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.

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.

엔진의 출력을 측정하기 위한 방법은 실린더의 연소압력을 측정하여 지시마력을 구하는 방법과 축토크를 측정하여 축마력을 구하는 방법이 있다. 축토크로 실린더의 상태를 확인하기에는 한계가 있으며, 엔진의 성능 측정과 실린더의 연소 해석을 위해서는 실린더 의 연소 상태를 확인할 수 있는 연소압력을 측정하는 방법이 가장 정확하다. 측정에 있어 연소압력은 크랭크샤프트 회전 각도에 따른 실린더 압력이 도시되어야하기 때문에 정확한 실린더 앵글각도를 정확히 인지시키는 작업이 가장 중요하다. 본 연구에서는 실제 운항선의 발전기 엔진을 대상으로 실린더 압력을 측정하기 위하여 크랭크 앵글 센서로 엔코더를 사용하였고 엔코더에서 인지하는 TDC(TDCencoder)와 압축압력에 의한 TDC(TDCcomp) 간의 실측을 통하여 차이가 발생하는 원인에 대하여 고찰하였다. 또한 0 %, 25 %, 50 %와 60 % 부하에서 측 정된 실린더의 TDCcomp와 TDCencoder 간의 차이를 통하여 크랭크샤프트의 제작에 의한 영향, 부하증가에 따른 엔진과 발전기 사이의 커플링 영향에 대한 결과를 고찰하였으며, 발전기의 부하가 증가할수록 최대 3°CA까지 TDC의 오차가 발생함을 확인하였다.

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.

판형 열교환기는 1920년대부터 본격적으로 상업화되었으며, 이후 판형 열교환기의 기본 컨셉은 지금까지도 거의 변화가 없었지만 고온, 고압 그리고 대용량 열교환에 적용되기 위해 설계 및 제작 방법들이 혁신적으로 발전하여 지금에 이르게 되었다. 판형 열교환기의 개발 트렌드는 전열 효율이 좋으면서 압 력강하가 낮고 또한 유체 분배가 잘되는 전열판의 개발과 일치한다. 본 연구에서는 이러한 트렌드를 만족 시키는 선박용 중속엔진 오일 냉각용 판형 쿨러 개발과 관련된 주요 과정들을 소개하고, 또한 개발된 판형 오일쿨러의 전열성능을 실험적으로 분석하여 이에 대한 결과를 제공하고자 한다. 본 연구에서 판형 쿨러는 구조적 특징으로 인해 직접 판벽 온도를 측정할 수 없어 수정된 Wilson Plot 방법을 응용하여 열전달계수를 구하였다. 오일-물 실험 전에 물-물 실험을 통해 우선 물측의 열전달계수와 압력강하량을 구하였고, 그 결과를 바탕으로 오일측의 열전달계수를 구하였다. 양측 모두 유량 증가에 따라 열전달 성능은 증가하였지 만, 압력강하량도 동시에 증가하였다. 그리고 실험을 통해 본 연구에서 개발된 판형 오일쿨러가 개발목표치를 성공적으로 달성하였음을 확인할 수 있었다.

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.

본 연구에서는 선박용 엔진을 활용하여 E2, E3 사이클 시험 결과로부터 연료 내 황 함유량 변화에 따른 대기오염물질 배출 특성을 조사하였다. 테스트를 위해 사용된 엔진은 360 PS의 엔진(Doosan L126TIH engine)을 활용하였고, 동력계로는 Horiba-Schenck사의 400㎾급 동력계인 W400을 사용하였다. 엔진에서 발생되는 대기오염물질 계측을 위해서는 오스트리아 AVL사의 FTIR과 SPC 장비를 배기라인 후단에 장착해서 사용하였다. 실험 결과로는 E2, E3 사이클 모두에서 연료 내 황 함유량이 증가할수록 THC와 CO의 단위 출력 당 배출량은 감소하고 입자상물질은 증가하였다. 연료의 황 함유량이 증가할수록 동점도가 증가되어 엔진의 연료소모율이 좋아지는 것을 확인하였다. 이는 본 연구에 사용된 엔진의 경우 연료 분사압력이 일정한 상태에서 동점도 증가에 따른 분무입자의 평균입경이 커짐에 따른 연소 상태가 개선되었기 때문이라 생각되어진다. 질소산화물의 경우 이번 연구에서는 황함유량의 변화에도 배출량에서는 큰 변화를 보이지 않았다.

