. Experimental data were also collected at 24 engine speed-load conditions operating in steady state. The purpose of this experiment was to study the effect of the addition ratio of oxidized fuel mixed in diesel fuel on engine power and exhaust performance. When compared with the common diesel fuel, the exhaust of Smoke was substantially reduced in all DMM mixing ratios. These results indicate that DMM can be an effective blend of diesel fuel and is an environmentally friendly alternative fuel. This study also shows that smoke and NOx emissions can be reduced at the same time through the application of oxygen fuel and EGR.

In this paper, we investigate the relationship between fuel injection quantity and voltage and current energy of Bosch system and Delphi system by measuring the high and low voltage waveform, current waveform, fuel injection quantity and fuel pressure of A and J-engines. Waveform measurements are made using the PICO scope and the CDS tester. The injectors of A and J engines were tested under no load condition using injector with normal fuel injection quantity, injector with small fuel injection quantity and injector with many fuel injection quantity. In case of normal injector, A-engine has higher fuel pressure, injection interval time, voltage energy, and current energy than J-engine. The current energy of the A-engine changed linearly compared to that of the J-engine. For over and under injectors, the change in the previous physical quantity was greater for the A-engine than for the J-engine. However, the duration time of maintaining to open the injector is controlled differently, and so the voltage and current energy values are changed, and the change of the current energy is larger than the voltage energy.

The wavy fins have been widely used in the heat exchangers in coolering system, aerospace system and automotive. Especially, an automobile has the wavy fin and flat tube heat exchanger for oil cooling system. The objective of this research is the performance comparison of wavy fins for battle vehicle diesel engine oil-cooler by numerical analysis. The real type fin is the wavy fin with corrugated structure, and the comparative fin surfaces are plain, louver, lateral perforation and parallel wavy fin. The non-dimensional values of f-factor, j-factor, area goodness factor and volume goodness factor was performed on the performance comparison. The plain and louver fin shows the highest performance in pressure drop and heat transfer respectively. In the area goodness factor and volume goodness factor results, the parallel wavy fin and louver fin show the highest values at each result.

This paper investigates the relationship of voltage and current waveform between normal piezo injector and deterioration abnormal piezo injector. The experimental methods using Pico oscilloscope and GDS scan tool are employed to measure current and voltage waveform and fuel pressure of piezo injector. The experiment is carried out during no-load condition. A summary of the important results are as follows. 1) In case of normal injector, the fluctuation of duration time of piezo injector was linearly and regularly decreased with increasing engine speed, but the that of deterioration piezo injector was irregularly decreased with increasing engine speed. 2) In main injection, the peak value of the current waveform of abnormal injector was larger than that of normal injector, the duration time of deteriorated abnormal injector was less than that of normal injector at 800rpm and 1500rpm, but the duration time of deteriorated abnormal injector was larger than that of normal injector at 2000rpm and 3000rpm. This irregularity appears to be caused by the deterioration of the injector.