This study suggests a model of production information system that can reduce manufacturing lead time and uniformize quality by using DNC S/W as a part of constructing production information management system in the industrial field of the existing marine engine block manufacturing companies. Under the effect of development of this system, the NC machine interface device can be installed in the control computer to obtain the quality information of the workpiece in real time so that the time to inspect the process quality and verify the product defect information can be reduced by more than 70%. In addition, the reliability of quality information has been improved and the external credibility has been improved. It took 30 minutes for operator to obtain, analyze and manage the quality information when the existing USB memory is used, but the communication between the NC controller computer and the NC controller in real time was completed to analyze the workpiece within 10 seconds.

본 논문은 선박용 엔진인 S60MC-C의 프레임 박스 용접부에 대한 피로수명 예측을 위한 수치적 기법을 제시한다. 피로 수명 평가를 위해 싸이클 동안의 동적인 응력변화를 계산해내야 하며, 이에 따라 선행된 연구에서 얻은 엔진의 한 싸이클 동안의 하중 조건으로 상용 유한요소해석 프로그램을 이용한 구조해석을 실시하였다. 구조해석은 8단계에 대해 이루어 졌으며, 그 결과를 바탕으로 프레임 박스 용접부의 피로수명 평가를 위해서 HSS(Hot spot stress), Reservoir counting method, Palmgren-miner's rule을 적용하였다. 결과적으로 구조해석을 통한 대상 엔진의 취약부와 과잉 설계부를 확인하였고, 피로수명의 평가를 통해 설계의 적절성 여부를 평가하였다.

본 논문에서는 S60MC-C 선박용 다실린더 엔진의 구조해석을 위한 기구학적인 분석에 대해 서술하였다. 구조해석을 위해 프레임박스에 작용하는 측력과 크랭크 저널베어링에 작용하는 반력이 필요하다. 각각의 동적인 작용력을 구하기 위해, 선박용 엔진 내부의 구동부를 마찰이 없는 평판의 운동으로 가정하고, 단실린더에 대해 동역학적인 평형관계를 이용하여 엔진 구동시의 크랭크 각도별 작용력을 구하였다. 단실린더에서의 하중조건을 바탕으로 특정 시점에서 각각의 실린더에 작용하는 하중을 구하기 위해 크랭크암의 각도의 차이를 이용하였다. 구조해석을 위해 프레임박스의 응력 변화에 큰 영향을 줄 것으로 판단되는 8개의 각도를 선정하였다.

In this study, we selected a DC servo motor as an actuator of the marine diesel engine governor and constructed the position control system of the DC servo motor using the algorithm proposed by authors. Next, we proposed an another method to construct an adaptive control system for marine diesel engine by regarding the controlled system including the DC servo motor as a second order controlled system and verified the validity of this method through the real time control responses. Finally, the results have shown a good response characteristic

2016년부터 배출통제지역(ECA : Emission Control Atea)을 운항하는 선박에 대하여 배출되는 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화 물)의 배기량 감소규제가 강화되었다. 상기의 규제 물질 중 NOx를 제거하는 탈질장비 중 선택적 촉매 환원(SCR : Selectivity Catalytic Reduction) 시스템은 효율이 높고 상업적으로 많이 활용되고 있으나, 높은 온도에서 요소수가 활성화되는 단점이 있다. 이에 초미세기포를 이 용하여 낮은 온도에서도 반응할 수 있는 요소수 및 요소수 활성화 기기를 개발하여 상기의 문제점들을 최소화 할 수 있도록 하였다. 또한 SCR 시스템의 효율성을 향상시키는 방안을 마련하기 위하여, ANSYS-CFX package를 이용한 전산유체역학(CFD : Computational fluid dynamics)기법을 사용하였다. Navier-Stokes 방정식을 해석의 지배방정식으로 적용하여 SCR 시스템의 점성유동해석 시뮬레이션을 수행하였 다. SCR 시스템의 형상은 CATIA V5를 사용하여 3D 모델링을 하였고, SCR 시스템의 효율성을 비교하기 위해 요소수 분사 노즐의 위치를 요소수 분사 노즐은 배기관의 입구로부터 1/3, 1/2, 2/3로 변경하며 확인하였다. 또한, 노즐의 분사구 수가 SCR 시스템의 효율에 미치는 영향 을 확인하기 위하여 분사구 수가 4, 6, 8개일 경우를 시뮬레이션 하여 비교․분석하였다. 시뮬레이션 결과 배기관 입구에 가까울수록, 분사구 수가 많을수록 효율이 향상됨을 확인하였다.